美国页岩油发展现状及预期

美国页岩油发展现状及预期

摘要美国的页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。美国原油进口量大幅下降，炼油业迅速复苏，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响。虽然目前国际油价大幅下跌造成了页岩油开发的停滞，但长远来看，页岩油开发在美国势在必行。

关键词美国页岩油影响因素发展

前言

古代人类就发现了石油和天然气。到19世纪中叶，美国和俄罗斯相继钻成了第一口油井，对油气需求的快速增加，促使对油气的开发从优质油气扩展到品质较差、开采难度较大和开采成本较高的油气（童晓光等，2014）。1979年，美国地质学家Masters 提出了油气资源分布的三角图概念（Masters，1979；Holditch，2006），三角图的顶部为常规油气，开采技术难度较低和开采成本较低，油的品质好，占总油气资源量的比例较小。非常规油气开采技术难度较大，开采成本较高，油的品质较差，但占油气总资源量中的比例大（童晓光等，2014；图1），其中页岩油的勘探和开发已经越来越受世界各国的重视。

页岩油是指储存于富有机质、纳米级孔径为主页岩地层中的石油，是成熟有机质页岩石油的简称（邹才能等，2013）。页岩既是石油的烃源岩，又是石油的储集岩。页岩油以吸附态和游离态形式存在，一般油质较轻、黏度较低。主要储集于纳米级孔喉和裂缝系统中，多沿片状层理面或与其平行的微裂缝分布。富有机质页岩一般在盆地中心大面积连续聚集，整体普遍含油，资源规模大。页岩油“核心区”评价的关键包括储集空间分布、储集层脆性指数、页岩油黏度、地层能量和富有机质页岩规模等。页岩气的成功开采为页岩油开采提供了技术参考，水平井体积压裂、重复压裂等“人造渗透率”改

图1 油气资源类型分布

造技术，是实现页岩油有效开发的关键技术（邹才能等，2013）。

进入21 世纪以来，美国页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。仅数年时间页岩油开发就取得惊人成绩，使得美国原油进口量大幅下降，炼油业迅速复苏，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响（罗承先等，2013）。根据美国能源信息署的评估，全球页岩油气技术可采资源总量达6634万亿立方英尺，其中90%在美国以外的地区。尽管如此，北美仍是目前唯一成功实现了页岩油气开发的地区，其他国家和地区对待页岩油气资源的态度因各种因素的制约而各异。澳大利亚、阿根廷、中国、英国、乌克兰等国近年来大力投资页岩油气，但距离可持续商业开发还有很长的路要走。

页岩油形成机制

页岩在不同成熟阶段产出油气的机制不同。未成熟有机质页岩可形成“人造油”，成熟有机质页岩地下形成页岩油，高过成熟有机质页岩形成页岩气，可分别称为未熟“人工”页岩油、成熟页岩油、高熟页岩气（邹才能等，2013；图2）。

图2 页岩层系油气聚集模式

尽管页岩生成烃类已被公认，但对页岩内残留烃量和滞留机理却存在不同认识（邹才能等，2013；Leythaeuser et al.，1991；Pepper et al.，1995；Stainforth，2009）。多数学者认为泥页岩中烃类的释放和排出包括两个过程：烃类从干酪根中热演化生成释放过程和生成烃类在泥页岩内部的初次运移，而对于这两个过程哪个是关键至今还存在很大分歧。有学者认为干酪根中烃类释放是关键，液态烃释放受干酪根吸附和烃类在干酪根网络中的扩散作用控制；还有学者认为烃源岩的岩性组合、有效运移通道、烃源岩内压力分布以及微裂缝发育程度等因素起控制作用。泥页岩内滞留油气取决于干酪根的化学性质和生成油气的体积与组成，而油气的体积与组成又取决于干酪根的性质和二次裂解反应。泥页岩中烃类滞留机理不仅决定烃类在泥页岩中的残留数量和排烃数量，还控制了滞留烃类二次裂解形成页岩气的潜力。很多学者对泥页岩内烃类滞留机理进行了探讨，比较有代表性的理论包括干酪根吸附机理、聚合物溶解机理、排烃门限理论等，这

些理论在一定程度上解释了干酪根性质对油气滞留的影响，对油气排烃过程产生的分馏效应也作了一定解释，但均存在一定局限性（邹才能等，2013；Pepper et al.，1995；Stainforth，2009；Ritter，2003）。

依据泥页岩矿物组成、有机碳和残留烃相关分析，结合场发射和环境扫描电镜下泥页岩孔隙和含油性观察，本文提出了页岩内部页岩油滞留聚集模式（图3）。残留液态烃主要以吸附态存在于有机质内部和表面，以吸附态和游离态存在于黄铁矿晶间孔内。同时，受泥页岩纳米孔喉连通程度、穿越孔喉的贾敏效应、源岩内部压差等限制，部分烃类滞留在泥页岩孔喉系统内，伴生气溶解在烃类中呈液态。由于黏土、石英、长石、白云石、方解石等矿物颗粒表面束缚水膜的存在，矿物基质纳米级孔喉中的液态烃主要呈游离态赋存，其次为吸附态。残留液态烃在微裂缝中主要以游离态形式存在（邹才能等，2013）。

图3 页岩油滞留聚集模式

美国页岩油产业发展历程

美国页岩油勘探开发近两年发展较快，但若追根溯源，页岩油产业化也有60 多年的历史。根据产业化发展过程中的具体特点，可以将其发展历程划分为三个阶段（罗佐县，2014）。

发现阶段

美国的第一个页岩油藏是1953 年在威利斯顿盆地发现的，正式投产于1955年。当时的发现者Stanolind公司主要采用直井开发技术，开发的目的层为巴肯组的上段，在当时的技术条件下，平均单井产量为27.4 吨油当量/日。六年之后也就是1961 年，壳牌公司在威利斯顿盆地进行石油勘探时，在首要目的层勘探失利的情况下，转向勘探巴肯组上段，发现了埃尔克霍恩牧场油田，再一次证明了巴肯组上段油气潜力。由于该段以暗色的海相页岩为主，发育大量天然裂缝，且裂缝的存在对产量有积极意义，于是作业者认为该段发育泥岩裂缝油藏。在之后的近30 年时间里，油公司在巴肯页岩区带内的油气勘探开发活动几乎全部集中在该区发育的一系列背斜构造附近，钻探的目的层均