美国页岩油发展现状及预期.docx

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美国页岩油发展现状及预期

美国页岩油发展现状及预期

摘要美国的页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。

美国原油进口量大幅下降，炼油业迅速复，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响。

虽然目前国际油价大幅下跌造成了页岩油开发的停滞，但长远来看，页岩油开发在美国势在必行。

关键词美国页岩油影响因素发展

前言

古代人类就发现了石油和天然气。

到19世纪中叶，美国和俄罗斯相继钻成了第一口油井，对油气需求的快速增加，促使对油气的开发从优质油气扩展到品质较差、开采难度较大和开采成本较高的油气（童晓光等，2014）。

1979年，美国地质学家Masters提出了油气资源分布的三角图概念（Masters，1979；Holditch，2006），三角图的顶部为常规油气，开采技术难度较低和开采成本较低，油的品质好，占总油气资源量的比例较小。

非常规油气开采技术难度较大，开采成本较高，油的品质较差，但占油气总资源量中的比例大（童晓光等，2014；图1），其中页岩油的勘探和开发已经越来越受世界各国的重视。

页岩油是指储存于富有机质、纳米级孔径为主页岩地层中的石油，是成熟有机质页岩石油的简称（邹才能等，2013）。

页岩既是石油的烃源岩，又是石油的储集岩。

页岩油以吸附态和游离态形式存在，一般油质较轻、黏度较低。

主要储集于纳米级孔喉和裂缝系统中，多沿片状层理面或与其平行的微裂缝分布。

富有机质页岩一般在盆地中心大面积连续聚集，整体普遍含油，资源规模大。

页岩油“核心区”评价的关键包括储集空间分布、储集层脆性指数、页岩油黏度、地层能量和富有机质页岩规模等。

页岩气的成功开采为页岩油开采提供了技术参考，水平井体积压裂、重复压裂等“人造渗透率”改

图1油气资源类型分布

造技术，是实现页岩油有效开发的关键技术（邹才能等，2013）。

进入21世纪以来，美国页岩气开发取得了巨大成就，天然气价格急剧下降，然而原油价格却居高不下，于是石油公司在不放弃页岩气的同时，将开发重点转向页岩油。

仅数年时间页岩油开发就取得惊人成绩，使得美国原油进口量大幅下降，炼油业迅速复，给经济恢复带来动力，对世界石油地缘政治格局产生重大影响（罗承先等，2013）。

根据美国能源信息署的评估，全球页岩油气技术可采资源总量达6634万亿立方英尺，其中90%在美国以外的地区。

尽管如此，北美仍是目前唯一成功实现了页岩油气开发的地区，其他国家和地区对待页岩油气资源的态度因各种因素的制约而各异。

澳大利亚、阿根廷、中国、英国、乌克兰等国近年来大力投资页岩油气，但距离可持续商业开发还有很长的路要走。

页岩油形成机制

页岩在不同成熟阶段产出油气的机制不同。

未成熟有机质页岩可形成“人造油”，成熟有机质页岩地下形成页岩油，高过成熟有机质页岩形成页岩气，可分别称为未熟“人工”页岩油、成熟页岩油、高熟页岩气（邹才能等，2013；图2）。

图2页岩层系油气聚集模式

尽管页岩生成烃类已被公认，但对页岩残留烃量和滞留机理却存在不同认识（邹才能等，2013；Leythaeuseretal.，1991；Pepperetal.，1995；Stainforth，2009）。

多数学者认为泥页岩中烃类的释放和排出包括两个过程：

烃类从干酪根中热演化生成释放过程和生成烃类在泥页岩部的初次运移，而对于这两个过程哪个是关键至今还存在很大分歧。

有学者认为干酪根中烃类释放是关键，液态烃释放受干酪根吸附和烃类在干酪根网络中的扩散作用控制；还有学者认为烃源岩的岩性组合、有效运移通道、烃源岩压力分布以及微裂缝发育程度等因素起控制作用。

泥页岩滞留油气取决于干酪根的化学性质和生成油气的体积与组成，而油气的体积与组成又取决于干酪根的性质和二次裂解反应。

泥页岩中烃类滞留机理不仅决定烃类在泥页岩中的残留数量和排烃数量，还控制了滞留烃类二次裂解形成页岩气的潜力。

很多学者对泥页岩烃类滞留机理进行了探讨，比较有代表性的理论包括干酪根吸附机理、聚合物溶解机理、排烃门限理论等，这些理论在一定程度上解释了干酪根性质对油气滞留的影响，对油气排烃过程产生的分馏效应也作了一定解释，但均存在一定局限性（邹才能等，2013；Pepperetal.，1995；Stainforth，2009；Ritter，2003）。

依据泥页岩矿物组成、有机碳和残留烃相关分析，结合场发射和环境扫描电镜下泥页岩孔隙和含油性观察，本文提出了页岩部页岩油滞留聚集模式（图3）。

残留液态烃主要以吸附态存在于有机质部和表面，以吸附态和游离态存在于黄铁矿晶间孔。

同时，受泥页岩纳米孔喉连通程度、穿越孔喉的贾敏效应、源岩部压差等限制，部分烃类滞留在泥页岩孔喉系统，伴生气溶解在烃类中呈液态。

由于黏土、石英、长石、白云石、方解石等矿物颗粒表面束缚水膜的存在，矿物基质纳米级孔喉中的液态烃主要呈游离态赋存，其次为吸附态。

残留液态烃在微裂缝中主要以游离态形式存在（邹才能等，2013）。

图3页岩油滞留聚集模式

美国页岩油产业发展历程

美国页岩油勘探开发近两年发展较快，但若追根溯源，页岩油产业化也有60多年的历史。

根据产业化发展过程中的具体特点，可以将其发展历程划分为三个阶段（罗佐县，2014）。

发现阶段

美国的第一个页岩油藏是1953年在威利斯顿盆地发现的，正式投产于1955年。

当时的发现者Stanolind公司主要采用直井开发技术，开发的目的层为巴肯组的上段，在当时的技术条件下，平均单井产量为27.4吨油当量/日。

六年之后也就是1961年，壳牌公司在威利斯顿盆地进行石油勘探时，在首要目的层勘探失利的情况下，转向勘探巴肯组上段，发现了埃尔克霍恩牧场油田，再一次证明了巴肯组上段油气潜力。

由于该段以暗色的海相页岩为主，发育大量天然裂缝，且裂缝的存在对产量有积极意义，于是作业者认为该段发育泥岩裂缝油藏。

在之后的近30年时间里，油公司在巴肯页岩区带的油气勘探开发活动几乎全部集中在该区发育的一系列背斜构造附近，钻探的目的层均为巴肯组上段，一共发现了26个油田。

随后有油公司尝试将水平井技术应用到巴肯组上段油藏中，取得了很好的效果，原油产量提高至约50吨油当量/日，且能稳产达2年之久，这一做法对其他作业者产生了强烈的示效应。

油公司对巴肯区带的热情一直持续到上世纪90年代初，当时大约有超20家的油公司在该地区从事油气勘探开发活动。

之后因油价持续走低，且预测受天然裂缝控制巴肯组上段油藏的产量具有一定的困难，巴肯页岩区带的油气勘探开发活动在经历一个高潮期后进入缓慢发展阶段。

认识突破阶段

到了2000年，加拿大一家独立油公司在经过近5年的勘探后发现，巴肯组中段的孔隙度明显优于上段和下段，由此提出了巴肯组源岩所生成的油气可能更多的聚集在了中段，之前开发的上段只是其中很少一部分的认识，并据此认识成功发现了埃尔姆古丽油田。

这一发现和认识在页岩油产业进程中具有里程碑式的意义，彻底改变了巴肯页岩区带的油气勘探开发活动，巴肯组中段开始成为公司油气勘探的首要目的层。

有机构评价巴肯的页岩油产量将超过伊拉克的原油产量（Wanetal.，2012）。

快速发展阶段

2005年EOG能源公司提出了效仿页岩气开发，将水平井与水力压裂相结合开发巴肯中段页岩油藏的想法，并在帕歇尔油田的测试中取得成功。

页岩气革命爆发之后，这两项技术开始被大规模应用于页岩油开采，主要推动因素是油气价差（图4）。

高油价低气价导致很多油公司关停了利润低的页岩气井，转而寻求在页岩油领域获得新突破（Kulkarni，2012）。

图4布伦特油价与Henry-hub天然气价格

美国页岩油快速发展的原因

页岩气开发快速发展，推动天然气价格大幅度下降

受页岩气勘探开发成功经验的启发，美国把页岩气开发的新技术和经验引人了开发曾被认为没有商业开采价值的低渗透页岩及相关层系中的页岩油资源，美国也因此成为目前全球页岩油勘探开发最成功的地区。

最近数年跨国石油公司、日本商社、亚洲大型企业等又以合资形式参与投资，促使美国页岩气产量急剧增长，同时加拿大也开始生产页岩气。

在北美以外地区页岩气的开发尚处于起步阶段，中国以及欧洲、亚洲、南美等地已发现页岩气资源，中国、波兰等开始步入开发初期。

随着页岩气的开发，美国遏制了天然气产量急剧下滑的局面，并由此成为世界上最大的天然气生产国，这给美国的经济复和同东经济增长带来了巨大动力（罗承先，2013）。

部分页岩矿区页岩油储量丰富

美国页岩气蕴藏分布于20个州以上，页岩油的开发在位于美国北达科他州的巴肯（Bakken）率先取得成功，并不断向其他地区扩展，产量大幅度增长，使美国扭转了连续二十多年石油产量下滑的颓势。

位于得克萨斯州北部的Barnett页岩矿区于2000年正式开发，产量最大。

其次是位于阿肯色州的Fayetteville页岩矿区，于2005年以后开发。

油气价差拉大，推动页岩油开发

2005年以前，美国天然气（Henryhub）与原油（WTI）价格大体相当；从2006年开始天然气价格大幅下降，2008年天然气价格为原油的一半，2010年天然气价格仅为原油的1/3。

欧洲天然气价格（EUCIF）与原油（Brent）的价差没有美国那么大，但同样远低于原油。

于是美国液体成分丰富的页岩矿区，其开发重点从天然气向液体成分转移。

积极开发页岩气的油气公司，在不放弃页岩气的同时，扩大了原油和非常规页岩油的开发，将用于页岩气生产的水平井、水力压裂等技术组合用于页岩油领域，以增加原油产量。

美国主要页岩油产区发展状况

自1976年美国政府组织开展“东部页岩气工程”以来，美国页岩油气资源开发进展迅速。

特别是2005年在巴尼特页岩区带上实现了水平井分段压裂技术突破后，美国页岩油气开发进入了大发展阶段：

页岩气产量由2006年的1.1万亿立方英尺增至2012年底的超过8万亿立方英尺；页岩油产量至2012年底超过200万桶/日（侯明扬等，2014）。

页岩油气产量的大幅提升使美国资源对外依赖不断降低，并逐渐影响国际油气市场价格走势，特别是页岩气产量的快速增长极压低了美国国及整个北美地区的天然气价格，亨利中心（HenryHub）气价近5年持续低于4美元/百万英热单位，使相当数量的页岩气开发企业转向收益更高的页岩油勘探开发活动。

尽管目前尚无权威数据支撑，2013年美国仍呈现企业开发积极性“油大于气”的局面，在产页岩气项目维持稳定，页岩油项目持续升温，各主要页岩油气产区的勘探开发活动保持活跃。

美国本土东北部地区

（1）马塞勒斯（Marcellus）页岩区带

马塞勒斯页岩区仍是全美最大的页岩气产区之一，2013年产量增长约42%，由1月份的85亿立方英尺/日增至12月份的121亿立方英尺/日（Woodmakenzie，2014）。

页岩气产量的大幅增长使已有配套设施无法满足输送需要，致使宾夕法尼亚州西北部部分地区夏季的天然气价格大幅低于亨利中心基准价格。

（2）尤蒂卡（Utica）页岩区带

尽管部分石油公司早先对尤蒂卡西部特别是西南部核心区域的页岩油生产潜力充满期待，但2013年该区的页岩气先于页岩油获得突破。

俄亥俄州自然资源局当年三季度末资料显示，尤蒂卡页岩区产量最好的20口探井中有11口井的含油率不足3%；而Gulfport能源公司位于西弗吉尼亚州贝尔蒙特（Belmont）的尤蒂卡页岩区的Irons1-4H探井试获3000万立方英尺/日的页岩气初始产量，创下该页岩区的生产测试记录。

（3）其他页岩区带

除马塞勒斯和尤蒂卡外，美国本土东北部其他页岩区带的勘探开发活动较少，仅有少数公司在密歇根州进行钻探，包括Encana公司在尤蒂卡-科灵伍德（Utica-Collingwood）页岩区完成数口探井等。

美国本土中西部地区

（1）伍德福德（Woodford）页岩区带

伍德福德页岩区带是2013年美国页岩油生产的亮点之一，大批石油公