页岩油气的横空出世、理论颠覆和看得见的未来

石油和天然气是工业的血液，更与民众生活息息相关，对人类而言就像空气一样不可或缺。另外，与石油有关的战争、地缘政治危机、经济摩擦和外交风云在半个多世纪以来一直没有停息。自1847年阿塞拜疆钻探的油井和1859年狄立克于宾夕法尼亚州钻探的美国第一口油井，一百多年来大量的油气田被发现，各国的油气产量持续攀升，近10年来，全球石油年产量达到了40亿吨以上；但是，由于油气资源是有限的，同时也受限于地质家对地球的认识程度，石油界曾经认为，以现有的地质理论分析，剩余的油气资源已经不多，因此，一度对世界的油气前景非常悲观。

页岩油气横空出世

21世纪初，美国页岩油气勘探开发理论技术取得重大突破，页岩油气横空出世，首先掀起了页岩油气革命，甚至基本实现了国内能源自给，从此改变了世界的能源格局；页岩油气革命这个大事件也启发了其他国家，世界各国比如英国、法国、德国、波兰、中国等都加大了页岩油气的攻关。我国虽然不是一个贫油的国家，但是也没有象中东波斯湾那些地区一样得到大自然格外的眷顾、并非超大油气田遍布。我国在上世纪90年代就已经开始进口石油，现在的进口量更是远远超过了我国的产量，油气缺口很大，国家能源短缺严重。近10几年来，我国的科学家们也在页岩油气上加大了科技攻关和勘探开发力度，四川盆地获得了一系列海相页岩气发现，比较知名的有涪陵气田和长宁气田等，海陆过渡相的页岩气也有斩获，页岩气已经成为我国油气产量增长的重要组成部分；页岩油的发现则更为广泛，从我国西北地区准噶尔盆地到东北地区松辽盆地、东部渤海湾盆地都有大量的陆相页岩油发现，部分地区已经形成了一定的产量规模；大庆油田的古龙页岩油则是近年的最大亮点，其品质好、资源丰厚，引起了地质家和勘探家的高度重视；而长庆油田在鄂尔多斯盆地发现了页岩油为主的庆城油田，这项成果也非常亮眼，预示着我国中部的超级盆地蕴藏着巨大的页岩油资源。近期中国石油勘探开发研究院在我国西藏地区的羌塘盆地发现了海相页岩油，显示出我国页岩油的勘探开发前景颇为乐观。我国石油界和学术界的专家认为，中国的页岩油气革命已经悄然到来，有望为我国的国内石油天然气产量增长发挥重要的接力棒作用。最新研究发现，页岩油气是过去的“盲区”“弃婴”，一直不受待见，其实很多地区都有丰富的页岩油气资源，甚至比传统的多几倍；“盲区”竟是聚宝盆、“弃婴”原来是金娃娃！这颠覆了人类的常识，激动惊喜中又手足无措。为什么认识上出现这么大的差异，这是什么原因造成的呢？

页岩油气颠覆传统的石油地质理论

近一百多年来，从1885年怀特在Science上发表背斜油气成藏理论到中国的陆相成油理论，石油地质理论一直在改进完善；但是总体上都认为石油就像花盆与花朵之间的关系一样是从油源流出来以后到油田聚集起来的，也类似于水源经过河流汇集到湖泊。这在上世纪近乎是石油界的常识，几乎没有人提出过质疑。就像古人一直认为一江春水向东流终究汇入大海，从来没有人想过大海可以成为陆地水源一样。传统上的认识是，页岩只是石油的来源，随着油气流出，已经从最初的海绵压成致密的钢板，而像砂岩、灰岩这样有大孔隙、类似蜂窝一样的岩石才是石油的储存仓库、也就是油田所在。直到页岩油和页岩气发现以后，人类才认识到，原来作为油源的岩石也可以储存油气。我们试想一下，大海里的水和陆地上的水相比，水量差距之大，自然是显而易见；页岩油气就跟海洋里的水一样。但是这样的观念突破却经历了上百年之后才发生。由于和人类的常识差异太大，最初国内外的科学家一直使用“非常规油气”来定义这类油气，甚至把所有难以发现的、难以理解的油气都这样称呼。目前科学家们已经认识到储存在油气源的油气与过去的油田截然不同，近期中石油的科学家邹才能院士研究团队开始把页岩油气归入到“源岩油气”，焦方正教授则把这类“源岩油气”单独划为“非常规”油气。笔者则认为，页岩油气和传统油气的差别是储存位置的不同；页岩油气是原地储存的油气，可以称为“原位油气”；而传统油气是异地聚集和储存油气，可称为“异位油气”，二者之间自然就会有形成机理和规律的各种不同。传统的理论和常识被页岩油气革命所颠覆，让人类认识到，页岩像海洋这样的水源一样，蕴藏的油气资源量当然会十分丰富，这无疑对石油工业是个福音。页岩油气革命发源于美国并获得了大发展，埋深较浅的海相页岩油气地质理论相对比较成熟，但是页岩油气地质理论的发展脚步并未停止，特别是对于我国陆相湖盆页岩油和埋深大且演化复杂的古老页岩气来说，还有大量的科学问题需要去探索，比如近期孙龙德院士就针对松辽盆地古龙页岩油提出了6个关键科学问题，一旦解决将有望进一步颠覆传统的石油地质理论。

页岩油气：看得见的未来

据中石油的科学家赵文智院士团队研究，我国页岩油气的资源非常巨大，比如长庆油田所在的鄂尔多斯盆地，页岩油的资源竟然是该盆地传统石油资源的4—5倍，这是十分惊人的。长庆油田已经是我国的第一大油田；如果这些页岩油资源可以得到很好的开发，长庆油田的产量可能会增加几倍，将会缓解我国的能源短缺。近年来，我国在东部和西北地区也发现了不少的页岩油油田，如新疆准噶尔盆地的吉木萨尔油田、黑龙江松辽盆地的古龙页岩油、鄂尔多斯盆地的庆城油田、渤海湾盆地济阳页岩油和沧东页岩油等等，页岩油的勘探前景显得越来越乐观。而我国的页岩气起步还要早一些，四川盆地已经发现了涪陵、长宁等很多页岩气大气田，而且新的发现不断，前景非常看好。另外，值得注意的是，过去石油界一直认为高山上是不会有石油，更不会有天然气，但是近年来在湖北和浙江的山区也发现了页岩气，在浙江还找到了大气田。这对于地质学家甚至对地方政府和民营企业都是很大的鼓舞，页岩气这类清洁能源的愿景显得更加诱人，人们对碧水蓝天的愿望又离现实接近了一步。但是，我们也要看到，理想很丰满，现实还是有些骨感的，毕竟页岩油气的开采还有很多技术上的难题，就像把海水用于饮用水一样，开发成本过高的话，也是难以接受的。不过，人类从来就是伴随着技术的发展而进步，比如美国二叠盆地的页岩油，最初每桶石油的开采成本需要60美元以上，油价下跌之后石油公司难以盈利，后来经过科技攻关，每桶油的成本竟然降低到30多美元。与北美页岩油相比，我国的页岩油以湖相为主，横向上变化很快、分布不稳定，埋藏深度也更大，开采成本更高。近年来，贾承造院士提出要重视流动性较容易的凝析油和轻质原油，凝析油对页岩油增产意义重大；赵文智院士研究团队强调页岩油的可动性极其重要，针对流动性不强但是资源量巨大的中低成熟页岩油，提出了页岩油的原位转化技术，尽管实施上仍然需要技术上不断改进来降低成本，但是提供了一条页岩油开发路径。因此，尽管未来困难重重，但是经过不断探索，我们相信页岩油气的前景会是一片光明。

非常规的页岩油气需要超常规的勘探开发技术

直观乃至“可视化”的三维地震地质“甜点”评价技术

我们把页岩油气丰富、开采经济效益较好的位置称为“甜点”，寻找平面上的“甜点区”和纵向上的“甜点段”就是地质勘探家们的任务。三维地震勘探方法就像是给地球做高精度的CT，可以在三度空间观察地下的地质情况，虽然这项技术最初不是针对页岩油气发明的，但是却能派上大用场。为了把复杂的因素简化以便于操作、评价，在大量的三维地震数据和地质数据基础上，应用先进的大数据信息技术，制作直观的多参数物理图版；进而运用三维可视化技术和虚拟现实系统，将地下的页岩地质体和油气分布更为直观、形象地展示出来，帮助科学家快速、全面掌握页岩油气区的地质结构和地质规律，构建时空模型，来判别“甜点”，圈定“靶区”，提高勘探“命中率”。

页岩油气的开发技术

常规的油气开发需要借助于地下压力，铁人王进喜说过：“井无压力不出油”，比如中东的石油钻井，很多油井像泉水一样，实现油气自喷。但是页岩油气在自然情况的状态下就不具备这个条件，所以需要不断技术攻关，目前采用在地下沿着地层钻水平井，再注入酸性液体，把地下的岩石压碎，搞出人工裂缝，甚至形成邹才能院士所说的“人工油气藏”；这些裂缝系统就跟河流一样使油气有了排出通道，“甜点”可以更“甜”，就可以获得油气高产。当然，为了能够让地下页岩油气持续流出，还需要给地下补充流体和能量，就要采用流体置换和能量补充的开采技术。

页岩油的“地下炼油厂”

我国的页岩油由于埋藏深度大，地下的页岩油比页岩气更难以流动，目前使用上述开采方法的成本仍然很高，所以一直以来丰富的页岩油资源虽然很诱人，但是无从下嘴。近年来，赵文智院士倡导“原位转化”技术，其主要思路就是利用水平井钻入地下，用电来加热地下的页岩油，随着石油的温度升高甚至部分转化成天然气，流动性就会增加，我们就可以通过水平井顺利地大规模采出石油，这项技术就像“地下炼油厂”一样，无论是对降低能耗和成本，还是环境保护都是有利的。