**章 绪论
页岩油在北美的成功勘探、开发引起勘探家对这一目标的高度关注和重视。页岩油是指赋存于富有机质页岩层系中的石油，页岩层系中粉砂岩、细砂岩、碳酸盐岩单层厚度不大于5m，累计厚度不超过1/3，无自然产能或低于工业石油产量下限，需采用特殊工艺措施才能获得工业石油产量(GB/T 38718—2020)。济阳坳陷为中国东部新生代典型富油陆相断陷盆地，页岩油资源丰富，在东营、沾化、车镇、惠民等凹陷均有分布，页岩油主要分布在古近系沙河街组沙四上亚段、沙三下亚段及沙一段3套富有机质页岩层系中。在近10年的攻关研究和勘探实践过程中，胜利油田在东营、沾化等凹陷取得了多个层系、多种类型页岩油的突破，充分展现了济阳坳陷良好的页岩油勘探前景。
**节 页岩油勘探发现与历程
济阳坳陷页岩油勘探经历了从认识—实践到再认识—再实践不断探索的过程，其勘探有50年的历史，时间节点以2006年和2012年为界限，可分为勘探偶遇、主动探索、创新突破3个阶段(图1-1)。
图1-1 济阳坳陷页岩油勘探历程(刘惠民，2022)
(一)勘探偶遇阶段(1972～2006年)
1972年，在沾化凹陷渤南洼陷的Y18井于沙一段泥页岩中偶然发现了工业油气流，当时称为泥页岩裂缝油气藏。之后，在东营中央隆起带钻探河54井，沙三下亚段2928～2964.4m页岩段中途测试，5mm油嘴放喷，日产油91.4t，日产气2740m3，是济阳坳陷**口页岩工业油流井。此后，沾化凹陷罗42、车镇凹陷的新郭3、东营凹陷的利深101等井也相继在页岩段获得了高产油气流，展示了济阳坳陷页岩油勘探的巨大潜力(孙焕泉，2017)。
该阶段以常规构造油气藏和隐蔽油气藏为勘探对象，钻探过程中在沙河街组泥页岩段多口井见油气显示或获得工业油气流。其间对泥页岩裂缝油气藏进行了探索性的攻关研究，并采取“兼探为主，专探为辅，深化认识，改进技术”的策略(董冬等，1993)。该阶段页岩试油井的初期产能普遍较高，但产能下降快，高产井可以长期、多周期间歇开采，累计产量大多是第1阶段贡献，少数页岩油井总体产能较高。但由于当时地质认识局限性，以及常规直井勘探技术、预测方法不适应性，泥页岩裂缝油藏预测难度大，页岩油勘探并未取得实质性进展，尚未建立完善的评价方法体系，加之常规油气发现层出不穷，页岩油钻探计划遂被搁浅，以偶然发现为主。
(二)主动探索阶段(2006～2012年)
受北美海相页岩油气成功勘探开发的启示，从2006年开始加快了济阳坳陷页岩油的专题研究与勘探步伐。济阳坳陷320余口探井在泥页岩中见油气显示，其中30余口井获工业油气流。各凹陷、多层系均见工业性油气流，以东营凹陷、沾化凹陷*多；层系上以沙三下亚段为主，其次为沙四上亚段和沙一段。页岩油投产井累计产油*高达27896t。初步认识到济阳坳陷页岩油具有“连续成藏、局部富集”的特点，基本明确了济阳坳陷页岩油较大的勘探潜力与方向，并以此认识为指导，先后部署罗69、樊页1、牛页1、利页1四口系统取心井，累计取心1010m，并开展上万块(次)样品系统测试分析，为推进济阳坳陷页岩油基础地质研究奠定了扎实的资料基础，逐步认识到济阳坳陷陆相页岩油与北美海相页岩油的显著差异。2011年，在胜利油田“发现50周年，产油10亿t”之际，中国石化集团公司领导提出了“胜利油田要加快页岩油气勘探开发，展开会战，尽快形成规模，走在全国前列”的工作目标。其下属各油田积极响应集团公司号召，成立了以分公司主要领导牵头的非常规油气勘探开发工作领导小组，积极开展页岩油气勘探开发会战，并在东营凹陷、渤南洼陷开展评价部署工作，优选了沾化凹陷渤南洼陷沙三下亚段部署BYP1井、BYP2井及东营凹陷利津洼陷沙四上亚段部署LY1HF井等四口页岩油专探井。其中，渤南洼陷钻探的三口井，在目的页岩层水平段钻井过程中出现了不同程度的井壁垮塌，压裂均不成功，单井初期产量、累计产量均比较低；利津洼陷钻探的LY1HF 压裂效果不理想，产能也较低。此外，部署兼探井五口，分别为Y182井、Y186井、Y187井、L758井、N52井，并开展试油测试，兼探井页岩发育段见高产油气流，展示了济阳坳陷泥页岩具有较大的资源潜力(表1-1)。
表1-1 济阳坳陷主动探索评价阶段主要新钻页岩油井试油试采情况统计(宋明水，2019)
续表
(三)创新突破阶段(2013年至今)
“十二五”以来，依托国家973计划、国家科技重大专项及中国石化集团公司科技攻关项目，开展济阳坳陷富有机质页岩“储集性、含油性、可动性和可压性”基础地质研究与关键技术攻关，在页岩微观表征、富集模式、有利区预测等方面取得重要进展(朱日房等，2015；李政等，2015；张顺等，2016；刘惠民等，2018；王永诗等，2018；王民等，2019)，重新审视了济阳坳陷页岩油“有效烃源岩厚度大、资源丰度高、裂缝发育、渗流能力强、地层天然能力充足及富碳酸盐页岩具有一定可压裂性”等有利条件。配套形成了勘探部署评价与工程工艺技术系列，济阳坳陷页岩油勘探取得战略性突破。通过新一轮200余口老井复查，优选优质页岩层段开展重新试油，验证地质新认识，试验压裂新工艺。在渤南洼陷Y176、博兴洼陷F159、东营凹陷南坡GX26等地区优选老井开展先导试验，Y176井、F159井、GX26井等6口老井压裂均获得工业油流，试油产油量为6.3～44.0t/d，经过数月开采，产能整体稳定，取得了良好效果，推动了济阳坳陷页岩油勘探进程。对直斜井富有机质页岩层压裂改造20余口，90%的井累计产量超过千吨，进一步证实地质新认识的可行性和压裂工艺的适用性，大大增强了展开济阳坳陷页岩油勘探的信心。
2019年以来，按照“直斜井试油战略侦察，风险勘探引领突破，水平井专探求产”的指导思想，遵循济阳坳陷页岩油“四性”20参数地质评价体系与勘探突破目标优选工作流程，选靶区、选靶层、定靶盒，探井部署由裂缝型转向基质型、由Ro＞0.9%转向Ro＜0.9%，设计水平专探井实施钻探，实现济阳坳陷页岩油商业产能突破。2019年和2020年，在沾化凹陷渤南洼陷及东营凹陷博兴洼陷部署钻探YYP1和FYP1两口风险探井(中等演化程度)。2021年在沾化凹陷渤南洼陷部署钻探该阶段第三口风险探井——BYP5井(高热演化成熟度)，在东营凹陷牛庄洼陷部署钻探直斜兼探井—— NX124井(低热演化程度)，其中，BYP5井峰值日产油160t油当量，累计产油11671t油当量(4个月累计产油过万吨油当量)；NX124井峰值日产油43.2t，累计产油1974t。近年来，济阳坳陷页岩油勘探的相继突破，进一步证实济阳陆相断陷咸化湖盆高热演化(Ro＞0.9%)、中等热演化(Ro=0.7%～0.9%)、低热演化(Ro=0.5%～0.7%)程度的富有机质纹层(层)状富碳酸盐页岩均具有较好的勘探开发前景(刘惠民，2022)。
第二节 页岩油勘探中的问题及研究进展
勘探实践表明，济阳坳陷页岩油资源潜力巨大，前期部署的水平专探井和垂直兼探井均可以获得油流，但存在以下几个基本现象：页岩油初期产能相对较高，但下降速度较快，很难稳产；页岩样品实测的含油丰度高，但产出的油气相对较少；同井、同层甚至相近地区的页岩含油气性差异明显；各井的产能差异较大(日产油2.3～154.0t)，水平专探井产能整体偏低，效果并不理想(卢双舫等，2016b)。以上现象表明，济阳坳陷页岩油勘探仍面临以下诸多问题，亟须攻关。
(1)济阳坳陷页岩含油气性空间变化块，研究难度大。济阳断陷湖盆页岩沉积受沉积环境多变的影响，形成的页岩类型多样、分布复杂，泥页岩分布非均质性强，横纵方向上的岩相、物性、脆性、含油性等特征变化较快，不同类型泥页岩的地球化学特征、脆性、孔渗、电性等特征差别较大，制约了后续的勘探目标评价。
(2)页岩油富集规律不明确。济阳坳陷页岩油井单点上虽已经获得突破，但同井、同层甚至相近地区的页岩含油气性差异明显，且各井的产能差异较大，重要原因之一在于对页岩油富集规律的探索不够深入(宋明水等，2020)。页岩油资源的富集模式是页岩油勘探和有利区预测的关键，不同的富集模式具有不同的控制因素和分布规律。客观评价/有效预测有机质，尤其是页岩油富集的层段和区域，是准确布井并提高页岩油勘探开发效益的基础。
(3)页岩油资源规模不清楚。济阳坳陷古近系普遍发育泥页岩，其间蕴含着巨大的油气资源。相比北美页岩油气系统主要发育于海相地层，济阳泥页岩主要为陆相沉积，其页岩油气的生成条件、储集条件及泥页岩的含油气性是否具有可比性，无疑是制约济阳坳陷页岩油气勘探开发的关键问题(张林晔等，2014b)。如何在借鉴北美页岩油气勘探开发技术和实践经验基础上，利用新方法、新思路、新技术查明济阳坳陷页岩油资源规模，对明确页岩油勘探前景、推动济阳坳陷页岩油勘探开发及部署具有重要意义。
(4)页岩油可动性及有利区预测方法缺少。济阳坳陷页岩油勘探中的兼探井在页岩发育段见高产油气流，而水平井虽然采用与国外同步的钻井及压裂措施，但效果并不理想。如渤南洼陷钻探的3口井(BYP1井、BYP2井、BYP1-2井)，在目的页岩层段单井初期产量、累计产量均比较低；利津洼陷钻探的LY1HF压裂效果不理想，产能也较低。页岩油能否高效稳产的关键点是页岩油可动性如何(卢双舫等，2016b)。总的来看，由于在水平井落靶层选择上存在误区，主动探索阶段部署的水平专探井效果未达到预期目的。济阳坳陷页岩油专探井失利对胜利油田页岩油勘探提出了新的挑战：应明确页岩油有利层段及平面分布，提高勘探效率。
美国页岩油的成功勘探开发，影响了北美的能源市场和全球能源格局，给全世界带来了新的油气勘探思路。受此影响，我国石油地质学者及勘探家对国内页岩油已经历10多年的勘探研究历程，在国内多地区、多层系已获得页岩油的初步产能突破，如松辽盆地古龙凹陷青山口组、准噶尔盆地二叠系芦草沟组、渤海湾盆地黄骅坳陷古近系孔店组二段、济阳坳陷古近系沙河街组四段上亚段和三段下亚段多井次获得工业油流(梁世君等，2012；赵贤正等，2018；Wang et al.， 2019；孙龙德，2020；刘惠民，2022)；在更多地区、层系见不同程度的油气显示，如鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段、江汉盆地古近系潜江组、南襄盆地古近系核桃园组等(杨华等，2013；吴世强等，2013；章新文等，2015)，展现了页岩油勘探潜力巨大，将是常规油气的主要接替类型之一，更是中国东部成熟探区油气的现实接替阵地之一。近年来，国内专家学者已对我国陆相页岩沉积规律、页岩储层微观孔隙结构特征、页岩油气勘探评价方法、资源量预测以及页岩可压性等方面开展了大量的基础性、探索性的研究工作，目前已认识到与美国海相页岩油的差异(王民等，2014；张林晔等，2014b；Wang et al.， 2015a)，但总体处在起步阶段，对页岩油富集及分布规律仍不清晰、页岩油资源评价体系仍不完善。
针对以上济阳坳陷页岩油勘探过程中面临的问题，在国家973计划项目(2014CB239100)的资助下，作者结合目前国内外页岩油领域相关研究进展，以沙河街组页岩油为研究对象开展了页岩油富集成藏的边界条件与动力学特征、陆相页岩油富集成藏机制与地质模式、陆相页岩油资源评价体系、陆相页岩油资源潜力及有利区预测等一些探索性研究工作，形成陆相页岩油资源潜力评价及分布规律预测的系列方法。
第二章 济阳坳陷页岩发育的宏观地质背景
**节 构造演化特征
渤海湾盆地作为中国*重要的含油气盆地之一，属于在华北地台上形成的新生代断陷湖盆，位于中国东部沿海地区，面积约20万km2。该盆地在中生代属于弧后盆地，到新生代逐渐演化成陆内断陷湖盆。渤海湾盆地总体上经历了两个主要构造演化阶段，即同生裂谷阶段和裂陷后阶段。同生裂谷阶段主要为古近
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