劉惠民

（ 中國石化勝利油田分公司 ）

0 引言

頁巖油作為一種新興的石油資源，目前已成為全球勘探開發(fā)的熱點[1-8]。國家標準中將頁巖油定義為賦存于富有機質(zhì)頁巖層系中的石油，頁巖層系中粉砂巖、細砂巖、碳酸鹽巖單層厚度不大于5m，無自然產(chǎn)能或低于工業(yè)石油產(chǎn)量下限，需采用特殊工藝措施才能獲得工業(yè)石油產(chǎn)量[9-10]。濟陽坳陷為中國東部新生代典型富油陸相斷陷盆地，頁巖油資源豐富[11-15]、分布廣泛，東營、沾化、車鎮(zhèn)、惠民等凹陷均有分布，頁巖油主要分布在古近系沙河街組沙四上亞段、沙三下亞段及沙一段3 套富有機質(zhì)頁巖層系中，其中以東營凹陷、沾化凹陷為主。濟陽坳陷頁巖油是陸相斷陷湖盆復(fù)雜沉積環(huán)境下形成的不同于海相盆地和國內(nèi)其他陸相盆地頁巖油的一種頁巖油類型，其又可劃分為基質(zhì)型、互層型、裂縫型等類型[11]。在近10 年的攻關(guān)研究和勘探實踐過程中，濟陽坳陷在東營、沾化等凹陷取得了多個層系、多種類型頁巖油的突破，展示了濟陽坳陷頁巖油良好的勘探前景。

1 頁巖油特征

與國內(nèi)外其他地區(qū)頁巖油相比，濟陽坳陷頁巖油在形成環(huán)境、頁巖特征、演化程度、頁巖油性質(zhì)等方面均有很大不同，是一類獨具特色的頁巖油。北美頁巖油沉積時代早，熱演化程度高，為海相沉積環(huán)境，石英或碳酸鹽等脆性礦物含量高，物性好，可壓裂性好。松遼盆地古龍頁巖油為陸相淡水湖盆沉積環(huán)境，熱演化程度高，碳酸鹽礦物含量低，屬于輕質(zhì)油，原油密度低，裂縫發(fā)育程度低[10]（表1）。濟陽坳陷頁巖油是在陸相斷陷咸化湖盆沉積的半深湖—深湖相富有機質(zhì)、富碳酸鹽頁巖中富集的中—低與中—高熱演化程度并存的頁巖油，具有以下特點：頁巖分布廣，沙四上亞段、沙三下亞段及沙一段3 套富有機質(zhì)頁巖厚度大于50m 區(qū)域的面積均超過6800km2；有效厚度大，多數(shù)洼陷3 套富有機質(zhì)頁巖厚度可達300～500m 以上，頁巖油資源潛力大、豐度高；頁巖層理發(fā)育，以高碳酸鹽含量為顯著特點，平均含量在50%以上，具有較好可壓裂性；富碳酸鹽頁巖紋層發(fā)育，疊加斷陷盆地天然裂縫系統(tǒng)，滲流能力強；富有機質(zhì)頁巖以中、低熱演化程度為主，儲集空間主要為無機孔隙，產(chǎn)油為主，原油密度較高；頁巖層系地層壓力高，壓力系數(shù)一般為1.2～2.0，自然能量充足，頁巖油日產(chǎn)量高。

2 頁巖油勘探歷程

濟陽坳陷頁巖油勘探經(jīng)歷了從認識—實踐到再認識—再實踐不斷探索的過程，其勘探有近50 年的歷史，可分為勘探偶遇、主動探索、創(chuàng)新突破3個階段（圖1）。

圖1 濟陽坳陷頁巖油勘探歷程Fig.1 Exploration history of shale oil in Jiyang Depression

2.1 勘探偶遇階段（1972—2006 年）

1972 年，在沾化凹陷渤南洼陷的Y18 井于沙一段泥頁巖中偶然發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油氣流，當時稱為泥頁巖裂縫油氣藏。之后東營凹陷多口探井也獲得工業(yè)油氣流，其中6 口探井累計產(chǎn)油過萬噸，展示了濟陽坳陷頁巖油勘探的巨大潛力。該階段以常規(guī)構(gòu)造油氣藏和隱蔽油氣藏為勘探對象，鉆探過程中在沙河街組泥頁巖段多口井見油氣顯示或獲得工業(yè)油氣流[16]。其間對泥頁巖裂縫油氣藏進行了探索性的攻關(guān)研究，并采取“兼探為主，專探為輔，深化認識，改進技術(shù)”的策略[17]。由于當時地質(zhì)認識局限性，以及常規(guī)直井勘探技術(shù)、預(yù)測方法不適應(yīng)性[18-19]，泥頁巖裂縫油藏預(yù)測難度大，頁巖油勘探并未有實質(zhì)性進展，以偶然發(fā)現(xiàn)為主。

2.2 主動探索階段（2006—2012 年）

受北美海相頁巖油氣成功勘探開發(fā)的啟示，從2006 年開始加快了濟陽坳陷頁巖油的專題研究與勘探步伐。濟陽坳陷320 余口探井在泥頁巖中見油氣顯示，其中30 余口井獲工業(yè)油氣流。各凹陷、多層系均見工業(yè)性油氣流，以東營凹陷、沾化凹陷最多；層系上以沙三下亞段為主，其次為沙四上亞段和沙一段。頁巖油投產(chǎn)井累計產(chǎn)油最高達27896t。初步認識到濟陽坳陷頁巖油具有“連續(xù)成藏、局部富集”的特點，基本明確了濟陽坳陷頁巖油較大的勘探潛力與方向，并以此認識為指導(dǎo)，先后部署4 口系統(tǒng)取心井，累計取心1010m，并開展上萬塊（次）樣品系統(tǒng)測試分析，為推進濟陽坳陷頁巖油基礎(chǔ)地質(zhì)研究奠定了扎實的資料基礎(chǔ)，逐步認識到濟陽坳陷陸相頁巖油與北美海相頁巖油的顯著差異。2011—2012 年，優(yōu)選沾化凹陷渤南洼陷沙三下亞段部署B(yǎng)YP1 井、BYP2 井及東營凹陷利津洼陷沙四上亞段部署LY1HF 井等4 口頁巖油專探井，探索裂縫型與基質(zhì)型頁巖油。其中，渤南洼陷鉆探的3 口井，在目的頁巖層水平段鉆井過程中出現(xiàn)了不同程度的井壁垮塌，壓裂均不成功，單井初期產(chǎn)量、累計產(chǎn)量均比較低；利津洼陷鉆探的LY1HF 壓裂效果不理想，產(chǎn)能也較低。

總的來看，由于對頁巖油富集規(guī)律探索不夠深入、在水平井落靶層選擇上存在誤區(qū)，以及對頁巖鉆井與增產(chǎn)工藝準備不足等原因，主動探索階段部署的水平專探井效果不理想，未達到預(yù)期目的。濟陽坳陷頁巖油第一輪專探井失利對勝利油田頁巖油勘探提出了新的挑戰(zhàn)：頁巖油鉆井、完井和壓裂工程工藝技術(shù)需要完善、頁巖油富集規(guī)律需要進一步深化研究。

2.3 創(chuàng)新突破階段（2013 年至今）

“十二五”以來，依托國家“973”、國家科技重大專項及中國石化集團公司科技攻關(guān)項目，開展?jié)栛晗莞挥袡C質(zhì)頁巖“儲集性、含油性、可動性和可壓性”基礎(chǔ)地質(zhì)研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在頁巖微觀表征、富集模式、有利區(qū)預(yù)測等方面取得重要進展[20-27]，重新審視了濟陽坳陷頁巖油“有效烴源巖厚度大、資源豐度高、裂縫發(fā)育、滲流能力強、地層天然能力充足及富碳酸鹽頁巖具有一定可壓裂性”等有利條件。配套形成了勘探部署評價與工程工藝技術(shù)系列，如地質(zhì)背景約束下地震多屬性融合的巖相預(yù)測技術(shù)、疊前疊后裂縫地震預(yù)測技術(shù)、濟陽坳陷頁巖油優(yōu)快鉆井工程技術(shù)和濟陽坳陷頁巖油組合縫網(wǎng)壓裂技術(shù)等，濟陽坳陷頁巖油勘探取得戰(zhàn)略性突破。通過新一輪200 余口老井復(fù)查，優(yōu)選優(yōu)質(zhì)頁巖層段開展重新試油，驗證地質(zhì)新認識，試驗壓裂新工藝。對直斜井富有機質(zhì)頁巖層壓裂改造20 余口，90%的井累計產(chǎn)量超過千噸，進一步證實地質(zhì)新認識的可行性、組合縫網(wǎng)體積壓裂工藝的適應(yīng)性，大大增加了展開濟陽坳陷頁巖油勘探的信心。

2019 年以來，按照“直斜井試油戰(zhàn)略偵察，風(fēng)險勘探引領(lǐng)突破，水平井專探求產(chǎn)”的指導(dǎo)思想，遵循濟陽坳陷頁巖油“四性”20 參數(shù)地質(zhì)評價體系與勘探突破目標優(yōu)選工作流程，選靶區(qū)、選靶層、定靶盒，探井部署由裂縫型轉(zhuǎn)向基質(zhì)型、由Ro＞0.9%轉(zhuǎn)向Ro＜0.9%，設(shè)計水平專探井實施鉆探，實現(xiàn)濟陽坳陷頁巖油商業(yè)產(chǎn)能突破。2019 年和2020 年，在沾化凹陷渤南洼陷及東營凹陷博興洼陷部署鉆探Y(jié)YP1和FYP1 兩口風(fēng)險探井，實現(xiàn)了濟陽坳陷頁巖油商業(yè)產(chǎn)能的重大突破，證實濟陽坳陷超壓、富有機質(zhì)、中等熱演化程度、紋層狀富碳酸鹽頁巖具有較大的勘探開發(fā)潛力，初步測算中等熱演化程度頁巖油資源量為20×108t。2021 年，在沾化凹陷渤南洼陷部署鉆探該階段第三口風(fēng)險探井——BYP5 井，實現(xiàn)了濟陽坳陷高熱演化程度、層狀富碳酸鹽頁巖油商業(yè)產(chǎn)能的重大突破，峰值日產(chǎn)油160t 油當量，累計產(chǎn)油11671t 油當量（4 個月累計產(chǎn)油過萬噸油當量）。BYP5 井的持續(xù)突破，證實濟陽坳陷超壓、富有機質(zhì)、高熱演化程度、層狀富碳酸鹽頁巖也具有較大的勘探開發(fā)潛力，初步測算濟陽坳陷高熱演化程度頁巖油資源量為7×108t。同年，在東營凹陷牛莊洼陷部署鉆探直斜兼探井——NX124 井，探索超壓（壓力系數(shù)1.5）、富有機質(zhì)（TOC=3%～3.5%、S1=2～4mg/cm3）、低熱演化程度（Ro=0.6%）、富碳酸鹽（60%～70%）紋層狀頁巖，采用組合縫網(wǎng)體積壓裂工藝，取得重大進展，峰值日產(chǎn)油43.2t，累計產(chǎn)油1974t。NX124 井的測試成功，證實濟陽坳陷超壓、富有機質(zhì)、低熱演化程度、紋層狀富碳酸鹽頁巖也具有較大的勘探開發(fā)潛力，初步測算濟陽坳陷低熱演化程度頁巖油資源量為14×108t。

近年來，濟陽坳陷頁巖油勘探的相繼突破，進一步證實濟陽陸相斷陷咸化湖盆高熱演化（Ro＞0.9%）、中等熱演化（Ro=0.7%～0.9%）、低熱演化（Ro=0.5%～0.7%）程度的富有機質(zhì)紋層（層）狀富碳酸鹽頁巖均具有較大的勘探開發(fā)前景。

3 頁巖油勘探創(chuàng)新認識

10 年以來，依托重大科技攻關(guān)項目，針對濟陽陸相斷陷咸化湖盆頁巖沉積、成巖、有機質(zhì)熱演化、頁巖油賦存與富集特殊性等基礎(chǔ)地質(zhì)問題開展攻關(guān)研究，提出了濟陽坳陷頁巖巖相劃分方案，取得了富有機質(zhì)頁巖儲集性、含油性、可動性、可壓裂性創(chuàng)新性認識，有效指導(dǎo)了濟陽坳陷頁巖油勘探實踐。

3.1 頁巖巖相平面呈環(huán)帶狀分布

頁巖巖相是連接微觀研究與宏觀預(yù)測的橋梁，是頁巖儲集性、含油性、可動性、可壓裂性的物質(zhì)基礎(chǔ)和載體。因此，有必要確定濟陽坳陷頁巖巖相類型，明確其分布規(guī)律。國內(nèi)外諸多專家學(xué)者對頁巖巖相進行了劃分，劃分方案由僅考慮頁巖礦物成分、顏色向頁巖巖石組分、顏色、沉積構(gòu)造、有機碳含量及成因等綜合因素方向發(fā)展[28-34]。根據(jù)巖心觀察、薄片鑒定及X 射線衍射全巖礦物分析資料，基于巖石組分、沉積構(gòu)造、有機質(zhì)豐度，可將濟陽坳陷古近系頁巖劃分為紋層狀、層狀和塊狀3 類16 種巖相，其中主要發(fā)育富有機質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相、富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相、富有機質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r相、富有機質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相、含有機質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相、含有機質(zhì)塊狀灰質(zhì)泥巖相等6 種巖相（圖2）。

圖2 濟陽坳陷頁巖巖相特征（NY1 井）Fig.2 Lithofacies characteristics of shale in Jiyang Depression（Well NY1）

從巖相類型分布來看（圖3），濟陽陸相斷陷湖盆頁巖巖相平面上呈環(huán)帶狀分布。從緩坡帶→洼陷帶→陡坡帶，巖相類型由砂巖相→含有機質(zhì)塊狀泥巖相→含有機質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相→富有機質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相→富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相→富有機質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相→富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相→含有機質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相→富有機質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r相→含有機質(zhì)塊狀泥巖相→砂巖相。富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖/泥質(zhì)灰?guī)r相主要分布在盆地中部的斜坡部位，石灰?guī)r相主要分布在盆地西部的局部臺地上。平面上，巖相分布受古物源、古地形控制明顯，圍繞水下臺地呈環(huán)帶狀分布。

圖3 東營凹陷沙四上亞段純上次亞段2 層組巖相分布圖Fig.3 Lithofacies distribution of the second thin layer of the upper part of the upper sub member of the fourth member of Shahejie Formation in Dongying Depression

3.2 富含碳酸鹽的紋層（層）狀巖相是濟陽坳陷頁巖油有利的儲集巖相

不同頁巖巖相礦物成分不同、孔縫系統(tǒng)差異較大，造成了儲集性能不同，因此有必要研究不同巖相的孔隙特征和儲集性能。

通過大量探索和實踐，建立了頁巖儲集性能表征方法：利用薄片、電鏡觀測及氬離子拋光—場發(fā)射電鏡聯(lián)合分析等方法觀測頁巖樣品孔隙特征及分布，利用核磁法定量分析孔隙結(jié)構(gòu)和儲油有效性。應(yīng)用該方法，明確了濟陽坳陷頁巖儲集空間包括礦物晶間孔、片間孔、粒間孔、溶蝕孔、干酪根網(wǎng)狀孔和裂縫等[16，35]（圖4）。受控于盆地?zé)嵫莼潭龋搸r儲集空間以無機孔隙為主，孔徑跨度大，由納米級到超微米級（＞10μm）均有分布。礦物重結(jié)晶與有機質(zhì)熱演化實驗表明，Ro＞0.7%頁巖粗介孔開始增多，Ro＞0.7%（中成巖B 期后）是濟陽坳陷頁巖次生孔隙主要發(fā)育階段，無機孔隙占比達95%。

圖4 濟陽坳陷富有機質(zhì)灰質(zhì)頁巖孔縫網(wǎng)絡(luò)分布圖Fig.4 Pore-fracture network of organic rich limy shale in Jiyang Depression

不同巖相孔縫組合特征差異較大，可將頁巖儲集空間組合劃分為三大類：（1）網(wǎng)狀縫—基質(zhì)孔隙型孔縫組合模式，由大量晶間孔、溶蝕孔、有機質(zhì)孔組成，平均孔隙度為8.72%，該模式主要見于紋層狀巖相；（2）穿層縫—順層縫—基質(zhì)孔隙型孔縫組合模式，由部分晶間孔、溶蝕孔、有機質(zhì)孔組成，平均孔隙度為5.23%，層狀巖相發(fā)育此種模式；（3）不規(guī)則縫—基質(zhì)孔隙型孔縫組合模式，由少量黏土晶間孔—有機質(zhì)孔組成，孔隙度為2.28%，塊狀巖相發(fā)育此種模式。富有機質(zhì)紋層狀巖相孔隙發(fā)育，且多尺度的孔隙處于連續(xù)分布狀態(tài)，儲集空間具有較好的空間連通性；層狀巖相孔隙呈不連續(xù)分布，孔隙連通率較低；塊狀巖相孔隙呈不連續(xù)分布，孔隙連通性差。前人研究成果表明[15，22，24]，孔徑大于30nm 的儲集空間有利于游離油富集，不同巖相中孔徑大于30nm 的孔隙占比為：紋層狀＞層狀＞塊狀。因此，從儲集空間連通情況及有效孔隙占比情況看，富含碳酸鹽的紋層（層）狀巖相是濟陽坳陷頁巖油有利的儲集巖相。

3.3 中—低與中—高熱演化程度頁巖油并存，以中—低熱演化程度的頁巖油為主

頁巖的含油性是評價頁巖品質(zhì)好壞的一項重要指標，濟陽坳陷富有機質(zhì)頁巖具有較好的含油性。巖心觀察表明，頁巖層間、層面殘留瀝青質(zhì)，頁理縫內(nèi)有明顯油味，層間有油質(zhì)充填；薄片觀察表明，微裂縫中有油充填，頁理縫內(nèi)普遍發(fā)熒光，少量礦物顆粒間見熒光現(xiàn)象，方解石晶體間有油充填；掃描電鏡表明，頁巖油呈薄膜狀、浸染狀黏附于礦物顆粒表面，并在裂縫周圍富集。

頁巖油賦存狀態(tài)以游離態(tài)和吸附態(tài)為主，而現(xiàn)實技術(shù)條件可動用的僅為游離態(tài)油。游離態(tài)頁巖油在泥頁巖較大孔隙和裂縫中呈薄膜狀，而吸附態(tài)頁巖油在較小孔隙中呈浸染狀（圖5）。從頁巖游離油與深度關(guān)系來看，沙三下亞段半咸化環(huán)境頁巖游離油主要發(fā)育在3000m 以深，3000m 以淺為吸附油遞增階段，3000～3700m 為游離油遞增階段，3700～4000m 為游離油遞減階段。沙四上亞段咸化環(huán)境頁巖游離油主要發(fā)育在2500m 以深，2500m 以淺為吸附油遞增階段，2500～3600m 為游離油遞增階段，3600～4200m為游離油遞減階段（圖6）。

圖5 頁巖油賦存狀態(tài)Fig.5 Occurrence of shale oil

圖6 濟陽坳陷沙三下亞段、沙四上亞段富有機質(zhì)頁巖游離油與深度關(guān)系Fig.6 Relationship between free oil and depth of organic rich shale in the lower part of the third member and the upper part of the fourth member of Shahejie Formation in Jiyang Depression

濟陽坳陷沙三下亞段、沙四上亞段頁巖滯留油總量為237×108t，游離油總量為41×108t，其中Ro=0.5%～0.7%的游離油為14×108t，Ro=0.7%～0.9%的游離油為20×108t，Ro大于0.9%的游離油為7×108t，中—低熱演化程度游離油占游離油總量的82.9%。

3.4 超壓環(huán)境下不同類型富碳酸鹽頁巖油具有較好可動性

可動性和流動性是頁巖油能否產(chǎn)出的先決條件。濟陽坳陷已測試探井并獲得油氣流的頁巖油原油密度較大，多為中質(zhì)油—重質(zhì)油。創(chuàng)新突破階段測試成功的兼探井、水平專探井頁巖油密度均小于0.89 g/cm3，YYP1 井頁巖油密度為0.875g/cm3，F(xiàn)YP1井頁巖油密度為0.84g/cm3，BYP5 井頁巖油密度為0.83g/cm3，NX55 井頁巖油密度為0.89g/cm3，主要為富碳酸鹽基質(zhì)型頁巖油。NY1-1HF 井頁巖油密度為0.85g/cm3，主要以裂縫型頁巖油為主。北美鷹灘海相已動用頁巖油多為輕質(zhì)油，原油密度小于0.84g/cm3。

頁巖油的流動性受控于有機質(zhì)熱演化程度、天然裂縫發(fā)育程度及地層流體壓力等地質(zhì)因素。受控于濟陽坳陷頁巖的特殊性，生油母質(zhì)類型與熱演化程度造成濟陽坳陷頁巖油密度偏高、流動性較差，但仍然可以獲得較高產(chǎn)能。一方面，濟陽坳陷沙四上-沙三下亞段中深層富有機質(zhì)頁巖地層壓力高（絕對地層壓力為50～90MPa），壓力系數(shù)介于1.2～2.0之間，異常高壓自成封閉系統(tǒng)，地層自然能量充足；另一方面，濟陽坳陷富碳酸鹽紋層狀頁巖粗介孔發(fā)育程度與碳酸鹽含量成正比，與泥質(zhì)含量成反比，富碳酸鹽紋層具有大孔優(yōu)勢，而黏土紋層以小孔為主；濟陽坳陷富碳酸鹽頁巖紋層發(fā)育，疊加陸相斷陷盆地天然裂縫系統(tǒng)，形成獨特的無機孔—縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，滲流能力強。

頁巖油可動性物理—數(shù)值模擬實驗表明，當K滲透層/K黏土層=10，滲透層產(chǎn)出原油可占總產(chǎn)油60%以上；當K滲透層/K黏土層=100，幾乎所有的原油均通過滲透層產(chǎn)出。濟陽坳陷富碳酸鹽紋層狀頁巖水平滲透率高于垂向滲透率1～2 個數(shù)量級，頁巖油易于順層流動。因此，相對高滲帶富碳酸鹽紋層有利于頁巖油產(chǎn)出，濟陽坳陷富碳酸鹽紋層發(fā)育使熱演化程度較低、原油密度較高的頁巖油具備較好的可動性。

3.5 碳酸鹽、長英質(zhì)等脆性礦物含量高的濟陽坳陷頁巖具有較好可壓裂性

可壓裂性是頁巖在水力壓裂中能夠被有效壓裂的基本性質(zhì)，是頁巖油氣開發(fā)中最關(guān)鍵的評價參數(shù)之一。北美主要產(chǎn)油頁巖一般具有較高的脆性，有利于實施壓裂措施。濟陽坳陷頁巖的脆性礦物與北美頁巖既具有可比性，也存在差異。同樣是高碳酸鹽含量的泥頁巖，Eagle Ford 頁巖碳酸鹽礦物是生物成因，而濟陽坳陷頁巖以化學(xué)成因為主，這造成了兩者可壓裂性的差異。

可壓裂性評價結(jié)果表明，濟陽坳陷富有機質(zhì)頁巖碳酸鹽等脆性礦物含量較高，主要介于50%～80%之間，脆性指數(shù)為0.42～0.59，可壓裂指數(shù)為0.52～0.64；濟陽坳陷富有機質(zhì)頁巖層系最大與最小地應(yīng)力差值較小，普遍小于8MPa，應(yīng)力比值為1.01～1.16，有利于體積壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)。濟陽坳陷主力頁巖層綜合評價為中等可壓裂性，基本能夠滿足當前壓裂工藝技術(shù)的需求。

4 頁巖油配套勘探技術(shù)

4.1“四性”20 項參數(shù)地質(zhì)評價體系

基于中等熱演化程度頁巖油地質(zhì)認識，結(jié)合濟陽坳陷頁巖發(fā)育層段富集高產(chǎn)及工藝改造難度的受控因素分析，建立了頁巖油綜合評價“四性”參數(shù)體系，形成了濟陽坳陷頁巖油地質(zhì)、工程雙甜點“四性”分級評價體系。濟陽坳陷頁巖油綜合評價“四性”參數(shù)體系主要包括含油性、儲集性、可動性、可壓裂性4 個方面20 項參數(shù)（圖7）。含油性的評價目的是明確有沒有頁巖油，主要采用有機質(zhì)熱演化程度（Ro）、游離烴含量（S1）、有機碳含量（TOC）及含油指數(shù)（S1/TOC）等參數(shù)，綜合考慮有機質(zhì)成熟度高低、豐度大小及生烴潛力確定頁巖油富集區(qū)和富集層段；儲集性的評價目的是明確能儲多少頁巖油，主要采用頁巖巖相類型、基質(zhì)孔隙度、夾層孔隙度及頁巖厚度、面積等參數(shù)，其中頁巖巖相是頁巖油賦存的載體，巖相類型的差異決定了頁巖油富集程度的差異，基質(zhì)與夾層中的孔隙是頁巖油賦存的主要場所，二者孔隙度大小決定著頁巖油的富集程度，同時評價頁巖油資源量大小還需考慮頁巖厚度和分布面積等參數(shù)；可動性的評價目的是明確有多少理論可動用頁巖油，主要采用原油密度、氣油比、壓力系數(shù)、夾層發(fā)育程度、裂縫發(fā)育程度等參數(shù)，從原油自身的流動能力、運移的動力大小及產(chǎn)出通道的暢通程度3 個方面綜合評價；可壓裂性的評價目的是明確有多少技術(shù)可動用頁巖油，主要采用脆性指數(shù)、脆性礦物含量、地應(yīng)力、可壓裂指數(shù)、埋藏深度等參數(shù)，著重評價頁巖的工藝改造難度大小。

圖7 濟陽坳陷頁巖油地質(zhì)綜合評價參數(shù)體系Fig.7 Parameter system for comprehensive geological evaluation of shale oil in Jiyang Depression

4.2 地球物理技術(shù)

巖相和裂縫的地震精確預(yù)測是制約頁巖油勘探開發(fā)面臨的主要瓶頸問題之一[35]，近年來，通過攻關(guān)形成了具有針對性的巖相與裂縫地震預(yù)測技術(shù)。

4.2.1 地質(zhì)背景約束下地震多屬性融合的巖相預(yù)測技術(shù)

以地質(zhì)背景為約束，以頁巖巖相地震響應(yīng)為依據(jù)，開展敏感屬性分析，采用地震多屬性融合的方法進行巖相預(yù)測，提高了預(yù)測準確性。通過古地形恢復(fù)和沉積相帶綜合分析，明確構(gòu)造底形對巖相的影響，從宏觀上確保巖相發(fā)育規(guī)律與古地貌起伏一致，為后續(xù)地震巖相預(yù)測提供地質(zhì)背景約束。針對頁巖巖相的差異性進行正演模擬，明確地震響應(yīng)特征。進而將大量鉆井巖相數(shù)據(jù)與地震屬性數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用機器學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)，優(yōu)選具有代表性地震屬性進行聚類融合，從而將多種地震屬性轉(zhuǎn)化為地震相再轉(zhuǎn)成地質(zhì)認識上的巖相，最終得出平面巖相預(yù)測圖。如圖8 所示，F(xiàn)YP1 井區(qū)受古地形及古物源的影響，東北部區(qū)域古地形較高，陸源碎屑物源缺乏，碳酸鹽含量較高，主要發(fā)育富有機質(zhì)紋層狀—層狀泥質(zhì)灰?guī)r相，西南部靠近洼陷區(qū)水體較深，有局部陸源碎屑物源注入，發(fā)育富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖夾砂巖相，東南斜坡帶主要發(fā)育富有機質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相。

圖8 FYP1 井區(qū)地震多屬性融合巖相預(yù)測圖Fig.8 Lithofacies prediction by seismic multi-attribute fusion in FYP1 well block

4.2.2 疊前疊后裂縫地震預(yù)測技術(shù)

裂縫是頁巖油富集高產(chǎn)的關(guān)鍵要素，裂縫識別主要利用疊后和疊前屬性，疊后屬性方法主要根據(jù)地震反射軸的不連續(xù)性，通過構(gòu)造導(dǎo)向濾波后的高精度相干和最大似然技術(shù)表征尺度較大的微斷裂，而裂縫在微斷裂附近廣泛發(fā)育，可以間接預(yù)測裂縫發(fā)育帶；另外通過三維體曲率屬性可以反映地層的拱張變形程度，能夠刻畫內(nèi)部構(gòu)造張裂縫的發(fā)育程度。本質(zhì)上疊后屬性方法是從幾何學(xué)屬性差異出發(fā)定性地預(yù)測裂縫發(fā)育區(qū)。為了精細刻畫裂縫的發(fā)育程度，充分利用疊前屬性，在寬方位地震資料基礎(chǔ)上形成了OVT 域疊前五維裂縫預(yù)測技術(shù)，可以用來進行裂縫方向、密度的預(yù)測。利用方位各向異性特征分析地震波旅行時、速度、振幅、頻率差異性屬性與裂縫密度、方向的關(guān)系，實現(xiàn)裂縫密度和方向的地震預(yù)測。相對于疊后屬性而言，疊前屬性方法充分利用疊前寬方位的信息，相對定量地刻畫出裂縫密度和方向，能較好地指導(dǎo)水平井軌跡設(shè)計，輔助優(yōu)化壓裂設(shè)計。如圖9 所示，通過OVT 域疊前五維裂縫預(yù)測，渤南洼陷YYP1井區(qū)沙三下亞段13x層組裂縫方向主要為近東西向，其次為近南北向，裂縫密度預(yù)測顯示YYP1 井B 靶區(qū)域各向異性較強，裂縫密度值較高，推測裂縫發(fā)育，實際井證實A 靶點到B 靶點之間發(fā)現(xiàn)多處由于微裂縫發(fā)育導(dǎo)致的井漏，測井上表現(xiàn)為斯通利波幅度均有不同程度衰減；利用橫波各向異性法確定YYP1井沙三下亞段13x 層組最大主應(yīng)力方向為北東55°左右，與疊前預(yù)測裂縫密度主方向基本一致，進一步檢驗了該方法的正確性。

圖9 YYP1 井區(qū)沙三下亞段13x 層組裂縫密度與方向分布圖Fig.9 Fracture density and direction of the 13X thin layer of the lower part of the third member of Shahejie Formation in YYP1 well block

4.3 優(yōu)快鉆井工程技術(shù)

針對濟陽坳陷頁巖易水化分散的黏土礦物含量高、成巖程度低、地層壓力高、微（裂縫）發(fā)育、穩(wěn)定性差、鉆井液長期浸泡，易發(fā)生井壁剝落掉塊導(dǎo)致井壁失穩(wěn)問題，研發(fā)合成基鉆井液體系。該體系具有以下7 個特征：（1）閃點高（125℃），降低火災(zāi)風(fēng)險，更安全；（2）不含芳香烴類物質(zhì)（＜0.1%），對人身健康無影響；（3）凝點低，實驗顯示溫度降到-40℃時合成基鉆井液仍具有流動性；（4）流動性好，運動黏度為23mm2/s；（5）抗高溫，提高合成基鉆井液抗溫性至230℃；（6）封堵能力強，研制了多級配固體封堵劑和納米封堵劑，提高合成基鉆井液的封堵率（83.1%）；（7）具有降黏性。應(yīng)用該鉆井液體系現(xiàn)場施工10 口井，電測顯示三開井徑平滑、規(guī)則，平均井徑擴大率為9%，井壁穩(wěn)定性好，保障了水平井長時間完井。頁巖地層礦物成分復(fù)雜，多組分固溶水泥膠結(jié)性質(zhì)區(qū)別大，影響膠結(jié)的因素較多，研制了“膠乳防竄水泥漿+高效前置液體系+套管居中工具”技術(shù)系列，固井質(zhì)量明顯提高。

4.4 組合縫網(wǎng)壓裂技術(shù)

針對中等可壓裂、強水敏頁巖儲層特點，構(gòu)建波及范圍更大、滲流能力更強的復(fù)雜人工裂縫網(wǎng)絡(luò)，形成了“酸蝕裂縫+微裂縫+分支縫+高導(dǎo)流主縫”的組合縫網(wǎng)壓裂技術(shù)，實現(xiàn)了儲層有效縫控和快速排液。組合縫網(wǎng)壓裂形成復(fù)雜縫網(wǎng)的機理主要基于人工裂縫內(nèi)凈壓力大于水平應(yīng)力差或在頁巖基元體抗剪面上，壓裂液誘發(fā)凈壓力達到抗剪切強度時即可形成復(fù)雜縫網(wǎng)。在構(gòu)建人造分支縫的過程中優(yōu)選液體和固體暫堵劑，強制末端縫網(wǎng)轉(zhuǎn)向。在增大裂縫波及體積的同時，采用高導(dǎo)流通道壓裂技術(shù)構(gòu)建較高導(dǎo)流能力的主裂縫，以有效排出高蠟、乳化原油和膨脹、剝落的泥巖碎屑。明確了脈沖纖維加砂支撐劑成團規(guī)律，形成了低前置液脈沖加砂優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，建立了選層原則，形成一套主裂縫高導(dǎo)流通道壓裂技術(shù)，裂縫導(dǎo)流能力是常規(guī)壓裂的5～7 倍。研發(fā)低成本高性能一體化壓裂液體系，攜砂能力強，合成了雙季銨鹽低分子防膨劑，性能領(lǐng)先。3 口頁巖油風(fēng)險探井應(yīng)用該壓裂技術(shù)，水平段壓裂真正實現(xiàn)了萬立方米液、千立方米砂壓裂規(guī)模，改造體積在（711～1180）×104m3（表2），根據(jù)示蹤劑結(jié)果，所有段均對產(chǎn)油有貢獻，段產(chǎn)能貢獻率在1.05%～6.84%之間，3 口井峰值日產(chǎn)油均在百立方米以上，表明取得了良好的壓裂效果。

表2 風(fēng)險探井壓裂參數(shù)統(tǒng)計表Table 2 Statistics of fracturing parameters in risk exploration wells

4.5“一體化”管理創(chuàng)新模式

4.5.1 樹立地質(zhì)工程一體化理念

以地質(zhì)目的為導(dǎo)向的工藝技術(shù)攻關(guān)，以工程能力為前提的目標優(yōu)選，以降本增效為目標的工程工藝方案優(yōu)選，樹立地質(zhì)工程一體化理念。具體表現(xiàn)在：鉆井工程、壓裂工藝技術(shù)攻關(guān)充分考慮濟陽坳陷頁巖油地質(zhì)特點，聚焦古近系地層新、頁巖段埋藏深、富含碳酸鹽、構(gòu)造裂縫復(fù)雜、地層壓力系數(shù)大、地層溫度高等特點，開展針對性攻關(guān)研究；目標優(yōu)選充分考慮工程工藝技術(shù)能力，聚焦頁巖油富集、埋藏深度適中、構(gòu)造相對簡單、頁巖油流動性好、頁巖可壓裂性好等關(guān)鍵地質(zhì)要素，優(yōu)化井位方案；工程工藝方案優(yōu)化以降本增效為目標，聚焦鉆井提質(zhì)提速、段簇優(yōu)化設(shè)計、壓裂材料選擇、壓裂實施規(guī)模等要素，逐步降低工程成本。

4.5.2 搭建地質(zhì)工程一體化平臺

組建多專業(yè)協(xié)同作戰(zhàn)的綜合團隊、實現(xiàn)頁巖油勘探開發(fā)、地質(zhì)工程業(yè)務(wù)鏈條全過程一體化。地質(zhì)、物探、鉆井、壓裂、油藏等多單位協(xié)同，多專業(yè)融合，理論技術(shù)齊發(fā)展，認識實踐共突破。方案部署同步化，勘探開發(fā)頁巖油團隊同步編制增儲建產(chǎn)方案，同步確定資料錄取方案，同步優(yōu)化試油試采方案；井位研究統(tǒng)籌化，風(fēng)險探井、預(yù)探井、評價井、開發(fā)井功能互補，新增儲量、新建產(chǎn)能共擔(dān)，推動增儲建產(chǎn)同步。構(gòu)建了濟陽坳陷頁巖油風(fēng)險共擔(dān)、合作共贏的地質(zhì)工程一體化運行機制（圖10）。

圖10 濟陽坳陷頁巖油地質(zhì)工程一體化機制Fig.10 Mechanism of geology and engineering integrated shale oil exploration in Jiyang Depression

5 頁巖油資源潛力與勘探方向

5.1 資源潛力

根據(jù)濟陽坳陷的實際資料，選用體積法作為濟陽坳陷頁巖油資源評價的方法[36]。在頁巖油資源評價中，評價單元的面積和泥頁巖的厚度主要根據(jù)暗色泥巖厚度等值線圖獲取，泥頁巖密度則根據(jù)實測密度建立泥頁巖密度演化剖面，頁巖的含油量為游離油量，即用游離油的定量評價方法求?。粴庥捅葎t是根據(jù)泥頁巖油藏和常規(guī)油藏試油的氣油比及動力學(xué)模擬綜合求取。經(jīng)測算，濟陽坳陷沙四上亞段、沙三下亞段頁巖油資源量為41×108t。

濟陽坳陷不同類型頁巖油資源量分布具有不同的規(guī)律。按照不同熱演化程度劃分，高熱演化程度（Ro＞0.9%）頁巖油資源量為7×108t，占比為17%；中等熱演化程度（Ro=0.7%～0.9%）頁巖油資源量為20×108t，占比為49%；低熱演化程度（Ro=0.5%～0.7%）頁巖油資源量為14×108t，占比為34%。按照壓力體系、沉積類型劃分，高壓富碳酸鹽型頁巖油資源量為32×108t，占比為78%；高壓富長英質(zhì)頁巖油資源量為5×108t，占比為12%；弱超壓富碳酸鹽型頁巖油資源量為4×108t，占比為10%（圖11）。

圖11 濟陽坳陷頁巖油不同熱演化程度（左）、不同類型（右）資源量分布圖Fig.11 Resource distribution of shale oil with various degrees of thermal evolution (left) and types (right)in Jiyang Depression

5.2 勘探方向與遠景規(guī)劃

濟陽坳陷頁巖油勘探開發(fā)按照中國石油化工集團有限公司總體要求，堅持“地質(zhì)工程、勘探開發(fā)、技術(shù)經(jīng)濟、探明建產(chǎn)”4 個一體化，按照“單井突破、井組評價、規(guī)模探明和效益建產(chǎn)”三步走實現(xiàn)效益開發(fā)。目前，濟陽坳陷頁巖油通過YYP1 井、FYP1 井、BYP5 井風(fēng)險勘探，已突破超壓、中等熱演化、富碳酸鹽紋層狀基質(zhì)型與超壓、高熱演化、富碳酸鹽層狀基質(zhì)型頁巖油，具備展開勘探開發(fā)的條件。

按照“先易后難，分類評價，商業(yè)突破”的勘探思路，展開評價博興洼陷、牛莊洼陷、渤南洼陷，攻關(guān)突破利津洼陷、民豐洼陷、臨南洼陷，研究準備濟陽沙一段，實現(xiàn)規(guī)模效益增儲?？碧讲渴鹕?，繼續(xù)遵循“直斜井試油偵察，風(fēng)險勘探引領(lǐng)突破，水平井專探求產(chǎn)”的指導(dǎo)思想，突破不同壓力體系、不同演化程度、不同巖相類型頁巖油。下一步將繼續(xù)加大風(fēng)險勘探力度——在類型上，持續(xù)探索沙三下亞段、沙四上亞段富長英質(zhì)互層型、低碳酸鹽含量基質(zhì)型、弱超壓基質(zhì)型頁巖油；在層系上持續(xù)探索濟陽坳陷沙一段頁巖油氣，進一步拓展?jié)栛晗蓓搸r油資源規(guī)模。深入推進勘探與開發(fā)、地質(zhì)與工程一體化，加快濟陽坳陷頁巖油試驗區(qū)、示范區(qū)預(yù)探與評價部署，實現(xiàn)濟陽坳陷頁巖油資源有序控制與產(chǎn)能有序接替。

“十四五”期間，濟陽坳陷頁巖油實施規(guī)劃探明石油地質(zhì)儲量1×108t 以上，落實頁巖油資源量10×108t 以上，建成試驗區(qū)3～5 個、示范區(qū)2～3 個，新建產(chǎn)能100×104t 以上。

6 結(jié)論

濟陽坳陷頁巖油勘探經(jīng)歷了勘探偶遇、主動探索、創(chuàng)新突破3 個階段，通過勘探實踐和科學(xué)研究，取得了6 個方面的創(chuàng)新成果認識：

（1）依據(jù)巖石組分、沉積構(gòu)造、有機質(zhì)豐度等建立了濟陽坳陷頁巖巖相劃分方案，濟陽坳陷古近系頁巖主要發(fā)育3 類16 種巖相，主要巖相類型平面上呈環(huán)帶狀分布。

（2）濟陽陸相斷陷湖盆咸化—半咸化環(huán)境頁巖主要發(fā)育無機孔—縫網(wǎng)絡(luò)，無機孔為主，富有機質(zhì)紋層/層狀泥質(zhì)灰?guī)r相是有利的巖相類型。

（3）濟陽陸相斷陷咸化湖盆富有機質(zhì)頁巖（Ro＜0.9%）厚度大、分布廣，巖石類型多樣，頁巖油豐度高、資源潛力大。

（4）沙三下亞段、沙四上亞段富有機質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r地層壓力高、滲透性好，頁巖油具有較好可動性，具備高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的條件。

（5）濟陽陸相斷陷咸化湖盆富有機質(zhì)頁巖碳酸鹽等脆性礦物含量高，有利于組合縫網(wǎng)體積壓裂改造，能夠大幅提升人工裂縫控儲體積。

（6）濟陽坳陷古近系沙三下亞段、沙四上亞段富有機質(zhì)富碳酸鹽頁巖低熱演化程度（Ro=0.5%～0.7%）、中等熱演化程度（Ro=0.7%～0.9%）及高熱演化程度（Ro＞0.9%）頁巖油均具有較大的勘探開發(fā)潛力。