當前我國頁巖油發展中面臨的問題與對策
——訪中國科學院院士、石油地質學家金之鈞

□ 文/唐大麟

記者：金院士您好，頁巖油氣開采技術的發展帶來了世界能源格局的巨大變化，在您的建議和助力下，十多年前，我國在四川盆地取得了頁巖氣勘探開發的巨大突破，近年來頁巖油的勘探開發也開始不斷取得新的進展。請您介紹一下我國頁巖油勘探開發的歷史與現狀。

金之鈞：我國的頁巖油資源主要是陸相，其勘探開發大致經歷了“常規石油”兼探、“非常規頁巖油”探索，以及針對性技術攻關和新一輪評價、部署三個階段。2010年以前是與“常規石油”兼探階段。這一時期在鄂爾多斯、渤海灣、江漢等盆地烴源層系均發現了泥頁巖裂縫型油氣，但總體上儲產量規模有限，發展較為緩慢。2010——2014年是“非常規頁巖油”探索階段。中國石化和中國石油選取了若干典型盆地，在凹陷邊緣構造高部位部署了一批頁巖油專探井。2014年至今，是針對性技術攻關和新一輪評價、部署階段。2014年以來，在國家“973”計劃和油氣重大專項支持下，陸相頁巖油地質評價及開采關鍵技術攻關全面啟動，并取得了可喜進展。

據美國EIA估算，我國頁巖油技術可采資源量為43.7億噸，但這一評價明顯偏低。中國石化石油勘探開發研究院研究團隊初步估算，中國陸上主要盆地頁巖油資源量為186億噸。根據目前新疆油田頁巖油實際生產數據統計，劃分初始產能高于30噸/天為Ⅰ類，低于10噸/天為Ⅲ類，中間則為Ⅱ類，當前吉木薩爾凹陷Jx23井最高頁巖油日產88.3噸，Jx25井最高日產油108.3噸，瑪湖凹陷MY1井最高日產量可達31噸，都具有非常大的資源潛力。2018年以來，中國頁巖油發展戰略研究專家組完成了全國幾大盆地的調研，一致認為各盆地都獲得了勘探上的重大突破。從準噶爾盆地吉木薩爾凹陷到鄂爾多斯盆地中部，再到江漢盆地潛江凹陷，以及渤海灣盆地的黃驊坳陷和濟陽坳陷均有突破，近期在松遼盆地北部的古龍凹陷白堊系下部青山口組一、二段深湖相頁巖中也獲得了大于30噸的單井日產量。2020年5月30日古龍凹陷YP1井日產油35.3立方米，日產氣11.992立方米，油嘴6.3毫米，套壓8.3兆帕。然而，這只是單井的突破，整體來說，當前頁巖油勘探開發面臨的挑戰之一仍然包括單井產量低、效益差，尤其是在低油價背景下，規模開發遇到了極大挑戰。

我們在《中國陸相頁巖油資源發展戰略研究報告》中已明確提出，中高成熟度頁巖油是中國頁巖油戰略突破的重點領域，加強陸相頁巖油氣勘探開發是保障國家能源供應安全的重要途徑。我國多套湖相泥頁巖層系具有分布范圍廣、時代較新、有機質豐度高、厚度大、埋藏淺、成熟度低、以生油為主的特點，且陸相富有機質頁巖黏土礦物含量高、基質滲透率低、碎屑含量和可壓性變化大，因此規模有效勘探開發面臨資源規模不清、富集規律不明和可動用資源分布預測困難等重大挑戰。當前我國陸相頁巖油勘探中單井產量普遍較低，且高產、低產井分布極不均勻，頁巖油富集主控因素不清，甜點評價標準不一，預測評價難度大，制約了中國陸相頁巖油的勘探部署和規模化開采。

記者：目前國際上頁巖油開發的現狀如何？我國與之相比差距在哪？

金之鈞：全球頁巖油資源豐富，在美國、俄羅斯、阿根廷等都有開發，我重點介紹一下美國頁巖油勘探開發的情況。2019年，美國頁巖油產量為3.85億噸，占其原油總產量的65.2%。頁巖油已經成為原油產量增長的主體。美國海相頁巖油成功勘探與經濟效益開發首先得益于基礎地質認識的不斷提高，理論上突破了傳統的圈閉找油模式，極大地擴展了找油區域，實現了全盆地勘探開發的革命。它的主要產區在威利斯頓盆地上泥盆統——下石炭統巴肯區帶（Bakken）、墨西哥灣白堊系鷹灘區帶（Eagle Ford）、二疊盆地二疊系伯恩斯普林和沃夫坎等區帶（Spraberry and Wolfcamp）、阿帕拉契亞盆地奧陶系尤提卡區帶（Utica）等。目前二疊盆地頁巖油的產量上億噸，2019年開始頁巖油勘探開發的阿納達科盆地，早期開發的富有機質層系頁巖油單井直井產量并不高，后期勘探在盆地深凹處4500米以深獲得了高產。

美國海相頁巖油勘探開發歷經長期探索。1953年，在威利斯頓盆地巴肯組發現了Antelope油田，但是由于長期低產無人關注。1987年，受頁巖氣探索影響，在巴肯組上段打了頁巖油第1口水平井，但產量低，無經濟效益。2000年轉向巴肯組中段的致密層段，獲得巨大成功，該層系平均厚度為15-20米，盆地中心是碳酸鹽巖，盆地邊緣是碎屑巖，在盆地中心發現了美國第1個頁巖油田Elm Coulee，總體處在盆地的中央部位，具有低緩背斜背景。2007年巴肯組產量突破110萬噸，距離第1個油田發現共用了7年的時間。繼巴肯組產量突破之后，美國頁巖油勘探開發先后在南部鷹灘（Eagle Ford）、中部二疊盆地等地展開，頁巖油產量迅速上升，最高峰時期每年增長5000萬噸，2019年美國頁巖油總產量達3.85億噸。巴肯組在2009年之前的單井產量低，2012年實現平均產量約8.22萬噸，2017年以來平均日產量超過20.55萬噸；鷹灘組日產量也超過54.8萬噸。美國目前高產頁巖油井多分布在威利斯頓盆地、二疊盆地和海灣盆地鷹灘組。

我國頁巖油氣資源豐富，初步評價結果位居世界第三位，是建成千萬噸級產量油氣田最現實的戰略接替資源。但是，我國主要為陸相頁巖油氣，具有不同于美國海相頁巖油氣的顯著特點，美國技術在我國難以完全復制。我國能否像“陸相生油理論”一樣，掀起一場“陸相頁巖油氣”革命，關乎國家能源安全，關乎百萬石油人就業崗位，也關乎能否在世界“頁巖革命”中搶得先機并從海外獲取頁巖油氣資源的戰略問題。

記者：當前我國頁巖油發展面臨的主要問題是什么？

金之鈞：當前我國頁巖油存在的最主要的問題，還是陸相頁巖油與美國海相頁巖油在地質條件上的巨大差異，這決定了我們無法完全復制美國理論與技術模式。具體來說存在的問題，一是陸相頁巖油富存機理認識不清，評價手段亟需完善。我國陸相頁巖沉積相變快、非均質性強、熱演化程度低、成巖作用弱，難以借鑒北美資源評價方法。二是陸相頁巖油甜點構成要素不清，預測技術尚未建立。礦物成分和儲集體孔隙結構類型復雜多變，微觀復雜性在宏觀尺度上的地震響應特征和規律不清，常規均勻各項同性的等效介質理論與方法不能有效描述；儲層甜點關鍵參數的地球物理測井識別與評價，特別是巖電關系認識與含油性評價十分困難；非均勻各向異性頁巖油目標層的高精度成像與“甜點”要素精確反應十分困難。三是陸相頁巖油儲層流動機理不清，有效動用條件不明。頁巖油以游離、吸附或溶解等多種形式賦存于微裂縫、納米孔隙，有機質內部等多種孔隙空間中，不同賦存狀態的原油流動機理和流動條件不明；缺乏針對頁巖油儲層的流體運移數學模型、分析計算方法和手段，無法有效預測單井生產動態和產量遞減規律。四是陸相頁巖油儲層壓裂困難，難以形成有效支撐縫網。與海相頁巖油儲層相比，陸相頁巖油儲層塑性強，地層壓開難度大，難以形成有效的壓裂縫網，人工裂縫波及體積小；頁巖油儲層塑性強導致壓裂支撐劑嵌入嚴重，裂縫長期導流能力低；頁巖油儲層水敏性強，對儲層傷害大，現有壓裂技術不適應。五是陸相頁巖油黏度較高等因素導致流動能力差，采出困難。陸相頁巖油存在有機質成熟度低、流體黏度高、驅動能力不足等難題，目前缺乏提高頁巖油流動性能的成熟工藝方法，相關研究亟待開展。六是井深、異常高壓、儲層強敏感、鹽間儲層失穩帶來系列工程問題。深層泥頁巖巖性致密、可鉆性差、鉆井速度慢、鉆井周期長；鹽間頁巖儲層特殊巖性造成井筒損壞嚴重，措施有效期短、累積產油量低、經濟效益差。

記者：針對以上存在的問題，我們發展頁巖油的思路是怎樣的？

金之鈞：針對目前我國頁巖油發展過程中存在的這些問題，結合國家對能源的需求，以及常規油氣資源的整體情況分析，我們提出了針對頁巖油發展的四大原則，即“堅持政策引導，科技先行的原則”“堅持自主創新，開放合作的原則”“堅持先易后難，有序推進的原則”“堅持國企主導，多方參與的原則”。

在以上發展思路指導下，根據我國陸相頁巖油的特殊性，針對頁巖油產業未來發展，我們以油價70美元/桶為測算值，也制定了三個階段的發展目標。首先是戰略準備階段，即在“十四五”時期，集中科技攻關，制定相關政策，形成高成熟度頁巖油勘探開發關鍵技術，落實高成熟度頁巖油技術可采資源量20億-30億噸；探索中低成熟度頁巖油原位改質技術，落實中低成熟度頁巖油原位改質技術可采資源量30億-40億噸；全國頁巖油年產量達到500萬-800萬噸。其次是戰略突破階段，即在“十五五”期間，繼續強化科技攻關，形成關鍵技術系列；落實高成熟度頁巖油技術可采資源量5億-10億噸；突破中低成熟度頁巖油關鍵技術，落實中低成熟度頁巖油原位改質技術可采資源量40億-50億噸；全國頁巖油年產量達到1000萬-1500萬噸。再次是戰略展開階段，即在“十六五”期間，完善中低成熟度頁巖油關鍵技術，有效動用中低成熟度頁巖油資源；落實中高成熟度頁巖油技術可采資源量5億-10億噸；落實中低成熟度頁巖油原位改質技術可采資源量30億-40億噸；全面展開頁巖油開發，實現全國頁巖油大規模工業化生產，年產量達到2000萬噸以上。美國頁巖油氣革命使得美國實現了能源獨立，改變了世界能源版圖。中國頁巖油革命正處于起步階段，頁巖油開發應成為國家戰略，通過政策引導、金融支持、技術進步與管理創新，實現中國頁巖油氣的有效開發，保障我國能源安全。

記者：您認為我們在實現這些發展目標的實踐中具體該拿出什么措施？

金之鈞：加強頁巖油勘探開發是保障原油穩產兩億噸的重要舉措，也是老油田及百萬石油人可持續發展的關鍵。要實現以上目標，我們一是要提高認識，摸清家底，盡快制定頁巖油發展戰略規劃，充分認識頁巖油資源在我國能源領域的戰略地位和重大意義。在理論研究的基礎上，盡快組織專門隊伍開展全國頁巖油資源評價工作，進一步摸清家底，制定我國頁巖油發展戰略和相關規劃，從總體上對其開發進行戰略部署，進而確保該產業的健康穩定和可持續發展。二是要加強基礎理論及勘探開發關鍵技術的研究，“十四五”期間重點突破陸相頁巖油“甜點”預測技術、水平井多分段壓裂技術，從而有效動用我國中高成熟度高壓區頁巖油資源。2030年前要重點突破陸相頁巖油水平井增能驅油壓裂技術，從而有效動用我國普遍存在的常壓低壓中高成熟度頁巖油資源。在2030—2035年，要重點突破陸相頁巖油儲存高效原位改質開采技術，具備規模化工業產能，以保證能夠有效動用我國中低成熟度頁巖油資源。為保障上述技術攻關快速形成成果，建議部分基礎研究及關鍵技術列入國家重大基礎研究項目計劃和國家自然科學基金重點研究項目計劃，并給予優先安排；建議國家科技部持續支持頁巖油勘探開發進入油氣科技重大專項；部分前沿技術攻關進入顛覆性技術計劃。三是要加強實驗室與人才隊伍建設。建議國家發改委給予重大裝備研發支持，包括大型壓裂設備，旋轉導向鉆井，地下原位加熱工具等，通過走出去與請進來相結合，研究與實踐相結合的辦法，加大加快人才隊伍建設，加強國家重點實驗室建設。四是要推進勘探開發重點示范工程，重點開展準噶爾盆地、渤海灣盆地、江漢盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地等五大領域先導試驗區建設，先行先試。

此外，還需要完善相關配套政策。在體制機制上探索成立獨立的頁巖油公司或頁巖油項目經理部，實行一體化管理，提升開發效益。考慮引入混合所有制，聯合外企，民企等，共同推進陸相頁巖油商業開發，探索頁巖油勘探開發領域的金融創新，考慮多方向資本引入，共同推進陸相頁巖油商業開發。在財稅政策方面，建議國家出臺鼓勵和支持頁巖油開發的稅收減免或補貼政策，比照頁巖氣給予500元/噸的補貼，也可以從特別收益金里核減。