不同国家、不同机构乃至不同的学者对于页岩油的理解和定义都有所差别。综合来说，页岩油是指生成并滞留在烃源岩中，以游离或吸附状态赋存在地层微纳米级储集空间中，基本未运移或极短距离运移的低熟—半熟油气。富有机质的泥页岩既是生油岩，又是储集岩，是典型的自生自储式油气聚集类型。
[3
]
全球页岩油产于
寒武系
至
第三系
，主要分布于美国、刚果、
巴西
、
意大利
、
摩洛哥
、
约旦
、
澳大利亚
、中国和
加拿大
等9个国家。中国陆上富有机质黑色页岩类型多，时代跨度大，分布范围广，准噶尔盆地，鄂尔多斯盆地，四川盆地均广泛发育。致密油与页岩油均无明显圈闭界限，无自然工业产能，需要采用直井缝网压裂、水平井体积压裂、空气与CO
2
等气驱、纳米驱油剂等方式进行开发，形成“人造渗透率”，持续获得产能，属典型“人造油气藏”。
[1
]
北美继“页岩气革命”之后，致密砂岩油、致密碳酸盐岩油、页岩凝析油获得重大突破，同期中国也在鄂尔多斯、准噶尔等盆地致密砂岩和致密碳酸盐岩中获重大发现，致密油成为全球非常规油气发展的新亮点。与北美海相致密油(页岩油)相比，中国陆相致密油(页岩油)具有复杂性和特殊性，传统成藏理论与评价方法遇到极大挑战，成为制约中国致密油工业化发展的瓶颈。2013年初中国国家科技部启动“中国陆相致密油(页岩油)形成机理与富集规律”973等基础研究项目，对推动我国致密油快速发展、引领页岩油探索突破、提升非常规科技创新能力、保障国家能源安全等都具有重大意义。
[1
]
- 中文名
- 页岩油
- 外文名
- Shale oil
- 开发方式
- 人工改造储层物性 [1 ]
- 领 域
- 非常规油气资源 [1 ]
定义与争议
播报
编辑
致密油与页岩油的概念，国内外由于地质条件、工程技术、开发程度等的不同，存在很多认识差异。致密油与页岩油均无明显圈闭界限，无自然工业产能，需要采用直井缝网压裂、水平井体积压裂、空气与CO
2
等气驱、纳米驱油剂等方式进行开发，形成“人造渗透率”，持续获得产能，属典型“人造油气藏”。
[1
]
不同国家、不同机构乃至不同的学者对于页岩油的理解和定义都有所差别。邹才能等认为二者在地质、开发、工程等方面均存在明显差异，应定义为2种不同类型的非常规油气资源。致密油是指储集在覆压基质渗透率小于或等于0.1×10
－3
μm
2
(空气渗透率小于1×10
－3
μm
2
)的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集层中的石油。单井一般无自然产能或自然产能低于工业油流下限，但在一定经济条件和技术措施下可获得工业石油产量。如酸化压裂、多级压裂、水平井、多分支井等措施(邹才能等，2014)，这是目前全球非常规石油发展的亮点领域，北美地区已取得突破。页岩油是指成熟或低熟烃源岩已生成并滞留在页岩地层中的石油聚集(邹才能等，2013b)，页岩既是生油岩，又是储集岩，石油基本未运移，属原地滞留油气资源，是未来非常规石油发展的潜在领域。
[3
]
张金川等则从赋存的主体介质入手，认为页岩油是“曾经有过生油历史或现今仍处于生油状态下的泥页岩地层，也包括泥页岩地层中可能夹有的致密砂岩、碳酸盐岩，甚至火山岩等薄层”。
[2
]
综合来说，页岩油是指生成并滞留在烃源岩中，以游离或吸附状态赋存在地层微纳米级储集空间中，基本未运移或极短距离运移的低熟—半熟油气。富有机质的泥页岩既是生油岩，又是储集岩，是典型的自生自储式油气聚集类型。
[3
]
富有机质页岩沉积模式
播报
编辑
图1 陆相湖盆黑色页岩沉积模式图
[4
]
页岩是一种沉积岩，可形成于海洋、海陆交界和陆地环境。其中，富含有机质的黑色页岩是重要的油气资源，通常在有机质丰富且适合保存的环境中形成。根据不同的沉积方式，黑色页岩的形成可分为四种模式：湖侵模式、水体分层模式、门槛模式和洋流上涌模式。在湖泊环境中，主要出现湖侵、水体分层和门槛模式。
[4
]
湖侵模式：湖面上升，深水区缺氧，使有机质得以保存，通常在低洼湖盆（图1a）中广泛分布。
[4
]
水体分层模式：由于水温、盐度等差异，湖水上下层循环受阻，形成缺氧环境，有机质积累，是最常见的黑色页岩形成方式。
[4
]
门槛模式：分为高门槛和低门槛模式。高门槛模式常见于深水湖盆，如断陷湖盆（图1b）和前陆湖盆（图1c），因地形阻挡，深水区缺氧，促使黑色页岩沉积。低门槛模式则多见于浅水滞水区，如沼泽，因生物分解耗氧，形成还原环境，促使有机质保存，主要形成煤系页岩。
[4
]
湖泊水位的周期性变化会影响有机碳的分布，通常在湖面最大扩展期，有机碳含量最高，形成富有机质的黑色页岩。但由于湖盆类型、演化阶段、湖面变化等因素，不同湖泊的黑色页岩分布情况有所不同。
[4
]
在中国东部的断陷湖盆中，黑色页岩多分布于高位或湖侵阶段，而中西部盆地主要出现在湖侵阶段。此外，优质的陆相油源岩常与凝灰岩共生，如鄂尔多斯盆地长7段、松辽盆地青山口组、渤海湾盆地沙河街组三段和四段等，均可见薄层或纹层状凝灰岩。这些凝灰岩通常与火山喷发有关，并可能受到同期构造活动的影响，进一步促进富氢有机质页岩的形成。
[4
]
中国的黑色页岩种类多，分布广，时代跨度大，为页岩油气的形成提供了丰富资源。湖相黑色页岩主要形成于二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、古近纪和新近纪，广泛分布在松辽、渤海湾、鄂尔多斯、准噶尔等主要产油区。例如：
[4
]
二叠纪：主要分布于准噶尔盆地，包括风城组、夏子街组、乌尔禾组。
[4
]
三叠纪：鄂尔多斯盆地长7段、长9段页岩最优，主要见于盆地中南部。
[4
]
侏罗纪：四川盆地中下侏罗统发育自流井组页岩。
[4
]
白垩纪：松辽盆地下白垩统发育青山口组、嫩江组、沙河子组和营城组页岩。
[4
]
古近纪：渤海湾盆地主要发育沙河街组及孔店组页岩。
[4
]
|
盆
[4
]
地
|
层位
|
储集空间特征
|
|||||||
|
沉积相
|
岩性
|
页岩厚度/m
|
埋深/m
|
储集空间类型
|
孔隙度/%
|
渗透率/10－3μm2
|
孔喉直径/nm
|
||
|
鄂尔多斯
|
三叠系
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
10~40
|
1500~3000
|
基质孔、微裂缝
|
<4
|
<0.1
|
<150
|
|
准噶尔
|
二叠系
|
半深湖一深湖
|
页岩、 云质泥岩
|
10~200
|
1800~4500
|
基质孔、微裂缝
|
<5
|
<0.1
|
<150
|
|
四川
|
侏罗系 半深湖一深湖
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
20~60
|
2 000~4 500
|
基质孔、微裂缝
|
<3
|
<0.1
|
<100
|
|
渤海湾
|
沙河街组 半深湖一深湖
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
30~200
|
1500~5000
|
基质孔、微裂缝
|
<6
|
<0.5
|
<200
|
|
松辽
|
白垩系 半深湖-深湖
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
50~200
|
1 800~2 400
|
微裂缝、基质孔
|
3~6
|
<0.15
|
<200
|
|
柴达木
|
第三系 半深湖一深湖
|
半深湖一深湖
|
页岩、灰质泥岩
|
30~200
|
3 500~4600
|
基质孔、微裂缝
|
<3
|
<0.1
|
<150
|
|
酒西
|
白垩系 半深湖-深湖
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
50~200
|
基质孔、微裂缝
|
<3
|
<0.1
|
<300
|
|
|
三塘湖
|
二叠系 半深湖一深湖
|
半深湖一深湖
|
云灰质泥岩
|
20~100
|
1000~4500
|
微裂缝、基质孔
|
<3
|
<0.1
|
<300
|
|
吐哈
|
侏罗系
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
30~60
|
1000~4500
|
微裂缝、基质孔
|
<3
|
<0.1
|
<300
|
|
江汉
|
第三系
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
30~100
|
2500~3500
|
基质孔、微裂缝
|
<5
|
<0.1
|
<200
|
|
南襄
|
第三系 半深湖-深湖
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
30~120
|
2300~3700
|
基质孔
|
<4
|
<0.1
|
<200
|
|
苏北
|
第三系
|
半深湖一深湖
|
页岩
|
30~100
|
2500~3500
|
微裂缝
|
<2
|
<0.1
|
<250
|
|
Williston
|
Bakken
|
陆棚区
|
海相页岩
|
5~12
|
2590~3200
|
基质孔、微裂缝
|
<3
|
<0.1
|
<200
|
|
South Texas
|
Eagle Ford
|
陆棚区
|
海相泥灰岩
|
20~60
|
914~4267
|
微裂缝、基质孔
|
<3
|
<0.1
|
<150
|
|
[4
]
|
脆性特征
|
含油性特征
|
流体特征*
|
地质资源量
|
|||||||
|
盆地
|
脆性指数/%
|
泊松比
|
TOC/%
|
Rd
%
|
S1/(mg·g-1)
|
氯仿沥青"A"/%
|
原油黏度/
(mPa·s)
|
原油密度/
(g·cm-3)
|
压力系数
|
分布面积/104km2
|
资源量/108t
|
|
鄂尔多斯
|
40~55
|
0.20~0.30
|
3.0~28.0
|
0.6~1.0
|
1~6
|
0.6~1.2
|
6.1~6.3
|
0.80~0.85
|
0.75~0.85
|
8.0~10.0
|
25~35
|
|
准噶尔
|
45~55
|
0.20~0.30
|
1.4~6.9
|
0.6~1.5
|
1~6
|
0.3~1.0
|
55.0~125.0
|
0.87~0.92
|
6.0~8.0
|
20~25
|
|
|
四川
|
45~55
|
0.25~0.35
|
1.8~17.0
|
0.9~1.5
|
1~7
|
0.3~1.0
|
5.0~20.0
|
0.76~0.87
|
1.23~1.72
|
7.0~9.0
|
15~20
|
|
渤 海湾
|
40~80
|
0.20~0.35
|
2.0~17.0
|
0.35~1.5
|
1~10
|
0.1~3.1
|
5.0~30.0
|
0.67~0.86
|
1.30~1.90
|
9.0~11.0
|
20~25
|
|
松辽
|
37~58
|
0.25~0.35
|
0.7~8.7
|
0.5~2.0
|
1~3
|
0.2~1.0
|
20.0~200.0
|
0.78~0.87
|
1.20~1.58
|
8.0~9.0
|
20~25
|
|
柴达木
|
40~50
|
0.25~0.35
|
0.7~1.2
|
0.6~1.8
|
1~3
|
0.3~0.5
|
0.72~0.80
|
1.40~1.50
|
2.0~3.0
|
5~8
|
|
|
酒西
|
1.0~2.5
|
0.5~0.8
|
0.82~0.94
|
0.3~0.5
|
2~3
|
||||||
|
三塘湖
|
40~55
|
0.25~0.30
|
2.0~8.0
|
0.6~1.2
|
1~4
|
0.2~0.7
|
10.0~250.0
|
0.85~0.90
|
1.00~1.20
|
0.5~1.0
|
3~5
|
|
吐哈
|
40~50
|
0.25~0.30
|
1.0~5.0
|
0.5~0.9
|
1~2
|
0.1~0.5
|
0.75~0.85
|
1.00~1.20
|
0.7~1.0
|
2~3
|
|
|
江汉
|
30~40
|
0.30~0.35
|
1.0~2.0
|
0.6~1.3
|
1~2
|
0.1~0.7
|
0.7~14.0
|
0.80~0.86
|
0.90~1.10
|
0.2~0.3
|
1~2
|
|
南襄
|
45~75
|
0.25~0.30
|
1.0~3.0
|
0.5~1.2
|
1~3
|
0.1~0.6
|
5.0~350.0
|
0.84~0.87
|
0.90~1.10
|
0.1
|
1~2
|
|
苏北
|
20~30
|
0.30~0.35
|
1.0~2.0
|
0.6~1.3
|
1~2
|
0.1~0.5
|
4.0~18.0
|
0.81~0.85
|
0.90~1.10
|
0.2~0.3
|
1~2
|
|
Williston
|
20~40
|
10.0~14.0
|
0.6~0.9
|
3~5
|
0.81~0.83
|
1.35~1.58
|
7
|
||||
|
South Texas
|
45~65
|
0.20~0.30
|
3.0~7.0
|
0.7~1.3
|
0.82~0.87
|
1.35~1.80
|
4
|
||||
页岩油的形成机制
播报
编辑
图2 页岩层系油气聚集模式
[4
]
页岩在不同成熟阶段会形成不同类型的油气资源。未成熟的页岩可加热提取“人造油”，成熟的页岩在地下自然生成页岩油，高成熟的页岩则转化为页岩气，是天然气的重要来源。
[4
]
页岩中的油气主要来自有机质在高温高压下的分解，但关于油气如何释放和滞留，学术界仍有不同观点。一种观点认为，油气的释放主要受干酪根（有机质）吸附和扩散作用控制，另一种观点认为，油气的运移受岩石类型、裂缝发育程度和内部压力差等因素影响。
[4
]
页岩中的油气通常以三种状态存在：吸附在有机质或矿物表面、以游离态存在于孔隙和裂缝中、溶解于其他烃类中。由于页岩孔隙微小且复杂，部分油气会被滞留，影响开采效率。此外，矿物颗粒表面的水膜也可能束缚油气，降低其流动性。
[4
]
研究页岩油气的滞留和释放机制对于提高勘探与开采效率至关重要。通过优化开采技术，可以提高油气回收率，更高效地利用页岩资源。
[4
]
图3 页岩油滞留聚集模式
[4
]
地质特征
播报
编辑
页岩油是指已生成仍滞留于富有机质泥页岩地层微纳米级储集空间中的石油，富有机质泥页岩既是生油岩，又是储集岩，具有6大地质特征：
[1
]
(1) 源储一体，滞留聚集。页岩油也是典型的源储一体、滞留聚集、连续分布的石油聚集。它主要出现在有机质演化的液态烃生成阶段，石油在页岩孔隙中以吸附态和游离态存在，只有当储集层达到饱和后才会向外运移。因此，凡是处于液态烃生成阶段的富有机质泥页岩，都可能形成页岩油。
[1
]
(2) 较高成熟度富有机质页岩，含油性较好。其在半深湖至深湖的沉积层中最为发育。高产页岩油一般要求有机碳含量（TOC）超过2%，成熟度（Ro）在0.7%～2.0%之间，能够生成轻质油和凝析油，更易于开采。
[1
]
(3) 发育微纳米级孔与裂缝系统。页岩油储集层中广泛发育纳米级孔喉系统，一般孔径大小为50～300nm的孔隙构成主要的储集空间，局部发育微米级孔隙。孔这些孔隙类型包括粒间孔、粒内孔、有机质孔和晶间孔等。同时，页岩储层内微裂缝较为发育，尤其是未充填的水平层理裂缝。此外，在断裂带附近还可形成较大的直立或斜交构造裂缝。
[1
]
(4) 储集层脆性指数较高，宜于压裂改造。储集层的脆性决定了页岩油的开采难度。含有较高比例的脆性矿物（如石英、长石、方解石等）的页岩更容易在外力作用下形成裂缝，有利于油气开采。中国湖相页岩的脆性矿物含量普遍较高，如鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩的脆性矿物含量平均达41%，具备较好的压裂改造条件，提高了页岩油的开采效率(图4)。
[1
]
图4 鄂尔多斯盆地延长组 7 段页岩矿物含量
[1
]
(5) 地层压力高且油质轻，易于流动和开采。页岩油富集区通常处于已大规模生油的成熟富有机质页岩地层，地层压力较高，压力系数一般在1.2～2.0，部分地区如鄂尔多斯盆地延长组压力系数较低，仅为0.7～0.9。页岩油油质较轻，原油密度通常为0.70～0.85g/cm³，黏度较低，气油比较高，使其在纳米级孔喉储集系统中更易流动和开采。
[1
]
(6) 大面积连续分布，资源潜力大。页岩油分布不受构造控制，无明显圈闭界限，含油范围受生油窗富有机质页岩分布控制，大面积连续分布于盆地坳陷或斜坡区。页岩生成的石油较多滞留于页岩中，一般占总生油量的20%～50%，资源潜力大。
[1
]
中国陆相富氢有机质页岩主要形成于半深湖—深湖相沉积环境，富含I型和IIA型干酪根，易生油。其成熟度较低（Ro 0.7%～1.3%），主要生成轻质油，有机质丰度较高（TOC≥2.0%），具备商业性页岩油气的形成条件，有效页岩厚度通常在10～20m以上。以鄂尔多斯盆地长7段为例，页岩的生烃潜力远超泥岩，约为其5～8倍。其中，黑色页岩的有机碳含量平均达18.5%，是泥岩的5倍；可溶烃（S1）和热解烃（S2）含量分别为泥岩的5倍和7倍，整体生烃潜力高出近8倍。此外，页岩的氢指数（HCI）、有效碳（PC）等指标均优于泥岩。因此，富有机质页岩不仅是长7段最主要的生油岩层，也是页岩油的主要富集区。
[1
]
表 2 鄂尔多斯盆地长 7 段页岩与泥岩热解分析统计
分布
播报
编辑
据美国《油气》公布的统计数字，全世界页岩油储量约11万亿～13万亿吨，远远超过石油储量。全球页岩油产于
寒武系
至
第三系
，主要分布于美国、刚果、
巴西
、
意大利
、
摩洛哥
、
约旦
、
澳大利亚
、中国和
加拿大
等9个国家。
美国能源信息局估计，全世界页岩油总储量为3450亿桶，其中
俄罗斯
750亿桶，美国580亿桶，中国320亿桶。美国专家认为，俄罗斯页岩油储量几乎都蕴含于
西西伯利亚
巴热诺沃岩系的页岩油
沉积层
，在1.24万亿桶总储量中，即使不考虑
经济效益
也只有6%可以开采。近年来，俄
卢克石油公司
、
俄罗斯石油公司
同美国
埃克森美孚
石油合作、俄罗斯天然气石油公司同
壳牌公司
合作，计划开始对页岩油进行试验性开采。和俄罗斯情况不同的是，由于压裂和定向钻井技术的广泛应用，美国页岩油开采已达
石油开采
总量的30%。在对
伊朗
进行制裁的情况下，由于页岩油储量的存在，使
国际市场
原油价格
能一直保持在每桶120美元以下。
加工
播报
编辑
天然石油的加工技术一般都适用于页岩油的加工。截止2011年，页岩油的加工方法主要分为
加氢处理
和非加氢处理二种。加氢处理页岩油可得到液体燃料，包括柴油、
石脑油
和汽油，生产的柴油稳定性好，产品
收率
高，没有“
三废
”排放，但一次性投资大，所需设备费用及操作费用也很高，适合于大型
炼油厂
；而非加氢
处理过程
设备投资
小，工艺操作简单，费用较低，适合中小型炼油厂，非加氢处理一般包括酸碱精制、
溶剂精制
、
吸附精制
和加入
稳定剂
等。
利用
播报
编辑
燃烧的油页岩
页岩油
硫化物
主要为
硫化氢
、
硫醇类
、
噻吩
类及
硫茚
等
有机硫
及
二硫化物
。硫的资源广而廉价，工业上、农业上、医药上、
染织
上和
合成材料
上的硫和硫化物的用途是非常多的。硫的用途主要是制酸（主要是硫酸）。
页岩油中的
含氮化合物
可分为3类：碱性的、
弱碱性
的和中性的。碱性含氮化合物主要是叔胺类的
吡啶
系、喹啉系和
异喹啉
系化合物，弱碱性含氮化合物主要属于吡啶系化合物，中性含氮化合物则主要是腈类R-CN。
而页岩油中存在的含氮化合物主要为吡啶系
氮化物
。
吡啶碱
是多用途的化工原料，它能溶解一般溶剂所难溶解的
有机物
，尤其是轻质吡啶，广泛用于
制药工业
。重质吡啶除了氧化制取菸碱酸外，又是
有色金属
矿的
浮选剂
，尤其对硫化物矿具有优良的富集性能。
页岩油中的含氧化合物有：酸性含氧化合物和
酚类
，以及中性含氧化合物。而页岩油中含氧化合物的利用主要以
酚类化合物
为主。酚类化合物是塑料、
染料
、
合成纤维
、电气绝缘、防腐蚀和药品等的主要
化学原料
。其中重质酚类可以作为铜、铅、锌
磁铁
等矿物的浮选剂，也是制造
木材粘合剂
、农药
杀虫剂
等原料。
