4.4　油页岩等潜在资源的开发和应用

4.4.1　潜在资源产业现状

非常规油主要包括油页岩、油砂及重油、致密油（含页岩油）等资源。2015年，全球非常规油产量为4.8×108t，占原油总产量的11%。油页岩开发的成本和污染问题尚未解决，产量规模有限；油砂及重油资源分布高度集中，加拿大和委内瑞拉是主产国；致密油开发在美国率先取得突破，引领非常规油产量快速增长。

4.4.1.1　产业规模

西加拿大盆地聚集了全球70%以上的油砂资源。1968年，加拿大采用地面开采技术实现油砂油产量86000t，沥青作为原油资源进入储量序列，当年新增原油探明储量10亿t. 1982年，加拿大采用热采法实现沥青产量13万t, 2015年产量增长至1.4亿t。据IHS预测，受低油价影响，2020年油砂产量约40万t/d。美国引领全球致密油资源规模开发。2008年，应用于页岩气开发的水平井分段压裂技术广泛用于致密油资源的开发，使其产量进入快速增长阶段，实现了致密油的商业开发，助推美国原油产量再创高峰。2015年，美国致密油产量达到2.1亿t，与2008年相比增长了7.2倍。1970年美国常规原油产量达到峰值5.3亿t之后呈现递减趋势，2008年递减至3.0亿t。致密油成功开发使其原油产量快速增长，2015年达到5.7亿t，实现了原油产量的二次高峰，并仍然具有持续增产的潜力。

中国的页岩油主要分布在准噶尔盆地二叠系、三塘湖盆地二叠系、鄂尔多斯盆地三叠系、四川盆地侏罗系、松辽盆地白垩系、渤海湾盆地古近系、苏北盆地古近系、江汉盆地古近系、南襄盆地古近系。20世纪60年代，在常规油气钻探过程中，济阳坳陷偶然发现了页岩油，称之为泥岩裂缝油气藏；在济阳坳陷勘探阶段，页岩段频繁出现气测异常和油气显示；1973年钻探河54井，日产油91.4t，日产气2740m3，济阳坳陷第一口页岩工业油流井由此诞生。之后陆续在泌阳凹陷、古龙凹陷、东濮凹陷、辽河坳陷、济阳坳陷及沧东凹陷等陆相泥页岩层系中发现了工业油流。

4.4.1.2　技术应用

重砂和重油的形成需要烃源岩、原油储集层和防止原油扩散的盖层。重砂和重油在形成过程中很容易受到水洗、构造、生物降解的影响，其分布面积普遍偏大，具有比较大的开采潜力。重砂和重油的密度比较高且流动性特别差，这给对其的开采和利用带来很大的难度，需要在开采过程中投入较高的成本。

重油和油砂最主要的特点是流动性差，主要开采方式为露天开采和巷道开采。当油砂的埋藏深度在120m以内时应该采用露天开采，当深度超过120m时应该采用巷道开采。目前外国出现了一种水平井和蒸汽辅助重力相结合的方法，可以大大提高石油的开采效率。

页岩油气和致密油气藏在物性极差的储集层中，因此如果要对其开采，那么必须对储层进行改进，这大大提升了开采的成本。但因其具有连续油气聚集的特点，因此具有较大的开采利用价值。

页岩油气会因为干酪的不同而形成三种状态：第一种是页岩气，第二种是页岩油，第三种是油页岩。页岩气通常处于有机质丰富且渗透率极低的页岩中，包含三种储藏方式：第一种是以游离态存储在天然岩缝中，第二种是以物理或化学方式存在于页岩中的孔隙孔道中，第三种是溶解在沥青当中。我们目前对页岩气的开采主要通过水平井采集和配套压裂方式采集，最先开采出的页岩气属于游离气，随着气压的下降，吸附气将被逐渐开采。

页岩油和致密油的形成有密切的相互关系，它们都生成于烃源岩中，如果运移到页岩储层中就成了页岩油。页岩油和致密油因为储层构造的不同而呈现多样性。我国具有丰富的页岩油储量，但因为页岩油开采技术还不成熟，所以我国对页岩油的开发利用较少。

炼油和发电是油页岩的主要利用途径。干馏法是油页岩炼油的主要方法，分为地上干馏和地下干馏。地上干馏在世界上已有在工业上成功应用的工艺，因而被普遍采用，地下干馏尚在试验阶段，并不成熟。对从油页岩中提取的页岩油进行加氢裂解精制后，可获取汽油、煤油、柴油、蜡和石油焦等多种化工产品。油页岩发电包括直接燃烧产蒸汽发电和干馏后副产的气体燃料燃烧发电两种方式，目前以前一种方式为主。此外，油页岩干馏或燃烧后产生的大量灰渣（占油页岩处理量的60%~80%）可用于制造水泥、砌砖、建筑陶粒和陶瓷等建材；可提取氧化铝、白炭黑、稀有元素和稀土元素等化学产品；可加工成肥料和用作土壤改良剂等，用于农业生产；还可以做分子筛、吸附剂，处理废气和废水等。世界上69%的油页岩用于流化床锅炉燃烧来发热、发电，25%的油页岩经各种干馏发生炉来提炼页岩油，6%的油页岩用于建筑、农业等。当前世界上以油页岩干馏生产页岩油的国家只有中国、爱沙尼亚和巴西；利用油页岩燃烧产汽发电的国家主要有爱沙尼亚、以色列、德国和中国，其中爱沙尼亚发电量很大，其他国家都很小。

致密气存储在渗透率较低的储层中，它的形成方式和页岩气的有很大不同。致密气经常存在于烃源岩的相邻地层，该地层多为致密的沉积岩层和低孔隙率、低联通率的储集层中。对致密气的开采主要通过钻水平井，然后配合压裂工艺进行生产。致密气因为气压较大，所以其开采难度小于页岩气的开采难度。

4.4.2　潜在资源发展趋势

4.4.2.1　存在问题

（1）基础理论尚需完善。如页岩油赋存机理与微观孔隙结构、页岩油滞留成藏机理、构造保存条件、有效储集体、流动机理、勘探评价体系、资源评价方法、储量和产能评价方法。

（2）勘探开发技术有待提升。夹层型泥页岩非均质性强，黏土矿物含量高，地质导向建模随钻测井、钻井施工难度大；大位移井的随钻地质导向与精细控制技术尚待改进；有机质成熟度较低，原油密度高、黏度大，地层原油处理和井筒举升难度大；采用水平井分段压裂开采时，油井初期有较高产量，但产量递减快，难以取得规模性商业发现。

（3）工程技术瓶颈有待突破。如页岩油“地球物理甜点”综合预测技术、低成本水平井分段多簇压裂技术、无水压裂等新型压裂技术、原油原位降黏技术。

4.4.2.2　发展前景

中国页岩油资源可采资源量大，可采资源量为40亿t，是未来重要的战略性接替资源，页岩油发展经历了早期的泥页岩裂缝型“常规石油”兼探阶段，直井、水平井体积压裂“致密油”主探阶段，油页岩原位加热转化为人造石油探索阶段，积累了丰富的勘探开发经验。中国石油已着手推动页岩油尽快取得革命性突破、实现商业规模开发，加大页岩油科技攻关力度，全力推进“井工厂”模式规模应用和示范区建设。

杨智等揭示了“进源找油”的源岩油气内涵；为夹层型页岩油勘探开发指明了方向的量子超距感应、纳米发电机、纳米机器人等前沿技术为提高页岩油水平井和大位移井的随钻地质导向与精细控制技术和油藏精细描述提供了可能；铁基金属玻璃、石墨烯、黑磷烯、钛合金材料等可为页岩油开发过程中钻井、开采、脱水、防腐等提供更优质的技术保障；纳米机器人还能了解油层岩石特性、井间基质、流体性质，测量储层参数、流体参数、流体和地层的界面空间分布等，有助于增加人们对页岩油藏的认识；同时，常规油气开采的“稠油冷采、分层采油、油井日常维护”等技术已完善配套，也有部分页岩油开采成功应用的范例，为页岩油提高采收率、减缓自然递减提供了可借鉴的技术支持。

页岩油已在美国实现商业开采，中国可以借鉴近年来美国海相页岩油勘探开发实践，为中国页岩油勘探开发提供理论和技术指导。