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中国页岩油资源评价方法与资源潜力探讨

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第 45 卷第 3 期
2023 年 5 月
石
油
实
验
地
Vol.45,No.3
May,2023
质
PETROLEUM GEOLOGY & EXPERIMENT
doi:10.11781 / sysydz202303402
文章编号:1001-6112(2023)03-0402-11
中国页岩油资源评价方法与资源潜力探讨
郭秋麟,米石云,张
倩,王
中国石油勘探开发研究院,北京
建
100083
摘要:鉴于我国页岩油在类型划分、评价方法、评价参数标准和资源潜力预测等方面存在较大分歧的现状,将页岩油划分为夹层
页岩油、纯页岩油和原位转化页岩油三大类。 根据这三大类页岩油明显不同的赋存与形成特征,分别建立了相应的容积法、基于
热解烃 S 1 含量体积法、基于氢指数变化的生烃量法资源量计算方法模型,并确定各种方法模型的关键参数及参数下限标准,最后
按照统一的参数标准评价了我国主要盆地页岩层系的三大类页岩油资源量。 我国纯页岩油、夹层页岩油、原位转化页岩油地质
资源量分别为 145.4×10 8 , 95.1×10 8 ,708.2×10 8 t,可采资源量分别为 9.4×10 8 ,7.1×10 8 ,460.3×10 8 t。 评价结果表明,我国页岩油
资源丰富,是推动国内原油增产稳产的重要接替领域。
关键词:参数标准;资源评价方法;资源潜力;夹层页岩油;纯页岩油;原位转化页岩油
中图分类号:TE155
文献标识码:A
Assessment methods and potential of shale oil resources in China
GUO Qiulin, MI Shiyun, ZHANG Qian, WANG Jian
Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China
Abstract: In view of the large differences in type classification, assessment methods, evaluation parameters and
resource potential prediction of shale oil in China, shale oil is classified into three categories: interlayer shale
oil, pure shale oil and in⁃situ converted shale oil. According to the obviously different occurrence and formation
characteristics of the three types of shale oil, the corresponding resource calculation method models, respectively
named volume method, volume method based on pyrolysed hydrocarbon S 1 content and hydrocarbon generation
quantity method based on hydrogen index variation, were put forward, and the key parameters and their lowest
threshold standards of each model were determined. Finally, the three categories of shale oil resources in the
major basins in China were evaluated according to the unified parameter criterion. The in⁃place resources of pure
shale oil, interlayer shale oil and in⁃situ converted shale oil are 145. 4 × 10 8 t, 95. 1 × 10 8 t and 708. 2 × 10 8 t,
respectively, and the recoverable resources are 9.4 × 10 8 t, 7.1 × 10 8 t and 460.3 × 10 8 t, respectively. The evalua⁃
tion results show that China is rich in shale oil resources, which is an important replacement field to promote
domestic crude oil production increase and stabilization.
Key words: parameter criterion; resource assessment method; resource potential; interlayer shale oil; pure
shale oil; in⁃situ converted shale oil
1
页岩油资源研究现状
经过长期的技术攻关,全球页岩油在理论研
究、 技 术 攻 关 和 勘 探 生 产 方 面 均 取 得 了 重 大 进
展
[1-4]
。 北美地区的页岩油勘探和生产取得重大
突破 [5-9] ; 中 国 的 松 辽 盆 地 [10-12] 、 鄂 尔 多 斯 盆
接替领域。 经不同学者或机构初步估算,中国页岩
油地质资源量为( 100 ~ 3 722) × 10 8 t,可采资源量
为(30 ~ 900) × 10 8 t( 表 1) ,主要分布在鄂尔多斯盆
地、松辽 盆 地、 准 噶 尔 盆 地、 渤 海 湾 盆 地 和 四 川
盆地 [23,26-31] 。
在页岩油分类方面,宁方兴 [32] 根据页岩油的
地 [13-17] 、准噶尔盆地 [18-21] 和渤海湾盆地 [22] ,页岩
赋存空间和赋存岩石类型,将页岩油划分为泥页岩
,是潜在的石油资源
质型和裂缝型 2个亚类,夹层型页岩油划分为砂岩
油勘探和科研也都取得了明显进步。 经初步预测,
我国页岩油资源潜力大
[23-25]
型和夹层型 2 种;其中,泥页岩型页岩油划分为基
收稿日期:2022-09-26;修订日期:2023-04-04。
作者简介:郭秋麟(1963—) ,男,博士,教授级高级工程师,长期从事油气资源评价及油气勘探方面的工作。 E⁃mail: qlguo@petrochina.com.cn。
基金项目:中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目(2021DJ18) 和重大科技专项(2019E-2601) 以及中国石油天然气集团公
司“ 十四五” 科技专项(2021DJ31) 联合资助。
第3期
表1
郭秋麟,等. 中国页岩油资源评价方法与资源潜力探讨
虽有国家标准,但没有明确“ 是否包括原位转化页
不同学者或机构对中国页岩油资源评价结果
Table 1 Assessment results of shale oil resources
in China by different scholars or institutions
页岩油地质
资源量 / 10 8 t
100
页岩油技术可采
资源量 / 10 8 t
700 ~ 900
3 722
74 ~ 372
200
>100
43.7
30 ~ 60
Ro / %
>1.0
<1.0
岩油类型” 的描述。 在资源潜力方面,不同学者和
研究机构尽管给出了资源潜力范围,但因划分类型
不统一,横向之间难以对比,且各自给出的页岩油
参考文献
赵文智等(2020) [26]
>0.5
金之钧等(2019)
>0.5
李玉喜等(2011) [28]
>1.0
[27]
杜金虎等(2019) [23]
EIA(2015) [29]
邹才能等(2013) [30]
[15]
根据沉积相带和岩性组合,将页岩油划分为夹层型
和页岩型 2 大类,其中夹层型分为重力流型和三角
洲前缘型 2 亚类;页岩型分为纹层型和页理型 2 亚
类。 张金川等
根据成因机理、原油物性、埋藏深
度以及可采条件等,将页岩油划分为( 含) 油页岩
和与页 岩 气 共 生、 伴 生 的 页 岩 油 2 类。 杜 金 虎
等
[23]
资源量差别大,难以落实和准确把握我国页岩油资
源潜力。 (2) 不同类型页岩油的评价方法及关键
参数问题。 评价方法上,虽然已有包括容积法、体
积法、类比法等不同评价方法,但是在定量评价的
细节及不同勘探阶段的差异等方面没有明显体现
出来;对原位转化页岩油则还没有定量评价方法。
在关键参数方面,对页岩油资源评价参数下限还没
夹层型和碳酸盐岩夹层型 2 个亚类。 付金华等
[33]
· 403·
按页岩层系热演化程度,将中国陆相页岩油
有形成统一的认识,在国家、行业和企业 3 个层面
上都还没有相关标准,制约了页岩油资源评价的规
范化开展。
本文从我国现阶段科研和生产的实际出发,将
页岩油划分为夹层页岩油、纯页岩油和原位转化页
岩油 3 大类,根据它们明显不同的赋存与形成特征
及不同勘探阶段评价数据资料的差异,建立了各类
页岩油的资源量评价定量模型,探讨了各定量模型
分为中高成熟度页岩油和中低成熟度页岩油 2 类。
的关键参数及其取值下限,采用统一的参数标准,
数,将陆相页岩油划分为中低成熟度页岩油和中高
以期为我国页岩油资源评价和规划部署提供参考。
赵文智等
[26]
依据有机质丰度和成熟度这 2 个参
成熟度页岩油 2 大类型。
在页岩油资源评价方法研究方面:首先,夹层
页岩油( 其中的泥页岩不是储层) 资源评价方法主
要有容积法,这部分评价方法与致密油的容积法相
似,这里不赘述;其次,纯页岩油( 泥页岩为储层)
资源评价方法主要采用体积法。 MODICA 等
[34]
提
出了有机孔模型,并用于评价美国粉河盆地 Mowry
页岩油;CHEN 等
[35]
提出了改进的有机孔计算方
法,并评价了西加拿大盆地 Duvernay 组页岩油;杨
维磊等
[36]
通过研究页岩孔隙度分布,采用容积法
评价了鄂尔多斯盆地安塞地区延长组页岩油;薛海
涛等
[37]
对松辽盆地青山口组泥页岩氯仿沥青“ A”
筛选评价区并估算我国 3 大类页岩油的资源潜力,
2
中国页岩油分类
页岩 油 存 在 广 义 [24,40-41] 和 狭 义 [42-45] 2 种 定
义。 本文页岩油定义采用国家标准《 页岩油地质
评价方法:GB / T 38718—2020》 ,即:“ 赋存于富有
机质页岩层系中的石油,富含有机质页岩层系烃源
岩内 粉 砂 岩、 细 砂 岩、 碳 酸 盐 岩 单 层 厚 度 不 大 于
5 m,累计厚度占页岩层系总厚度比例小于 30%,
无自然产能或低于工业石油产量下限,需采用特殊
工艺技术措施才能获得的工业石油产量” [46] 。
目前,我国开发生产的页岩油,主要来自以夹
层为主的“ 夹层—页岩混合岩体” 和以页岩( 页理
含量进行校正,对 S 1 含量进行补偿校正,进而评价
型) 为主的“ 页层—夹层混合岩体” 。 如果只计算
河街组页岩油进行评价,预测了页岩油有利分布
Recovery) 评价方法就能解决。 这时不需要关注页
页岩油;余涛等
区;朱日房等
[38]
[39]
利用页岩 S 1 含量,对东营凹陷沙
分别运用氯仿沥青“ A” 含量和热
可采 资 源 量, 采 用 单 井 EUR ( Estimated Ultimate
岩油是来自夹层还是页岩本身,只需要确定综合开
解 S 1 含量,对东营凹陷沙三段页岩油总资源量和
发生产中所得到的 EUR 值,当然也就不用再细分
( 原位转化页岩油) 的资源评价,目前还没有定量
由于夹层和页岩内的页岩油赋存状态不同,就需要
可动资源量进行评价。 但对于中低成熟度页岩油
模型。
综上所述,前人虽已对页岩油资源评价开展了
深入研究,但依然存在 2 大关键问题:( 1) 页岩油
的分类及各类页岩油资源潜力问题。 分类上,目前
页岩油类型。 但是,在评价页岩油地质资源量时,
把他们单独区分开来进行有针对性的评价,使之更
接近客观情况。
在夹层内的页岩油由于其赋存状态与成藏机
制与致密油类似,一般采用基于储层孔隙度的容积
石
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http:∥www.sysydz.net
第 45 卷
法直接计算地质资源量。 在页岩内的页岩油,其赋
原位转化页岩油,将有利于页岩油资源评价的开
存状态与致密油完全不同,由于页岩孔隙内存在大
展,有利于资源评价结果的对比,有利于勘探部署
量吸附烃,初步预测吸附烃占总烃比例可达 40% ~
60% [17] ,而这部分吸附烃不能形成有效资源。 因
此,不能简单地采用容积法直接计算其地质资源
量。 为了更客观地评价页岩油地质资源量,需要根
和中长期规划的制定。
3
页岩油资源评价方法
页岩油资源评价方法涉及对页岩油的分类、分
据赋存状态与成藏机制的差异对页岩油进行分类。
级问题。 首先,在分类方面,前文已经阐述, 分三
考虑到夹层和页岩内的页岩油赋存状态不同,
类,即夹层页岩油、纯页岩油和原位转化页岩油。
结合页岩油国家标准,本文首先将页岩油按储集岩
性分为 2 大类,即将储集层为粉砂岩、细砂岩、碳酸
盐岩夹层,夹层累计厚度占页岩层系总厚度比例小
于 30%且单层厚度不大于 5 m 者,划分为“ 夹层页
岩油” ( 单层厚度大于 5 m 且储集条件致密者为致
密油,否则为常规油) ;将储集层为泥页岩者划分
为“ 非夹层页岩油” 。 另外,虽然地下原位转化页
岩油目前还未开发利用,但因其资源潜力巨大,将
是未来长远战略资源 [47] ,有必要也将其单独分类、
单独评价,以便储备评价技术,为中长期战略规划
服务。 因此,本文再根据烃源岩成熟度,将 “ 非夹
层页岩油” 细分为“ 纯页岩油” ( R o ≥0.8%) 和“ 原
位转化页岩油” ( R o <0.8%) ( 表 2) 。
夹层页岩油:是指储集层为粉砂岩、细砂岩、碳
酸盐岩的页岩油,一般呈夹层、互层、薄层和混积层
( 为方便陈述,将这些层统称为夹层) ,夹层累计厚
度占页岩层系总厚度比例小于 30%,且单层厚度
不大于 5 m,以短距离运移、聚集成藏为特征。
由于这三类页岩油具有明显不同的赋存状态与成
藏机制,需要分别建立相应不同的资源评价方法。
其次,在资源分级方面,应按照地质资源、可采资源
进行分级,分别提出相应的评价方法。
3.1
3.1.1
的滞留烃成藏为主要特征。
源评价适宜釆用基于孔隙度的容积法。 针对不同
地区、不同层系的不同勘探阶段,评价方法分为蒙
特卡罗法和小面元法 [48-49] 。
(1) 基于储层孔隙度的容积法———蒙特卡罗
法。 蒙特卡罗法适用于低勘探程度、数据资料少的
地区或层系。 该方法重点解决评价参数分布的不
确定性问题。 一般情况下, 要求计 算 得 到 的 P10
( 概率为 10%的资源量) 和 P90( 概率为 90% 的资
源量) 之比大于 3,否则未能充分体现低勘探程度
参数的不确定性。 计算公式如下:
Q inplace = 100(1 -S w ) ·H·A·φ·ρ(1 / B o ) (1)
有机质,需要经过地下原位转化后才能产生的烃
类。 通过大规模原位加热转化,促使原有的黏稠液
态烃轻质化、凝析化,并随着伴生有机孔组成的缝
网、超压和气体,形成新的人工有效驱替系统,最终
获得高品质油品
。
通过将页岩油划分为夹层页岩油、纯页岩油和
表2
Table 2
层系
富有机质
页岩层系
式中:Qinplace 为页岩油地质资源量,104 t;S w 为平均储
集层含水饱和度,小数;H 为平均有效厚度,m;A为
原位转化页岩油:是指尚未热降解转化的固体
[47]
夹层页岩油地质资源评价方法
基于我国目前的勘探现状,夹层页岩油地质资
纯页岩油:是指储集层为泥页岩的页岩油,其
赋存空间主要为有机孔、页理、裂缝等,以未经运移
夹层页岩油资源评价方法
粉砂岩、细砂岩、碳酸盐岩
累计厚度占层系厚度比 / %
<30
含油面积,km2 ;φ 为平均有效孔隙度,小数;ρ为平均
原油密度,t / m3 ;B o 为平均原油体积系数,m 3 / m 3 。
含水饱和度、 含油面积、 有效厚度、 有效孔隙
度,需要给定 3 个值( 最小值、可能值、最大值) ,构
建出各项参数的三角分布,然后采用蒙特卡罗法随
机抽样,计算出地质资源量( 概率分布曲线) 。 该
方法的关键参数是含水饱和度、含油面积、有效厚
页岩油分类
Shale oil classification
岩性
粉砂岩、细砂岩、
碳酸盐岩
泥页岩
单层厚度及 R o
类型
单层厚度≥5 m
致密油( 非页岩油)
单层厚度<5 m
夹层页岩油
R o <0.8%
原位转化页岩油
R o ≥0.8%
纯页岩油
第3期
郭秋麟,等. 中国页岩油资源评价方法与资源潜力探讨
Q rc = Q inplace ·k rc
度、有效孔隙度,核心算法是蒙特卡罗法随机抽样。
(2) 基于储层孔隙度的容积法———小面元法。
小面元法适用于中高勘探程度、数据资料较多的地
区或层系。 该方法重点解决地质参数在二维平面
空间分布的不均一性问题。 要求空间插值方法能
够体现出地质参数在平面分布的非均质性特点。
评价流程如下:首先,根据勘探成果资料绘制各计
算参数的平面等值线图;其次,将评价区划分成 n
个评价单元( 面元) ,采用空间插值算法对每个评
价面元的参数进行插值( 赋值) ;第三,计算每个
评价面元 的 地 质 资 源 量; 最 后, 将 所 有 评 价 面 元
的资源量相加得到评价区地质资源量。 计算公式
如下:
n
Q inplace = ∑(100S o-i ·H i ·A i ·φ i ·ρ o / B o ) (2)
i=1
式中:n 为评价区划分的评价面元个数;S o-i 为第 i
个评价面元含油饱和度,小数;H i 为第 i 个评价面
元有效厚 度, m; A i 为 第 i 个 评 价 面 元 含 油 面 积,
· 405·
(4)
式中:k rc 为可采系数,小数。
公式中的关键参数———可采系数,一般通过统
计地质条件相似或相近的页岩油开发区获得。 经
过统计得到可采系数的最小值、可能值、最大值,然
后将其构建三角分布,并采用蒙特卡罗随机模拟法
计算得到可采资源量。
3.2
3.2.1
纯页岩油资源评价方法
纯页岩油地质资源评价方法
纯页岩油赋存于页岩孔隙空间内 ( 包括页理
缝、裂缝等空间) 。 目前研究认为,裂缝及孔隙中
的吸附油因难以流动而不能成为资源量,只有可动
油才可作为地质资源量 [17,43-44] 。 因此, 纯页岩油
地质资源评价不宜采用基于储层孔隙度的容积法,
目前主要采用基于热解烃 S 1 含量的体积法。 其他
类似的方法还有基于氯仿沥青“ A” 含量的体积法,
基于盆地模拟生油量和排油量的差值法等。
针对不同地区、不同层系的不同勘探程度,基
km ;φ i 为第 i 个评价面元平均有效孔隙度,小数;
于热解烃 S 1 含量的体积法分为蒙特卡罗法和小面
该方法的关键参数是各项计算参数的平面等
(1) 基于热解烃 S 1 含量的体积法———蒙特卡
2
ρ o 为原油密度,t / m ;B o 为原油体积系数,m / m 。
3
3
3
值线图,核心算法是二维空间数据拟合与插值方
罗法。 适用于低勘探程度、S 1 含量数据资料少的地
区或层系。 计算公式如下:
法,包括有限元法和克里金插值法等。
3.1.2
元法。
夹层页岩油可采资源评价方法
基于我国目前页岩油开发生产井较少的现状,
Q inplace = 0.1A·H·ρ rock ·S 1 ·k S 1
(5)
夹层页岩油可采资源评价适宜采用可采系数统计
式中:A 为有效页岩面积,km 2 ;H 为平均有效厚度,
线,评估得到的单井最终可采储量。
含量,mg / g;k S 1 为轻烃恢复系数,大于 1,无量纲。
法和 EUR 类比法。 EUR 是指根据生产井产能曲
(1) EUR 类比法。 在生产井相对较多的地区,
采用 EUR 类比法 [48-49] 。 评价步骤如下:第一步,
估算评价区可能的平均井控面积;第二步,估算评
价区可钻井数;第三步,估算评价区钻井成功率及
成功 井 数; 第 四 步, 通 过 类 比 得 到 成 功 井 的 平 均
EUR;第五步,计算评价区油气可采资源量。 计算
公式为:
Q rc = R·P·A / D
(3)
式中: Q rc 为 可 采 资 源 量, 10 4 t; R 为 开 发 井 平 均
EUR,10 4 t;P 为钻井成功率,小数;A 为评价区有效
面积,km 2 ;D 为平均井控面积,km 2 。
公式中的关键参数如开发井平均 EUR,一般
以参数分布形式提供,资源量计算方法采用蒙特卡
罗随机模拟法。
(2)可采系数统计法。 在没有生产井或生产井
稀少的地区,可采用可采系数统计法。 计算公式为:
m;ρ rock 为页岩密度,t / m 3 ;S 1 为页岩热解的游离烃
有效页岩面积、平均有效厚度、页岩热解的游
离烃含量、轻烃恢复系数,需给定三个值( 最小值、
可能值、最大值) ,构建出这 4 项参数的三角分布,
采用蒙特卡罗法随机抽样计算出地质资源量。
(2) 基于热解烃 S 1 含量的体积法———小面元
法。 适用于中高勘探程度、S 1 含量数据资料较多的
地区或层系。 根据勘探数据将有效页岩面积、平均
有效厚度、页岩热解的游离烃含量、轻烃恢复系数,
绘制成平面等值线图。 同时,将评价区划分成 n 个
评价单元( 面元) ,采用空间插值算法对每个评价
面元的参数进行插值( 赋值) 。 然后计算每个评价
面元的地质资源量,最后将所有评价面元的资源量
相加得到评价区地质资源量。 计算公式如下:
n
Qinplace = ∑(0.1Ai ·Hi ·ρ rock ·S1-i ·k S 1-i ) (6)
i=1
式中:n为评价区划分的评价面元个数;A i 为第i个
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第 45 卷
评价面元页岩面积,km 2 ;H i 为第 i 个评价面元有
实验统计数据,并参考前人的相关研究成果,确定
烃含量,mg / g;k S 1-i 为第 i 个评价面元轻烃恢复系
4.1.1
效厚度,m;S 1-i 为第 i 个评价面元页岩热解的游离
数,大于 1,无量纲。
3.2.2
纯页岩油可采资源评价方法
纯页岩油可采资源评价方法与夹层页岩油可
纯页岩油与夹层页岩油评价关键参数及参
数标准
(1) 纯页岩油。 由不同勘探阶段纯页岩油地
质资源量计算公式[ 式( 5) ~ ( 6) ] 可知,S 1 含量和
页岩体积是决定纯页岩油地质资源量大小的关键
采资源评价方法相同,这里不再赘述。
3.3
相应关键参数和参数标准。
原位转化页岩油资源评价方法探讨
参数。 在评价区面积已定的情况下,页岩厚度成为
原位转化页岩油量是指在对中—低成熟页岩
关键参数。
进行原位加热处理的过程中,由干酪根转化所产生
在难以绘制评价区 S 1 含量平面分布图的情况
的烃量。 在原位转化的实施过程中( 主要指加温
下,可以通过 TOC 和 R o 来推算 S 1 含量,再形成 S 1
于 2 个因素:①目前页岩的生烃潜力( I H,pd ) ,即氢
R o 和页岩厚度,是纯页岩油地质资源评价的关键参
作业) ,页岩受热会继续生烃,生烃量的大小取决
指数;②加温作业结束后有机质的剩余生烃潜力
( I H,end ) ,即剩余氢指数。 基于实验室分析数据,本
文提出了基于氢指数变化的生烃量法资源量计算
模型。
依据生烃理论及化学动力学参数,原位转化页
岩油在转化过程中的生烃量为:
-5
ìïQHC = 10 A·h·ρrock ·ω(TOC)·(IH,pd -IH,end )
ï
íQoil = QHC ·ρoil
ïï
îQgas = QHC ·(1-ρoil )
(7)
原位转化页岩油的可采量( M HC ) 利用所生成
的烃量( Q HC ) 乘以可采系数( k rc ) 获得:
M HC = Q HC ·k rc
(8)
如果通过现场先导试验分别获得油和气的可
采系数,则可以计算出油、气的可采资源量。
式(7) ~ ( 8) 中:I H,pd 为目前有机质的氢指数,
mg / g;I H,end 为 加 温 作 业 后 剩 余 有 机 质 的 氢 指 数,
mg / g;Q HC 、Q oil 、 Q gas 分别为原位转化页岩所生成的
烃量、油量和气量( 按油当量计算) ,10 t;A 为页岩
8
面积,km ;h 为页岩厚度,m;w( TOC) 为页岩中有
2
机碳质量分数,小数;P oil 为转化烃中液态烃所占总
烃量的比例( 按油当量计算,小数) ;M HC 为原位转
化页岩油的可采资源量( 按油当量计算) ,10 8 t;k rc
为原位转化页岩油的可采系数,小数。
4
4.1
中国各类页岩油资源潜力
评价关键参数与参数标准
页岩油资源评价参数标准,即参数下限的确
定,是现阶段页岩油资源评价的主要难题之一。 目
前,在国家、行业和企业 3 个层面上都还没有相关
标准。 本文主要基于油田现场的评价参数取值及
含量平面分布图 [21] 。 因此,在这种情况下,TOC、
数。 综合以下多方面因素,确定各项参数的下限标
准如表 3。 其中,将 S 1 取值下限定为 1.0 mg / g,主
要有以下两方面的考虑: 一是 2018 年黄东 等 [50]
将无效资源和低效资源的 S 1 界线定为 1.0 mg / g;二
是如果采用 1.0 mg / g 作为下限,恢复轻烃后,大约
可以提升到 1.5 mg / g,以页岩厚度 10 m、页岩密度
2.3 t / m 3 估算,则资源丰度可以达到 34 500 t / km 2 。
而将页岩厚度下限定为 5 m,则是主要考虑目前水
平井压裂工程所需的最小厚度,并参照了国家标准
《 页岩油地质评价方法》 [46] 。
在不具备 S 1 平面分布图情形下,将 TOC 下限
取 2.0%,主要依据有 3 个方面:一是卢双舫等 [51]
通过研究松辽盆地南部青山口组成熟烃源岩的 S 1
与 TOC 对应关系,推荐将 w( TOC) ≥2.0% 作为油
气富集的下限值;二是张金川等 [52] 2012 年依据页
岩 TOC、R o ,综合考虑分布条件、保存条件等因素,
将海相页岩气核心区的 TOC 下限定为 2.0%;三是
郭秋麟等 [24] 基于松辽盆地北部青一段页岩和鄂尔
多斯盆地长 7 段页岩的 S 1 与 TOC 关系,将高效生
烃的页岩 TOC 下限也定为 2.0%。 在不具备 S 1 平
面分布图情形下,将 R o 下限取为 0.8% 的主要依据
来自于笔者利用鄂尔多斯盆地长 7 段页岩 395 个
实测数据,采用生烃潜力模型 [45,53] 所建立的氢指
数与 R o 关系图(图 1)。 从图 1 中可以看出,平均原
始氢指数为 700 mg / g( R o ≤0.5%);当 R o 为 0.75%
时,对应的剩余氢指数为 656 mg / g,因而有效碳转化
率[(原始氢指数-剩余氢指数) / 原始氢指数× 100%]
是 6.22%;同理可以计算得出,当 R o 为 0.8% 时,有
效碳转化率是 18.44%,当 R o 为 1.0% 时,有效碳转
化率是 76.12%。 因此,如果将 0.75% 定为 R o 下限
( 大庆油田古龙页岩油研究团队初步确定) 则 偏
低, 还 未 大 量 转 化 为 烃 ; 而 将 1 . 0 % 定 为 R o 下 限
第3期
· 407·
郭秋麟,等. 中国页岩油资源评价方法与资源潜力探讨
900
800
700
) * '/(mg · g -1)
!"#$
600
%&'(
500
400
300
200
100
0
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
Ro/%
图1
鄂尔多斯盆地评价区延长组 7 段页岩氢指数 I H,pd 与 R o 的关系 [24]
Fig.1 Relationship between hydrogen index I H,pd and R o of shale
in Chang 7 member of Yanchang Formation in evaluation area of Ordos Basin
( 赵文智等 [54] ) 则 过 高, 早 已 超 过 了 50% 的 转 化
表 3 纯页岩油与夹层页岩油评价参数下限标准
Table 3 Lowest threshold standards for evaluation
parameters of pure shale oil and interlayer shale oil
率;参照有效碳转化率随 R o 值的演变趋势,将0.8%
定为 R o 下限值较为合适。
(2) 夹层页岩油。 由用于不同勘探阶段基于
页岩油类型
关键评价参数取值下限
纯页岩油
无 S 1 平面分布图:w( TOC) ≥2.0%,R o ≥0.8%,
页岩厚度≥5 m;具备 S 1 平面分布图:S 1 > 1.0 mg / g
( S 1 未恢复轻烃损失) ,页岩厚度≥5 m
储层孔隙度的容积法计算夹层页岩油地质资源量
计算公式[ 式(1) ~ (2) ] 可知,夹层( 储层) 厚度、孔
隙度和含油饱和度( 1 - S w ) ,是决定夹层页岩油地
质资源量大小的关键参数。 综合以下多方面因素,
确定相应下限标准为:夹层集中段累计厚度≥5 m;
平均孔隙度≥4%;含油饱和度≥30% ( 表 3) 。 其
中,将夹层集中段累计厚度下限定为 5 m,同样是
夹层厚度≥5 m;平均孔隙度≥4%;含油饱和
度≥30%
夹层
页岩油
页岩层:w( TOC) ≥2.0%,R o ≥0.8%;夹层:平均
页岩+
孔隙度≥4%,含油饱和度 ≥30%;页岩层 + 夹层厚
夹层页岩油
度≥5 m
注:表中数据据郭秋麟等 [24] 修改。
出于对目前水平井压裂工程所需的最小厚度的考
渗透率与含油气性的统计揭示,孔隙度小于 4% 的
2 个方面:一是邱振等
将夹层含油饱和度下限取 30%,则主要依据含油
虑。 将夹层 平 均 孔 隙 度 下 限 取 4%, 主 要 依 据 有
[55]
统计准噶尔盆地吉木萨
尔凹陷芦草沟组含油致密储层孔隙度主要分布范
围为 4% ~ 16%,并将 4% 定为孔隙度下限;二是笔
者通过对鄂尔多斯盆地延长组长 7 段储层孔隙度、
夹层其含油性差,而大于 4%的均较好( 图 2) 。 而
饱和度与含油级别的大量实验室统计结果:通常,
荧光级含油饱和度小于 30%,油迹级含油饱和度
介于30% 与50% 之间,油斑及以上级含油饱和度
100
!"
!#
$%&/10-3 μm2
10
1
0.1
0.01
0.001
0.000 1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
'()/%
图2
Fig.2
鄂尔多斯盆地延长组 7 段储层孔隙度、渗透率与含油气性关系 [24]
Relationship between porosity, permeability and hydrocarbon⁃bearing property
of reservoirs in Chang 7 member of Yanchang Formation in Ordos Basin
石
· 408·
油
实
验
地
质
http:∥www.sysydz.net
大于 50%。
第 45 卷
司通过实验得出的可采系数在 60% ~ 70%,本文取
(3) 夹层或页岩厚度小于 5 m 的情况。 在实
平均值 65%。
际评价中,有时会出现夹层厚度小于 5 m 或页岩厚
(4) 生烃潜力图版。 为了获得有统计意义的
度小于 5 m,但两者合计厚度大于 5 m 的情况。 这
氢指数( I H,pd ) 与 R o 的关系,需要确定生烃潜力模
大于 5 m( 表 3) 。
盆地评价区 395 个实测数据为依据,建立了长 7 段
时应该将厚度下限进行调整,修改为两者合计厚度
4.1.2
型的参数值,然后建立拟合曲线。 笔者以鄂尔多斯
页岩生烃潜力图版( 图 1) 。
原位转化页岩油资源量评价的关键参数
(1) 加温结束后剩余有机质的氢指数。 以鄂
4.2
尔多斯盆地长 7 油层组为例,3 件页岩样品的原位
我国页岩油资源潜力
4.2.1 典型层系页岩油资源潜力评价
以我国 3 个页岩油勘探热点盆地的典型层系
转化模拟实验结果显示,加温后的有机质剩余生烃
潜力( I H,end ) 分别为 126.33,79.92,197.78 mg / g,平
为例,进行分类评价。 其中,鄂尔多斯盆地选取延
潜力主要分布在 79.9 ~ 197.8 mg / g。
页岩型和原位转化型三类页岩油地质资源量;松辽
均为 134 .67 mg / g( 表 4) 。 由此可确定剩余生烃
长组长 7 3 亚段作为评价标的,分别评价夹层型、纯
(2) 油气比。 油气比与加温过程有关,加温时
盆地北部选择青山口组和嫩江组作为评价对象;准
间长、温度高,气的比例就越大,油就越少。 根据实
噶尔盆地吉木萨尔凹陷选择芦草沟组作为评价目
验结果,鄂尔多斯盆地长 7 段 3 个样品中,油在总资
标。 具体评价结果见表 5。
源当量中的占比分别为 66.67%,72.31%,71.23%,平
从表 5 中可见:(1) 资源丰度和单储系数的高
均为 70.07%(表 4),即平均油气比约为 7 ∶ 3。
低与资源类型有关,原位转化型最高,纯页岩型最
关,加温时间长、温度高,就有利于油气流动和采
战略意义;(2) 资源丰度和单储系数的高低因盆地
(3) 可采系数。 可采系数与实施措施密切相
低,夹层型居中,说明原位转化型页岩油具有长远
出。 地层平均温度大于 330 ℃ 时,页岩油以气相为
而异,准噶尔盆地吉木萨尔凹陷最高,鄂尔多斯盆
主。 可采系数主要来自国际交流的经验值,国外公
表4
Table 4
样品
LI 38-1
鄂尔多斯盆地延长组页岩样品热模拟实验结果
Thermal simulation experiment results of shale samples from Yanchang Formation in Ordos Basin
S1 /
S2 /
Ro /
w(TOC) /
%
(mg·g -1 ) (mg·g -1 ) %
LI 38-2
HJF-out
平均值
23.70
4.06
79.88
0.8
24.73
6.29
115.62
0.5
23.70
24.04
4.06
79.88
4.80
91.79
总产量 /
产油量 /
产气量 / (油 / 总资源
(kg·t -1 ) (kg·t -1 ) (m3 ·t -1 ) 当量) / %
0.8
0.7
表5
Table 5
页岩油
类型
层系
鄂尔多斯
盆地
延长组
长 7 3 亚段
原位转化
青山口组一段
夹层型
青山口组二段
夹层型
青山口组一段
纯页岩
嫩江组
准噶尔
盆地
吉木萨尔
凹陷
夹层
纯页岩
原位转化
夹层( 上甜点)
芦草沟组
54
36
22.50
66.67
73
52
26.00
71.23
65
64
47
45
22.50
72.31
23.67
70.07
残留 S 2 /
I H,pd /
I H,end /
29.94
337.05
126.33
48.91
467.53
197.78
(mg·g -1 ) (mg·g -1 ) (mg·g -1 )
18.94
32.60
337.05
79.92
380.54
134.67
中国典型层系页岩油资源潜力
Shale oil resource potential of typical formations in China
盆地
松辽盆地
北部
地最低,松辽盆地北部居中,说明吉木萨尔凹陷页
夹层( 下甜点)
纯页岩
原位转化
面积 /
km2
平均厚度 /
m
24 724
32.6
17 006
16 932
8.3
资源丰度 /
(10 4 t·km -2 )
单储系数 /
(10 4 t·km -2 ·m -1 )
15.8
0.48
16.3
27.8
204.2
840
25.0
66.2
8 166
47.7
323.2
14.5
79.1
650
14 481
518
910
828
516
8.0
34.3
12.7
204.7
12.5
48.5
36.1
92.5
43.8
126.0
注:本文资源量定义采用《 油气矿产资源储量分类:GB / T 19492-2004》 标准,下同。
1.96
7.35
6.06
2.65
1.05
地质资源量 /
10 8 t
27.73
39.07
345.80
3.15
5.56
52.23
6.80
263.90
5.46
7.20
7.28
0.21
10.08
4.79
3.63
6.50
第3期
表6
Table 6
类型
盆地 / 层系
鄂尔多斯 / 长 7 3 亚段
纯页岩油
地质资源量 /
10 8 / t
可采资源量 /
10 8 t
可采系数 /
%
52.2
4.7
9
松辽北部 / 青山口组一段
准噶尔 / 芦草沟组
合计
鄂尔多斯 / 长 7 3 亚段
夹层
页岩油
松辽北部 / 青山口组
一段、二段
39.1
3.6
95.1
准噶尔 / 芦草沟组
其他
合计
263.9
6.5
92.0
708.2
岩油具有“ 小而肥” 特征;(3) 鄂尔多斯盆地页岩油
地质资源量最大,松辽盆地北部次之,准噶尔盆地
吉木萨尔凹陷最小,表明鄂尔多斯盆地和松辽盆地
北部是我国页岩油资源的最重要潜力区。
中国页岩油资源潜力评价结果
依据关键参数取值标准,采 用 上 文 的 各 类 页
岩油评价方法,分别评价我国主要盆地页岩油层
系的三类页岩油资源潜力。 评价得到:纯页岩油
地质 资 源 量 为 145. 4 × 10 8 t, 可 采 资 源 量 为
9.4 × 10 8 t;夹层页岩油地质资源量为 95.1 × 10 8 t,
可采资源量为 7.1 × 10 8 t;原位转化页岩油地质资
源量为 708. 2 × 10 8 t, 可 采 资 源 量 为 460. 3 × 10 8 t
( 表 6) 。
4.2.3
中国页岩油资源经济性分析
不同类型页岩油经济性差异较大。 ①夹层页
岩油:准噶 尔 盆 地 芦 草 沟 组 的 规 模 开 发, 已 揭 示
夹层页岩油具有经济性。 这部分页岩油,尽管目
前经济效益较差,但随着开发技术的不断创新和
进步,将很快 具 备 经 济 性。 ② 纯 页 岩 油: 松 辽 盆
地北部青山口组页岩油( 古龙页岩油) 的突破,揭
示高演化( R o > 1. 2%) 、 高 含 气 ( 气 油 比 > 500) 的
纯页岩油具有较好的经济价值。 但是,我国陆相
纯页岩油普遍热演化程度不高( R o < 1.0%) 、气油
比低,因此多数纯页岩油目前还不具备经济开采
价值。 ③原位转化页岩油:尽管国内外都开展了
大量的技术攻关和开采先导试验 [ 54,56-58] ,但目前
我国还没 有 可 付 诸 实 施 的 钻 探 开 采 方 案。 就 目
前技术 水 平 而 言, 这 部 分 资 源 都 还 不 具 备 经 济
6.5
2.2
经济性
除青山口组高演化、高
含气页岩油外,其他部分
目前还 不 具 备 经 济 开 采
价值
8
0.6
7
1
46.7
345.8
5
9.4
8.7
5
5
2.5
27.7
合计
松辽北部 / 嫩江组
0.2
145.4
12.0
鄂尔多斯 / 长 7 3 亚段
2.0
50.5
准噶尔 / 芦草沟组
其他
原位转化
页岩油
中国页岩油资源潜力
Shale oil resource potential in China
其他
4.2.2
· 409·
郭秋麟,等. 中国页岩油资源评价方法与资源潜力探讨
8
3.3
资源 较 集 中 的 层 系 已
初步具备经济开采价值
7
7.1
7.5
224.8
65
4.2
64
171.5
65
59.8
65
460.3
65
今后 5 年 到 10 年, 科
学技术获得重大突破后,
这部分 资 源 才 真 正 具 备
开采价值
性,也许今后 5 年到 10 年,科学技术获得重大突
破后,这部分资源才真正具备开采价值。
5
结论
( 1) 将页岩油划分为夹层页岩油( 含互层、薄
层和混积岩) 、纯 页 岩 油 和 原 位 转 化 页 岩 油 3 大
类,为统一 我 国 页 岩 油 的 研 究、 评 价 和 对 比 提 供
重要参考。
( 2) 提出了不同 勘 探 阶 段 纯 页 岩 油、夹 层 页
岩油和原位转化页岩油的资源量评价方法,初步
解决了 页 岩 油 评 价 方 法 的 不 一 致、 不 合 理 性 问
题,为各类页岩油资源评价提供重要借鉴。
(3) 所确定的页岩油评价关键参数及关键参
数取值下限标准,为筛选与确定各类页岩油评价
区及其评价范围提供了参考依据。
( 4) 利用本文建 立 的 页 岩 油 分 类、资 源 评 价
方法及参数标准体系,对我国鄂尔多斯盆地延长
组、松辽盆 地 北 部、准 噶 尔 盆 地 吉 木 萨 尔 凹 陷 的
典型页 岩 层 系 进 行 评 价, 评 价 结 果 符 合 勘 探 实
际,验证了方法体系的实用性。
(5) 通过对中国主要盆地页岩层系的评价得
到:中国纯页岩油地质资源量为 145.4 × 10 8 t, 可
采资源量为 9.4 × 10 8 t;夹层页岩油地质资源量为
95.1 × 10 8 t, 可采资源量为 7.1 × 10 8 t;原位转化页
岩油地质 资 源 量 为 708. 2 × 10 8 t, 可 采 资 源 量 为
460.3 × 10 8 t。 揭示我国页岩油资源潜力巨大,具
有中长远战略价值。
石
· 410·
油
实
验
地
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( 编辑 徐文明)
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