地理纵横

图为扫描电镜放大倍数为3万倍时拍摄的页岩微观照片。（作者供图）

栏目顾问：中国工程院院士 刘 合 孙龙德

上溯千年，有一位叫沈括的人称，石油必将大行于世。沈括所言，800年后成为现实——石油实现工业化发展，首次成为第一大能源，以不可或缺的角色、基础性的作用参与到工业文明，推动着19世纪以来人类文明的加速向前。

上溯百年，又有一位叫谢家荣的人称，页岩油将成为石油的替代者。谢家荣所言，80年后成为现实——美国页岩油首次超过传统石油，并由此改变世界能源的版图。

这是一场海相页岩的革命，它指的是发生在海相地质过程中的“革命”。那陆相页岩油“革命”会成功吗？回答这个问题，我们需要将目光投到太平洋的西岸——曾被判为陆相贫油的中国。这里正掀起一场以陆相为主的页岩油革命。

古龙页岩油实现从资源量到产量的突破

在这场新近的陆相页岩油革命中，位于我国东北部松辽盆地的大庆古龙页岩油堪称代表。古龙页岩油所处的盆地单元——古龙凹陷，因地处古龙镇而得名，地质层位为白垩系，究其研究历史已达百年。

与古龙页岩油相关的地质基础研究肇始于20世纪20年代。此阶段，地质学家通过野外地质调查确定了地层层位。1923年，我国培养的第一代地质学家代表谭锡畴（chóu）曾到黑龙江地区进行矿业地质调查研究，与后来者王恒升一起厘定了白垩系地层，定名了嫩江组，再后来斯行健、周志炎等对青山口组进行厘定，时间一直延续到20世纪50年代后期。自此，这些沉睡亿年的“石头”，才有了自己的名字——嫩江组和青山口组。

自20世纪50年代末到70年代，随着国家石油勘探战略东移，我国在松辽盆地发现和开发了大庆油田，彻底改变了中国石油工业落后的面貌，创立了与“两弹一星”相提并论影响世界的陆相生油理论。

20世纪80年代至2010年，是以泥岩裂缝油层为目标的探索时期。在1983年至1991年期间，大庆油田建立了英12井泥岩裂缝油层试验区，先后钻探了5口井。1998年，该油田开展水平井开发的初步探索，古平1井获得低产油流。

2011年至2017年，我国在古龙凹陷页岩层系中的薄砂层发现了非常规油气藏致密油藏。2011年，结合致密油勘探理念与开发技术，我国对薄砂层进行了开发，其中齐平2水平井获得高产，4个开发实验区实现了开发，这也是非常规油气阶段的开始。

2018年，古龙页岩油实现了专业意义上的突破。采用高分辨率电镜技术，将2000米以下钻取的岩芯放在实验室电镜下观察分析，科研人员发现了页岩纳米孔中存在油气。研究发现，越往凹陷深部，页岩含油气性越好，这颠覆了传统的认识。以此为指导，我们确定了探索井——古页油平1井，该井位于松辽盆地中央坳陷区古龙凹陷中心深部位，获得日产油30.5吨、日产气13032立方米的高产工业油气流。古页油平1井高产，标志着纯页岩型页岩油获得重要突破，展现了陆相页岩油广阔的资源前景，具有重大战略转折意义。

大庆油田从第一口发现井钻探至今，七十余载厚积薄发，从常规找砂岩油藏到非常规在源岩中找页岩油转变，古龙页岩油实现从资源量到储量再到产量的突破，终在量变的临界点实现质的飞跃。

从纳米尺度认识古龙页岩油

常规油气一般存在于毫米至微米级的地下岩层空隙缝洞中，古龙页岩油则主要存在于纳米尺度的页岩层中。认识古龙页岩油，需要我们突破常规的视觉界限，深潜至纳米的世界。

纳米技术的应用，为储层精细表征赋予了新的视角和手段。例如，通过纳米级场发射电镜、激光共聚焦、二维核磁共振和CT扫描等表征方法，科研人员可获取页岩中纳米空间中的油气赋存方式、油水定量分布、储层三维结构展布等关键信息。石油工业由此开辟了一个全新的领域。

在古龙页岩研究中，利用分辨率0.8纳米场发射电镜，我们首次发现了页岩中新的纳米级储油孔隙——有机黏土复合孔。电镜观察发现，其内部可见大量发育的呈海绵状、网状分布的小孔隙，孔隙形态呈方形、长方形、菱形、板状等，直径为5-100纳米。页岩有机黏土复合孔隙形成演化，决定青山口组页岩随埋深增大孔隙度增加的规律，颠覆了岩石随埋深增加孔隙度减少的传统认识。

综合场发射电镜、氮气吸附、二维核磁共振和CT扫描等表征方法，研究揭示古龙页岩油孔隙直径均以纳米级为主，并发现了其规律性和特征——页岩孔隙直径随页岩埋深增加不断减小。埋藏较浅时页岩孔隙直径一般小于500纳米，埋深较大时页岩孔隙直径为8-100纳米，喉道直径一般小于10纳米。

二维核磁分析测定，纳米空间中页岩油的流动能力不同，反映纳米限域空间影响油气赋存相态。纳米限域效应导致纳米孔隙中的油气临界压力和温度降低。在地层温压条件下，小孔径中的油气呈气态或凝析态，而大孔隙中的油气为液相或气液两相，油气的可动性更好。

以上系统、创新性的研究与发现，向人们揭示了一个从未认识的纳米油气世界，为其被改造利用创造了先决条件。

陆相页岩油勘探开发理论技术难题更大、瓶颈更多，很多都属于“从0到1”的范畴。我们只有不断创新，以高水平科技自立自强创造适合中国陆相页岩油特征的地质理论，才能实现陆相页岩从生油到产油的突破，闯出一条适合中国陆相页岩油的特色技术路径，实现陆相页岩油的绿色规模效益开发。

（作者系中国工程院院士、天然气开发工程与石油地质专家）

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