王 敬，魏志鵬，胡俊瑜

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院，天津 300459；2.中海石油有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津 300459）

21 世紀(jì)以來，世界能源消耗逐年增加，2019 年世界一次能源消耗為139.6×108t 油當(dāng)量。再一次位居世界第一，總量達(dá)33.9×108t 油當(dāng)量。油氣資源作為全球最為重要的一次能源，在世界能源消費(fèi)中的地位逐年增加。據(jù)全球多家機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2040 年油氣在一次能源供給中的占比仍將保持在50% 以上[1，2]。近年來，頁巖油氣逐漸占據(jù)了推動(dòng)全球油氣能源發(fā)展的重要地位，美國頁巖革命的成功，使得美國大大降低了石油的對外依存度。最近幾年，雖然中國對非常規(guī)油氣已經(jīng)取得了許多重大進(jìn)展，但是對一次能源的需求仍有較大的增長空間。因此，研究與勘探頁巖油氣對中國油氣生產(chǎn)具有重要意義。

1 頁巖油氣的概念及發(fā)展

1.1 頁巖油氣的基本概念

頁巖油氣是指以頁巖為主的頁巖層系中所包含的石油與天然氣資源[3，4]（見圖1）。頁巖油氣藏屬于非常規(guī)油氣藏，與常規(guī)油氣藏有很大區(qū)別，首先，頁巖油氣藏“自生自儲”流動(dòng)性較差，封閉性強(qiáng)，油氣運(yùn)移的距離受到較大限制；其次，烴源巖豐度較低，大規(guī)模開發(fā)困難，需要人工壓裂等技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)；第三，不受構(gòu)造高點(diǎn)控制，頁巖油氣藏分布廣，發(fā)育地區(qū)較為偏僻。頁巖氣較常規(guī)油氣相比有開發(fā)和生產(chǎn)時(shí)間長的優(yōu)勢。頁巖油氣藏的成功開發(fā)為傳統(tǒng)油氣的勘探理念帶來了改變，勘探目標(biāo)從儲層、圈閉到烴源巖及油氣富集的、具有經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的“甜點(diǎn)”地區(qū)。頁巖油氣的商業(yè)開采是在1987 年由Mitchell 能源公司實(shí)現(xiàn)的，目前，只有北美實(shí)現(xiàn)了亞延期大規(guī)模的工業(yè)開發(fā)。

1.2 頁巖氣的發(fā)展

隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各個(gè)國家對煤、石油、天然氣等能源需求逐年增加，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高、好開采的常規(guī)能源已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)所需。近年來，隨著各國勘探和開采技術(shù)的不斷提高，一些通過傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得的頁巖油氣、煤層氣、致密油等非常規(guī)油氣能源逐漸被人們重視。

早在18 世紀(jì)初期，美國就已經(jīng)開采了商業(yè)化的頁巖氣井。美國憑借完善的管網(wǎng)設(shè)施和先進(jìn)的生產(chǎn)開發(fā)技術(shù)，在開采頁巖氣上成本幾乎與開采常規(guī)油氣相當(dāng)，只是略高一點(diǎn)，加上豐富的頁巖氣資源，使美國成為全球唯一一個(gè)商業(yè)化大規(guī)模開采頁巖氣的國家。

隨著美國“頁巖氣革命”的爆發(fā)，對世界能源產(chǎn)生巨大影響。盡管美國的天然氣儲量較伊朗、卡塔爾等國家少，但天然氣的產(chǎn)量卻是世界第一，這很大程度上是由于先進(jìn)的非常規(guī)油氣開發(fā)技術(shù)。

加拿大是第二個(gè)勘探開發(fā)頁巖氣的國家，其豐富的頁巖氣資源可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開采。在中東地區(qū)，伊朗憑借探明儲量3 822 億桶油氣當(dāng)量成為中東能源儲量最高的國家。在歐洲，頁巖氣發(fā)展較好的國家有英國和波蘭。其他國家包括印度、阿根廷、澳大利亞均發(fā)現(xiàn)頁巖氣資源。

2 中國頁巖油氣勘探開發(fā)歷程與發(fā)展前景

中國擁有大規(guī)?？砷_采的天然氣儲量，根據(jù)2015年國土資源部資源評價(jià)結(jié)果，中國頁巖氣技術(shù)可采儲量21.8×1012m3。2018 年，中國頁巖氣產(chǎn)量達(dá)109×108m3，成為全球第三大頁巖氣生產(chǎn)國[5]。但天然氣開采對技術(shù)設(shè)備要求高且風(fēng)險(xiǎn)大，經(jīng)濟(jì)可采較低，與其他發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距。特別是目前國際油價(jià)低位震蕩，對行業(yè)整體的抗風(fēng)險(xiǎn)能力提出了更高的要求。

2.1 中國頁巖氣勘探開發(fā)歷程

我國頁巖氣資源豐富，但開采難度大，在技術(shù)上和開發(fā)程度上仍處于早期階段。但是隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國對天然氣的資源需求逐年增加，在某種程度上大力推動(dòng)了頁巖氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。2005 年，我國開始在國內(nèi)勘探天然氣儲集資源，在中石油和中石化兩大石油巨頭的帶領(lǐng)下，初步探明四川盆地、鄂爾多斯、塔里木等地區(qū)具有可開采的天然氣資源。隨著2009 年第一個(gè)頁巖氣項(xiàng)目的開發(fā)，借鑒國外先進(jìn)的技術(shù)與開采理念，中國開啟了頁巖氣開發(fā)之旅。

中國頁巖氣分布較廣，其中新疆和四川是主要分布區(qū)域，中石化涪陵頁巖氣田是我國最大的頁巖氣田，截止2018 年，該氣田累計(jì)生產(chǎn)頁巖氣200×108m3。中國頁巖氣資源主要分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)且埋藏較深、物性較差、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，中國頁巖氣大部分屬于海相頁巖儲層，在技術(shù)上可以借鑒美國的開采經(jīng)驗(yàn)[6]，但美國技術(shù)并不適用于吉林東部等地區(qū)的陸相頁巖油藏，需要我國自主開發(fā)新技術(shù)以達(dá)到經(jīng)濟(jì)開采的目的。

雖然中國頁巖氣在2005 年才開始起步，但是在近8 年的時(shí)間里，頁巖氣勘探開發(fā)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，在與國外各大企業(yè)的合作過程中獲得了相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)，根據(jù)自身實(shí)際需求開發(fā)新技術(shù)。同時(shí)，頁巖氣也獲得了國家相關(guān)政策支持，為我國頁巖氣的發(fā)展提供了極大地經(jīng)濟(jì)及技術(shù)支持[7]。

2014 年國際油價(jià)持續(xù)下跌，對于開采成本較高的非常規(guī)天然氣資源帶來很大的阻礙，我國頁巖氣的開發(fā)速度也隨之放緩，近幾年都沒有太大進(jìn)展。整體來看，中國頁巖氣開發(fā)主要經(jīng)歷三個(gè)階段（見圖2）：

圖2 中國頁巖氣發(fā)展歷程（截至2013 年，2014 年至今頁巖氣發(fā)展緩慢）Fig.2 History of shale gas development in China（as of 2013，shale gas development has been slow since 2014）

（1）2003-2008 年：前期學(xué)習(xí)階段。

（2）2009-2012 年：選區(qū)評價(jià)與探井實(shí)施階段[8]。

（3）2012 年至今：規(guī)模建產(chǎn)階段。

目前，中國對頁巖氣的勘探開發(fā)已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，帶動(dòng)了我國多產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2020 年，我國頁巖氣產(chǎn)量達(dá)200.4×108m3，在國產(chǎn)天然氣中占比20.52%，短短8 年時(shí)間，頁巖氣的產(chǎn)量翻了200 倍。在今后的發(fā)展中，頁巖氣將成為我國油氣資源新的增長點(diǎn)。

2.2 中國頁巖油勘探開發(fā)歷程

全球頁巖油儲量豐富，有11×1012t～13×1012t，而全球的石油儲量2 358×108t，遠(yuǎn)低于頁巖油的儲量。中國頁巖油儲量豐富，探明儲量476.4×108t（據(jù)2004-2006年中國油氣資源評價(jià)結(jié)果）。主要分布在鄂爾多斯、大楊樹、松遼等9 個(gè)盆地。頁巖油屬于非常規(guī)油氣資源，其開采難度非常大，一般采取壓裂技術(shù)進(jìn)行開采。

2010 年以前，我國對頁巖油的勘探還處于“常規(guī)石油”兼探階段，在這段時(shí)期，在我國多地發(fā)現(xiàn)泥頁巖裂縫型油氣，包括鄂爾多斯、渤海灣等。到了2010 年，中國石化通過學(xué)習(xí)北美的頁巖油氣開發(fā)理念與體積壓裂技術(shù)，在河南開展頁巖油氣的研究試驗(yàn)，最終獲得工業(yè)油流。2014 年以來，受到低油價(jià)影響，頁巖油氣的發(fā)展開發(fā)投入減少，但在國家政策的支持下，陸相頁巖油地質(zhì)評價(jià)及開采關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)全面啟動(dòng)，并取得重大進(jìn)展。地質(zhì)評價(jià)研究明確了紋層狀頁巖是最有利巖相、干酪根成熟度大于0.9% 是有效開采的必要條件，認(rèn)識了受構(gòu)造和熱演化控制的頁巖油多種賦存模式，提出了三種不同類型陸相頁巖油高產(chǎn)要素，為有利區(qū)優(yōu)選提供了依據(jù)。

3 中國頁巖油氣面臨挑戰(zhàn)與對策路徑

中國頁巖氣在勘探和開采過程中主要有四個(gè)難點(diǎn)，首先是頁巖脆性低、較難壓裂；其次頁巖氣單井產(chǎn)量低；第三是陸相頁巖氣資源黏土含量高、構(gòu)造復(fù)雜，還沒有相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行開采；第四是開采成本高。

針對這幾個(gè)難點(diǎn)，需要在理論、技術(shù)和體制等方面開展研究。首先在理論方面，需要形成海相、陸相頁巖氣儲集豐富且開采價(jià)值高的理論體系等；在技術(shù)方面，針對深井、低壓常壓或少水無水等多種狀況，開發(fā)出新的水平井分段壓裂技術(shù)；在體制方面，需要有針對性的改善管理模式、鼓勵(lì)合作開發(fā)、新技術(shù)試驗(yàn)和安全環(huán)保機(jī)制等。

中國頁巖油主要面臨六個(gè)難點(diǎn)，儲層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難預(yù)測甜點(diǎn)地區(qū)；井深、異常高壓、采出困難；陸相頁巖油沉積變化快、較強(qiáng)非均質(zhì)性、理論認(rèn)識不足；有機(jī)質(zhì)成熟度低、流體流動(dòng)能力差；原油賦存狀態(tài)多樣、較難確定開發(fā)參數(shù)；儲層韌性強(qiáng)等。

針對這幾個(gè)難點(diǎn)，提出四點(diǎn)解決方案，首先是針對重點(diǎn)陸相頁巖油藏建立評價(jià)指標(biāo)體系，相對低成本、高效益的優(yōu)先開采；其次，對于頁巖油儲層的構(gòu)造復(fù)雜性、非均質(zhì)性等，制作出一套適應(yīng)需求的監(jiān)理機(jī)制，明確的甜點(diǎn)識別技術(shù)方法；第三，明確陸相頁巖油流動(dòng)機(jī)理，優(yōu)化開采技術(shù)；最后，在松遼、鄂爾多斯等重點(diǎn)油田開展目標(biāo)優(yōu)選，建立勘探開發(fā)試驗(yàn)區(qū)。

4 結(jié)論

世界的一次能源已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多元化，頁巖油氣的發(fā)展已經(jīng)成為大勢所趨，作為產(chǎn)業(yè)化的新能源，頁巖油氣的開發(fā)已經(jīng)改變了世界能源格局。中國能源需求巨大，頁巖油氣的勘探開發(fā)對我國的能源帶來新的機(jī)遇，同時(shí)也面臨極大的考驗(yàn)。我國頁巖氣資源豐富，這對我國發(fā)展頁巖氣提供了先天的優(yōu)勢，雖然我國的頁巖油氣發(fā)展已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，但與國外先進(jìn)技術(shù)相比，還有很大的進(jìn)步空間，我國頁巖油氣發(fā)展亟待快速提升，不論是從技術(shù)上、機(jī)制上，還是市場競爭上，都要發(fā)揮出更大的優(yōu)勢，加強(qiáng)技術(shù)共享機(jī)制，引導(dǎo)多企業(yè)共同投入技術(shù)研究，用市場的手段真正把技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為效益優(yōu)勢。