【石油观察家】中美致密油成藏条件、分布特征和开发现状对比与启示

文|李登华1，刘卓亚1，张国生2，郑志红1，贾 君1，高煖1，昝 昕1

1. 国土资源部油气资源战略研究中心；2.中国石油勘探开发研究院

摘要： 致密油可划分为源储互层型、源下储上型、源上储下型和源储一体型4种类型.通过中美致密油形成条件、资源潜力和开发现状对比，提出美国致密油大多为海相，技术可采资源主要分布在前陆盆地的二叠系、白垩系和泥盆系，主要富集在Permian、Western Gulf和Williston 3个盆地，主要储层为碳酸盐岩；中国已发现的致密油均为陆相，技术可采资源主要分布在克拉通盆地和裂谷盆地的三叠系、白垩系和古近系，主要富集在鄂尔多斯、松辽和渤海湾3个盆地，主要储层为砂岩.中国致密油资源潜力大、分布范围广，但地质与地表条件复杂，规模开发需要较长时间理论认识和工程技术准备，应给予适当的政策扶持.预测2030年我国致密油年产量有望达到（1500~2500）×10 ⁴ t，将成为石油生产的重要补充。

0 引言

致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的新热点，被称为非常规领域的又一个“黑天鹅”事件。1951年，美国第一个致密油层——Williston盆地上泥盆统—下石炭统的Bakken组顶部页岩裂缝性油藏，获得商业开发。但因致密油产量低、效益差，开发进展缓慢。21世纪以来，借助页岩气成熟技术和成功经验，美国先后实现Bakken、Eagle Ford和Wolf camp致密油规模开发，2016年美国联邦地质调查局（U.S. Geological Survey，简称USGS）评价Permian盆地的Midland次盆Wolf camp致密油待发现可采资源量近25×10 ⁸ t，引起世界关注。目前美国已发现Williston、Western Gulf、Permian和Denver等20余个致密油盆地，开发Bakken、Eagle Ford、Spraberry、Bonespring、Wolfcamp 和Niobrara等近30个致密油层（图1）。

致密油规模开发对美国能源格局产生了重大影响.美国原油产量自1985年之后不断下降，2009年在致密油的带动下首次上升。2009年致密油产量为0.29×10 ⁸ t，约占美国石油总产量的14%；2016年产量为2.13×10 ⁸ t，约占美国石油总产量的47%（图2）。美国能源信息署（U.S.Energy Information Administration，简称EIA）2017 年预测：2017—2040年致密油将成为美国原油增长的主力军，年产量有望突破3×10 ⁸ t。

我国致密油勘探起步较晚，但进展迅猛.目前已在鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段、松辽盆地白垩系扶余油层、三塘湖盆地二叠系条湖组和渤海湾盆地古近系沙河街组等领域，获得重大勘探发现，2015年在鄂尔多斯盆地探明中国第一个亿吨级大型致密油田——新安边油田，具备形成规模储量和有效开发的条件。

我国致密油的勘探开发和相关研究仍处于起步阶段，总体勘探程度与地质认识程度低，在致密油基础地质理论、控制因素、资源潜力及勘探方向等方面仍然存在诸多难题.笔者等对美国致密油成藏条件和分布特征进行深入剖析，开展了中美致密油基本地质特征和开发现状的详细对比，以期得出一些重要启示，对我国致密油发展前景做出较为客观的判断，促进致密油地质研究的深入发展。

1 致密油内涵与类型

1.1 致密油内涵

目前国内外致密油（Tight Oil）概念尚未统一，常常与页岩油（Shale Oil）相互混淆，而且物性上限差别较大.国外以美国和加拿大为主的政府机构将致密油定义为只能依靠水平井和多级压裂等先进的钻完井技术才能实现经济开发的低渗透储层中的正常石油，提出页岩油属于致密油的一种类型。国内对于致密油与页岩油的内涵存在较大争议.贾承造等提出致密油包含页岩油；邹才能等认为致密油与页岩油属于2种不同类型的非常规油气资源；周庆凡等建议两者内涵相同.对于致密油的储层物性上限也存在较大分歧，贾承造等认为覆压基质渗透率应小于0.1×10 ^-3 μm ² ，国家能源局提出覆压基质渗透率小于或等于0.2×10 ^-3 μm ² ；杨华等指出鄂尔多斯盆地致密油储层的地面空气渗透率应小于0.3×10 ^-3 μm ² （大致相当于覆压基质渗透率小于0.03×10 ^-3 μm ² ）。

综上所述，致密油内涵包括2类：广义和狭义.广义内涵包括页岩油，狭义内涵不包括页岩油.目前，在已实现致密油规模开发的北美地区，政府部门、科研机构和多数学者都倾向于使用致密油广义内涵，认为页岩油是致密油的一种类型，并将致密油储层的渗透率上限定为覆压基质渗透率小于0.1×10 ^-3 μm ² 。笔者等也认同这一界定，这样有利于同国际接轨。此外，如果盲目提高致密油储层渗透率上限，鄂尔多斯盆地延长组、松辽盆地高台子油层、渤海湾盆地沙河街组等大量已探明的特低渗油藏都将划归致密油范畴，容易造成资源与储量分类体系混乱。

1.2 致密油类型

国内外致密油类型划分依据和方案存在较大差异，一般依据储层岩性、成因或源储位置关系等划分为3~4种，最多的方案划分出8种。鉴于致密油是一个较新的勘探领域，类型划分宜简单实用、可操作性强.笔者本着这个原则，根据致密油内涵，结合源储位置关系，将致密油划分为4种类型：源储互层型、源下储上型、源上储下型和源储一体型（图3）。源储互层型是指致密油储层与生油岩呈薄层状多层叠置，如鄂尔多斯盆地上三叠统长7段、美国Williston盆地上泥盆统—下石炭统Bakken组等；源下储上型是指致密油储层紧邻生油岩的顶面，如四川盆地中侏罗统沙溪庙组一段、美国Western Coast盆地上白垩统Austin Chalk组等；源上储下型是指致密油储层紧邻生油岩的底面，如松辽盆地下白垩统扶余油层、美国Williston盆地上泥盆统Three Forks组等；源储一体型是指致密油储层与源岩为同一套地层，如松辽盆地下白垩统青山口组一段、美国SanJoaquin 盆地中新世Monterey 组等。需要指出的是，自然界中不存在纯粹的泥页岩，都或多或少含有砂质、硅质等非均质条带，甚至含有粉砂岩、细砂岩、碳酸盐岩等薄夹层.参照国家标准GB/T31483G2015页岩气地质评价规范，笔者认为只要泥地比大于80%、薄夹层单层厚度小于1m的致密油层均视为源储一体型。

2 中美致密油成藏条件对比

美国致密油主体形成于海相沉积环境，我国则基本形成于陆相沉积环境，两者成藏条件既有相似之处，又存在明显差异。

2.1 生油条件

理论上任何含有机质的烃源岩在合适的条件下都能生成油气，但是要形成具有商业价值的致密油资源，烃源岩需要达到一定的标准。美国已实现商业开发的致密油烃源岩主体为海相页岩，分布面积一般大于1×10 ⁴ km ² ，有效厚度一般为10~50m，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ型，TOC 含量一般大于3%，RO值主体为0.7%~1.2%（表1）。如目前致密油产量最高的Williston盆地Bakken组的烃源岩为陆棚相页岩，美国境内分布面积约为6×10 ⁴ km ² ，有效厚度为2~15m，有机质类型为Ⅱ型，TOC 含量在8%~20%之间，RO 值在0.7%~1.0%之间。

我国已发现的致密油生油岩均为湖相泥页岩，分布面积变化较大，在（0.1~10）×10 ⁴ km ² 之间；有效厚度一般大于30m，最大超过1000m；有机质类型主体为Ⅰ—Ⅱ型，部分为Ⅲ型；非均质性强，TOC 含量变化较大，在0.4%~19.9%之间；热成熟度适中，RO 值主体分布在0.7%~1.2%之间（表1）。鄂尔多斯盆地长7段泥页岩生油条件最好，其中黑色页岩分布面积为4.3×10 ⁴ km ² ，厚度为10~40m，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型，TOC含量平均为13.8%，RO 值在0.7%~1.2%之间；柴达木盆地古近系—新近系烃源岩生油条件较差，分布面积为1.2×10 ⁴ km ² ，厚度为100~1000m，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型，TOC 含量在0.4%~1.2%之间，RO 值在0.6%~1.3%之间。值得一提地是，虽然柴达木盆地和四川盆地致密油烃源岩的生油条件较差，也获得了工业性产量。

2.2 储集条件

储层岩性、物性、有效厚度等对致密油富集及工业开发至关重要。致密油储层包括碳酸盐岩、砂岩、混积岩及页岩等岩石类型，其中混积岩是指同一岩层内陆源碎屑与碳酸盐2 种组分相互混杂的产物。根据美国勘探开发实践，商业性开发的致密油储层主要为碳酸盐岩，其次为砂岩、混积岩和页岩，储层孔隙度一般大于6%，有效厚度一般大于5m。如Williston盆地Bakken组致密油储层是以云质粉砂岩为主的混积岩，孔隙度为5%~13%，有效厚度为5~25m（表1）。

我国致密油储层岩性多样，包括砂岩、碳酸盐岩、混积岩和沉凝灰岩等；非均质性强，孔隙度变化大，在<1%~25%之间；有效厚度变化大，在5~200m 之间，单层横向连续性差，纵向叠置分布（表1）。如鄂尔多斯盆地长7段致密油储层为粉细砂岩，孔隙度为4%~12%，有效厚度为10~80m；三塘湖盆地条湖组致密油储层为沉凝灰岩，孔隙度为5%~25%，有效厚度为5~40m；四川盆地大安寨段致密油储层为介壳灰岩，孔隙度主体为1%~2%，有效厚度为5~20m。整体而言，除去三塘湖盆地条湖组沉凝灰岩的特例外，砂岩储层的物性最好，其次是混积岩，再次为碳酸盐岩，最差的泥页岩储层目前在我国尚未形成规模产量。需要指出地是，虽然四川盆地大安寨段致密油储集条件偏差，但是四川盆地80%以上的原油产量来自该层段，截至2016年底，已累计产油超过400×10 ⁴ t。裂缝发育程度是四川盆地大安寨段油井初期高产的主控因素，基质孔洞的补给能力是累计高产的关键。

2.3 保存条件

致密油产层虽然属于低孔超低渗型储层，但是对保存条件要求依然较高。北美地台相对稳定，经历的构造运动次数少、强度低，构造相对简单，保存条件较好；中国大陆主要由中朝准地台、扬子板块、塔里木板块构成，古生代以来历经加里东、海西、印支等多期构造运动，多数地区遭受了不同程度的改造，保存条件复杂.地层压力是对保存条件的直接反映。美国致密油主力产层普遍存在异常高压，如Williston盆地Bakken组压力系数为1.12~1.56，Western Gulf盆地Eagle Ford组压力系数为1.10~1.80，Permian盆地Wolfcamp组压力系数为1.10~1.20；我国致密油地层压力变化较大，异常高压与低压并存.如四川盆地中下侏罗统压力系数为1.23~1.72，准噶尔盆地芦草沟组压力系数为1.10~1.30，鄂尔多斯盆地长7段压力系数为0.65~0.85（表1）。值得一提地是，少数盆地储层低压依然能形成规模致密油资源，主要是源岩质量高、烃源充足，供烃速率大于散失速率.如鄂尔多斯盆地长7段，烃源岩可分为黑色页岩和暗色泥岩2种，其中黑色页岩是最主要的生油岩，TOC 平均值高达18.5%，分布面积为3.25×10 ⁴ km ² ，平均生烃强度为234.4×10 ⁴ t/km ² ，生烃量为1012.2×10 ⁸ t，为长7段致密油的规模聚集提供了充沛的油源。

2.4 油藏类型与流体性质

前已述及，致密油分为4种类型.美国4种类型都实现了工业开发，我国目前实现规模开发的主要为源储互层型，源下储上型和源上储下型也形成一定的产能.中美致密油均以源储互层型为主，美国产量排名前三甲的Western Gulf盆地Eagle Ford、Williston 盆地Bakken、Permian 盆地Wolfcamp致密油均为源储互层型，我国鄂尔多斯盆地长7段、四川盆地中下侏罗统、渤海湾盆地沙河街组等主力致密油也以源储互层型为主。美国的源储一体型致密油虽然实现了规模开发，如Appalachian盆地的Marcellus组等致密油，但是产量占比不足5%，开发前景有限（图2）。

美国致密油烃源岩以海相页岩为主，有机质类型好、丰度高，热成熟度适中，油品性质较好，表现为：密度偏低，一般小于0.82g/cm ³ ；黏度偏低，一般小于1mPa · s ；气油比较高，一般大于120m ³ /m ³ 。中国已发现致密油烃源岩均为陆相泥页岩，非均质性强，有机质类型和丰度变化快，热成熟度适中，油品性质较差，表现为：密度偏高，一般大于0.82g/cm ³ ；黏度偏高，一般大于5mPa · s ；气油比偏低，一般小于120m ³ /m ³ （表1）。

3 中美致密油分布特征对比

3.1 美国致密油资源分布特征

2013 年，EIA 评价了全球42个国家（含美国）的页岩油气资源，预测全球致密油技术可采资源量为1209.7×10 ⁸ t，其中美国为79.6×10 ⁸ t。之后，EIA 不断更新全球（含美国）的致密油资源数据.综合2017年1月EIA 发布（2014年1月完成）待发现的致密油技术可采资源评价结果和2016年11月USGS对Permian盆地Wolfcamp组致密油的最新评价成果，美国待发现的致密油技术可采资源量为140×10 ⁸ t（表2）。

3.1.1 大区分布

美国主体48个州按油气供应体系划分为6个大区：东部地区（East）、中陆地区（Midcontinent）、海湾沿岸地区（Gulf Coast）、西南地区（Southwest）、落基山地区（Rocky Mountains）和西海岸地区（West Coast）。西南地区致密油资源最丰富，可采资源量为51.92×10 ⁸ t，占比37.1%；其次为落基山地区，可采资源量为42.74×10 ⁸ t，占比30.5%；第三为海湾沿岸地区，可采资源量为37.12×10 ⁸ t，占比26.5%；第四为东部地区，可采资源量为5.21×10 ⁸ t，占比3.7%；第五为中陆地区，可采资源量为2.74×10 ⁸ t，占比2.0%；西海岸地区最少，可采资源量仅为0.27×10 ⁸ t，占比0.2%（图1，表2）。

3.1.2 盆地分布与盆地类型

美国致密油可采资源量主要分布在16个盆地内，其中Permian盆地资源最丰富，可采资源量为51.64×10 ⁸ t，占比36.9%；其次为Western Gulf盆地，可采资源量为36.16×10 ⁸ t，占比25.8%；第三为Williston盆地，可采资源量为31.10×10 ⁸ t，占比22.2%（图4）。列前3位的盆地累计致密油可采资源量为118.90×10 ⁸ t，占比84.9%，是美国致密油开发的主战场。美国致密油盆地主要分布在15个前陆盆地内，可采资源量为108.90×10 ⁸ t，占比77.8%；克拉通盆地仅有1个，可采资源量为31.10×10 ⁸ t，占比22.2%。

3.1.3 层系分布

致密油主要富集在古生界，可采资源量为92.32×10 ⁸ t，占比65.9%；其次为中生界，可采资源量为44.12×10 ⁸ t，占比31.5%；新生界最少，可采资源量仅为3.56×10 ⁸ t，占比2.6%.单个层系而言，二叠系致密油最富集，可采资源量为50.69×10 ⁸ t，占比36.2%；其次为白垩系，可采资源量为43.16×10 ⁸ t，占比30.8%；第三为泥盆系，可采资源量为34.38×10 ⁸ t，占比24.6%[图4（b）]。列前3位的层系累计致密油可采资源量为128.23×10 ⁸ t，占比91.6%，是美国致密油的主力产层。

3.1.4 储层岩性分布

美国致密油储层岩性大致可分为4种：碳酸盐岩、砂岩、混积岩和页岩，其中碳酸盐岩包括灰岩、白云岩等，混积岩包括白云质粉砂岩、粉砂质白云岩等。碳酸盐岩致密油最富集，可采资源量为59.45×10 ⁸ t，占比42.4%；其次为砂岩，可采资源量为33.97×10 ⁸ t，占比24.3%；第三为混积岩，可采资源量为32.47×10 ⁸ t，占比23.2%；泥页岩最少，可采资源量为14.11×10 ⁸ t，占比10.1%。美国致密油储层绝大多数为海相，可采资源量为135.62×10 ⁸ t，占比96.9%；陆相可采资源量仅为4.38×10 ⁸ t，占比3.1%。