国外页岩油开发技术进展及其启示

盛 湘，张 烨

(1.中国石油化工管理干部学院，北京 100012；2.重庆地质矿产研究院)

国外页岩油开发技术进展及其启示

盛 湘1，张 烨2

(1.中国石油化工管理干部学院，北京 100012；2.重庆地质矿产研究院)

全世界页岩油资源主要分布在俄罗斯、美国、中国、阿根廷和利比亚等国家，中国的页岩油可采资源量全球第三，美国和加拿大为全球页岩油产量的大国，美国由于页岩油开发核心技术的进步和相关配套政策措施的辅助作用，继页岩气革命后，又掀起了页岩油的开发热潮，“井工厂”开发模式实现了页岩油气藏的安全、经济、高效开发，推进页岩油的快速发展；中国页岩油开发需要在科技创新和财税政策上进行激励。

页岩油开发；页岩油资源量；钻井技术

页岩油气革命正在重新调整全球能源格局，美国页岩油气开发取得巨大成就对北美以外地区和整个能源行业都产生巨大影响[1]。据美国能源署资料，2012年美国页岩油产量已达到72万桶/日，占美国原油总产量的12.5%，北美油气资产市场交易额的近50%涉及页岩油项目；2013年美国原油的日产量提高了180万桶，原油对外依存度从2008年的65%降至2011年45%；2014年1月美国原油进口量约2.87亿桶，较2009年1月的4.07亿桶降低约1.2亿桶，一旦美国实现“能源独立”，其国家战略地位将空前巩固。鉴于北美页岩油气产量增加，欧佩克报告预测到2035年，全球超过90%的需求增加来自亚洲，国际油气价格将更加变幻莫测，中国国家能源保障及能源价格风险将明显增大。

中国常规剩余油气资源主要分布在陆上深层、超深层、及陆上复杂隐蔽圈闭中，而页岩油气、煤层气等非常规油气资源是我国最重要的战略接替资源，页岩油集中分布在已知油区陆相地层中，是现有油区构成重要的战略资源接替。加快中国页岩油发展将对中国能源工业的可持续发展具有重要保障作用，是我国能源有序利用的客观要求，是实现能源安全的重要保障。

1 国外页岩油资源及勘探开发现状

根据美国能源信息署(EIA)[2]的统计结果，全球页岩油主要分布在北美和欧亚大陆，全球页岩油可采储量的排名见表1，俄罗斯、美国、中国、阿根廷和利比亚为页岩油的主要分布国家。

表1 页岩油资源可采储量排名

1.1 北美

北美地区页岩油开发的主要国家为美国和加拿大，其它国家页岩油的勘探与开发还没有提上日程。

美国能源信息署(EIA)2013年6月发布的全球主要国家和地区页岩油气资源评价结果显示，美国的页岩油地质资源量为10 022亿桶，技术可采资源量为500亿桶，居世界第二；已明确具有页岩油资源潜力的区带共有8个，包括巴肯、伊格尔福特、奈厄布拉勒、马塞勒斯、尤蒂卡等。 64%分布在西海岸Monterey/Santos，15%分布在落基山Bakken页岩区，14%分布在墨西哥湾海岸EagleFord，7%分布在西南部Barnett-Woodford。2012年页岩油的产量为200万桶/天，2013年四季度，美国页岩油的平均产量已达322万桶/天，综合各方面的预测来看，2014年美国页岩油产量很可能突破500万桶/天，并长时间稳定在此值左右。2019年，美国页岩油产量预计将达到960万桶/天。

2012年加拿大阿尔伯达能源资源保护局及阿尔伯达地质调查局研究认为[7]，西加拿大盆地页岩地层中可能含有3 324万亿立方英尺的天然气、586亿桶凝析油，以及4 236亿桶的石油资源。2013年加拿大页岩油平均产量为34万桶/天，约占其国内产量(352万桶/天)的10%，主要集中在艾伯塔、马尼托巴和萨斯喀彻温等西部省份。

1.2 中东-北非[3-4]

中东-北非具有十分丰富的页岩油资源，现有OPEC国家将依然是页岩油资源大国，但中东-北非资源大国对全球和本土页岩油资源的开发和利用，更多关注页岩油对OPEC产量配额和价格策略的影响。

据海外媒体2013年4月21日德黑兰报道，伊朗国家石油公司(NIOC)日前向媒体公布了勘探页岩油和页岩气的计划。根据这些计划，伊朗将开始在靠近与伊拉克接壤的边境地区内寻找页岩油和页岩气。

1.3 中亚-俄罗斯

该地区包括俄罗斯、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、乌兹别克斯坦和阿塞拜疆5个原油生产国。由于能源战略、资源条件、开采程度差异，目前将页岩油纳入议事日程的国家主要有俄罗斯和乌兹别克斯坦。从2014 年1月1日起，俄罗斯将对页岩油和海上石油勘探开发实行税收减免，这将使俄罗斯成为世界上为数不多的鼓励致密油开发的国家。俄罗斯天然气工业公司[5](Gazprom)开始在西西伯利亚的Krasnoleninsky地区钻探页岩油(致密油)评价井。俄罗斯页岩油平均产量为12万桶/日，约占其国内原油总产量的1%，主要集中在西西伯利亚盆地。目前，俄罗斯的石油企业正与国际石油公司进行页岩油的勘探与开发工作。

乌兹别克斯坦的页岩油资源量估计有3400 亿桶。由于原油产量持续下降、供需矛盾日益突出，其宣布开始开采位于纳沃依州北部地区的桑格伦套油田的页岩油。

1.4 亚太

包括中国、印尼、印度、马来、越南、泰国、澳大利亚和缅甸。该区常规石油资源主要富集在陆相地层中，常规石油资源分布一定程度上代表页岩油潜在资源分布特征。页岩油潜力最大的国家为中国和澳大利亚。

中国陆上[6-12]含油气盆地有利页岩油分布区主要集中在陆相地层中。东部盆地古近系主力烃源岩R00.5%～1.5%，处于低熟～成熟生油气阶段；松辽盆地白垩系主力烃源岩R0为0.7%～2.0%；西部准噶尔盆地二叠系、侏罗系主力烃源岩R0为0.5%～1.0%；鄂尔多斯盆地三叠系烃源岩R0为0.7%～1.5%；四川盆地及周缘三叠系～下侏罗统泥页岩热演化适中，以页岩油为主。

澳大利亚2002年的页岩油产量为42万桶，但是澳大利亚的页岩油开发进展比较缓慢。2013年，澳大利亚自然资源公司林肯能源宣称在阿卡林加盆地(Arckaringa Basin)发现了储量达2330亿桶的世界级页岩油田。澳大利亚南澳洲(页岩油矿所在地)矿业部长汤姆则认为，如果林肯能源公司的石油被挖掘出来，澳大利亚将从石油进口国转变为净出口国。

1.5 南美

主要包括委内瑞拉、巴西、厄瓜多尔、哥伦比亚、阿根廷。该区陆上页岩油可采资源潜力较大的国家可能包括委内瑞拉、厄瓜多尔、哥伦比亚和阿根廷。

阿根廷页岩油获得重大发现，2011年5月，阿根廷最大的能源公司YPF在内乌肯盆地发现1.5亿桶页岩油[12]；2012年3月，YPF公司在门多萨省Payun Oeste和Valle del Rio Grande区块发现10亿当量桶页岩油气。阿根廷国家石油公司在2013年三季度季报中称，其位于内乌肯盆地(Neuquén Basin)的瓦卡穆尔塔油田(Vaca Muerta)已获得超过1万桶油当量/日的页岩油气产量，其中页岩油产量约0.79万桶/天。另外，西班牙雷普索尔的阿根廷子公司YPE SA 在阿根廷境内巴塔哥尼亚地区的罗马拉拉塔区块发现9.27亿桶页岩油。

1.6 欧洲

欧洲的石油资源主要分布在北海、北极海域；陆上除了罗马尼亚前喀尔巴仟盆地及特兰西瓦尼亚盆地早期产油以来，其他地区主要分布页岩气和页岩油资源。英国地质调查局地质学者Nigel Smith表示，英国的海上页岩气和页岩油储量远超陆上，前者可能是后者的5到10倍。

由于担心页岩气开发特别是水力压裂对环境污染的影响，欧洲许多国家都出现了反对页岩油开发的声音，部分国家也出台了一些相应的政策限制页岩油的开发，例如法国和荷兰禁止开发过程中使用水力压裂技术。由于反对声音和一些不利于页岩油开发的政策的存在，欧洲的页岩油勘探和开发进程缓慢。

2 页岩油开发的工程技术

2.1 钻井工程技术

井工厂技术：页岩油钻井先后经历了直井、水平井、丛式 “井工厂”的发展历程。加拿大能源公司(EnCana)最先提出“井工厂”开发的理念，即使用水平井钻井方式，在一个井场完成多口井的钻井、射孔、压裂、完井和生产，所有井筒采用批量作业模式，从而提高作业时效，实现页岩油气藏的安全、经济、高效开发[13-18]。据路透社报道称，2014年美国巴肯页岩区带上将有超过90%的页岩油钻井采用“井工厂”技术，每个平台可实现钻井12～16口，能够将单井钻井成本降至750万美元/口。在巴肯页岩油区带资源潜力良好的Sanish次级区带和部分Nesson背斜上，页岩油的盈亏平衡价格分别达到58美元/桶和61美元/桶。

钻井液技术[19-22]：页岩油开发使用的油基钻井液配套技术成熟，目前正在开展页岩油水基钻井液的尝试与应用，初步取得试验成功，但大规模应用尚需进一步研究与完善。Bakken、Eagle Ford等盆地页岩油气水平井90%采用油基钻井液技术，Barnett页岩水平井80%采用水基钻井液。

目前国内已经形成自主知识产权的低黏高切油基钻井液体系，开发出乳化剂、提切剂、降滤失剂等核心助剂，成本较国外同类产品降低30%，体系性能达到国际先进水平，初步解决了页岩油气藏井壁稳定难题，但钻井含油废弃物处理技术与国外尚具有很大差距。

2.2 压裂工程技术

2.2.1 压裂工艺

目前页岩油压裂工艺和页岩气的压裂工艺类似，主要有以下几种。

(1)水平井分段压裂技术[22-23]。该技术包括裸眼封隔器+滑套分压技术、水力喷射分段压裂技术、双封单卡分段压裂技术、套管射孔管内封隔器分段压裂技术和泵送桥塞分段压裂技术。Bakken页岩油储层和EagleFord页岩油储层的水力压裂工艺主要是裸眼封隔器+滑套分段压裂技术和连续油管水力喷射压裂技术。

(2)水平井同步压裂技术[38]。利用两口井或多口井的同步压裂形成复杂的网状裂缝，从而增加页岩油气的产量。2006年同步压裂技术开始在Bakken页岩气区使用，作业者在相隔152～305 m范围内钻两口平行的水平井，并同时进行压裂。

(3)无水压裂技术。使用已交联的液化石油气LPG(Liquefied Petroleum Gas)压裂液替代常规压裂液的一种压裂方式，LPG压裂液主要成份是丙烷和丁烷。 GASFRAC公司目前已掌握该项技术，并在页岩油气和致密油气井上已成功应用，可替代常规的水基、油基压裂液及甲醇、CO2和N2压裂液。

(4)高导流水力通道压裂技术。采用分簇射孔，以短小脉冲式方式注入携砂液和净压裂液，在裂缝内形成开启的流动通道，其中支撑剂团簇形成骨架非均匀地铺置在开启通道周围，此时支撑剂不再充当导流介质，而是作为支撑结构，形成导流通道。斯伦贝谢公司掌握该项技术，并在世界范围应用超过4000井次5000多段压裂。

2.2.2 压裂液

页岩油的常用压裂液为滑溜水、线性胶，采用黏度更高的压裂液和粒径更粗的支撑剂以及更高的砂比，注重压裂液和支撑剂的匹配，实现形成高导流能力主裂缝，降低地层页岩油流入井底阻力，提高页岩油井产量。

2.2.3 支撑剂

由于北美页岩油气资源储层埋深较浅，储层闭合压力相对较小，因此，主要采用石英砂作为压裂的主要支撑剂类型，对于部分储层采用石英砂和陶粒混合支撑剂，对压裂缝进行支撑，形成宽度较大的支撑缝，提高主裂缝导流能力。Bakken页岩上部页岩压裂常用的支撑剂粒径主要是20/40目，常采用石英砂；Eagle Ford页岩压裂前置液阶段支撑剂粒径主要是100目砂(打磨炮眼和降滤失作用)，携砂液阶段初期支撑剂粒径主要30/50目砂，后期支撑剂粒径主要是20/40目覆膜砂。

2.2.4 压裂液回收利用

页岩油和页岩气储层通常采用水平井分段压裂技术进行增产，压裂液的配制需要使用大量的淡水资源，平均一口页岩气水平井压裂需要7 000～20 000 m3水，在水资源贫乏地区，压裂成本非常高。传统的压裂施工中，需要大量的淡水资源的同时，返排的压裂液通常储存在裸露的地表，容易导致压裂液的泄露，对地表和地下水资源造成污染。采用压裂液回收利用系统，可以大大减少用水量，减少压裂施工车辆，同时减少了有害化学物质的泄漏。

目前国内和国外页岩油气压裂井场都建立压裂液配液站和废液处理站，改变了以往单口井临时配制压裂液的做法，实现了压裂液循环利用。

3 美国页岩油开发对我们的启示

美国页岩油气的产业化发展，受益于核心技术的革命性突破及相关配套政策措施，主要包括：①竞争开放的开发体制；②专业化分工协作机制；③市场化的管网运行和价格政策；④科技创新激励措施。

中国陆相页岩油地质的复杂性与工程技术需求的特殊性，决定了不能简单照搬北美技术与经验。中国要走在世界页岩油技术的前列，并且实现规模化生产，就必须发挥国家优势，立足陆相页岩油资源特征，全面加快科技攻关。为此，需要借鉴美国发展经验，从国家战略的高度给予政策及激励措施保障。

(1)加快建立国家非常规资储评价与管理体系。加快推出中国页岩油气资源与储量评价方法，建议在非常规油气领域直接借鉴北美页岩油气资源量评价、储量评价方法。

(2)加快完善非常规油气开采特殊财税政策。页岩油主要分布在陆相地层中，部分与现有油气区不重叠，可以作为市场化的试点领域，基于此，建议国家对页岩油开发借鉴煤层气、页岩气财税政策。

(3)加大激励非常规资源开采科技自主创新力度。建议通过国家页岩油工程实验室建设、国家页岩油研究中心建设等结构性措施，开辟国家特殊政策通道和人才队伍建设平台，激励中国陆相页岩油科技快速发展。

(4)加快研究并实施非常规资源开采环保政策。针对页岩油开发可能造成潜在的地下水污染、空气污染、土地污染、噪声污染以及环境可持续发展问题，加快研究和完善针对性环境保护法律法规，以确保中国页岩油开采的同时，不对环境可持续发展构成威胁。

4 结论

(1) 页岩油资源主要分布在俄罗斯、美国、中国、阿根廷和利比亚等国家，美国和加拿大是全球页岩油的产量大国，其它国家还处于勘探或者观望阶段。

(2)页岩油开发经历了直井、水平井、“井工厂”阶段，“井工厂”开发模式实现了页岩油气藏的安全、经济、高效开发。

(3)页岩油压裂以水平井多级分段压裂为主，其它新型压裂应用相对较少，压裂液主要以滑溜水和线性胶相结合的混合压裂液为主。

(4)美国页岩油气的产业化发展，受益于核心技术的革命性突破及相关配套政策措施。

(5)我国页岩油的开发需要在科技创新和财税政策上进行激励，保证页岩油勘探开发的高效快速发展。

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编辑：李金华

1673-8217(2015)06-0080-05

2015-04-22

盛湘，高级工程师，硕士，1977年生，2002年毕业于中国地质大学石油地质专业，主要从事油气勘探、油气田开发等专业技术人才培训工作。

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