梁新平,金之钧,Alexander Shpilman,殷进垠,刘全有,Boris Uspensky

[1.中国石化 石油勘探开发研究院,北京 100083; 2.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;3.汉特-曼西斯克州国有地下资源合理利用分析研究中心， 俄罗斯 秋明 625026;4.喀山联邦大学 地质与石油技术研究院 ，俄罗斯 喀山420008]

美国页岩油气勘探开发的成功极大地推动了世界范围内对页岩油气资源的探索。全球范围内除美国之外,俄罗斯、中国、加拿大和阿根廷等也有巨大的页岩油气资源潜力。近年来俄罗斯开始密切关注非常规石油的前景,虽然勘探开发区块不多,但在东欧地台和西西伯利亚地台早已有针对非常规页岩油层段布置的参数井,如位于鞑靼斯坦共和国、乌得穆尔特共和国、乌里杨地区和汉特-曼西斯克地区等[1-5]。据EIA资料,俄罗斯页岩油技术可采资源量约1.07×1010t,居世界首位;页岩气技术可采资源量约6.90 ×1012m3,居世界第九位[6]。俄罗斯自然资源与环境部Сергoй Донский表示,巴热诺夫组石油地质资源量为1.74×1011t,地质储量约(1～6)×1010t,其中已开发的92个油藏技术可采储量为5.00×108t,目前对该地层的储量计算方法各科研机构尚未达成一致,石油产量不足1.00×106t/a,尚未商业有效开发。俄罗斯石油地质科学院(VNIGRI)对东欧地台多玛尼克页岩油进行了评估,认为在季曼-伯朝拉含油气省该地层原地资源量为1.14×1011t石油和3.40×1013m3天然气,其中包括可采资源量8.30×109t原油和4.80×109m3天然气,该资源量在伏尔加-乌拉尔盆地更多,技术可采量分别为1.78×1010t石油和8.30×1012m3天然气。

俄罗斯对难开采石油的定义包括了页岩油、油页岩、致密砂岩油、沥青和稠油，一般指从低渗透储层的岩石中开采出的石油，烃源岩中的页岩油在俄罗斯属于难开采石油的一种。2013年俄罗斯政府有关部门出台了税收减免政策，鼓励开采页岩油，2018年获得1.2×105桶/天的页岩油产量，俄罗斯政府希望在2025年前将难开采石油在全国石油总产量中的比例从目前的1%提高到10%甚至更多,其中首先开发西西伯利亚的巴热诺夫组页岩和东欧地台的多玛尼克层系页岩[7]。 这些页岩均为与北美地质条件相似的海相沉积,其勘探开发还处于起步阶段,未来仍面临技术、成本和环境等方面的挑战。埃克森美孚公司、荷兰皇家壳牌集团、英国石油公司和挪威国家石油公司都曾与俄罗斯国家石油公司签署过共同开发页岩资源的协议,但在2014年之后受国际形势影响，目前只有挪威国家石油公司共同参与开发北极和非常规项目。俄罗斯本国也有多家科研机构参与页岩的地质-地球化学及钻井-开发工艺研究,包括莫斯科大学、俄罗斯石油天然气大学、俄罗斯能源地质开发研究院、油气地质研究院和地质勘探研究院等,目前已明确了勘探开发目的层系和主要研究区,部分地区测试也取得了大量进展。因此，本文将简单介绍俄罗斯重点盆地的页岩油地质特征,结合其近年最新的勘探开发进展,探讨其前景,为中国石油公司未来进入俄罗斯非常规领域提供勘探开发和投资建议。

1 典型盆地页岩油地质特征

俄罗斯主要的页岩油地层分布于西西伯利亚的巴热诺夫(Bazhenov)组和东欧地台的多玛尼克(Domanik)层系。巴热诺夫组是俄罗斯最有潜力的页岩油地层,形成于上侏罗统-下白垩统最大规模的海侵时期,厚度为10～50 m,覆盖了西西伯利亚约3.6×106km2的面积,是盆地主要的烃源岩;东欧地台季曼-伯朝拉盆地和伏尔加-乌拉尔盆地的多玛尼克层系也是盆地的主要烃源岩,主要形成于上泥盆中弗拉阶的海侵时期,厚度不等,在全伏尔加-乌拉尔盆地内均有分布,在季曼-伯朝拉盆地主要分布于东部地区。两套烃源岩陆上分布面积均大于1.0×106km2(图1),页岩油区可采资源总量大,具备大规模开发利用的基础设施和外部环境,是未来开发利用的重要潜力区。其他的页岩油资源赋存于东西伯利亚盆地的寒武系库阿纳姆组(Kuanam)、北高加索地区的古近系哈杜姆组(Khadum),加里宁格勒地区的志留系兰多维利组(Landovery)和贝加尔湖周缘上白垩统火山硅质岩等地区。致密油资源有西西伯利亚地区的侏罗系秋明组(Tyumen)和下白垩系阿奇莫夫组(Achimov)等层系[1,6,8,9]。东西伯利亚深层和贝加尔湖周缘等地区页岩资源潜力丰富,但目前整体研究程度很低，短时期内不会大规模勘探开发；西西伯利亚页岩油地层与致密油地层相邻，面积大、分布广、资源潜力大，有望实现商业性开采，是未来首要开发区[7]。 (图1；表1)

1.1 巴热诺夫组地质特征

西西伯利亚盆地是一个巨大的中-新生代沉积的沉积中心,基底由复杂的褶皱和变质岩组成,在二叠纪最终形成。巴热诺夫组是西西伯利亚盆地的主要生油岩地层,全盆地大面积广泛分布,为侏罗系和白垩系的含油气地层分界,是全盆地的地质标志层,在地震和测井上均有明确异常显示,可为全盆地和局部地区的地层划分、地质构造和盆地建模提供统一的基础[10-12]。

巴热诺夫组页岩通常由黑色、硅质页岩组成,粉砂质含量低,有机质含量高。水平层理中很容易看到各种细粒度的层状成分(硅质、碳质和黄铁矿)[13]。XRD衍射实验表明,大部分的样品均以石英为主要矿物,其次为钠长石、似云母矿物(伊蒙混层)和黄铁矿,通常都是次要矿物。其他粘土矿物(高岭石和绿泥石)偶见,通常含量不多,而碳酸盐矿物(方解石和白云石)也偶尔可见[13]。岩相上巴热诺夫组主要为低粘土质硅岩、泥质-钙质硅岩、硅质页岩、灰质-硅质页岩、灰泥及碳酸盐岩6类 (图2)。

岩样化学分析表明:泥质硅质岩和硅质岩中有机质含量分别为13.60%，2.70%,氧化铝为8.00%，17.60%,硫化物为5.16%，2.40%。在高P2O5含量的岩石中,这些数值分别为17.10%，9.17%和7.26%; P2O5在泥质硅质岩和硅质岩中的平均含量很相近,为0.25%和0.20%。异常成分的河道岩石以极低TOC平均含量(粉砂质泥岩0.6%,泥质粉砂岩0.24%)为特征,但很多数量的岩石是低于这一数值的。粉砂质泥岩中的硫化物平均含量为0.60%,泥质粉砂岩中为0～1.09%,Al2O3为10.38%和18.70%。白云岩中包含了超过70%的碳酸盐矿物,其他成分很少。相比于硅质岩,碳酸盐中TOC，Al2O3和硫化物的含量(2.90%，2.78%，2.70%)与泥质硅质岩中的更相似。

图1 俄罗斯主要页岩油地层分布区Fig.1 The distribution of major shale oil strata in Russia

地层盆地面积/(104 km2)岩性埋深(顶部)/m 厚度/mTOC/%Ro/%巴热诺夫组(J3)西西伯利亚132.2泥页岩2 500～3 30020～702.0～17.00.50～1.50多玛尼克相(D3-C1)伏尔加-乌拉尔89.3泥质碳酸盐岩500～5 000100～8000.5～24.00.60～3.00多玛尼克相(D3-C1)季曼-伯朝拉19.0泥质碳酸盐岩1 800～4 5000～902.0～20.00.70～1.37库阿娜姆组(1)东西伯利亚56.5泥页岩0～50030～701.6～26.00.50～2.00哈杜姆组(E3)北高加索19.6泥岩1 500～1 80030～2000.5～4.00.60～1.10

图2 西西伯利亚巴热诺夫组页岩主要岩性照片Fig.2 Typical lithologic photos of the Bazhenov shale in Western Siberiaa,b.纹层状泥质硅质岩,深灰色、含碳,松散的泥质岩,密集、坚韧、有孔,具有水平的丘状剪切,黄铁矿燧石丰富；c,d.具纹层状结构,含绿泥石-水云母的泥质岩与煤互层；e.泥质碳质硅质岩，深灰-褐色，似沥青质，见贝壳状裂缝；f，g.见方解石，黄铁矿化的绿泥石-水云母胶结，薄片状及层状结构；h，i.硅质放射虫岩，具燧石及圆丘状断裂；j，k.见沥青质放射虫；l.日光照片；m.荧光照片,硅质碳质放 射虫岩，碳质、致密、坚韧、块状,具有硬质和丘状裂缝；n，o.见碳酸盐化的沥青质放射虫。c,f,g,n为单偏光，d,j,k,o为正交光

泥质硅质岩中SiO2含量(51.80%)与硅质岩中SiO2含量(54.80%)相近,但在这些岩石中的SiO2含量与不同的矿物有关。根据岩石矿物组成的化学分析显示，泥质硅质岩中石英、粘土矿物和长石的含量分别是37.06%，20.66%和6.50%,硅质岩中分别为24.76%，50.90%和12.21%。泥质硅质岩、硅质岩、碳酸盐岩和异类岩中黄铁矿的平均含量分别为9.50%，4.48%，5.09%和0.98%。泥质硅质岩和硅质岩最本质的不同在于前者有更高的有机质、石英(主要是自生)、黄铁矿含量和较低的粘土矿物、长石含量[13]。

另外,在巴热诺夫组岩心观察过程中经常可见碳酸盐岩夹层,某些岩心观察中见火山灰夹层,同时切面上可见钙质、方解石裂缝,以及甲壳动物、浮游生物等化石,发育放射虫(图3),可与全球其它地区放射虫类比[14-15],微观镜下可见黄铁矿颗粒与粘土矿物孔隙共存(图4)。

图3 西西伯利亚巴热诺夫组页岩岩石断面及古生物特征Fig.3 Rock section and paleontologic features of the Bazenov shale in Western Siberiaa.方解石裂缝，断面发育黄铁矿；b.裂缝发育碳酸盐岩；c.双壳类残骸断面；d,h.剪石类；e.甲壳动物残骸；f.单一浮游生物；g.钙质裂缝；i.介形壳

图4 西西伯利亚巴热诺夫组典型页岩扫描电镜照片Fig.4 SEM photos of typical Bazenov shales in Western Siberiaa.断裂;b.充满粘土矿物和黄铁矿的孔隙;c.黄铁矿

巴热诺夫组页岩分布较广但深度却分布不均,其干酪根成熟度和岩石分类有很大的不同。西西伯利亚盆地巴热诺夫组中最中央、最陡的部分目前正处于生油窗期,盆地中部和南部厚度主要在25～50 m,镜质体反射率(Ro)为0.5%～0.8%[16-20]。从盆地南部向东北逐渐增厚,最厚达400 m以上,盆地东北部该层埋深也较大,从2 200 m增加到4 500 m,Ro范围在0.5～1.3%,主要为0.7%～1.1%,盆地北部地区局部Ro可达1.3%,进入生气阶段。同时其边缘地区及演化较低的地区,只是接近生油窗。在伏尔加-早贝利阿斯期西西伯利亚海的深水区有机质含量大都超过15%～20%[21-22]。

巴热诺夫组页岩总有机碳含量在2%～11%,平均为4%。前人研究[3,12,18]西西伯利亚盆地有机质类型主要为Ⅰ-Ⅱ型,氢指数(HI)为400～700 mg/g,随成熟度增加下降到150～300 mg/g。该套页岩层中S1/TOC比值主要为40～100 mg/g,显示高含油量,层内碳酸盐岩和砂岩薄夹层S1/TOC比值更高,主要为200～400 mg/g,已达到非常好的产层标准。产烃指数(PI)和热解峰值温度(Tmax)分别为0.1～0.5 ℃和425～455 ℃,产烃率较高,且该套页岩主要处于低熟-成熟生油阶段。

纵向上巴热诺夫组整体可划分为上、中、下3段,均富含油,上段以富有机碳的灰质硅质岩、硅质页岩为主,平均孔隙度为7.5%,含油饱和度在80%左右。中段以泥质硅质岩,平均孔隙度为5.5%,含油饱和度在60%～70%。下段以硅质页岩和灰质硅质岩互层为主,裂缝较为发育,平均孔隙度为7%,含油饱和度在50%～60%。

1.2 多玛尼克地层地质特征

“多玛尼基蒂”(Доманикиты)一词源于多玛尼克地层,1843年由克伊泽尔林(Кейзерлинг А)第一次提出。后来,1939年俄罗斯科学院院士斯特拉霍夫(Страхов Н М)引入“多玛尼克相” (Доманиковые фации)一词,将与上泥盆中弗拉阶多玛尼基蒂层段相似的沉积均称为多玛尼克相[16]。当时的多玛尼基蒂地层岩性上主要为黑色和暗褐色沥青质和硅质碳酸盐岩叠层,并含有少量的粘土(5.9%～13.6%),沥青质有机物含量较高,约为18.7%,硅化程度也较高,约为37.23%。后来在乌拉尔山、伏尔加-乌拉尔地区和布里别特凹陷中上泥盆系中弗拉阶均识别出类似的地层,从岩相上看,其成分多样化明显,但主要岩性均为碳酸盐岩,存在大量的粘土物质,游离的二氧化硅和有机物质,结构上薄层、页岩层明显,且多有黄铁矿作用,层理中有大量的锥壳纲类 (Coniconchia) 古生物遗迹残留,例如竹节石(Tentaculites)和光壳节石(Styliona)。这是最初多玛尼克段具体的相带含义,后期“多玛尼克相”和“多玛尼克沉积”等词在地质概念上均是由该意义演化而来,近年来为将多玛尼克段(多玛尼基蒂段)与多玛尼克相区别,将多玛尼基蒂段修改为谢米卢基段(Semiluksk)[23]。

多玛尼克相包含了乌拉尔前缘、季曼-伯朝拉盆地和伏尔加-乌拉尔盆地欠补偿的洼地和坳陷区内与多玛尼克段相似的沉积,地层上一般覆盖了从上泥盆中弗拉阶的萨尔噶耶夫段(Carg)到下石炭的杜内阶(图5)。该套地层形成于欠补偿的深水盆地中,盆地底部为水动力条件安静的还原环境,底水受到硫化氢污染,在此条件下底水生物群 (介形亚纲,无铰壳腕足动物) 以及浮游生物群(主动浮游生物和在水层中“浮游”的有机物)大量繁殖,例如棱角石目、竹节石、牙形虫、鱼纲、真蕨和放射虫类等。乌拉尔前缘地区中泥盆艾菲尔阶Aphon亚阶Cheroyarsk和艾姆阶Vyazovsk段沉积物的矿物成分、沉积条件等与在乌赫塔地区的多玛尼克组在岩相上也具有一定的相似性,因此一定条件下可以互称[23-25]。

上泥盆中弗拉阶谢米卢基段(Semiluksk)岩性上表现为深灰色、黑色、成泥岩状、细粒石灰石、含大量沥青、硅质含量高、油侵明显,黑色硅化石灰岩岩石裂缝的缝隙尺寸为6 mm×8 mm和3 mm×4 mm,裂缝接触面上有充填灰褐色的有机质,裂缝中被黑色粘土和次生方解石的石灰石小颗粒所填充;部分层段灰黑色硅岩含白云石透镜体,裂缝宽度达1 mm,边缘填充石英颗粒,内部为方解石;另外含黑色高硅质、高沥青质灰泥岩和泥灰岩夹层,层理明显。

多期的构造运动在上泥盆-下石炭系沉积时期多玛尼克地层形成时期起到了主要作用,导致了整个俄罗斯东南板块的下沉,形成了深水欠补偿的多玛尼克盆地。在门德姆 (Mendeimsk) 时期发生了大规模的海退，一直持续到杜内阶，因此在伏尔加-乌拉尔盆地形成了卡玛-基耐尔凹陷系统，多玛尼克沉积主要沿其主轴带分布,岩性表现为泥灰岩和石灰岩的交替,靠近坳陷内侧边缘的碳酸盐岩也含少量沥青。到早石炭纪博布里科期甚至更晚的时期卡玛-基耐尔凹陷系统从伏尔加-乌拉尔盆地的北部向东南部延伸,并在这个方向上逐渐扩大。

多玛尼克相形成时期整体可分为3个主要的古地理带:含淤泥洼地的相对深水陆棚，浅海大陆架带和海岸带。深水陆棚区与洼地主轴区相连,此时的多玛尼克盆地沉积深度在100～300 m。浅水大陆架带与洼地的侧缘相连,而海岸带则在背斜隆起部位 (图6)。

谢米卢基时期多玛尼克页岩油沉积层厚度范围从5 m到60～90 m,门德姆-杜内阶的单层沉积具有与谢米卢基时期类似的厚度以及沉积亚相类型,同一时期盆地斜坡的地层厚度有着显著增加,厚度为300～400 m,部分隆起区可达600 m,在相邻的隆起拱顶处它们的厚度再次降低至100 m左右。

伏尔加-乌拉尔盆地上泥盆-下石炭系可看作一个新的构造沉积旋回,发育4个中期旋回和多个短期旋回(图5)。构造和古地貌决定了多玛尼克相形成时期的构造及沉积相带的发育,决定了卡玛-基耐尔欠补偿凹陷系统(图6，图7)的形成及其两侧礁脉的发育。

卡玛-基耐尔凹陷系统的外缘和侧缘陆架发育大规模的礁体和生物礁,与凹陷区内的构造相带毗邻。位于欠补偿凹陷侧缘区域的礁体发育规模最大、范围最广,覆盖了整个凹陷系统的侧缘。晚泥盆纪礁群是在海退时期形成的,此时年轻的裂谷地层一直向盆地内相对深水区转移,多玛尼克岩相的分布面积急剧减少,主要被限制在卡玛-基耐尔凹陷系统内部,由此形成了凹陷区、斜坡以及台地上沉积岩相的差异。在洼地区的南部和东南部沉积深度增大,深海沉积物的比例随之增加,岩石压实导致它们的储集性降低,因此在此条件下裂缝改善了储集性能。

图7 伏尔加-乌拉尔盆地卡玛-基耐尔凹陷系统杜内阶的分布特征Fig.7 The structure of the Kama-Kinel depression system in Tournaisian,Volga-Urals basinsA. Muhanovo-Erohovsk;B. Ust-Cheremshansk;C. Lower Kama;D. Mozhginsk;E. Sarapulsk;F. Fokinsk;G. Shalymskogo and Kalinin;H. Aktanysh-Chishminsk;I. Inzer-Usolsk;J. Chelvinskogo Dobriansk;K. Kizelovsk

据俄罗斯化石能源地质与开发研究院资料,多玛尼克地层有机碳含量为0.5%～24%,以Ⅰ-Ⅱ型有机质为主,伏尔加-乌拉尔盆地中北部成熟度介于 0.5%～1.5%,南部靠近滨里海地区以生气为主;脆性矿物含量高,储集空间主要溶洞、晶间孔、有机质孔,且局部发育大量的裂缝; 剖面上有机物的含量和沥青成分的变化范围很大,从谢米卢基层的26%到扎沃尔时期(Zavolzhsk)的2%～3%。沥青中三氯甲烷含量为0.1%～2%。谢米卢基层沥青化程度为5%～10%,晚法门阶为25%～30%;自下而上剖面上从底部到顶部有机质、氯仿沥青A的含量逐渐减少,生烃潜力的逐渐降低。

目前东欧地台的各大油田都位于开发后期,因此该区域广泛分布的多玛尼克油页岩岩相含沥青的硅质、泥质沉积物将会是未来勘探增储的重点目的层。结合钻井、岩心等地质及地球物理资料综合研究分析认为,最有前景的地区是卡玛-基耐尔凹陷系统中的Muhanovo-Erohovsk 凹陷(图7),该区有机质含量高且成熟度适中,多玛尼克页岩总厚度大且裂缝非常发育。

2 其他地区页岩油资源特征

2.1 东西伯利亚深层页岩

东西伯利亚页岩油潜力区为古老西伯利亚地台的上元古界和古生界。库阿娜姆地层属于中-下寒武统的沥青质页岩沉积,有非常薄的灰岩夹层,面积约7.0×104km2(图8),在Olenek地区露头出露厚度50～70 m,有毫米-厘米级薄夹层;在Tajmyr湖的东部Turuzovskoy亚阶有5段,总厚度约160 m,为泥页岩与硅质岩互层,自下而上为70 m页岩、20 m海绵岩、15 m页岩、25 m海绵岩和20 m页岩,有机质含量在0.73%～1.95%;在Minusinskom凹陷Bystryanskaya亚阶也存在约26 m的页岩层[3]。该区贝加尔湖-帕托姆斯基地区低谷里菲系也有一套很好的烃源岩,厚度约50 m,有机质含量平均为4%,下文德系含气页岩厚度约40m。根据两口已钻参数井(Chaykinsk 279和Chaykinsk 376)预估Kochergat组可采页岩油资源量为(3.0～7.5)×109t,可采页岩气资源量5.0×1012m3。东西伯利亚可采页岩油资源量俄罗斯学者预估高达3.0×1010t,为西西伯利亚的2倍之多,该地台的页岩资源未来也有望成为俄罗斯主要产油气区[1-3]。

2.2 北高加索哈杜姆页岩地层

对高加索盆地东部和中部的哈杜姆地层的研究始于1924年,该段页岩油资源丰富,研究初期在Benoisk地区Sta649井(深度3 206 m)获得过持续3周600 t/d的流量。哈杜姆地层属于古近系渐新统吕泊尔阶,岩性上以沥青质灰质泥岩、页岩为主,有灰泥夹层,深度范围1 000～4 000 m,中部地区2 000～3 000 m,整体厚度30～200 m;有机质含量0.26%～8.35%,以Ⅱ-Ⅲ型干酪根为主;俄罗斯学者认为潜力区位于Louisiana区的Hinesville区块,有机质含量平均4.46%,TOC一般大于3%,生烃潜力S1+S2位于6.96～13.92 mg/g,目前针对这一页岩层系俄罗斯也在积极探索中[3]。

2.3 贝加尔周源、俄罗斯东北部及远东地区

Verkhoyansk-Kolyma地区、贝加尔周源山脊、萨哈林州、堪察加半岛西部、楚科奇和其他一些地区页岩油均有发现，大多数情况下其地质特征相似。例如在楚科奇地区,在盆地科里亚克高地和洼地Hatyrskoy的边界上白垩统火山硅质岩沉积厚度达2 600 m,其上沉积了一套优质的富有机质黑色页岩。该区Nelkan-Sette-Daban页岩盆地被认为是未来最有可能开发的地区,该区位于位于西伯利亚地台和Okhotsky 海之间,是前缘Gazimur额尔古纳河微大陆和邻近Aginsk-Borschovochnoy古生界接缝区相互作用的结果(西比利亚地台与中国地台),目前估计在数百亿吨油当量,但整体该区研究程度低。该区下石炭统页岩分布面积虽然只有大约4 000 km2,但其厚度大,约为3 000 m,据初步估计其下石炭统页岩可采资源量为3.0×109t[3,26,27]。

图8 东西伯利亚盆地库阿娜姆组页岩分布(据Bazhenova T.K.,2014)Fig.8 The distribution of the Kuanam shale in the Eastern Siberian Basin (according to Bazhenova T.K.,2014)a.库阿娜姆组页岩分布区；b.库阿娜姆组页岩在东西伯利亚地台的地理位置

目前在俄罗斯针对页岩地层没有官方认可的方法,标准计算方法例如确定孔隙度、裂缝、含油面积和有效厚度等并非完全合理,因此也不完全适用,但有一点是毋庸置疑的,俄罗斯页岩油资源潜力巨大,有待开发。

3 典型盆地页岩勘探开发进展

由于美国页岩的成功勘探开发加之俄罗斯本国勘探开发技术的改进,在2012年底俄罗斯能源部就拟定了加入全球页岩革命的发展计划。虽然2014年之后受国际因素影响页岩油勘探开发被延迟,但仍有西方石油公司在俄罗斯进行研发和试验。

巴热诺夫-1井位于西西伯利亚Frolovskaya坳陷Lyaminsky油气区，设计井深3 200 m。该井钻探目的是钻穿厚度50～70 m的巴热诺夫组，研究其地质构造并评估包括巴热诺夫-阿巴拉组沉积盖层,同时进行Lyaminskogo区西南部巴热诺夫组有利区评价，钻井及所有前期工作计划在2019年12月20日前完成。

挪威国家石油公司Equinor ASA (Stoil)在萨马拉地区拥有12个常规以及非常规区块的作业权,在俄业务不受制裁影响,同时参与共同开发北极项目。该公司进入俄罗斯市场多年,在地质建模及预测、有利区优选、钻井及压裂等工艺方面拥有丰富的经验,截至2019年底计划布置3口多玛尼克地层水平井,但目前获得的成果对外仍严格保密，故本文将重点介绍巴热诺夫组页岩的勘探开发现状及最新进展。

3.1 巴热诺夫组页岩油产量及预测

目前各研究机构对俄罗斯未来页岩油的产能预测不同,俄罗斯国家石油公司预估到2020年可年产1.5×107t,俄罗斯自然资源部预估到2030年可年产8.4×107t,BP预测到2035年可达年产4.0×107t[6],俄罗斯科学院A.E.Kontorovich院士评估,到2040年从巴热诺夫组页岩中产出的原油可达1.4×108t/a。历史上从巴热诺夫-阿巴拉组中采出的页岩油呈逐年升高的趋势,产量在2014年达到顶峰7.5×104t,之后虽然有所下降,但仍明显高于历史平均水平(图9)。

据俄罗斯秋明施比利曼研究院资料,2016年在西西伯利亚巴热诺夫-阿巴拉组中有146口垂直井在产,按照活跃天数算,平均日产油流10.8 t，其中平均日产油量0～10 t的井数为89口，10～20 t的井数为35口，20～30 t井数9口，30～40t的井数10口，40～50 t的井数2口。布置部分水平井并进行分段压裂,有39口井初期日产量10～40 t,但后期压裂之后产量递减速度快且产量递减大,一般在第3之后便不能够生产,获得较高流量的9口水平井产量在第5年之后有的也几乎将为零,这可能与其没有突破压裂技术有关。截至2016年,正在产出的水平井有36口,分别位于9个不同的油田,水平井段长度约1 500 m,在活跃天数内日产油1.0～22.2 t不等，有19口井日产油高于4 t，平均日产油7.5 t (图10)。采用气体加热注入法提高采收率:即将气体和空气混合注入地层,通过原位生成的方法来提高采收率。

图9 各大油公司在巴热诺夫-阿巴拉组地层中的产油历史Fig.9 History of oil production from Bazhenov-Abalak formations by major oil companies

图10 汉特-曼西斯克地区巴热诺夫-阿巴拉组地层水平井年产量Fig.10 Average annual production from horizontal wells in Bazhenov-Abalak deposits,Khanty-Mansiysk regiona. 9口高流量井；b. 39口中低流量井

3.2 巴热诺夫组页岩油试验区最新进展

俄罗斯天然气工业股份公司的子公司Bazhen技术中心于2018年7月注册,9月1日开始工作。Bazhen非常规油气藏开发技术中心在汉特-曼西斯克地区拥有9个许可区域,分别是Krasnoleninsky油田的Palyanovsk地区,Nyagan组的5个区和Salym油田的3个区。根据保守估计,区块内可采资源量为7.6×108t，当时计划在Krasnoleninsky油田的Palyanovsk 地区钻探50口井,并进行水力压裂。2018年共钻探10口井,在Palyanovsk 油田完成了2口水平井(另外两座钻井平台正在投入使用)钻探并投入使用。目前已经取得了以下工作成果:①利用本国技术钻探10口高科技井,均获工业油流;②进行70级水力压裂,达到15级/1 000 m的密度;③钻井时间从47 d减少到35 d;④水力压裂阶段的持续时间从48 h减少到24 h,最佳可达8 h。2019年计划将压裂阶段的数量将增加到30个,水平段的长度将增加到1 500 m。

2018年,在汉特-曼西斯克地区的Krasnoleninsky油田的Palyanovsk区块测试了许多用于开发巴热诺夫组页岩油的新技术,均为俄罗斯自主研发,其中包括:①首次采用基于烃的溶液清洗井筒,对温度和压降的依赖性降低,降低了额外操作的成本。高温高压井(HTPD)通常被归类为危险井和复杂井。通常,出口温度变得非常高并且需要使用钻井液冷却器等。为了尽量减少高温对钻井液性质的负面影响,应进行额外的操作:将化学活性固相的含量保持在较低水平,用热稳定添加剂处理洗涤液,将pH值保持在确保添加剂有效性的水平等。②处理水平井时:成功测试了旋转固井的方法,确定套管在其固井过程中的旋转和蠕变,允许用水泥浆增加环形空间的填充程度。③确保水泥井的密封性:首次使用弹性水泥;④多级水力压裂,高速注入大量流体;⑤抽空塞法(使用复合电缆塞分离压裂和穿孔阶段)和许多其他独特的解决方案。

同时2018年Bazhen中心开始工业使用由俄罗斯天然气工业股份公司与莫斯科物理科技学院(MIPT)共同自主研发的软件包GROWTH MFR,预测储层裂缝并提前预防可能的风险。该软件莫斯科物理科技学院2016年开始研发,使用水力压裂模拟器,计算出最佳裂缝系统,并对2018年钻探的10口井中的每口井都进行了建模。

后期所有水平井钻井技术、热化学效应设备、水力压裂技术、水力压裂设备、产品收集和制备设备,地球物理仪器和软件系统等都将被广泛用于Bazhenov地层的进一步开发,为降低Bazhenov地层的勘探开发成本和创造效益做准备。根据Bazhen中心总经理Bazhen K.Strizhnev的说法,经验的积累、新方法和新材料的引入,完全足够提高生产效率,目前巴热诺夫组页岩中开采的单位成本已从每吨3.0×105卢布减少到1.8×105卢布(rub),计划2025年的年产量将达到1.0×107t/a,总市场量达到3.0×1011rub/a。

3.3 小结

虽然俄罗斯页岩油开发整体仍处于初期阶段,开采尚未达到商业规模,笔者仍认为,即使受当前油价影响,在俄罗斯开发页岩油资源也具有自身优势,未来俄罗斯页岩油有望实现商业开采。首先俄罗斯政府高度重视这两套地层的开发;其次西西伯利亚盆地和伏尔加-乌拉尔盆地已有多年勘探开发历史,这两个地区拥有比较完备的基础设施,盆地内各油田彼此相距不远且道路状况良好,无需内部管道建设,有足够的能源供给(如电、暖气等),地质钻井、遥测等资料充分,因此初期石油开采成本低;另外目前巴热诺夫技术中心在地质建模、裂缝预测、水平井开采、水力压裂等方面也取得了良好的效果;而且为刺激巴热诺夫组地层和其他页岩区块的勘探,俄政府出台了税收减免政策,这些地层享受矿产开采零税率,拥有页岩油开采经验的外国公司有机会进入俄罗斯市场。

4 结论

1) 俄罗斯主要的页岩油资源赋存于西西伯利亚盆地巴热诺夫组和伏尔加-乌拉尔盆地多玛尼克地层,其次为季曼-伯朝拉盆地的多玛尼克地层,东西伯利亚盆地的库阿纳姆(Kuanam)、北高加索地区的哈杜姆层(Khadum),以及西西伯利亚地区的侏罗系秋明(Tyumen)、下白垩系阿奇莫夫(Achimov)等层系。西西伯利亚地台和东欧地台伏尔加-乌拉尔盆地的页岩油区地质条件优越,埋藏不深,且有机质含量高,可采资源总量大,具备大规模开发利用的基础设施和外部环境,是未来开发利用的重要潜力区。

2) 巴热诺夫组是西西伯利亚盆地上侏罗统一套非常优质的烃源岩,主要埋深2 000～3 000 m,全盆地大面积广泛分布,地球物理特征明显,平均厚度约30 m,岩性上以泥质、钙质、硅质页岩或者硅质放射岩为主,夹薄层火山灰、碳酸盐岩和放射虫化石;TOC平均为7%,有机质含量一般大于4%,以Ⅰ-Ⅱ型有机质为主,成熟度介于 0.5%～1.1%;储层物性好,含油饱和度高,埋深适中,地层超压明显,石英等脆性矿物含量非常高,裂缝发育,储集空间主要为溶洞、晶间孔和有机质孔、多玛尼克页岩油层系为一套泥盆系中弗拉阶-石炭系下杜内阶硅质/含硅的泥质石灰岩,主要埋深1 500～3 500 m,整体厚度在 100～600 m,TOC在0.5～24%,以Ⅰ-Ⅱ型有机质为主,伏尔加-乌拉尔盆地中北部成熟度介于 0.5%～1.5%,南部靠近滨里海地区以生气为主;脆性矿物含量高,储集空间主要为溶蚀孔和微裂缝。

3) 在俄罗斯开发页岩油资源具有自身优势,首先是地层享受矿产开采零税率,因此在满足地质资料充分、各油田彼此相距不远且基础设施完善的条件下,加之俄罗斯本国政府高度重视页岩油层系的开发,未来俄罗斯页岩油有望实现商业开采。

致谢:感谢俄罗斯秋明国有地下资源合理利用分析研究中心、全俄油气地质研究院和喀山大学地质与石油技术学院提供数据资料,感谢中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院周庆凡教授对本文校正和完善提出的宝贵意见,感谢审稿专家对本文的审核并提出的建设性意见。