美國(guó)頁巖革命深刻改變了世界能源格局。我國(guó)陸相頁巖與美國(guó)海相頁巖相比，先天稟賦不足，理論認(rèn)識(shí)和技術(shù)創(chuàng)新難度更大。對(duì)此，我國(guó)石油地質(zhì)和石油工程科研工作者不懈努力，在多個(gè)盆地取得了陸相頁巖油革命突破性進(jìn)展。
近日，第二屆中國(guó)陸相頁巖油勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與管理研討會(huì)在京舉行，會(huì)議由中國(guó)石油學(xué)會(huì)石油工程專業(yè)委員會(huì)和多資源協(xié)同陸相頁巖油綠色開采全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主辦，兩院院士、業(yè)界專家、企業(yè)代表、高校學(xué)者深入交流探討我國(guó)陸相頁巖油在基礎(chǔ)地質(zhì)理論、勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新等領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展。
陸相斷陷盆地頁巖油實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)
中國(guó)工程院院士，中國(guó)石化總工程師、首席科學(xué)家孫煥泉說，以渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷、蘇北盆地等為代表的中國(guó)陸相斷陷盆地頁巖油資源量207億噸，具有構(gòu)造復(fù)雜、巖相多樣、成熟度低的典型特點(diǎn)，給頁巖油開發(fā)帶來巨大挑戰(zhàn)。
構(gòu)造復(fù)雜導(dǎo)致斷層發(fā)育。陸相斷陷盆地經(jīng)歷多期次強(qiáng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成復(fù)雜斷裂系統(tǒng)。如濟(jì)陽坳陷的博興洼陷，斷層發(fā)育區(qū)面積超3/4、斷塊間距在500~900米；蘇北盆地不同級(jí)別斷層將阜二段切割、錯(cuò)斷形成若干長(zhǎng)條形復(fù)雜斷塊，斷塊平均長(zhǎng)8000米、寬1000米。
巖相多樣導(dǎo)致非均質(zhì)性強(qiáng)。陸相斷陷盆地頁巖油受古鹽度、古水深、古物源等因素影響，盆地不同部位頁巖有機(jī)質(zhì)含量、層理結(jié)構(gòu)、礦物組合等存在差異，具有巖相類型多樣、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。濟(jì)陽坳陷就發(fā)育富碳酸鹽礦物類、混合礦物類、富黏土礦物類和富長(zhǎng)英礦物類4類16種巖相，蘇北盆地也發(fā)育3類6種巖相。
成熟度低導(dǎo)致原油流動(dòng)性差。陸相斷陷盆地頁巖油以新生代地層為主，埋藏時(shí)間短、成熟度相對(duì)較低。濟(jì)陽、蘇北的頁巖油Ro（鏡質(zhì)體反射率，反映有機(jī)質(zhì)的成熟度）整體在0.5%~1.4%，Ro小于0.9%的儲(chǔ)量占90%，導(dǎo)致原油性質(zhì)差。
對(duì)此，陸相斷陷盆地頁巖油開發(fā)堅(jiān)持“耦合‘甜點(diǎn)’描述是基礎(chǔ)、縫網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化是關(guān)鍵、工程提速提效是保障”，實(shí)現(xiàn)頁巖油儲(chǔ)量動(dòng)用率、采收率、收益率最大化。
儲(chǔ)層精細(xì)描述是基礎(chǔ)。研發(fā)的頁巖儲(chǔ)層精細(xì)描述與建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)與工程“甜點(diǎn)”的精細(xì)描述和全要素一體化建模，為頁巖油立體開發(fā)提供支撐。陸相頁巖厚度大，普遍在200~500米，局部厚達(dá)千米，層間非均質(zhì)性強(qiáng)，需要在縱向上細(xì)分開發(fā)，關(guān)鍵是以“甜點(diǎn)”控制為目標(biāo)，優(yōu)化布井方式、合理井距、層距，構(gòu)建立體開發(fā)井網(wǎng)。
井網(wǎng)井型的優(yōu)選是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量有效控制的保障。在構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)通過多層樓水平井立體開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量有效動(dòng)用。民豐洼陷部署7層樓水平井立體井網(wǎng)，井組儲(chǔ)量控制程度達(dá)到80%以上，預(yù)測(cè)單井EUR（評(píng)估的最終可采儲(chǔ)量）平均5.3萬噸。蘇北盆地?cái)嗔褟?fù)雜區(qū)斷層復(fù)雜、斷塊小，水平井布井受限，在斷層間部署直斜井，實(shí)現(xiàn)斷塊內(nèi)資源有效動(dòng)用。
開發(fā)層系的有效劃分是立體井網(wǎng)部署的基礎(chǔ)。結(jié)合有利巖相組合及非均質(zhì)性研究，蘇北盆地高郵凹陷劃分5套開發(fā)層系，不同層系厚度35~55米；根據(jù)不同洼陷“甜點(diǎn)”發(fā)育狀況，濟(jì)陽坳陷博興、牛莊、民豐洼陷按照45~60米厚度劃分了3、5、7套開發(fā)層系。
合理的井距是立體井網(wǎng)部署的關(guān)鍵。立體開發(fā)井距、井網(wǎng)要最大程度減少井間和層間的負(fù)向干擾，達(dá)到“通而不竄”，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量動(dòng)用最大化。室內(nèi)研究和礦場(chǎng)實(shí)踐表明：井距略大于兩倍半縫長(zhǎng)能有效防止井間干擾，同時(shí)保證井組單井EUR最大。目前認(rèn)識(shí)的350~400 米井距基本合理。
合理的生產(chǎn)制度可實(shí)現(xiàn)單井EUR最大化。頁巖儲(chǔ)層壓后縫網(wǎng)具有極強(qiáng)的應(yīng)力敏感特征，控壓生產(chǎn)能夠有效提高單井EUR。建立以初期快排降水、穩(wěn)定期合理控壓為核心的全周期生產(chǎn)調(diào)控模式，可長(zhǎng)周期保持裂縫有效導(dǎo)流能力，有序釋放儲(chǔ)層能量。通過控制油嘴精細(xì)壓力可提高彈性產(chǎn)率，單井EUR在4萬~6萬噸，預(yù)期提高16%以上。
陸相斷陷盆地頁巖油地層溫度均超過150攝氏度，最高超過200攝氏度，儀器易高溫失效；斷層裂縫發(fā)育導(dǎo)致壓力系統(tǒng)復(fù)雜，安全密度窗口窄。對(duì)此，濟(jì)陽頁巖油鉆井技術(shù)歷經(jīng)“技術(shù)探索、創(chuàng)新攻關(guān)、集成提升”三次迭代，形成以“三開結(jié)構(gòu)＋合成基鉆井液＋精細(xì)控壓鉆井＋抗高溫旋導(dǎo)＋地面降溫”為主的優(yōu)快鉆井技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了從“打得成”到“打得快”再到“打得好”。多個(gè)區(qū)塊鉆井周期縮短至30天以內(nèi)，民豐洼陷首次實(shí)現(xiàn)“1+1+1”模式（三個(gè)開次各一趟鉆），鉆井周期最短24.46天（垂深3885米、水平段長(zhǎng)2013米）。
陸相斷陷盆地頁巖油壓裂面臨三大難題：儲(chǔ)層埋藏深，破裂壓力高；兩向應(yīng)力差大，裂縫擴(kuò)展不均勻；天然裂縫發(fā)育，局部應(yīng)力集中，易套變套損。通過強(qiáng)化頁巖油壓裂技術(shù)攻關(guān)，形成從組合縫網(wǎng)、密切割壓裂到極限限流密切割壓裂的技術(shù)迭代，SRV（改造體積）不斷提升、單井EUR持續(xù)提高，實(shí)現(xiàn)從“壓得開”到“壓得好”再到“壓得優(yōu)”。目前，壓裂簇間距由10~15米降為4~7米，同等規(guī)模SRV提高15%以上；牛頁一區(qū)百段套變段數(shù)由8段降至0.8段，基本解決套變問題。
陸相斷陷盆地頁巖油生產(chǎn)具有“早、快、高、穩(wěn)”的特征：見油早，1~10天即見油；含水下降快，呈L形下降，一兩個(gè)月后含水穩(wěn)定；峰值產(chǎn)量高，峰值單井日產(chǎn)油36~263噸，預(yù)測(cè)單井EUR在3萬~6萬噸；產(chǎn)量穩(wěn)，穩(wěn)定后含水遞減率在20%以下。
中國(guó)石化以儲(chǔ)量動(dòng)用、產(chǎn)能、經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，立足國(guó)家級(jí)示范區(qū)建設(shè)，加大不同類型頁巖油評(píng)價(jià)試驗(yàn)力度，實(shí)現(xiàn)了從3層樓到5層樓再到7層樓的立體開發(fā)。樊頁平1井組3層樓先導(dǎo)試驗(yàn)取得突破，牛頁一區(qū)5層樓大平臺(tái)開發(fā)試驗(yàn)取得重要進(jìn)展，民豐洼陷坡梁洼7層樓整體評(píng)價(jià)正在實(shí)施。
勝利濟(jì)陽頁巖油：形成三元儲(chǔ)滲理論認(rèn)識(shí)
來自勝利油田的專家介紹，濟(jì)陽坳陷古近紀(jì)早期氣候由半干旱向濕潤(rùn)轉(zhuǎn)變，發(fā)育了咸湖、半咸湖沉積環(huán)境下的多套富有機(jī)質(zhì)頁巖，主要層位為沙三下、沙四上純上，是我國(guó)陸相頁巖油的典型代表。
濟(jì)陽頁巖油發(fā)育緩坡斷裂帶復(fù)雜斷塊型、洼陷穩(wěn)定帶基質(zhì)型、陡坡深陷帶巨厚型三種類型頁巖油，具有演化程度低、埋藏深、厚度大、高溫高壓，構(gòu)造復(fù)雜、巖相復(fù)雜、流體性質(zhì)復(fù)雜的特征，要實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)，面臨三大關(guān)鍵問題：頁巖以微納米孔隙為主，孔隙度非常低，油儲(chǔ)集在哪里？頁巖滲透率極低，怎么提高有效滲流能力，流動(dòng)路徑是什么？地層原始?jí)毫Ω?，壓裂又進(jìn)一步增壓，能量如何高效利用？
勝利油田基于萬米巖芯、15萬塊次分析化驗(yàn)，深入開展孔隙結(jié)構(gòu)、賦存特征、滲流機(jī)理等基礎(chǔ)研究，形成了濟(jì)陽頁巖油“儲(chǔ)-縫-壓”三元儲(chǔ)滲理論認(rèn)識(shí)：雙儲(chǔ)，即孔隙-天然縫組合，控制儲(chǔ)集空間富集規(guī)律；雙縫，即支撐縫與水力縫匹配，控制流動(dòng)空間高滲路徑；雙壓，即增壓保壓協(xié)同，控制能量空間高效利用。
無機(jī)孔-縫組成“雙儲(chǔ)”空間，其中，紋層狀頁巖微裂縫發(fā)育，提高了納米級(jí)孔隙的連通性，連通孔隙占比在60%~80%，較層狀頁巖高30%~40%。“雙儲(chǔ)”具有全孔徑含油、大孔富油、小孔含水的賦存特征，濟(jì)陽頁巖油賦存在多種微觀孔-縫中，主要有游離態(tài)、吸附態(tài)兩種狀態(tài)，游離態(tài)主要賦存在孔徑較大的微觀孔隙和微裂縫中，吸附態(tài)則呈油膜狀包裹在礦物表面。濟(jì)陽頁巖主要發(fā)育“網(wǎng)狀孔-縫、王字孔-縫、單向孔-縫”多種“雙儲(chǔ)”組合模式，其中“三孔四縫”模式的混積頁巖最利于富集。
支撐縫和水力縫組成“雙縫”系統(tǒng)，控制三區(qū)滲流模式：支撐縫導(dǎo)流能力強(qiáng)，控制有效泄油半徑，形成易流區(qū)；開啟的天然裂縫控制極限泄油半徑，形成緩流區(qū)；縫網(wǎng)之外形成滯流區(qū)。易流區(qū)供液，產(chǎn)量貢獻(xiàn)率占70%以上；緩流區(qū)蓄能，能量占比40%左右。易流區(qū)、緩流區(qū)共同作用促進(jìn)了油井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。因此，大液大砂強(qiáng)化儲(chǔ)層改造，增加易流區(qū)和緩流區(qū)面積，可有效提高產(chǎn)能；對(duì)直斜井進(jìn)行大規(guī)模強(qiáng)化改造，由壓長(zhǎng)縫變壓縫網(wǎng)，可取得近似水平井的效果。
保壓是增壓的前提，高壓增能可減敏促吸，保壓增壓“雙壓”協(xié)同可提高產(chǎn)量。頁巖儲(chǔ)層保壓性主要受砂體、斷層和天然裂縫影響。高壓可增加彈性驅(qū)動(dòng)和滲吸置換作用。在彈性釋放階段，生產(chǎn)壓差過小，能量會(huì)過多擴(kuò)散到滯流區(qū)，利用率降低；生產(chǎn)壓差過大，壓敏導(dǎo)致裂縫導(dǎo)流能力下降，易流區(qū)范圍減小。生產(chǎn)壓差放大后，地層壓力明顯降低，能量損失不可逆；采用精細(xì)控壓方式能有效減緩壓降速度，高效利用能量，提高EUR。
勝利油田以三元儲(chǔ)滲理論為指導(dǎo)，圍繞立體空間最大程度控制儲(chǔ)量、改造儲(chǔ)層、提高產(chǎn)能，形成以“甜點(diǎn)”地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)、立體井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)、能場(chǎng)耦合優(yōu)化調(diào)控技術(shù)、立體井組Tank實(shí)施優(yōu)化技術(shù)等為核心的開發(fā)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)體系，展現(xiàn)了良好前景。
大慶古龍頁巖油：取得四項(xiàng)突破性理論認(rèn)識(shí)
大慶油田首席專家崔寶文介紹，松遼盆地大慶古龍頁巖油是典型的純頁巖型頁巖油，也是世界上最具挑戰(zhàn)、開發(fā)難度最大的頁巖油：黏土礦物含量超過35%，國(guó)外一般小于10%、國(guó)內(nèi)一般小于15%，導(dǎo)致資源確定難；孔隙普遍小于30納米，孔喉一般在4~7納米，導(dǎo)致油氣流動(dòng)難。電鏡掃描每米頁理在1萬條以上，導(dǎo)致人工裂縫縱向受限；脆性低，巖石軟，硬度小，導(dǎo)致壓裂改造難。
對(duì)此，大慶古龍頁巖油開發(fā)取得四項(xiàng)突破性理論認(rèn)識(shí)。
一是揭示高黏土加氫生烴新機(jī)制，擴(kuò)大了生油窗口，增加了輕烴產(chǎn)率。模擬實(shí)驗(yàn)表明，黏土礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化具有抑制作用，可增加產(chǎn)物數(shù)量；黏土層間水具有加氫作用，可增加輕烴產(chǎn)率。新的生烴模式，揭示生成油氣總量增加1倍，油層深度向下拓展300米，Ro從1.3%拓展到1.6%。
二是發(fā)現(xiàn)有機(jī)黏土復(fù)合體參與的成孔機(jī)制，揭示孔縫受有機(jī)質(zhì)含量和成熟階段控制。除無機(jī)孔縫外，新發(fā)現(xiàn)有機(jī)黏土復(fù)合體生烴收縮，形成很多縫狀、海綿狀、網(wǎng)狀有機(jī)孔縫，是重要儲(chǔ)集空間。
三是揭示古龍頁巖油自封閉力學(xué)成藏機(jī)制，證明是連續(xù)體式油藏。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，夾層型、混積型頁巖油均有微運(yùn)移，一般最小含油喉道半徑大于20納米。新研究發(fā)現(xiàn)，古龍頁巖全孔徑含油，含油空間不受孔隙大小限制，每個(gè)含油孔隙是一個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)油單元。
四是揭示多相態(tài)多尺度納米空間油藏開發(fā)機(jī)理，明確頁理縫是主要的輸運(yùn)通道。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，常規(guī)油藏及其他頁巖油以微米級(jí)孔喉為主，烴類體系在地下以氣相或液相分異存在。新研究認(rèn)為，隨成熟度增加，由黑油向油氣兩相過渡，油氣兩相區(qū)150納米以下孔徑存在限域效應(yīng)；基質(zhì)孔、頁理縫啟動(dòng)壓力梯度不同，頁理縫滲流貢獻(xiàn)在80%以上。因此，保證頁理縫壓力穩(wěn)定、保持滲流通道能力，是穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。
基于新的認(rèn)識(shí)，明確現(xiàn)階段單井壓裂規(guī)模為7.5萬立方米壓裂液，與之匹配的適宜井距是500米、層系縱向間距20米以上，先導(dǎo)試驗(yàn)采用立體交錯(cuò)“W”形井網(wǎng)開發(fā)，技術(shù)可行；明確Q9油層最優(yōu)靶層；形成多類型天然裂縫改造針對(duì)性措施；明確古龍壓裂主體工藝參數(shù)為50%滑溜水、85%中大粒徑支撐、段內(nèi)少簇、25孔坡度極限限流射孔；明確控壓生產(chǎn)工作制度，成功實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)，產(chǎn)量從2021的1.51萬噸增至2023年的17.12萬噸，2024年計(jì)劃產(chǎn)油39萬噸。
夾層型頁巖油：率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益升發(fā)
長(zhǎng)慶油田副總經(jīng)理牛小兵介紹，在陸相淡水湖盆頁巖油成藏理論指導(dǎo)下，長(zhǎng)慶油田通過一體化攻關(guān)，探明了我國(guó)首個(gè)10億噸頁巖油整裝大油田，建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)百萬噸級(jí)頁巖油開發(fā)示范區(qū)，2023年產(chǎn)量270萬噸，實(shí)現(xiàn)了夾層型頁巖油規(guī)模效益開發(fā)。“十三五”資源評(píng)價(jià)鄂爾多斯盆地夾層型頁巖油資源量為40.5億噸，已提交三級(jí)儲(chǔ)量18.15億噸，其中探明儲(chǔ)量12.56億噸。
此外，紋層型頁巖油取得了戰(zhàn)略性突破，嶺頁1H井試獲日產(chǎn)油116.8噸，累計(jì)產(chǎn)油超萬噸，2022年提交預(yù)測(cè)儲(chǔ)量2.05億噸，預(yù)計(jì)資源潛力20億噸。泥紋型頁巖油攻關(guān)試驗(yàn)穩(wěn)步推進(jìn)，優(yōu)選中低熟頁巖油開展“水平井+電加熱”原位轉(zhuǎn)化先導(dǎo)試驗(yàn)，優(yōu)選中高熟頁巖油開展“水平井+體積壓裂”試驗(yàn)攻關(guān)。
地質(zhì)認(rèn)識(shí)方面，多因素控制長(zhǎng)7期形成具有紋層結(jié)構(gòu)的沉積復(fù)合體，每米沉積紋層在1500~2000條；頁巖層系成巖作用強(qiáng)，不同紋層微納米級(jí)孔喉發(fā)育，長(zhǎng)英質(zhì)紋層孔隙半徑1~5微米，黏土紋層孔隙半徑20~120納米，頁巖層系孔隙度在2%~10%，整體具有儲(chǔ)集性，且脆性礦物含量高，頁巖層系可壓性好；有機(jī)質(zhì)紋層與長(zhǎng)英質(zhì)紋層間存在烴類滯留-微運(yùn)聚，為滯留+微運(yùn)移復(fù)合成藏，頁巖層系整體含油性好。
技術(shù)創(chuàng)新方面，全面應(yīng)用三維地震、精細(xì)測(cè)井、地質(zhì)建模、空間地質(zhì)品質(zhì)評(píng)價(jià)技術(shù)，形成地質(zhì)建模→壓裂設(shè)計(jì)→現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與方案調(diào)整→壓后評(píng)估深度融合一體化工作流程，推進(jìn)體積壓裂2.0迭代升級(jí)，三維“甜點(diǎn)”判識(shí)及精準(zhǔn)壓裂水平不斷提升。
還在低壓低氣油比區(qū)塊開展二氧化碳增能體積壓裂試驗(yàn)，15口井井均注入二氧化碳3320立方米，比井初期日產(chǎn)油提高2.6噸，半年累計(jì)產(chǎn)油提高280噸。
技術(shù)優(yōu)化方面，立體式布井模式提高了儲(chǔ)量動(dòng)用程度。按照效益優(yōu)先、多油層一次井網(wǎng)充分動(dòng)用、單井控制儲(chǔ)量最大化等原則，針對(duì)單油層、多油層疊置、注水疊合區(qū)、儲(chǔ)量受限及靶前區(qū)儲(chǔ)量，創(chuàng)建了4種布井模式，儲(chǔ)量動(dòng)用程度從50%大幅提高至85%。在儲(chǔ)量受限區(qū)合H9、合H60平臺(tái)，開展扇形井網(wǎng)開發(fā)試驗(yàn)，采用“變井距+變角度”分區(qū)精準(zhǔn)改造，證實(shí)在平臺(tái)受限背景下具備開發(fā)潛力。
隨著地質(zhì)理論創(chuàng)新、工程技術(shù)進(jìn)步，長(zhǎng)慶頁巖油仍具有較大增儲(chǔ)空間，資源量有望突破100億噸，其中夾層型可新增9.5億噸，紋層型、泥紋型可新增59億噸。
責(zé)任編輯： 江曉蓓
標(biāo)簽：頁巖油革命
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