国内外致密油勘探现状、主要地质特征及差异

邱　振，李建忠，吴晓智，王社教，郑　民，郭秋麟（中国石油勘探开发研究院，北京100083）

国内外致密油勘探现状、主要地质特征及差异

邱振，李建忠，吴晓智，王社教，郑民，郭秋麟
（中国石油勘探开发研究院，北京100083）

近10年来，国内外致密油勘探均取得了重要进展。致密油资源潜力较大，已成为非常规石油中最现实的勘探领域。在分析前人大量研究成果的基础上，概述了国内外致密油的勘探现状，并厘定了致密油发育的主要地质特征及差异。国内外致密油发育的主要地质特征为：①相对稳定的沉积构造背景，保存条件好；②大面积分布的优质有效烃源岩，生烃强度大；③大面积连续分布的有效致密储层，储集能力强；④有效的源储接触关系，聚集效率高。国内外致密油地质特征的差异主要表现在烃源岩层、致密储层和油藏等特征3个方面。这些认识能够为我国下一步致密油勘探开发提供有益参考。

致密油；地质特征；勘探现状；Bakken组；延长组；芦草沟组

0　引言

致密油（tight oil）在国外较早用于描述含油的致密砂岩［1］，而在我国起初用于描述低渗透砂岩油藏［2-3］。美国自2005年开始借鉴页岩气勘探开发的成功经验，逐步实现了Williston盆地Bakken组和Western Gulf盆地Eagle Ford组等页岩层系中致密油的勘探开发［4-6］。在这一过程中致密油逐渐被另一术语“页岩油”（shale oil）所代替，用于泛指产自页岩、砂岩和碳酸盐岩等低渗透岩层中的石油［4，7］。在我国，邹才能等［8］于2010年首次提出“致密油”这一术语，并进一步明确了其概念，特指致密砂岩和致密碳酸盐岩等储集层中的石油［9-10］。尽管国内外在致密油概念方面存在一些争议［11-13］，但目前已报道的致密油主要是指泥页岩层系中的致密砂岩和致密碳酸盐岩等储集岩中的石油［6，14-16］，且其正逐步成为研究的热点。基于国内CNKI数据库和国外ScienceDirect数据库统计结果，国内外致密油相关研究论文数量自2011年起均开始迅猛增长，其中关于致密油地质勘探的约占总数量的50%，这是近些年来致密油勘探快速发展最直接的体现。笔者基于国内外已发表的致密油相关资料，综述国内外致密油勘探现状，并阐述致密油的主要地质特征及其在国内外存在的差异，以期为我国下一步致密油勘探开发提供有益参考。

1　勘探现状

美国自2005年开始借鉴页岩气勘探开发的思路，将水平井和分段压裂等技术规模应用于Williston盆地的Bakken组致密油，并于2007年对North Dakota和Montana地区的Bakken组致密油开始大规模勘探。至2008年，Bakken组致密油实现规模开发，成为当年全球十大发现之一［4］。随后逐步实现了Western Gulf盆地Eagle Ford组等页岩层系中致密油的勘探开发［4-6］，并引发了全球致密油勘探的热潮。近10年来，国内外致密油的勘探均取得了重要进展，且其资源潜力较大［9，17-18］，逐渐成为非常规石油中最现实的勘探领域［9，16］。

全球致密油资源丰富，可采资源量约为473亿t，主要集中在北美、亚太、中亚及拉丁美洲等四大地区［10］。国外致密油勘探开发较早，以北美的美国致密油最为典型。目前美国已发现Williston，Western Gulf和Permian等近20个致密油盆地［4-6］，而其致密油资源主要分布于7个盆地的9个页岩层系之中，即Western Gulf盆地中的Austin Chalk组和Eagle Ford组、Williston盆地中的Bakken组、Powder River盆地中的Niobrara组、Permian盆地中的Avalon/Bone Springs组和Spraberry组、Anadarko盆地中的Woodford组、San Joaquin/Los Angeles盆地中的Monterey/ Santos组以及Appalachian盆地中的Uitca组。其中，Bakken组、Eagle Ford组、Avalon/Bone Springs组和Monterey/Santos组是致密油的主要富集层位（表1）。美国地质调查局（USGS）自2000年起开始对美国32个含油气盆地（约占美国油气资源量的97%）的常规和非常规油气资源展开了新一轮评价，根据USGS于2013年的统计结果，美国致密油（连续型油）技术可采资源量约17.7亿t［19］。美国能源信息署（EIA）于2014年预测美国致密油技术可采资源总量约78.9亿t［5］。

表1　美国主要致密油层的资源量分布［5，19］Table 1Resources distribution of different tight oil reservoirs in America

近年来，美国致密油的勘探开发使得其进口原油占总消费量的比例（对外依存度）从2005年的60%快速下降到2012年的40%左右［5］。美国原油产量自1986年持续下降，至2008年这一局面才开始扭转（产量约2.5亿t），到2012年产量约3.2亿t，其中致密油产量约1.1亿t，约占年产量的35%［5，7］。EIA预测美国原油年产量在2020年左右可达4.8亿t，其中致密油产量约2.4亿t，约占年产量的50%［5］。

美国致密油勘探开发中最具代表性的2个实例是Bakken组和Eagle Ford组致密油。Williston盆地Bakken组是美国最早开展致密油勘探开发的目的层系，其发育于上泥盆统与下石炭统之间，由下页岩段、中砂岩段和上页岩段3段组成，均连续分布于整个Williston盆地，其中上、下页岩段均由黑色富有机质泥岩组成，中砂岩段岩性分布不均匀，包括砂岩、粉砂岩、白云岩和泥岩［20］。20世纪50年代，以Bakken组为产层的Antelope油田就已建成，但受技术所限，当时以Bakken组顶部页岩裂缝型油气藏勘探开发为主。2005年以来，借鉴页岩气的勘探开发思路，将水平井和分段压裂等技术进行规模应用；2007年对North Dakota和Montana地区的Bakken组致密油开始大规模勘探；至2008年，Bakken组致密油实现规模开发，成为当年全球十大发现之一［4，6］。2011年美国Bakken组致密油产量约7.5万t/d，至2012年底致密油产量达10.5万t/d［5-6］。EIA预测Bakken组致密油2014年产量约27万t/d，年产量将超过1亿t［5］。

2008年，美国在Texas州发现Eagle Ford组致密油，其主要产自与页岩互层的致密灰岩中，储层物性差，孔隙度为2%～12%，渗透率小于0.01 mD，含油层系埋深跨度大，为914～4 267 m［4，6］。Eagle Ford组烃源岩最大总厚度达250 m，TOC质量分数平均为4.5%，Ro为0.7%～1.3%。截至2010年，Eagle Ford组已钻井超过600口，含油面积约4万km2［4］。2012年底，Eagle Ford组致密油日产量约7.6万t［4-6］，成为美国致密油第二大产层。EIA预测其2014年日产量约30万t，年产量将超过1.1亿t［5］，成为美国致密油第一大产层。

1.2国内致密油

我国致密油勘探起步较晚，之前比较通用的术语为低渗透油藏，自2010年以来，致密油这一术语才得到广泛接受和采用［8］。研究表明我国致密油具有较好的资源前景［18］。邹才能等［8-9］初步评估我国致密油可采资源量为（35～40）亿t。贾承造等［13］采用类比法等初步得出我国致密油地质资源量为（74～80）亿t，可采资源量为（13～14）亿t。

与此同时，“峨眉武术在当今发展过程中主要形成了以高位高桩、中低兼顾、手法多变为主，腿法灵活为辅，劲力突出的技击风格。”[8]峨眉武术由于受地理环境与人文因素的特点影响，在技击脚法上讲究进退用之字脚与线扒脚，走位发招用三羊角尾进退，接招还招用提宰造锤盘破手，避实击虚巧致胜。如进红门用钻脚和龙心脚攻击，进侧门用转盘脚和羊尾脚防守，圈外则用梭子脚进行击打的境界。

目前，我国致密油勘探在鄂尔多斯、准噶尔和松辽等六大盆地均取得了重要进展［14］，形成了3个超亿吨级规模储量区：①鄂尔多斯盆地长7油层组落实致密油甜点区面积1 400 km2，形成首个超亿吨级储量规模区，资源规模约9亿t［17］；②准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油井控面积超500 km2，3口水平井试油获日产油28～73 m3，形成超亿吨储量规模的昌吉油田［14］，资源规模约20亿t［21］；③松辽盆地水平井获得高产，试油获日产油38～96 m3，北部扶余、高台子油层形成亿吨级的三级储量区［14］，资源潜力达13亿t［22］。同时，在四川盆地川中侏罗系［23］、柴达木盆地扎哈泉区块干柴沟组［24］、三塘湖盆地芦草沟组—条湖组［25-26］以及渤海湾盆地束鹿凹陷古近系［14］等层系中均取得了致密油的重要发现。

我国致密油勘探开发中最具代表性的2个实例是鄂尔多斯盆地上三叠统延长组和准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组。

鄂尔多斯盆地延长组是一套内陆淡水湖盆沉积地层，北部厚100～600 m，南部厚1 000～1 300 m，边缘沉降坳陷带最大厚度为3 200 m。根据岩性组合、电性及含油性，延长组可划分为10个油层组（长1～长10）。长6和长7油层组为现今鄂尔多斯盆地发现的主要致密油富集层系，其地质资源量约30亿t，其中长7致密砂岩油资源量约9亿t［17］。长7致密砂岩油主要发育在长71和长72小层，垂向上分布在邻近生烃凹陷的半深湖—深湖亚相中的重力流砂体或延伸较远的三角洲前缘砂体中；平面上主要分在姬塬地区三角洲前缘砂体中和陇东地区的浊积砂沉积区［17］。

吉木萨尔凹陷位于准噶尔盆地东部，面积约1 200 km2。该区中二叠统芦草沟组整体上为一套以半深湖—深湖相泥（页）岩为主的烃源岩段，有机质丰度高，生烃潜力大［15］，其内部集中发育以砂屑白云岩、白云质粉砂岩和泥质粉细砂岩为主的储层段，是致密油勘探的重点层段［16］。自2010年以来，中国石油新疆油田分公司按照致密油勘探思路，针对该区钻揭芦草沟组的钻井开展了试油或恢复试油等工作，并取得重要突破［16］。目前，已在该区吉23、吉25、吉30、吉31、吉171、吉172、吉174和吉251等井钻获工业性油流，具备巨大的勘探潜力［27］。吉172_H井为吉木萨尔凹陷致密油首口水平井，目前累计产油超万吨，平均日产油约21 t［21］。

2　国内外致密油发育的主要地质特征

致密油是储集在覆压基质渗透率小于或等于0.1 mD的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集层中的石油。大量研究表明［10，14，28］，它具有大面积连续分布、资源量大、但资源丰度低［29］等特点，是在特定的石油地质条件下形成的，故具有一些典型的地质特征。

2.1相对稳定的沉积构造背景，保存条件好

目前国内外报道的具有一定规模的致密油，主要发育在海相克拉通盆地（如Williston盆地Bakken组致密油）和陆相大型坳陷湖盆（如鄂尔多斯盆地延长组致密油）环境之中，它们均具有相对稳定的构造背景，即沉积环境和后期构造均比较稳定。这些盆地中心区或斜坡带具备稳定持续沉降的沉积环境，能够形成大面积且配套的烃源岩、储层和盖层，是致密油得以聚集的前提条件。例如鄂尔多斯盆地三叠系延长组原型盆地发育在古生界克拉通基底之上，构造活动微弱，地层平缓，坡度小于1°［30］，广泛沉积了富有机质的泥（页）岩烃源岩和砂岩储集层，分布面积可达10万km2以上［17］，而后期构造改造活动相对较弱，断裂相对不发育，保证了烃源岩生成的烃类能够持续有效地充注到储层之中，形成一定丰度的油气资源。

2.2大面积分布的优质有效烃源岩，生烃强度大

大面积分布的优质有效烃源岩是形成致密油的物质基础。目前发现与致密油相关的烃源岩一般具有大面积连续分布（可达10万km2以上）、有机质丰度高［w（TOC）≥2.0%］且类型好（Ⅰ—Ⅱ型）、成熟度适中（Ro为0.6%～1.3%）及生烃强度大（可达500× 104t/km2以上）等特征。例如，Williston盆地Bakken组发育上、下2套海相页岩，分布面积达17万km2，其有机质含量高，上、下页岩段平均TOC质量分数分别为8%和10%，有机质类型均为Ⅰ—Ⅱ型，Ro值一般为0.6%～1.0%［4，31-32］，故均为优质有效烃源岩。鄂尔多斯盆地长7致密油烃源岩以湖相泥（页）岩为主，分布面积达10万km2，TOC质量分数一般为6%～22%，平均为13.8%，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型，Ro值为0.85%～1.15%［17，33］。据计算，鄂尔多斯盆地长7烃源岩有效分布面积约5万km2，生烃强度平均值可达495×104t/km2以上，总生烃量可达2 473亿t［17］。准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组TOC质量分数平均为4.8%，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型，Ro值为0.5%～1.1%，整体上也是一套优质有效烃源岩［21］。该凹陷内芦草沟组的有效分布面积约1 000 km2，生烃强度大，可达1 000万t/km2以上（图1），总生烃量约60亿t［21］。

图1　准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组生烃强度分布［21］Fig.1The distribution of hydrocarbon-generating intensity of Lucaogou Formation in Jimusar Sag，Juggar Basin

2.3大面积连续分布的有效致密储层，储集能力强

大面积连续分布的细粒沉积砂体或碳酸盐岩等致密储层为致密油的形成提供了大量聚集空间，而这些储层内大量存在的微米级、纳米级孔隙则是致密油的有效储集空间，因此，其储集能力强，致密油资源量大。Williston盆地Bakken组致密油分布面积约7万km2，孔隙度为5%～13%［6，10，32］；Western Gulf盆地Eagle Ford组致密油有利面积约4万km2，孔隙度为2%～12%，平均为9%［4，6，10］；鄂尔多斯盆地长7油层组致密油有利面积为3～5万km2，孔隙度为4.8%～12.6%，平均为7.2%［17］；准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组含油致密储层有利面积约1000km2，孔隙度为4%～16%。然而目前已有的研究表明，国内外致密储层的含油下限所对应的孔隙度一般低于5%或4%，甚至低于2%［34-39］，孔喉直径一般小于50 nm［35］。杨华等［17］对鄂尔多斯盆地延长组致密油储层纳米级孔喉分布的统计结果表明，致密油储层的中值孔喉直径为20～300 nm，主要为50～200 nm；孔喉直径为30～2 000 nm，主要为500～1 000 nm。吉木萨尔凹陷芦草沟组储集岩的压汞资料表明，纳米级孔喉约占孔喉总体的97%，是致密油储集空间的主体，其孔喉半径主要为50～500nm，约占78%［21］。因此，大面积分布的致密储层，其孔隙度总体上高于4%，孔喉直径大于50 nm，整体上应为有效储层，储集能力强。

2.4有效的源储接触关系，聚集效率高

相对稳定的构造背景能够形成大面积的烃源岩和致密储层，物源供应和气候等条件的变化控制烃源岩与致密储层沉积相互叠置发育，形成源储大面积紧密接触。如Williston盆地Bakken组、鄂尔多斯盆地延长组、准噶尔盆地二叠系芦草沟组及松辽盆地青山口组等致密油，它们的共同特征是源储共生，储集层与烃源岩紧密接触，形成了典型的“三明治”结构［10，17，21］，这是致密油大面积成藏的前提条件。致密油“三明治”的紧密接触关系，大大增加了源储接触面积，缩短了运移距离，使得烃源岩能够高效排烃，致密油得以高效聚集。以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油为例，芦草沟组源储组合总体上为“源储共生”赋存特征，即典型的“三明治”结构：纵向上相互叠置，横向上大面积连续接触（图2）。研究表明，纵向上，芦草沟组致密油源储组合整体上表现为夹层型（“3+2”模式），而在上、下部致密储层段内部，其源储组合均表现为互层型（“1+ 1”模式）［21］。这种有效的源储组合特征，保证了芦草沟组烃源岩生烃后能够高效排出并高效地聚集到致密储层之中，其聚集效率高达33.3%［21］。

图2　准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油源储组合分布［21］Fig.2Distribution of source rocks and reservoirs of tight oil of Lucaogou Formation in Jimusar Sag，Juggar Basin

3　国内外致密油地质特征的主要差异

目前，国内致密油主要发现于陆相大型坳陷盆地之中，而海相致密油勘探虽具一定潜力，但仍未取得较大突破。这是因为中国主要含油气盆地在大地构造背景方面与北美地区存在较大差异，缺乏像北美海相克拉通那样大面积分布且稳定的沉积构造背景。这也决定了国内陆相致密油与国外海相致密油在烃源岩、致密储层和油藏等特征方面存在一定差异（表2）。

表2　国内外致密油主要地质特征对比［4，17，21］Table 2Main geologic characteristics of tight oil between America and China

3.1烃源岩层特征

一般来说，国外与致密油相关的烃源岩分布面积大，厚度小且变化小，TOC含量高；国内与致密油相关的烃源岩分布面积变化大，厚度大且变化大，TOC含量中—高。北美Williston盆地Bakken组发育上、下2套海相页岩，其分布面积约17万km2，厚度仅为2～6 m，但TOC质量分数平均为8%～10%；美国Western Gulf盆地Eagle Ford组烃源岩分布面积约4万km2，厚度为30～90 m，TOC质量分数平均为3.7%～4.5%。与国外相比，我国鄂尔多斯盆地延长组长7烃源岩具有一定的可比性，其有效分布面积约5万km2，TOC质量分数为6%～22%，但其厚度变化大，为10～100 m；准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组烃源岩有效分布面积仅约1 000 km2，但其厚度大，一般为100～225 m，TOC质量分数一般为1.0%～10.0%，平均约4.8%（参见表2）。

3.2致密储层特征

总体上，国外的致密油储层分布面积大，厚度小且变化小；国内的致密油储层分布面积变化大，厚度大且变化大。北美Williston盆地Bakken组致密油储层有效分布面积约7万km2，厚度一般为5～15 m。与国外相比，我国鄂尔多斯盆地延长组长7致密储层的有效分布面积为（3～5）万km2，但其厚度大且变化大，为10～80 m；准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密储层厚度为20～80 m，但其致密油储层的有效分布面积约1 000 km2（参见表2）。

3.3油藏特征

一般来说，国外致密油的原油密度小、压力系数大、可采系数大，而国内致密油的原油密度变化大、压力系数小且变化大、可采系数小。国外Bakken组和Eagle Ford组致密油的原油密度均较小，一般为0.81～0.87g/cm3，且压力系数均较高，为1.35～1.80；国内鄂尔多斯盆地延长组长7油层组和准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油原油密度变化均较大，一般为0.80～0.92 g/cm3，压力系数均较小且变化大，为0.60～1.32（参见表2）。基于上述国内外原油密度和压力系数的差异，初步研究表明：国外致密油的开采系数一般偏高，如Bakken组致密油，其可采系数为10%～12%①中国石油勘探开发研究院油气资源规划所.中石油第四次资源评价北美致密油刻度区报告，北京：中石油勘探开发研究院，2014.，而国内芦草沟组致密油可采系数仅为5.1%～5.5%（参见表2）。需要指出的是，我国陆相致密油储层非均质性强，受甜点体控制特征明显，其可采系数可能变化较大。

4　结束语

（1）近10年来，国内外致密油资源潜力较大，勘探均取得了重要进展，已成为非常规石油中最现实的勘探领域。国外以美国为代表的Williston盆地Bakken组和Western Gulf盆地Eagle Ford组等致密油的有效勘探开发，不仅扭转了美国原油产量持续下降的局面，也使得美国石油对外依存度快速下降。虽然国内致密油勘探起步较晚，但资源前景良好，已在鄂尔多斯、准噶尔和松辽等六大盆地取得了重要进展，并形成了3个超亿吨级规模储量区。

（2）虽然目前国内外致密油勘探均取得了重要进展，但与之相关的研究还不够深入，如致密油聚集机理、油藏特征（如可采性）等方面。本文所取得的初步认识，是基于作者有限的知识与已有的致密油相关数据，或许随着致密油研究的不断深入而发生变化，希望能够为我国下一步致密油勘探开发提供有益参考。

致谢：在本文撰写过程中，得到了中国石油勘探开发研究院杨涛、陶士振、李登华和谢红兵等专家的指导，审稿专家在审阅过程中给出了建设性意见，在此一并表示感谢！

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（本文编辑：王会玲）

Exploration status，main geologic characteristics and their differences of tight oil between America and China

Qiu Zhen，Li Jianzhong，Wu Xiaozhi，Wang Shejiao，Zheng Min，Guo Qiulin
（PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Beijing 100083，China）

In recent ten years，great progress has been made in the tight oil exploration around the world，suggesting that tight oil resources have great potential，which has became the most realized target for exploration of the unconventional oil. Based on pervious studies referring to tight oil，this paper summed up the exploration status of tight oil between America and China，and discussed the main geologic characteristics of them and their differences.The main geologic characteristics of tight oil are as follows：（1）it was commonly developed in the sediment-tectonic setting with well preservation；（2）organic-rich source rocks associated with it extend over large areas with high hydrocarbon-generating intensity；（3）tight oil reservoirs are distributed in a large area continuously with giant reservoir space；（4）tight oil reservoirs were effectively coexisted with source rocks with highly active accumulation.The differences of geologic characteristics of tight oil between America and China mainly exit in three aspects of source rocks，tight reservoirs and oil deposits.These above conclusions are hoped to provide some beneficial suggestions for next tight oil exploration in China.

tight oil；geologic characteristics；exploration status；Bakken Formation；Yanchang Formation；Lucaogou Formation

TE122.3+3

A

1673-8926（2015）04-0119-08

2015-02-07；

2015-03-29

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“油气资源评价——中国石油第四次油气资源评价”（编号：2013E-0502）资助

邱振（1984-），男，博士，工程师，主要从事沉积学、石油地质学与资源评价等方面的研究工作。地址：（100083）北京市海淀区学院路20号中国石油勘探开发研究院塔里木分院。电话：（010）83597964。E-mail：qiuzhen316@163.com。