古龙页岩油

简介

页岩油，也称母页岩油或油页岩油，是一种非常规石油（英语：Unconventional oil）。制备方法是加热分解油页岩，加氢或热溶解。这个过程把在岩石中的有机物质转变为合成石油和天然气合成原料。所得的油状物，可以立即作为燃料或用于提供炼油厂。原料的性质可以通过加入氢和除去杂质如硫和氮等来改变。其制成的产品可用于和原油相同的目的。

2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，页岩油在一类致癌物清单中。

页岩油是指以页岩为主的页岩层系中所含的石油资源概念由来

关于页岩油（shale oil）的概念，最早是从油页岩引申而来，是专指利用人造石油的方式从油页岩（富含有机质、未有效生排烃）中提取出的石油。后来，页岩油的概念大大拓展，并且更倾向于表示与页岩层系有关的石油。目前国内外有多种说法，但不外乎分为狭义和广义两种。

从页岩油储集的载体来说，广义页岩油一般泛指蕴藏在页岩以及致密的砂岩和碳酸盐岩等储集层中的石油资源，这种概念强调储集层的致密性，和广义的致密油基本一致，甚至经常将“页岩油”和“致密油”等同或混用，如美国地质调查局采用的页岩油概念，而美国石油工程师协会和美国能源信息署（ＥＩＡ）称致密油（ｔｉｇｈｔ ｏｉｌ）。国内外目前主要集中在广义页岩油的勘探开发，如美国的巴肯（Ｂａｋｋｅｎ）、鹰滩（Ｅａｇｌｅ ｆｏｒｄ）页岩油气、国内的渤海湾盆地沧东凹陷孔二段、济阳坳陷沙河街组、鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩油等，主要以页岩夹粉砂岩或细粒碳酸盐岩为储集层。狭义页岩油专指赋存于富有机质页岩层系中的石油资源，储集载体主要由页理发育的纹层状黏土岩构成，也可以称作纯页岩油。

从有机质成熟度来说，广义页岩油分为未熟页岩油、中—低成熟度页岩油、中—高成熟度页岩油，其中把未成熟的油页岩经“人造石油”方式生成的石油也划到页岩油的范畴；狭义的页岩油是专指成熟烃源岩已生成并滞留在页岩地层中的石油聚集。

2020年3月31日发布的《页岩油地质评价方法》（GB/T38718-2020）国家标准中将页岩油定义为赋存于富有机质页岩层系中的石油。页岩层系中粉砂岩、细砂岩、碳酸盐岩单层厚度不大于5ｍ，累计厚度占页岩层系总厚度比例小于30％。无自然产能或低于工业石油产量下限，需采用特殊工艺技术措施才能获得工业石油产量。可以看出，国家标准中定义的页岩油是相对广义的概念，强调页岩油所在层位既是生油岩又是储集岩，石油基本未运移，属原地滞留石油资源。

中石化大都采用广义的页岩油概念，中石油目前将页岩油类型按源储比分为三大类。Ⅰ类页岩油源储比小于70％，单砂体厚度大于2ｍ，属于互层型页岩油；Ⅱ类页岩油源储比为70％～90％，单砂体厚度０.２～２ｍ，属于夹薄层型页岩油，Ⅲ类页岩油源储比大于90％，单砂体厚度小于０.２ｍ，属于纯页岩型页岩油。在鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地沧东凹陷以及松辽盆地青山口组过去进行的页岩油勘探主要就是针对Ⅰ和Ⅱ类页岩油，目前，大庆油田在松辽盆地北部主要探索Ⅲ类纯页岩型页岩油。

历史

油页岩是首先被人类使用的矿物油，其历史最早可追溯到14世纪早期的瑞士和奥地利.1596年,Frederick I, Duke of Württemberg的私人物理学家写下了它的治疗功效页岩油在17世纪的摩德纳的街道照明。英国国王在1694年把一个专利授予3个人，专利的内容是从某种石头中提取沥青和焦油。不久后，这3人推出产品英国贝顿矿物油（英语：Betton's British Oil）（Betton's British Oil）。这种产品号称：“经多人试用，证明可以减少疼痛。”现代的页岩油工业建立于1830年代的法国以及1840年的苏格兰。当时，这种油被用作燃料，提炼沥青，以及作为灯油，尤其被用作替代昂贵的鲸油。19世纪末期，已经有很多国家建立页岩油开采工业。但是，随后发现的石油使页岩油工业迅速衰落。时过境迁，到了21世纪，石油储量愈发紧张，页岩油的开采又被多个国家重新提上日程。

性质

页岩油是油页岩中的有机质受热分解生成的产物，类似于天然石油。它与天然原油虽然都含有大量的碳氢化合物，但天然原油主要是由饱和烃所组成，一般说来容易加工精制，而且产品性质比较稳定。而页岩油比天然原油含有更多的氮、氧等有机杂环化合物及不饱和烃类化合物。这样就使页岩油的组成和性质变得复杂起来，给加工精制造成困难。页岩油中含有较多的极性化合物，这些极性化合物给页岩油的加工利用带来诸多不便。抚顺页岩油中的极性化合物以含氮化合物为主。

工艺

抚顺油页岩干馏工艺

水力压裂

水平井

分段压裂技术

分解

褐色、有特殊刺激气味粘稠状液体

特征

基本特征

源储一体，滞留聚集；较高成熟度富有机质页岩，含油性较好；发育纳米级孔、裂缝系统，利于页岩油聚集；储层脆性指数较高，宜于压裂改造；地层压力高、油质轻，易于流动和开采；大面积连续分布，资源潜力大。

岩相特征

岩相是指一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，是沉积环境在岩性上的综合表现。勘探实践证实，有利岩相是页岩油富集的基础。国内外专家学者提出了多种页岩油岩相划分方案。该文探讨的页岩油岩相为广义的页岩油岩相，包括含油层和产油层为泥页岩的狭义页岩油岩相。

赋存特征

氩离子抛光、场发射扫描电镜等实验分析，页岩油在岩石中的赋存形式有游离、溶解和吸附３种状态，以吸附态和游离态为主。根据岩相及页岩油赋存特征，将芦草沟组页岩油划分为基质型和夹层型２种类型。

基质型岩相储集空间以粒内溶孔、粒间溶孔、晶间孔、纹层理缝、黏土矿物片间孔、有机质孔和构造裂缝为主，液态烃吸附在干酪根、无机矿物颗粒表面，或呈油膜浸染状赋存于粒间、晶间、层理缝等孔隙中。同时，该类岩相中含有的大量干酪根增加了吸附态烃的含量，而其发育的纹层理缝和有机质孔增加了游离态烃的含量。粒（晶）间孔和层理（缝）、构造缝为游离烃的主要储集空间。富有机质纹层状泥页岩相中的页岩油可动性相对较好，相对易于开采；富（含）有机质块状、层状泥岩相和粉砂质泥岩相原油主要以吸附态赋存于黏土矿物片晶间孔中，可动性差，不利于开采。

粉（细）砂岩和碳酸盐岩夹层型岩相粒间孔、粒内孔、晶间孔等微米级储集空间更为发育。干酪根生成的油气在满足自身吸附、有机质孔及基质孔充填后，通过微纳米级孔隙、层理面和裂缝构成的输导体系网络，以油驱水的方式运移到邻近的夹层型岩相储层，表现为外来烃近距离运聚的特点，以游离态为主赋存于各类孔隙和裂缝中。

主要分布

美国、刚果、巴西、中国等

储备量

美国能源信息局估计，全世界页岩油总储量为3450亿桶，其中俄罗斯750亿桶，美国580亿桶，中国320亿桶。美国专家认为，俄罗斯页岩油储量几乎都蕴含于西西伯利亚巴热诺沃岩系的页岩油沉积层，在1.24兆桶总储量中，即使不考虑经济效益也只有6%可以开采。近年来，俄卢克石油公司、俄罗斯石油公司同美国埃克森美孚石油合作、俄罗斯天然气石油公司同壳牌公司合作，计划开始对页岩油进行试验性开采。和俄罗斯情况不同的是，由于压裂和定向钻井技术的广泛应用，美国页岩油开采已达石油开采总量的30%。由于页岩油储量的存在，使国际市场原油价格在对伊朗进行制裁的情况下依然能一直保持在每桶120美元以下。

古龙页岩油

古龙页岩油勘探历程

大庆油田发现以后，油气勘探从寻找常规油的构造油藏、隐蔽油藏到非常规油藏，勘探领域不断拓宽、技术不断完善。早在大庆油田构造油藏勘探阶段，以源控和背斜油藏理论为指导，探索了隐蔽油气藏勘探技术和方法，期间针对泥岩裂缝钻探获得突破。随着勘探程度的不断提高和地质理论、技术的不断完善，大庆油田逐渐步入非常规油气勘探阶段。致密油勘探取得全面突破，并实现有效开发。近年来，古龙页岩油也取得非常好的阶段成果。依据地质认识、技术等因素，将松辽盆地北部古龙页岩油勘探历程划分为3个阶段

发现探索阶段（１９８１—２００９年）

大庆油田随着下凹找油勘探工作的推进，在古龙凹陷及周边地区钻井录井过程中，多口井发现青山口组一、二段具有明显的气测异常显示。特别是1981年部署完钻的井D12，于青山口组一、二段试油首获工业油流（产油量３.８３ｔ／ｄ、产气量４４１ｍ３／ｄ），发现了青山口组泥岩裂缝油藏。20世纪８０年代末到９０年代初期，大庆石油会战的直接指挥者康世恩多次来庆指导调研，指出要高度重视青山口组泥岩裂缝油气藏勘探并开展现场试验，要加强技术攻关，关键是提高井孔技术和给予相应政策。在井Ｄ１２区建立了泥岩油藏试验区1个。甩开部署的井Ｄ１８、井Ｆ１６获得工业油流。随着大庆油田钻井技术的进步，1998年针对青山口组一、二段泥岩裂缝部署水平井Ａ⁃２，水平段长度１００１.５０ｍ，筛管完井，抽汲求产获日产油1.51ｔ，证实了泥岩油资源的存在。１９９９—２００９年由于当时针对泥岩或泥岩裂缝储层增产工艺技术的限制，泥岩油勘探部署工作暂时停止，但地质研究工作持续跟进。

研究认识阶段（２０１０—２０１７年）

大庆油田高度重视古龙页岩油这一重要后备资源领域。因美国页岩油和页岩气的勘探、开发取得空前的成功，给大庆油田泥页岩油地质认识及勘探技术带来更多启示。随着大庆油田压裂工艺创新与完善，2010年重新开启对井Ｆ２青山口组泥岩储层改造，采用纤维转向新的压裂改造技术，该井获得３５８ｔ／ｄ工业油流。自２０１２年中国石油天然气股份有限公司设立了《大庆探区非常规油气勘探开发关键技术研究》重大专项，开展页岩油研究，采用致密油勘探理念和技术，于青山口组二段页岩夹薄层砂岩储层内部署钻探了井Ｅ，完成了12段大规模压裂改造获日产10.2ｔ的工业油流。进而在Ｅ井区部署钻探了2口水平井，探索水平井提产技术，井Ｅ⁃１获日产14.3ｔ的工业油流，提产效果明显，证实泥页岩油具备高产条件，坚定了大庆油田针对页岩油领域的勘探信心。

试验突破阶段（２０１８年以来）

为了进一步扩大松辽盆地北部青山口组页岩油勘探成果，向半深湖—深湖区的纯页岩储层进行探索，在中国石油天然气集团公司专项研究的支撑下，与中国地质调查局合作，在齐家南—古龙凹陷部署钻探了井ＣＰ⁃１和井ＣＰ⁃２，分别获日产11.9ｔ、９.８ｔ工业油流，展示了纯页岩储层良好的前景。为了推进该领域整体的勘探实质性突破，探索高成熟度纯页岩储层含油性与产能，2018年大庆油田向古龙凹陷深部位部署钻探了井A。利用井Ａ青山口组449.45ｍ 的全层段取心及4208块样品联测分析，优选青山口组一段底部高有机质纹层状页岩和高有机质层状页岩段为水平井钻探的页岩油“甜点”靶层，2019年完钻了井Ａ⁃１，该井水平段长1562ｍ。通过水平井精细“甜点”识别评价，按照“体积改造”理念，井Ａ⁃１首次实现了大规模逆混合压裂改造技术突破。该井整体压裂35段138簇，压入总液量82321ｍ３、支撑剂3063ｍ３、ＣＯ23475ｔ，改造体积达到926×104ｍ3。通过控压放喷，目前自喷日产油22.6ｍ3、气10823ｍ３的高产工业油气流，大大推动了古龙页岩油领域的勘探进展。

散失量研究

页岩油散失是叠合盆地复杂构造区页岩油资源评价中的薄弱环节。保存条件研究对页岩油散失的影响及其量化表征以及对于叠合盆地“残留”页岩油资源的科学评价及勘探具有重要的现实意义。

页岩油散失量量化表征是复杂构造区页岩油资源评价的关键，保存条件优劣是造成岩石原始含油率与现今残留含油率存在差异的主要原因。研究区经历晚二叠世博格达山形成雏形、晚侏罗世全面隆升造山、古近纪—第四纪强烈造山演化过程，最终形成现今的构造格局，整体呈南北分带、东西分段的地质结构特点，不同区带保存条件差异大。因此，有必要根据保存条件优劣进行评价单元的划分，分单元开展“残留”页岩油资源评价。

页岩油散失量研究的核心是合理地确定不同评价单元的保存系数权重。为了减少保存系数权重赋值的人为因素影响，结合不同岩相页岩油赋存特征差异，基于大量实测样品，分岩相、分保存评价单元开展了页岩油散失量的评价。