頁巖油形成機(jī)制地質(zhì)特征及發(fā)展對策

1、尚品頁巖油形成機(jī)制地質(zhì)特征及發(fā)展對策能源情報(bào)按：加州頁巖油儲量下調(diào)曾引起激烈討論， 頁巖油在國內(nèi)是什么情況？ 帶你了解一下。文/鄒才能 楊智 等，中國石油勘探開發(fā)研究院引言世界石油工業(yè)正在從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣跨越。 非常規(guī)油氣主要為頁巖系統(tǒng)油 氣，包括致密油和氣、頁巖油和氣。致密油和氣是儲集在致密砂巖或灰?guī)r等儲集 層中的石油和天然氣，油氣經(jīng)歷了短距離運(yùn)移。頁巖油和氣是指富集在富有機(jī)質(zhì) 黑色頁巖地層中的石油和天然氣，油氣基本未經(jīng)歷運(yùn)移過程，目前頁巖氣已成為 全球非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)，頁巖油的相關(guān)研究也正在興起。筆者在充分 調(diào)研國內(nèi)外頁巖油氣、致密油氣最新勘探開發(fā)和研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上， 根據(jù)

2、對鄂爾 多斯盆地中生界延長組等中國陸相湖盆頁巖油的研究， 系統(tǒng)總結(jié)頁巖油的基本內(nèi) 涵和基本特征，詳細(xì)闡述了頁巖油形成的沉積環(huán)境、地球化學(xué)特征、儲集空間和 聚集機(jī)制等基本石油地質(zhì)問題，最后預(yù)測中國頁巖油的資源潛力，提出頁巖油“核 心區(qū)”評價標(biāo)準(zhǔn)和“三步走”的具體發(fā)展思路。1研究背景全球油氣工業(yè)發(fā)展正在不斷突破油氣生成最高溫度極限、突破油氣儲集最小孔喉 極限、突破油氣聚集最大深度極限，“3個極限”的突破，推動油氣發(fā)展地域由 陸地向深水區(qū)、深度由中淺層向深層一超深層、資源由常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣快 速延伸，大于3 000 m海洋超深水等新區(qū)、超過6 000 m陸地深層等新層系、 小于1 000 nm孔

3、徑超致密儲集層等新類型，將成為石油工業(yè)發(fā)展具有戰(zhàn)略性的“三新”領(lǐng)域。目前，以頁巖氣為代表的非常規(guī)油氣引發(fā)了一場重大石油科技革命，具有 3個 顯著特征：理論的顛覆性，技術(shù)的突破性，生產(chǎn)的工業(yè)性。勘探開發(fā)非常規(guī)油氣 是從常規(guī)尋找圈閉向?qū)ふ掖竺娣e儲集層轉(zhuǎn)變， 顛覆了傳統(tǒng)圈閉油氣聚集理論；從 常規(guī)直并開發(fā)向水平井規(guī)模壓裂轉(zhuǎn)變， 突破了直井傳統(tǒng)開采方法；從常規(guī)單井開 采向平臺式多井“工廠化”開采轉(zhuǎn)變，打破了一個井場單井開采模式。非常規(guī)油 氣突破具有3大戰(zhàn)略意義：延長石油工業(yè)的生命周期，突破了傳統(tǒng)資源禁區(qū) 和成藏理論，增加了資源類型與資源量；引發(fā)了油氣科技革命，推動整個石油 工業(yè)理論技術(shù)升級換代；改變了全

4、球傳統(tǒng)能源格局，形成以中東為核心的東半 球“常規(guī)油氣版圖”，以美洲為核心的西半球“非常規(guī)油氣版圖”，影響世界發(fā) 展秩序。美國主要依靠非常規(guī)油氣推動“能源獨(dú)立”戰(zhàn)略實(shí)施，真正實(shí)現(xiàn)美國“能 源安全”，深遠(yuǎn)影響世界大國在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域的戰(zhàn)略調(diào)整和新布局。油氣工業(yè)發(fā)展將經(jīng)歷常規(guī)油氣突破、常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣并重、非常規(guī)油氣發(fā) 展3個階段，形成完整的石油工業(yè)生命周期。預(yù)測世界石油工業(yè)的生命周期大 約300 a,自1859年現(xiàn)代石油工業(yè)誕生起，已經(jīng)歷了 150余年。1934年 Mccoloagh提出的“圈閉學(xué)說”是常規(guī)油氣地質(zhì)理論形成的重要標(biāo)志， 指導(dǎo)了常 規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)；1995年Schm

5、oker等提出的“連續(xù)型油氣聚集”是非 常規(guī)油氣理論開啟的里程碑，為非常規(guī)油氣資源有效開發(fā)利用提供了科學(xué)依據(jù) 6-10。由于找油氣理論、技術(shù)和方法不斷創(chuàng)新，1956年哈伯特提出的石油產(chǎn) 量“峰值理論”已被顛覆，世界油氣產(chǎn)量高峰從 20世紀(jì)60年代，可能延遲到 21世紀(jì)3040年代，世界石油工業(yè)生命周期也很可能會超過 300a o非常規(guī)油氣是指用傳統(tǒng)技術(shù)無法獲得自然工業(yè)產(chǎn)量、需采用新技術(shù)改善儲集層滲 透性或流體流動性等才能經(jīng)濟(jì)開采、連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)型聚集的油氣資源。常規(guī)與非 常規(guī)油氣聚集的本質(zhì)區(qū)別是油氣是否明顯受圈閉控制、 單井是否有自然工業(yè)產(chǎn)能。 非常規(guī)油氣有兩個關(guān)鍵標(biāo)志：油氣大面積連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)分

6、布，圈閉界限不明顯； 無自然工業(yè)穩(wěn)定產(chǎn)能，達(dá)西滲流不明顯。常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”體系，是指富油氣盆地或凹陷內(nèi)常規(guī)與非常規(guī)油 氣在時間域持續(xù)充注、空間域有序分布，二者成因有先后、相互依存、緊密共生， 形成統(tǒng)一的油氣聚集體系。該體系揭示出不同類型油氣資源“有序聚集”的規(guī)律， 展示出富油氣盆地或凹陷內(nèi)常規(guī)與非常規(guī)油氣資源應(yīng)“同步研究、同步部署、同步勘探”，可采用平臺式多井“大井場”開采模式對不同層系、不同類型油氣“同 步開發(fā)”，加快勘探開發(fā)節(jié)奏，提高資源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)此規(guī)律可透視 不同類型油氣在空間上的分布位置， 一般發(fā)現(xiàn)常規(guī)油氣，預(yù)示供姓方向可能有非 常規(guī)油氣分布；發(fā)現(xiàn)非常規(guī)油氣，預(yù)

7、示外圍空間可能有常規(guī)油氣伴生。平面上，一般盆地邊緣或斜坡分布常規(guī)構(gòu)造油氣藏和巖性地層油氣藏，凹陷或沉積中心聚集非常規(guī)致密油氣和頁巖油氣等； 縱向上，從淺到深分布遠(yuǎn)源的常規(guī)油 氣藏、近源的致密油氣和源內(nèi)的頁巖油氣。 以往不同階段找油氣思路有差異，一 般早中期立足常規(guī)油氣資源，用“源控論”尋找大型構(gòu)造油氣藏、“復(fù)式油氣聚集帶”或“大油氣區(qū)”理論尋找構(gòu)造與巖性地層油氣藏集群；中后期立足非常規(guī) 油氣資源，用“連續(xù)型油氣聚集”認(rèn)識，尋找近源致密油氣或源內(nèi)頁巖油氣。而 常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”體系認(rèn)識突破了傳統(tǒng)找油氣思路，推動找油氣地 質(zhì)理論從“找點(diǎn)”、“找?guī)А?、“找面”向“找體”跨越，打破先找常規(guī)后

8、找非 常規(guī)“先富后貧”的找油思路。對待常規(guī)與非常規(guī)油氣，勘探追求“一網(wǎng)打盡”， 開發(fā)追求“吃干榨盡”。非常規(guī)油氣主要類型是頁巖系統(tǒng)油氣，包括致密油和氣、頁巖油和氣。頁巖氣的 成功開發(fā)利用突破了頁巖氣開采的理論關(guān)、 技術(shù)關(guān)、成本關(guān)和環(huán)保關(guān)“四道關(guān)口”： 已成為全球非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)熱點(diǎn)。頁巖氣是非常規(guī)天然氣的成功革命者， 頁巖油可能成為非常規(guī)石油的革命者。目前全球已在阿巴拉契亞、 墨西哥灣、西西伯利亞、松遼等盆地發(fā)現(xiàn)了泥頁巖裂 縫型油氣，特殊泥頁巖裂縫出油已成共識，但在基質(zhì)頁巖油能否形成工業(yè)化聚集器 Sr和經(jīng)濟(jì)性開采問題上，理論界和工業(yè)界主要持否定和悲觀態(tài)度，也尚未有取得工 業(yè)突破的報(bào)道。以往

9、研究認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖主要是提供油氣來源的生油巖， 或?yàn)樽柚褂蜌饫^續(xù)運(yùn)移、逸散的封蓋層，而非油氣儲集層，故長期未被納入油氣 勘探開發(fā)之列，但在大量鉆遇富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖地層中發(fā)現(xiàn)了豐富的石油顯示， 證明富有機(jī)質(zhì)頁巖中存在頁巖油資源。頁巖油是重要的非常規(guī)石油類型，常規(guī)-非常規(guī)“有序聚集”的重要類型之一。頁巖油能否獲得工業(yè)化突破，主要取決于頁巖油地質(zhì)理論創(chuàng)新、工業(yè)化技術(shù)等突 破的速度，可能成為未來2030 a重大的油氣接替領(lǐng)域。2頁巖油的基本特征2.1 頁巖油的定義 頁巖油是指儲存于富有機(jī)質(zhì)、納米級孔徑為主頁巖地層中的石油， 是成熟有機(jī)質(zhì) 頁巖石油的簡稱。頁巖既是石油的姓源巖，又是石油的儲集巖。頁

10、巖油以吸附態(tài) 和游離態(tài)形式存在，一般油質(zhì)較輕、黏度較低。主要儲集于納米級孔喉和裂縫系 統(tǒng)中，多沿片狀層理面或與其平行的微裂縫分布。 富有機(jī)質(zhì)頁巖一般在盆地中心 大面積連續(xù)聚集，整體普遍含油，資源規(guī)模大。頁巖油“核心區(qū)”評價的關(guān)鍵包 括儲集空間分布、儲集層脆性指數(shù)、頁巖油黏度、地層能量和富有機(jī)質(zhì)頁巖規(guī)模 等。頁巖氣的成功開采為頁巖油開采提供了技術(shù)參考，水平井體積壓裂、重復(fù)壓 裂等“人造滲透率”改造技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)頁巖油有效開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。頁巖油資源中，凝析油或輕質(zhì)油可能是實(shí)現(xiàn)工業(yè)開采的主要類型。凝析油和輕質(zhì) 油分子直徑為0.50.9 nm,理論上講，其在地下高溫高壓下頁巖納米級孔喉中 更易于流動和開

11、米。2.2 有利頁巖油分布區(qū)基本特征頁巖油在聚集機(jī)理、儲集空間、流體特征、分布特征等方面與源儲分離的常規(guī)石 油和近源聚集的致密油具有明顯差異，與頁巖氣則有更多相似之處。有利頁巖油 分布區(qū)主要有以下特征。2.2.1 源儲一體，滯留聚集頁巖油是典型的源儲一體、滯留聚集、連續(xù)分布的石油聚集。富有機(jī)質(zhì)頁巖既是 生油層，也是儲集層。與頁巖氣不同，頁巖油主要形成于有機(jī)質(zhì)演化的液態(tài)燒生 成階段。在富有機(jī)質(zhì)頁巖持續(xù)生油階段， 石油在頁巖儲集層中滯留聚集，只有在 頁巖儲集層自身飽和后才向外溢散或運(yùn)移。因此，處在液態(tài)姓生成階段的富有機(jī)質(zhì)頁巖均可能聚集頁巖油。目前在北美海相地層和中國陸相地層中已有頁巖裂縫 油發(fā)現(xiàn)，

12、但未見基巖頁巖油發(fā)現(xiàn)的報(bào)道。2.2.2 富有機(jī)質(zhì)，成熟度較高尚品93富含有機(jī)質(zhì)是頁巖富含石油的基礎(chǔ)，高產(chǎn)富集頁巖油層TOC值一般大于2%,Ro值一般為0.7%2.0%,形成輕質(zhì)油和凝析油，有利于開采。2.2.3 發(fā)育納米級孔喉、裂縫系統(tǒng)一般頁巖發(fā)育毫米一厘米級紋層。 頁巖油儲集層中廣泛發(fā)育納米級孔喉， 孔徑主 要為50300 nm,局部發(fā)育微米級孔隙，孔隙類型包括粒間孔、粒內(nèi)孔、有機(jī) 質(zhì)孔、晶間孔等。微裂縫在頁巖油儲集層中也非常發(fā)育，類型多樣，以未充填的 水平層理縫為主，干縮縫次之，近斷裂帶處發(fā)育直立或斜交的構(gòu)造縫。大部分頁 巖發(fā)育較好的片狀結(jié)構(gòu)，有黏土礦物片狀結(jié)構(gòu)、碳酸鹽片狀結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)片狀

13、結(jié) 構(gòu)、黃鐵礦等多種類型，頁巖油廣泛賦存于這些片狀層理面或與其平行的微裂縫 中。2.2.4 儲集層脆性指數(shù)較高脆性礦物含量是影響頁巖微裂縫發(fā)育程度、含油性、壓裂改造方式的重要因素。頁巖中高嶺石、蒙脫石、水云母等黏土礦物含量越低，石英、長石、方解石等脆 性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫， 利于頁巖油開采。中國湖相富有機(jī)質(zhì)頁巖脆性礦物含量總體較高，可達(dá) 40%以 上，如鄂爾多斯盆地延長組長 7段湖相頁巖石英、長石、方解石、白云石等脆 性礦物含量平均達(dá)41%,黏土礦物含量低于50%,長72亞段和長73亞段頁 巖中黃鐵礦的含量較高，平均為 9.0%。2.2.5 地層

14、壓力大、油質(zhì)輕頁巖油富集區(qū)位于已大規(guī)模生油的成熟富有機(jī)質(zhì)頁巖地層中，一般地層能量較高,壓力系數(shù)可達(dá)1.22.0,也有少數(shù)低壓地層，如鄂爾多斯盆地延長組壓力系數(shù)僅 為0.70.9;油質(zhì)一般較輕，原油密度多為0.700.85 g/cm3 ,黏度多為0.7 20.0 mPas；高氣油比，在納米級孔喉儲集系統(tǒng)中更易于流動和開采。2.2.6 大面積連續(xù)分布，資源潛力大頁巖油分布不受構(gòu)造控制，無明顯圈閉界限，含油范圍受生油窗富有機(jī)質(zhì)頁巖分 布控制，大面積連續(xù)分布于盆地坳陷或斜坡區(qū)。頁巖生成的石油較多地滯留于災(zāi) 巖中，一般占總生油量的20%50%,資源潛力較大。如鄂爾多斯盆地中生界 長7段頁巖中富集頁巖油層

15、段（集中分布于長72下段和長73大部）初步估算 頁巖油可采資源量達(dá)10X10815X108 t。北美海相頁巖分布面積大、厚度穩(wěn) 定、有機(jī)質(zhì)豐度高、成熟度較高，有利于輕質(zhì)和凝析頁巖油的生成。3富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積模式頁巖可形成于海相、海陸過渡相和陸相沉積環(huán)境中，富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖的形成需 具備兩個重要條件：高生產(chǎn)力，豐富的有機(jī)質(zhì)供給；有利于沉積有機(jī)質(zhì)保存、聚 積與轉(zhuǎn)化的條件。富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖的沉積模式主要有 4種：海（湖）侵模式、水體分層模式、 門檻模式和洋流上涌模式。在陸相湖盆內(nèi)，只發(fā)育湖侵、水體分層和門檻 3種 模式。湖侵模式是指相對湖平面上升，導(dǎo)致深水區(qū)形成大面積缺氧環(huán)境， 有機(jī)質(zhì) 得以埋藏、保

16、存而形成黑色頁巖（密集段），在坳陷湖盆的展布規(guī)模一般較大。水體分層模式是指在溫度、鹽度或其他差異作用下，匯水盆地上下水體循環(huán)受阻， 導(dǎo)致局部低洼滯水區(qū)形成缺氧環(huán)境，形成富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖。水體分層是富有機(jī) 質(zhì)頁巖形成的最主要形式。門檻沉積模式分為高門檻和低門檻兩種， 這主要是針 對水體深度而作的區(qū)分。高門檻模式是指在斷陷湖盆和前陸湖盆等深水湖盆內(nèi)， 由于受“門檻”阻擋，外源水體無法影響盆地深部水體，進(jìn)而水體分層形成缺氧 環(huán)境，發(fā)育黑色頁巖。低門檻模式則是指在水體很淺的滯水區(qū)內(nèi)（如沼澤），由 于生物分解大量耗氧，導(dǎo)致水體呈還原環(huán)境，進(jìn)而保存高等植物有機(jī)質(zhì)形成煤系 頁巖的沉積模式。低門檻模式的最大特

17、征是無水體分層。湖平面周期性的波動過程中，水體深度和沉積物輸入速率具有周期性變化的特征， 導(dǎo)致沉積剖面上有機(jī)碳總量規(guī)律變化。 層序邊界處水體較淺，沉積物堆積速度快 且氧化作用活躍，剖面上往往出現(xiàn)有機(jī)碳總量最小值。 在最大湖泛面附近，沉積 物供應(yīng)速度慢，為欠補(bǔ)償沉積段，有機(jī)質(zhì)相對富集，常出現(xiàn)有機(jī)碳總量最大值， 即密集段是層序中最有利的富有機(jī)質(zhì)頁巖層段。但并非所有湖盆的最大湖泛面附 近皆可形成密集段，陸相湖盆由于盆地類型和演化階段不同，加之湖盆面積小、 多物源、湖平面變化等因素，富有機(jī)質(zhì)頁巖在層序內(nèi)的縱向分布較為復(fù)雜。 中國 東部斷陷湖盆沉積密集段可分布于高位體系域下部， 也可分布于湖侵體系域，中

18、 西部盆地主要分布于湖侵體系域。中國陸相優(yōu)質(zhì)油源巖常與凝灰?guī)r共生，如鄂爾多斯盆地長 7段、松遼盆地青山 口組一段、渤海灣盆地沙河街組三段和四段、準(zhǔn)喝爾盆地平地泉組、三塘湖盆地 產(chǎn)草溝組等，均廣泛發(fā)育薄層一紋層狀凝灰?guī)r，常見顏色為淺灰色、淺黃色、紫 紅色等，單層厚度一般為10100 mm,最厚可達(dá)數(shù)米。凝灰?guī)r可能主要來自火 山噴發(fā)活動，具有序紋層結(jié)構(gòu)、大氣降落等明顯沉積特征，同期活躍的區(qū)域構(gòu)造 活動可能是頁巖沉積期最大湖泛的主要動力因素，同期頻繁的火山噴發(fā)、湖底熱液等活動，共同促進(jìn)了富氫有機(jī)質(zhì)頁巖的大規(guī)模發(fā)育。中國陸上富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖類型多， 時代跨度大，分布范圍廣，為頁巖油氣形成 提供了良好的

19、物質(zhì)基礎(chǔ)。湖相富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖形成于二疊系、三疊系、侏羅系、 白堊系、古近系和新近系的陸相裂谷盆地、坳陷盆地。二疊系湖相富有機(jī)質(zhì)黑色 頁巖發(fā)育在準(zhǔn)喝爾盆地，分布于準(zhǔn)喝爾盆地西部一南部坳陷，包括風(fēng)城組、豆子 街組、烏爾禾組3套頁巖。三疊系湖相頁巖發(fā)育在鄂爾多斯盆地，其中長7段、 長9段頁巖最好，分布于盆地中南部。侏羅系在中西部地區(qū)為大范圍含煤建造， 但在四川盆地為內(nèi)陸淺湖一半深湖相沉積， 中一下侏羅統(tǒng)發(fā)育自流井組頁巖，在 川中、川北和川東地區(qū)廣泛分布。白堊系湖相頁巖發(fā)育在松遼盆地， 包括下白堊 統(tǒng)青山口組、嫩江組、沙河子組和營城組頁巖，在全盆地分布。古近系湖相頁巖 在渤海灣盆地廣泛發(fā)育，以沙河街

20、組一段、三段、四段為主，分布于渤海灣盆地 各凹陷，黃驊和濟(jì)陽坳陷還發(fā)育孔店組頁巖。 湖相富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖為中國陸上 松遼、渤海灣、鄂爾多斯、準(zhǔn)喝爾等大型產(chǎn)油區(qū)的主力油原巖。器 Sr4頁巖油母質(zhì)類型與地球化學(xué)特征中國陸相富氫有機(jī)質(zhì)頁巖主要發(fā)育在半深湖一深湖相沉積環(huán)境，以I型和R A 型干酪根為主，易于生油；頁巖成熟度普遍較高， Ro值一月殳為0.7%2.0%, 處于生偏輕質(zhì)石油階段；頁巖有機(jī)質(zhì)豐度較高，總有機(jī)碳含量一般在2.0%以上， 最高可達(dá)40%;形成商業(yè)性頁巖油氣的有效頁巖厚度一般大于10 m。沉積有機(jī)質(zhì)的劃分可有效確定富有機(jī)質(zhì)頁巖的分布。頁巖內(nèi)賦存的姓類包括氣態(tài)燒、輕質(zhì)油和重質(zhì)油3部分。

21、用S1值（游離姓含量）、 氯仿瀝青“ A”含量和TOC值衡量頁巖油含量時，結(jié)果有一定差異。S1值無法反映原油中重質(zhì)部分的含量，氯仿瀝青“A”含量不能反映C14-姓類的含量， 二者的觀測值均低于實(shí)際殘留油量， 且受成熟度影響大，在度量頁巖油含量時需 進(jìn)行必要的校正；TOC值相對穩(wěn)定，并與S1和氯仿瀝青“ A”有較好的相關(guān) 關(guān)系，可用于頁巖含油量評價。如鄂爾多斯盆地中生界長7段頁巖S1值、氯仿瀝青“A”含量與TOC值呈很好的正相關(guān)關(guān)系。還有其他一些指標(biāo)也可用于 頁巖油含量的度量，如黃鐵礦含量常與頁巖油含量正相關(guān)。陸相頁巖層系油源巖中，紋層狀頁巖與塊狀泥巖在各種地球化學(xué)指標(biāo)上差異較大。 以鄂爾多斯盆

22、地長7段為例，大量測試分析顯示，長 7段頁巖有機(jī)質(zhì)豐度和生 始潛力遠(yuǎn)大于泥巖，頁巖生燒潛力是泥巖的58倍；長7段黑色頁巖TOC值 平均高達(dá)18.50% ,約是泥巖的5倍；頁巖S1值平均為5.24 mg/g ,是泥巖的 5倍以上；頁巖的S2值（熱解燒含量）平均為58.63 mg/g ,為泥巖的8倍多； 而且頁巖的氫指數(shù)、有效碳、降解率等參數(shù)均大于泥巖。富有機(jī)質(zhì)頁巖不但是長 7段最主要的生油巖，也是頁巖油主要的儲集巖。5頁巖油聚集空間類型與納米級孔演化模式近年來，國內(nèi)外學(xué)者嘗試使用高精度設(shè)備開展了大量泥頁巖微孔隙和微裂縫表征 方面的工作。利用氮離子切割、雙離子束激光切割等制樣設(shè)備，3D X射線微米

23、CT和納米CT、場發(fā)射掃描電鏡、環(huán)境掃描電鏡、原子力顯微鏡、透射電子顯 微鏡等高分辨率觀測設(shè)備，結(jié)合能譜、二次電子和背散射圖像，實(shí)現(xiàn)了頁巖內(nèi)部 孔隙和礦物成分三維分布圖像重構(gòu)。鄒才能等利用場發(fā)射掃描電鏡和納米 CT掃 描重構(gòu)了四川盆地海相頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)，在中國含油氣儲集層中首次發(fā)現(xiàn)了納米 級孔喉系統(tǒng)。頁巖是指由粒徑小于0.0039 mm的碎屑、黏土、有機(jī)質(zhì)等組成具頁狀或薄片狀 層理、容易碎裂的一類細(xì)粒沉積巖，常見的頁巖類型有黑色頁巖、炭質(zhì)頁巖、硅 質(zhì)頁巖、鐵質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖等。頁巖礦物成分復(fù)雜，碎屑礦物包括石英、長石、 方解石等，含量一般超過40%;黏土礦物有蒙脫石、伊蒙混層、伊利石、高嶺 石

24、等；黃鐵礦單體或集合體常與干酪根有機(jī)質(zhì)共生。頁巖層理結(jié)構(gòu)十分發(fā)育，發(fā)育碳酸鹽-石英-長石一黏土礦物一有機(jī)質(zhì)-黃鐵礦“三元”結(jié)構(gòu)或黏土礦物一有機(jī)質(zhì)-黃鐵礦、碳酸鹽-石英-長石一有機(jī)質(zhì)-黃鐵礦“二元”結(jié)構(gòu)，不同礦物組成、 巖性組合常相互疊合、共生分布。中國富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖儲集空間包括微米級孔隙、納米級孔喉和微裂縫，以納米 級孔喉為主，微米級孔隙和微裂縫次之。納米級孔喉主要為黏土礦物品間孔、自 生石英粒間孔-晶間孔、長石粒間孔、碳酸鹽品間孔、黃鐵礦晶間孔等，孔徑一 般為小于500 nm ,局部發(fā)育微米級孔隙。黏土礦物主要為伊蒙混層礦物、伊利 石和綠泥石，晶間孔以片狀為主，絕大多數(shù)為納米級孔喉。白云石

25、、方解石、菱 鐵礦等礦物，以及石英、鉀長石、斜長石等碎屑礦物在頁巖中也非常發(fā)育，常呈 紋層狀與黏土礦物相互疊合分布。黃鐵礦呈草莓狀集合體分散或團(tuán)簇或沿裂縫呈 長條形產(chǎn)出，晶形完好，發(fā)育納米級晶間孔，常與有機(jī)質(zhì)伴生疊置；頁巖油儲集 層中，有機(jī)質(zhì)演化程度相對較低，尚未達(dá)到生氣窗，有機(jī)質(zhì)內(nèi)納米級孔隙的貢獻(xiàn) 有限，如鄂爾多斯盆地長7段泥頁巖內(nèi)有機(jī)質(zhì)孔多為狹長縫狀，發(fā)育于有機(jī)質(zhì) 與基質(zhì)邊界，孔隙寬50200 nm。微裂縫按成因可分為成巖微裂縫和構(gòu)造微裂 縫兩類：前者主要為紋層間微裂縫，在不同成分紋層間均有發(fā)育，微裂縫較窄， 寬度一般在110 pm,易于順層延續(xù)；后者主要為斜交微裂縫，縫面較平直， 常見紋

26、層錯斷，縫內(nèi)常充填自生碳酸鹽礦物、黃鐵礦等。據(jù)頁巖成巖物理模擬實(shí)驗(yàn)、納米級孔喉定量分析等研究，本文提出中國湖相富有 機(jī)質(zhì)頁巖（I型干酪根）孔隙演化模式。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大孔（孔徑大于 50 nm）、 中孔（孔徑為250 nm）和微孔（孔徑小于2 nm ）的比孔容隨溫度增加呈現(xiàn)出 不同的變化趨勢。大孔的比孔容隨模擬實(shí)驗(yàn)溫度和壓力增加先增加后降低，微孔和中孔的比孔容先降低后增加。整個生排姓過程殘留姓的含量是變化的， 即隨溫 度增加先增加后減小，在約350 C時達(dá)到最大（150 mg/g）,這與前人研究提 出的殘留姓存在一個門限值（100 mg/g）的觀點(diǎn)不同。實(shí)際上，頁巖有機(jī)質(zhì)類型、殘留姓排姓方式、排姓

27、壓力等均可能對排姓產(chǎn)生一定 影響，尚需深入研究。6頁巖油的形成機(jī)制頁巖在不同成熟階段產(chǎn)出油氣的機(jī)制不同。未成熟有機(jī)質(zhì)頁巖可形成“人造油”， 成熟有機(jī)質(zhì)頁巖地下形成頁巖油，高過成熟有機(jī)質(zhì)頁巖形成頁巖氣，可分別稱為 未熟“人工”頁巖油、成熟頁巖油、高熟頁巖氣。盡管頁巖生成姓類已被公認(rèn)，但對頁巖內(nèi)殘留姓量和滯留機(jī)理卻存在不同認(rèn)識。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為泥頁巖中姓類的釋放和排出包括兩個過程： 燒類從干酪根中熱演化 生成釋放過程和生成姓類在泥頁巖內(nèi)部的初次運(yùn)移，而對于這兩個過程哪個是關(guān) 鍵至今還存在很大分歧。有學(xué)者認(rèn)為干酪根中姓類釋放是關(guān)鍵， 液態(tài)姓釋放受干酪根吸附和姓類在干酪根網(wǎng)絡(luò)中的擴(kuò)散作用控制；還有學(xué)者認(rèn)為

28、姓源巖的巖性組合、有效運(yùn)移通道、燒源巖內(nèi)壓力分布以及微裂縫發(fā)育程度等因素起控制作用。泥頁巖內(nèi)滯留油氣取決于干酪根的化學(xué)性質(zhì)和生成油氣的體積與組成，而油氣的體積與組成又取決于干酪根的性質(zhì)和二次裂解反應(yīng)。 泥頁巖中燒類滯留機(jī)理不僅 決定姓類在泥頁巖中的殘留數(shù)量和排姓數(shù)量， 還控制了滯留姓類二次裂解形成頁 巖氣的潛力。很多學(xué)者對泥頁巖內(nèi)燒類滯留機(jī)理進(jìn)行了探討， 比較有代表性的理 論包括干酪根吸附機(jī)理、聚合物溶解機(jī)理、排姓門限理論等，這些理論在一定程 度上解釋了干酪根性質(zhì)對油氣滯留的影響，對油氣排燒過程產(chǎn)生的分儲效應(yīng)也作 了一定解釋，但均存在一定局限性。依據(jù)泥頁巖礦物組成、有機(jī)碳和殘留姓相關(guān)分析，結(jié)合

29、場發(fā)射和環(huán)境掃描電鏡下 泥頁巖孔隙和含油性觀察，本文提出了頁巖內(nèi)部頁巖油滯留聚集模式。 殘留液態(tài) 姓主要以吸附態(tài)存在于有機(jī)質(zhì)內(nèi)部和表面，以吸附態(tài)和游離態(tài)存在于黃鐵礦品問 孔內(nèi)。同時，受泥頁巖納米孔喉連通程度、穿越孔喉的賈敏效應(yīng)、源巖內(nèi)部壓差 等限制，部分姓類滯留在泥頁巖孔喉系統(tǒng)內(nèi)， 伴生氣溶解在姓類中呈液態(tài)。由于 黏土、石英、長石、白云石、方解石等礦物顆粒表面束縛水膜的存在，礦物基質(zhì) 納米級孔喉中的液態(tài)姓主要呈游離態(tài)賦存，其次為吸附態(tài)。殘留液態(tài)燒在微裂縫 中主要以游離態(tài)形式存在。7頁巖油資源量預(yù)測、評價與核心技術(shù)頁巖氣的成功勘探開發(fā)，表明頁巖不僅可作為爛源巖和蓋層，還可成為儲集層。但對于能否在

30、頁巖孔隙中尋找到頁巖油， 國內(nèi)外尚未形成共識。目前世界上形成 工業(yè)產(chǎn)量的頁巖油絕大多數(shù)產(chǎn)自裂縫性泥頁巖， 真正的泥巖或頁巖中尚無形成規(guī) 模產(chǎn)量的報(bào)道。按照現(xiàn)有的生排姓理論，姓源巖生成的石油大約20%50%會滯留下來，頁巖油的資源潛力可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過致密油。中國頁巖油勘探剛剛起步，缺少相應(yīng)的產(chǎn)能數(shù)據(jù)，常用體積法進(jìn)行地質(zhì)資源量計(jì) 算，即：Q = Sh p q (1)式中Q 頁巖油資源量，t; S 頁巖有效面積，m2; h 頁巖有效厚度， m； p頁巖密度，103 kg/m3; q單位質(zhì)量頁巖總含油率，, 一般用氯 仿瀝青“ A”含量或熱解液態(tài)燒含量S1進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)公式（1）估算中國主要盆地可采頁巖

31、油資源量大約為30X 10860X 108t,目前這還只是一個參考數(shù)據(jù)和初步認(rèn)識，未來資源量數(shù)據(jù)還會改變。器 Sr本文以鄂爾多斯盆地長7段為例進(jìn)行了頁巖油資源規(guī)模研究。長 7段中下部發(fā) 育的富有機(jī)質(zhì)頁巖是頁巖油的主要富集層段， 厚度較大，大面積分布，其中下部 長73頁巖累計(jì)厚度一般達(dá)1018 m,最厚可達(dá)25 m；中部長72頁巖累計(jì)厚 度一般為615 m,最厚可達(dá)22m。富集頁巖油層段具有高TOC、高黃鐵礦含 量、高S1、高氯仿瀝青“A”含量和高自然伽馬值的“五高”特征，TOC>2%、 Ro >0.7%的頁巖油富集有利區(qū)面積約為 2X104 km2 （見圖7）,初步估算頁巖 油可采

32、資源量達(dá)10X 10815X 108 t。發(fā)展頁巖油應(yīng)加深資源認(rèn)識，找準(zhǔn)頁巖油富集的有利核心區(qū)，把“核心區(qū)”作為資源評價的最終目標(biāo)。頁巖油“核心區(qū)”評價取決于5項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)：有機(jī)質(zhì)含量大于2%、有機(jī)質(zhì)成熟度為0.7%2.0%,方可保證頁巖中有足夠含油量； 脆性礦物含量大于40%、黏土礦物含量小于30% ,方可保證容易壓裂形成裂 縫系統(tǒng)，脆性礦物含量高也容易發(fā)育天然裂縫； 頁巖為超壓系統(tǒng)，方可保證有 較大的天然能量，更有利于石油開采；較低的原油黏度，凝析油或輕質(zhì)油更有 利于石油在頁巖納米級孔喉中的流動， 可保證頁巖油開采的經(jīng)濟(jì)效益；含油頁 巖具有一定體積規(guī)模，可保證能進(jìn)行工業(yè)化作業(yè)和經(jīng)濟(jì)開采。頁巖

33、氣開發(fā)為頁巖油發(fā)展提供了技術(shù)路線圖和經(jīng)驗(yàn)。展望頁巖油開發(fā)核心技術(shù)， 應(yīng)包括頁巖油資源評價方法、富有機(jī)質(zhì)段測井評價、富有機(jī)質(zhì)段平面地震疊前預(yù) 測、水平井體積壓裂、改造“天然裂縫”、注入粗顆?！叭嗽靸瘜印?、注氣形 成高氣油比技術(shù)、微地震監(jiān)測、納米油氣提高采收率、“工廠化”作業(yè)模式等。在頁巖氣技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，針對頁巖油攻關(guān)，有可能形成針對頁巖油的關(guān)鍵技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)頁巖油開發(fā)的工業(yè)化突破。8頁巖油“三步走”發(fā)展思路頁巖油研究具有重要的戰(zhàn)略意義：頁巖油有很大資源潛力。中國發(fā)育陸相富有 機(jī)質(zhì)頁巖，已發(fā)現(xiàn)有納米級孔喉系統(tǒng)和裂縫頁巖油， 表明頁巖油資源類型客觀存 在。頁巖氣開發(fā)為頁巖油開發(fā)提供了參照路線圖，北美海相頁巖氣工業(yè)化生產(chǎn) 為中國陸相頁巖油生產(chǎn)提供了技術(shù)支持和發(fā)展思路， 但頁巖油與頁巖氣開發(fā)還是 存有一定差異。關(guān)鍵是技術(shù)突破的時間和速度。頁巖油可能是石油工業(yè)下一個 突破點(diǎn)。加強(qiáng)頁巖油理論技術(shù)創(chuàng)新研究，有利于加快石油工業(yè)再一次科技革命， 推動石油工業(yè)快速發(fā)展。頁巖氣在北美成功實(shí)現(xiàn)了革命，是非常規(guī)天然氣的突破。借鑒國外頁巖氣發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國頁巖氣目前現(xiàn)狀，筆者提出了中國頁巖氣發(fā) 展應(yīng)制定加快核心區(qū)評選、加大試驗(yàn)區(qū)建設(shè)、加強(qiáng)生產(chǎn)區(qū)規(guī)劃的“三步走”發(fā)展 思路。加快頁巖油發(fā)展：第1步，加快“分布區(qū)”研究。以中國陸上中淺層重 點(diǎn)盆地已知成熟頁巖層系為重點(diǎn)，積