頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣形成條件和賦存狀態(tài)的差異性

頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣形成條件和賦存狀態(tài)的差異性

巖油氣系是指富有機(jī)質(zhì)粘土層及其中、砂巖、細(xì)砂巖和其他油氣資源的集合。泥頁(yè)巖作為一種細(xì)粒沉積巖,在沉積盆地中分布廣泛,占沉積巖總量的60%~70%,在常規(guī)油氣勘探的“生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保”基本要素組合中,泥頁(yè)巖被作為生油氣層和蓋層。北美在該層系獲得了大量油氣,引發(fā)了石油地質(zhì)學(xué)和石油工程學(xué)革命性的變化,對(duì)世界石油工業(yè)發(fā)展方向產(chǎn)生了重要影響。1美國(guó)wolford頁(yè)巖美國(guó)1821年成功鉆探了世界第一口頁(yè)巖氣井,2012年頁(yè)巖氣年產(chǎn)量達(dá)到2300×108m3,占美國(guó)天然氣總量的34%。其間,在地質(zhì)認(rèn)識(shí)和開采工藝方面都經(jīng)歷了艱苦的探索過程。目前,美國(guó)在北美地臺(tái)30多個(gè)盆地幾乎所有的海相頁(yè)巖烴源巖地層中都發(fā)現(xiàn)了頁(yè)巖氣。已發(fā)現(xiàn)的頁(yè)巖氣成因類型既有生物成因氣,也有熱成因氣,或是生物成因與熱成因氣的混合氣,這與頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)演化程度有關(guān)[3,6,7,8,9,10,11,12](表1)。從北美主要頁(yè)巖氣源巖的有機(jī)質(zhì)成熟度統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看,頁(yè)巖的熱成熟度(RO)可以在0.4%~2.0%之間變化,乃至更高(>3.0%)(表2)。但從產(chǎn)量最高的Barnett頁(yè)巖資料分析,在中—低成熟頁(yè)巖發(fā)育(RO=0.7%~0.9%)的地區(qū)頁(yè)巖氣產(chǎn)量較低,較高成熟頁(yè)巖(RO>1.1%)分布的地區(qū)頁(yè)巖氣產(chǎn)量較高。這可能是由于中—低成熟階段產(chǎn)生的天然氣的量少,同時(shí)在這個(gè)階段頁(yè)巖中部分殘留的液態(tài)烴堵塞頁(yè)巖喉道使生成的氣體難以排出,較高成熟階段頁(yè)巖中干酪根和石油裂解產(chǎn)生的氣量迅速增加是高產(chǎn)的主要原因。當(dāng)然,頁(yè)巖的有機(jī)碳含量和有機(jī)質(zhì)類型也是影響產(chǎn)氣量的重要因素,雖然部分地區(qū)有機(jī)碳含量在1.0%以下,但主要在1.5%~20.0%之間,有機(jī)質(zhì)的類型以Ⅰ,Ⅱ型為主(表2)。在北美地臺(tái)高有機(jī)質(zhì)豐度和腐泥型及混合型海相頁(yè)巖,多為發(fā)育在海進(jìn)體系域時(shí)期/高水位體系域初期的陸緣海深水、缺氧環(huán)境下沉積的暗色富含有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。如Appalachian盆地中部泥盆系—密西西比系頁(yè)巖是前陸盆地局限深水沉積產(chǎn)物,泥盆系Ohio頁(yè)巖沉積期(時(shí)間跨度約15Ma),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致相對(duì)海平面下降,局限程度增強(qiáng),晚泥盆紀(jì)至早石炭紀(jì),海平面最大,使Appalachian海處于耗氧狀態(tài),而且穩(wěn)定的分層水體確保生物有機(jī)質(zhì)得以保存;FortWorth盆地Barnett組富有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖沉積于深水(120~215m)前陸盆地,具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶(OMZ)的缺氧—厭氧特征,與開放海溝通有限,沉積物主要為半遠(yuǎn)洋軟泥(來自淺水陸棚)和生物骨架殘骸,沉積營(yíng)力基本上通過濁流、密度流等懸浮機(jī)制完成,屬于靜水深斜坡—盆地相,這種環(huán)境生物產(chǎn)率高,有機(jī)質(zhì)保存好;Arkoma盆地Woodford頁(yè)巖亦具有類似特征。上述實(shí)例說明北美大多數(shù)黑色頁(yè)巖沉積之初海平面位置較高,富含養(yǎng)分的上升洋流夾帶著來自深海動(dòng)植物殘骸的充足養(yǎng)分,使生物產(chǎn)率高,形成較強(qiáng)還原環(huán)境,有機(jī)質(zhì)豐富的頁(yè)巖分布廣泛,一般在10000km2以上,最大可達(dá)240000km2;厚度較大,頁(yè)巖凈厚度為15~100m,一般大于30m(表3),可以生成大量的天然氣,并且具有供氣長(zhǎng)期、穩(wěn)定、持續(xù)的特點(diǎn)。美國(guó)主要產(chǎn)氣頁(yè)巖的巖性和礦物組成有很大的差別,既有石英含量較高的硅質(zhì)頁(yè)巖,也有碳酸鹽含量較高的灰質(zhì)頁(yè)巖(表4),對(duì)于可進(jìn)行商業(yè)性開采的頁(yè)巖氣藏,其頁(yè)巖一般要具有較高的脆性,從而利于壓裂措施的實(shí)施,增加含油氣頁(yè)巖極低的基質(zhì)滲透率。2002年以前,多數(shù)研究者認(rèn)為頁(yè)巖中石英含量一般在35%~70%之間才具有商業(yè)性開采價(jià)值,但隨著勘探進(jìn)展與認(rèn)識(shí)的提高,目前認(rèn)為,頁(yè)巖中硅質(zhì)礦物與碳酸鹽含量總和較高,同樣增加了巖石的脆性,兩者之和達(dá)40%~80%,同樣具有較大的開采價(jià)值,如在2008年之后發(fā)現(xiàn)的Texas東部Arkoma盆地的上侏羅統(tǒng)的Haynesville頁(yè)巖和Maverick盆地的Eagleford頁(yè)巖,Haynesvile頁(yè)巖巖性主要為灰質(zhì)頁(yè)巖,全巖礦物中碳酸鹽含量一般在25%~68%之間,而Eagleford頁(yè)巖巖性主要為灰質(zhì)頁(yè)巖和泥灰?guī)r,碳酸鹽含量普遍較高,最高可達(dá)80%,已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的頁(yè)巖。頁(yè)巖的基質(zhì)孔滲條件一般較差,美國(guó)主要產(chǎn)氣頁(yè)巖孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(表5),含氣頁(yè)巖大多顯示出低的孔隙度(<12%)、低的基質(zhì)滲透率(<0.001mD)。頁(yè)巖極低的孔滲條件使得氣體產(chǎn)出緩慢,過去傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為只有存在天然裂縫網(wǎng)絡(luò)才能增加頁(yè)巖極低的基質(zhì)滲透率。Michigan盆地北部Antrim頁(yè)巖氣生產(chǎn)與北西向和北東向發(fā)育的2組斷裂有關(guān),Illinois盆地的NewAlbanty頁(yè)巖氣為裂縫和基質(zhì)孔隙中的游離氣以及干酪根和黏土顆粒表面的吸附氣。Hassenmueller等認(rèn)為商業(yè)性頁(yè)巖氣的產(chǎn)出與斷裂和褶皺引起的破裂作用以及碳酸鹽建造上的頁(yè)巖披覆作用有關(guān)。然而,近來Bowker在FortWorth盆地的Barnett頁(yè)巖的研究工作,對(duì)天然和誘導(dǎo)裂縫與頁(yè)巖氣生產(chǎn)之間的關(guān)系有了新的認(rèn)識(shí):天然開啟的裂縫是Barnett頁(yè)巖研究中最有爭(zhēng)議的問題,在開始研究Barnett頁(yè)巖時(shí),許多人包括Boewker本人,都認(rèn)為開啟的天然裂縫對(duì)Barnett頁(yè)巖氣的生產(chǎn)是關(guān)鍵的,事實(shí)上,假如在Barnett頁(yè)巖中存在大量開啟的裂縫,目前在這套儲(chǔ)層中被保存的天然氣的規(guī)模要小得多。天然裂縫的存在會(huì)導(dǎo)致大量天然氣排出并運(yùn)移至上覆巖層,這將減少Barnett頁(yè)巖的孔隙壓力和天然氣的儲(chǔ)量,如果存在大量開啟的天然裂縫,Barnett頁(yè)巖就不會(huì)有超壓。最初進(jìn)入Barnett頁(yè)巖勘探的許多經(jīng)營(yíng)公司(包括Mitchell公司和雪佛龍公司)勘探開發(fā)的策略都是測(cè)試斷層附近的Barnett頁(yè)巖,他們認(rèn)為在斷層附近,天然裂縫的密度高,地層的滲透性也高,事實(shí)的確如此,但是這些裂縫統(tǒng)統(tǒng)被膠結(jié)物封堵,膠結(jié)物通常是方解石。在Barnett頁(yè)巖氣的勘探中地質(zhì)學(xué)家和工程師花了2~3年的時(shí)間認(rèn)識(shí)到開啟的裂縫對(duì)Barnett頁(yè)巖氣的產(chǎn)能是無關(guān)緊要的,之所以無關(guān)緊要,是因?yàn)椴淮嬖陂_啟的天然裂縫,這并不是說Barnett頁(yè)巖中天然裂縫不發(fā)育,它們的數(shù)量還是比較多的,只是因膠結(jié)而被封堵。Bowker認(rèn)為,因膠結(jié)而封閉的裂縫是力學(xué)上的薄弱環(huán)節(jié),它增加了壓裂處理的有效性。因此他認(rèn)為,擴(kuò)散作用和巖石破裂能力的共同作用是Barnett頁(yè)巖成藏帶成功儲(chǔ)集天然氣的關(guān)鍵。Barnett頁(yè)巖不是裂縫性頁(yè)巖層帶,而是一個(gè)能夠壓裂的頁(yè)巖層帶。目前,利用多段復(fù)雜壓裂的方法,氣藏可采滲透率可達(dá)0.00001mD。對(duì)頁(yè)巖儲(chǔ)層的人工改造是頁(yè)巖氣獲得成功開采的重要外在條件,但產(chǎn)氣量大小和產(chǎn)量穩(wěn)定性則取決于頁(yè)巖中氣體的賦存量和賦存方式等內(nèi)在因素。頁(yè)巖氣的賦存形式具有多樣性,包括游離態(tài)(大量存在于巖石孔隙與裂隙中)、吸附態(tài)(大量吸附于有機(jī)質(zhì)顆粒、黏土礦物顆粒、干酪根顆粒以及孔隙表面之上)及溶解態(tài)(少量溶解于干酪根、瀝青質(zhì)、殘留水以及液態(tài)原油中),但以游離態(tài)和吸附態(tài)為主,溶解態(tài)僅少量存在。頁(yè)巖中的氣體首先滿足頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)和巖石表面吸附的需要,當(dāng)吸附氣量與溶解氣量達(dá)到飽和時(shí),富裕的天然氣才以游離態(tài)進(jìn)行運(yùn)移和聚集。從北美不同頁(yè)巖氣藏含氣量的統(tǒng)計(jì)來看(表6),各主要產(chǎn)層的含氣量差異較大,最低為0.42m3/t(Leiws),最高可達(dá)13.2m3/t(Haynesville);吸附氣和游離氣構(gòu)成比例差異也較大,其中吸附氣含量范圍較寬,為20%~85%,Barnett組頁(yè)巖最低,據(jù)Curtis統(tǒng)計(jì)顯示,FortWorth盆地密西西比亞系Barnett組頁(yè)巖的吸附態(tài)頁(yè)巖氣占原始頁(yè)巖氣總量的20%,但是,隨著實(shí)驗(yàn)研究和開發(fā)的深入,發(fā)現(xiàn)20%的評(píng)估值明顯偏低,Mavor等指出Barnett組頁(yè)巖吸附態(tài)頁(yè)巖氣應(yīng)占原始頁(yè)巖氣地質(zhì)儲(chǔ)量的61%,Bowker根據(jù)Barnett頁(yè)巖氣特征認(rèn)為存儲(chǔ)在基質(zhì)孔隙中的頁(yè)巖氣占天然氣總產(chǎn)量的50%以上,比早期研究的數(shù)據(jù)大很多。Martini等認(rèn)為Michigan盆地的Antrim頁(yè)巖以吸附態(tài)頁(yè)巖氣為主,游離態(tài)頁(yè)巖氣僅占頁(yè)巖氣總含量的25%~30%。從頁(yè)巖氣開采歷程來看,頁(yè)巖氣井生產(chǎn)壽命通常比較長(zhǎng),部分甚至高達(dá)30年,產(chǎn)量年遞減率一般小于5%(多數(shù)為2%~3%),許多研究認(rèn)為頁(yè)巖氣井穩(wěn)產(chǎn)期較長(zhǎng)與儲(chǔ)集層吸附氣含量密切相關(guān),頁(yè)巖氣開采后,階段生產(chǎn)的天然氣主要來自基質(zhì)中的吸附氣,吸附氣解吸是頁(yè)巖氣生產(chǎn)的重要機(jī)制。伴隨著北美頁(yè)巖氣勘探開發(fā),對(duì)海相頁(yè)巖氣形成條件、頁(yè)巖氣藏的基本特點(diǎn)以及相應(yīng)的開采技術(shù)已取得較為成熟的認(rèn)識(shí),基于大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)已形成了一系列評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)頁(yè)巖氣工業(yè)開采[23~27]。受北美頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的啟發(fā),我國(guó)學(xué)者在21世紀(jì)初開始關(guān)注頁(yè)巖氣,張金川等通過對(duì)北美成功鉆探頁(yè)巖氣地區(qū)的剖析,并與我國(guó)部分地區(qū)進(jìn)行類比,認(rèn)為我國(guó)許多盆地具有形成頁(yè)巖氣的地質(zhì)條件[28~31]。2006年初,中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院油氣資源規(guī)劃所組織專家展開了頁(yè)巖氣資源調(diào)查研究,1年的調(diào)研結(jié)果顯示,四川盆地威遠(yuǎn)地區(qū)的九老洞頁(yè)巖和瀘州地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪頁(yè)巖,都有頁(yè)巖氣成藏條件,而且前期勘探中已有頁(yè)巖氣發(fā)現(xiàn)。其中,威遠(yuǎn)地區(qū)—陽高寺和九奎山的158口井在復(fù)查中普遍顯示,尤其是1966年完鉆的威5井,鉆遇九老洞頁(yè)巖段發(fā)現(xiàn)氣浸與井噴,后測(cè)試日產(chǎn)氣2.46×104m3。隨后,這一地區(qū)的其他幾口井以及瀘州地區(qū)的有關(guān)地層,在鉆井過程中也見到不同級(jí)別的頁(yè)巖氣顯示,專家認(rèn)為,上述2個(gè)地層的頁(yè)巖氣資源潛力應(yīng)該在6.8×1012~8.4×1012m3之間,相當(dāng)于四川盆地的常規(guī)天然氣資源總量,與常規(guī)天然氣平分秋色。2009年,中國(guó)石油采用體積法對(duì)重慶及其周緣地區(qū)的筇竹寺組、五峰組—龍馬溪組進(jìn)行了頁(yè)巖氣資源初步估算,計(jì)算研究區(qū)筇竹寺組和五峰組—龍馬溪組頁(yè)巖氣資源量分別為7.5×1012m3和11.5×1012m3,2009年10月在重慶彭水連湖鎮(zhèn)西北構(gòu)造上鉆探了第一口頁(yè)巖氣參數(shù)井—渝頁(yè)1井,2010年9月在川西的威遠(yuǎn)氣田完鉆中國(guó)第一口頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井,獲得日產(chǎn)1.08×104m3的工業(yè)氣流。中國(guó)石化于2008年開始對(duì)所轄區(qū)塊進(jìn)行頁(yè)巖氣的普查與摸底,并在2009年采用“雙因素法”對(duì)南方海相地層發(fā)育區(qū)進(jìn)行了頁(yè)巖氣區(qū)帶評(píng)價(jià),確定了有利區(qū)塊6個(gè),面積為28556km2,具有遠(yuǎn)景的區(qū)塊8個(gè),面積為93300km2,并于2010年鉆探了中石化的第一口頁(yè)巖氣參數(shù)井———宣頁(yè)1井。就此,在中國(guó)石油工業(yè)領(lǐng)域拉開了頁(yè)巖氣勘探的序幕。隨著國(guó)家和各石油公司對(duì)頁(yè)巖氣勘探和研究的投入,目前中國(guó)在頁(yè)巖氣賦存機(jī)制、儲(chǔ)層描述、資源評(píng)價(jià)、戰(zhàn)略選區(qū)等方面取得了一系列的成果和認(rèn)識(shí)[32~39]。2basken頁(yè)巖油氣運(yùn)移特征在我國(guó)大力發(fā)展頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的同時(shí),北美卻由于頁(yè)巖氣產(chǎn)量的急劇上升,使得天然氣的價(jià)格大幅下降。過低的氣價(jià)抑制了頁(yè)巖氣生產(chǎn)者的積極性,卻極大地鼓勵(lì)了對(duì)同樣地質(zhì)條件和類似技術(shù)要求的頁(yè)巖油的開采。近年來美國(guó)在Williston盆地的Bakken頁(yè)巖層,TexasMaverick盆地的EagleFord頁(yè)巖層,Permian盆地的AvalonandBoneSprings頁(yè)巖層,SanJoaquin和LosAngeles盆地的MontereyandSantos頁(yè)巖層,FortWorth盆地的Barnett頁(yè)巖層,PowderRiverhe和GreaterGreenRiver盆地的Niobrara頁(yè)巖層已成功地開采出了頁(yè)巖油。美國(guó)原油產(chǎn)量自1970年出現(xiàn)高峰后,產(chǎn)量趨于下降,2008年起美國(guó)本土原油產(chǎn)量開始增加,2009—2010年的石油平均年增長(zhǎng)率為5.63%,與同期世界石油產(chǎn)量有所減少形成對(duì)照,美國(guó)成為石油增產(chǎn)最顯著的國(guó)家之一。頁(yè)巖油的開發(fā)是美國(guó)石油產(chǎn)量快速增長(zhǎng)的重要原因,頁(yè)巖油的快速生產(chǎn)使美國(guó)對(duì)石油的投資持續(xù)增長(zhǎng),2012年美國(guó)油氣上游增長(zhǎng)11%。據(jù)美國(guó)能源信息署(EIA)2011年評(píng)估報(bào)告,除Barnett頁(yè)巖外,美國(guó)本土未被開發(fā)的頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量約為240×108bbl,頁(yè)巖油的開采將改變北美的能源市場(chǎng),也將影響全球能源格局。美國(guó)頁(yè)巖油的開發(fā)最早始于20世紀(jì)50年代威利斯頓盆地Bakken頁(yè)巖(上泥盆系—下密西西比系),Bakken頁(yè)巖由上、中、下3個(gè)層段組成:上段為黑色頁(yè)巖,富含有機(jī)質(zhì),最大厚度為8m;中段為灰褐色極細(xì)—細(xì)粒礫巖、白云質(zhì)砂巖及粉砂巖,貧有機(jī)質(zhì),最大厚度為26m;下段為黑色頁(yè)巖,最大厚度為15m。其中上段和下段含有大量Ⅱ型干酪根,以生油為主。1987年Meridian公司在ElkhornRanch油田Bakken組上段頁(yè)巖鉆了第一口水平井,日產(chǎn)油36t,由此成功打開了Bakken組上段頁(yè)巖水平鉆井局面,由于Bakken組上段頁(yè)巖油氣產(chǎn)量的不可預(yù)測(cè)性,2000年以后開發(fā)目的層由Bakken上段向Bakken中段轉(zhuǎn)變,之后Bakken頁(yè)巖油產(chǎn)量逐年增長(zhǎng),2010年產(chǎn)量達(dá)到2800萬t。從Bakken頁(yè)巖油的開采歷史來看,富含有機(jī)質(zhì)黑色頁(yè)巖的上段的產(chǎn)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于富含白云質(zhì)砂巖及粉砂巖的中段,但上段仍然具有穩(wěn)定的產(chǎn)能。Bakken頁(yè)巖TOC為7.23%~12.90%,RO為0.65%~0.90%,孔隙度為3%~9%,滲透率<1mD,油質(zhì)輕。位于TexasMaverick盆地的EagleFord頁(yè)巖層(白堊系),是以Austin為產(chǎn)層的東德州大油田的烴源巖。該套頁(yè)巖是美國(guó)近年來頁(yè)巖油勘探開發(fā)效果最好的頁(yè)巖層系,據(jù)美國(guó)能源信息署(EIA)2011年預(yù)測(cè),該區(qū)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量可達(dá)34×108bbl。EagleFord頁(yè)巖層中油氣產(chǎn)出分3個(gè)帶:油帶、凝析油帶和干氣帶,油氣類型的變化與EagleFord頁(yè)巖層的成熟度有關(guān)。以生產(chǎn)頁(yè)巖氣聞名于全世界的Barnett頁(yè)巖位于德克薩斯州中北部的FortWorth盆地,但在該盆地的北部和西部Barnett頁(yè)巖目前正處于生油窗范圍內(nèi),以產(chǎn)油為主,目前累計(jì)產(chǎn)油約2.85×108t。從北美地區(qū)頁(yè)巖油的產(chǎn)出分布來看,它常與頁(yè)巖氣相伴生,一般呈環(huán)帶分布,與有機(jī)質(zhì)成熟度具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如FortWorth盆地的Barnett頁(yè)巖(密西西比系)在RO在0.6%~0.9%之間,主要以產(chǎn)液態(tài)油為主,RO在0.9%~1.1%之間既有以產(chǎn)油為主的頁(yè)巖油井,也有以產(chǎn)氣為主的頁(yè)巖氣井,在RO大于1.1%的范圍內(nèi)主要是產(chǎn)氣的頁(yè)巖氣井;而Maverick盆地的Eagleford頁(yè)巖(白堊系)RO大致以1.27%為界,RO>1.27%的范圍內(nèi)以產(chǎn)氣為主,而在RO<1.27%的范圍內(nèi)以產(chǎn)油為主?？傮w來看,頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣的形成具有一定的共性。如二者均呈“連續(xù)型”分布于沉積盆地的斜坡和中心帶,頁(yè)巖厚度與生烴量的關(guān)系基本一致;從頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣的形成控制因素來看,目前所發(fā)現(xiàn)的含油頁(yè)巖和含氣頁(yè)巖一般紋層均相對(duì)發(fā)育,有機(jī)質(zhì)豐度較高,且具有被充填的微裂縫;礦物組成中以低黏土礦物、高脆性礦物(較高的石英含量或較高的碳酸鹽含量)為主,較高的脆性礦物,使頁(yè)巖具有一定的可壓性;頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣的母源均為頁(yè)巖中的Ⅰ-Ⅱ型有機(jī)質(zhì),僅是由于頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)的熱演化階段的不同而成不同的烴類(主要以油或氣)相態(tài)存在。頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣的形成也存在一定的差異性。頁(yè)巖氣的產(chǎn)生具有多源性和多階性。目前發(fā)現(xiàn)的頁(yè)巖氣雖然主要來源于Ⅰ-Ⅱ型有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖,但也有來自Ⅲ型有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖,如Jewis頁(yè)巖。頁(yè)巖氣產(chǎn)生的多階性表現(xiàn)在有機(jī)成因天然氣可形成于有機(jī)質(zhì)成熟作用的任何階段,但頁(yè)巖油是有機(jī)質(zhì)處于成熟階段的產(chǎn)物,即生油窗(液態(tài)窗)階段的產(chǎn)物。也就是說,頁(yè)巖油形成于特定的時(shí)間和空間范圍,頁(yè)巖油的時(shí)空范圍遠(yuǎn)比頁(yè)巖氣的時(shí)空范圍小得多。頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣另一個(gè)重要的差異是,頁(yè)巖氣中主要成分甲烷的分子直徑只有0.38nm,平均分子量小于20,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。而頁(yè)巖油的分子量大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而具雜環(huán)結(jié)構(gòu)的油直徑為1~3nm,瀝青類為5~10nm(表7)。這些特性對(duì)頁(yè)巖油氣的賦存將產(chǎn)生重要影響。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,天然氣的黏度為0.01~0.20mPa·s,一般石油為幾到幾百mPa·s,即天然氣黏度比石油低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。油氣在地下會(huì)發(fā)生擴(kuò)散,分子越小,擴(kuò)散能力越強(qiáng)。天然氣的密度遠(yuǎn)比石油低,易被壓縮,也極易膨脹。天然氣在水中的溶解度比石油在水中的溶解度高得多,特別在高壓條件下,具有較高的溶解度。天然氣的這些特性決定了它比石油具有更多的運(yùn)移方式和更大的運(yùn)移活性,這也是造成頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣的形成與產(chǎn)出方式差異較大的原因之一。由于氣與油的分子大小及吸附性能的差異,從而導(dǎo)致二者在頁(yè)巖中的賦存機(jī)制和流動(dòng)性不同。對(duì)于氣在頁(yè)巖中賦存機(jī)制和流動(dòng)特征,其研究相對(duì)較多,吸附態(tài)和游離態(tài)的氣體均可產(chǎn)出,許多研究認(rèn)為頁(yè)巖氣井穩(wěn)產(chǎn)期較長(zhǎng)與儲(chǔ)集層吸附氣含量密切相關(guān),頁(yè)巖氣開采后,階段生產(chǎn)的天然氣主要來自基質(zhì)中的吸附氣,吸附和解吸是頁(yè)巖氣生產(chǎn)的重要機(jī)制。而對(duì)油在頁(yè)巖中的賦存及流動(dòng)機(jī)制研究相對(duì)較少,一般認(rèn)為,由于油的分子較大,且吸附性強(qiáng),吸附在有機(jī)質(zhì)表面和內(nèi)部的油不易產(chǎn)出,主要產(chǎn)出的是無機(jī)與有機(jī)物質(zhì)孔隙中的游離態(tài)油,而且原油密度越低,流動(dòng)性越好,越易開采?？傮w來看,有機(jī)質(zhì)豐度高、脆性礦物含量高是含油、含氣頁(yè)巖的共性,與頁(yè)巖氣相比,頁(yè)巖油主要存在于“生油窗”內(nèi),需要高壓、氣油比高、物性較好才具有一定的流動(dòng)性,可動(dòng)用的頁(yè)巖油以游離態(tài)為主,頁(yè)巖油的開采需要更高的基質(zhì)滲透率,高壓體系無論對(duì)于頁(yè)巖油還是頁(yè)巖氣都是獲得較高產(chǎn)能的有利因素。很多學(xué)者嘗試?yán)酶鞣N參數(shù)對(duì)頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣勘探開發(fā)進(jìn)行預(yù)測(cè),目前對(duì)于頁(yè)巖氣而言,具有較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系和參數(shù)(表8)。由于頁(yè)巖油的研究起步較晚,因此至今尚未形成公認(rèn)的頁(yè)巖油的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及體系,但由于北美地區(qū)頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣一般連續(xù)分布,鑒于頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣形成條件具有一致性,在以往研究中一般將頁(yè)巖氣的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于頁(yè)巖油的評(píng)價(jià)中,諸如含油氣量以及各種賦存狀態(tài)油氣所占的比例、有機(jī)碳含量、成熟度、孔隙度、滲透率、深度、厚度、礦物組成及巖石的可壓性參數(shù)等,但隨著研究進(jìn)展人們發(fā)現(xiàn),頁(yè)巖油的可流動(dòng)性及地層能量大小對(duì)頁(yè)巖油的產(chǎn)出具有較大影響。由于水平長(zhǎng)分支鉆井和多步壓裂技術(shù)既適用于頁(yè)巖油也適用于頁(yè)巖氣,目前,一些北美頁(yè)巖氣運(yùn)營(yíng)商正在將其勘探與生產(chǎn)操作移植到Bakken,EagleFord和Barnett頁(yè)巖油的生產(chǎn)中。3泥頁(yè)巖基巖油氣藏潛力上述已經(jīng)取得的頁(yè)巖油氣的研究進(jìn)展和成果認(rèn)識(shí)主要是基于海相含油氣盆地頁(yè)巖油氣的勘探開發(fā)實(shí)踐。這對(duì)我國(guó)南方和西部海相頁(yè)巖油氣的勘探開發(fā)具有重要的參考價(jià)值。但我國(guó)還有眾多的陸相含油氣盆地,在這些盆地中是否也存在著豐富的頁(yè)巖油氣資源?如何客觀的評(píng)價(jià)這些資源?能否對(duì)這類資源進(jìn)行有效的開發(fā)?這是我國(guó)石油工業(yè)持續(xù)發(fā)展急需解決的問題。作者系統(tǒng)調(diào)研了以產(chǎn)油為主的我國(guó)東部陸相盆地,在以往常規(guī)油氣藏的勘探中,當(dāng)鉆遇非目的層即烴源巖層時(shí),常常發(fā)現(xiàn)油氣顯示甚至獲得工業(yè)油氣流,這在陸相含油氣盆地是普遍現(xiàn)象,如勝利油田濟(jì)陽坳陷于1963年在東營(yíng)凹陷的東辛地區(qū)鉆探辛3井,在沙三下亞段泥頁(yè)巖見油氣侵和井涌,1973年在中央隆起帶鉆探河54井,在沙三下亞段泥頁(yè)巖段中途測(cè)試,5mm油嘴放噴,日產(chǎn)油91.4t,日產(chǎn)氣2740m3,累計(jì)產(chǎn)油754t,累計(jì)產(chǎn)氣21320m3,是勝利油田東部探區(qū)第一口泥頁(yè)巖工業(yè)油流井,投入生產(chǎn)后,累計(jì)產(chǎn)油27896t。1990年,在沾化凹陷的羅家地區(qū)羅42井、羅19井區(qū)也獲得重要發(fā)現(xiàn),羅42井鉆開沙三下亞段灰褐色油頁(yè)巖時(shí),發(fā)生井噴,用6mm油嘴試噴,日產(chǎn)原油79.7t,日產(chǎn)氣7746m3,投入生產(chǎn)后累計(jì)產(chǎn)油已達(dá)13605t。“十一五”期間,勝利油田加強(qiáng)了對(duì)濟(jì)陽坳陷探井鉆探過程中泥頁(yè)巖發(fā)育段有異常顯示段的試油測(cè)試,先后在東營(yíng)凹陷梁75、梁752、利912、樊163、官119、王76、牛876、利深101、董2等井和沾化凹陷的義283、渤深8等井氣測(cè)異常的泥頁(yè)巖發(fā)育段見到良好的油氣顯示。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果,至2010年底,濟(jì)陽坳陷共在320余口探井在頁(yè)巖中見油氣顯示,其中30余口井獲工業(yè)油氣流,頁(yè)巖油氣顯示廣泛分布于濟(jì)陽坳陷的東營(yíng)、沾化和車鎮(zhèn)等凹陷,地質(zhì)層位主要集中在古近系沙河街組沙四段、沙三段和沙一段生油巖層系中。松遼盆地新北地區(qū)新19-11井鉆至青山口組井深832m頁(yè)巖發(fā)育段,自溢原油30~40m3,英臺(tái)地區(qū)的英12井,在青山口組2033.70~2083.65m頁(yè)巖發(fā)育段日產(chǎn)油4.56m3,氣497.00m3。江漢油田潛江凹陷古近系潛江組共有128口井鉆遇泥頁(yè)巖時(shí)井口有油氣顯示,其中自噴井32口,井涌、井溢井19口,槽面見油花氣泡井60口,井口出瀝青井11口。對(duì)多口具有油氣顯示的老井進(jìn)行復(fù)查,優(yōu)選潭50、潭57斜-1、新79-3、新30、新76井進(jìn)行老井試油,其中對(duì)潭50井1482~1485m井段進(jìn)行壓裂試油獲日產(chǎn)0.50m3少量油流,最高日產(chǎn)1.04m3;對(duì)潭57斜-1井1833~1835m井段常規(guī)試油,獲日產(chǎn)0.4~1.9m3油流。新79-3井壓裂初期日產(chǎn)油1.1t,新30井初期日產(chǎn)油0.8m3,新76井初期日產(chǎn)油1.4~1.9t,老井復(fù)查多口井獲油流,展示出江漢油田古近系具有良好的頁(yè)巖油勘探開發(fā)潛力。中原油田東濮凹陷古近系沙河街組共有208口井在泥頁(yè)巖段見油氣顯示,獲工業(yè)油流井2口,低產(chǎn)油流井3口,油氣層井11口。蘇北盆地古近系阜寧組泥頁(yè)巖中有193口井見油氣顯示,對(duì)17口井泥頁(yè)巖油氣顯示段進(jìn)行試油,有10口井