我國陸相頁巖油革命呈燎原之勢

　　我國頁巖油分布層系多、范圍廣，資源潛力巨大，但以陸相沉積為主，面積相對(duì)小，在形成機(jī)理、賦存狀態(tài)、富集規(guī)律、資源潛力等方面與北美海相頁巖油差異顯著。為助推我國頁巖油規(guī)模效益開發(fā)，3月2日~3日，中國石油學(xué)會(huì)石油工程專業(yè)委員會(huì)在西安舉辦中國陸相頁巖油勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與管理研討會(huì)，兩院院士、油田專家、高校學(xué)者等700余位參會(huì)代表，圍繞“交流共享，直面挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)突破”主題，深入交流探討陸相頁巖油基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究、勘探開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新與管理創(chuàng)新。本版擇要報(bào)道。

　　疫情三年，很多領(lǐng)域似乎停下了步伐，但我國油氣業(yè)界對(duì)陸相頁巖油的研究和實(shí)踐從未停歇，并在全國多地取得重要突破：從西北準(zhǔn)噶爾盆地的蘆草溝組到東北松遼盆地的青山口組，從渤海灣盆地的濟(jì)陽坳陷到北部灣盆地的潿西南凹陷，從中原大地的古近系到青藏高原的古-新近系，從鄂爾多斯盆地的規(guī)模建產(chǎn)到華東地區(qū)的戰(zhàn)略突破……頁巖油勘探開發(fā)成果如同繁星點(diǎn)點(diǎn)，眾星拱月般的新疆吉木薩爾、大慶古龍、勝利濟(jì)陽三個(gè)頁巖油國家級(jí)示范基地陸續(xù)啟動(dòng)建設(shè)。

　　我國頁巖油資源潛力巨大、勘探成績喜人

　　“中國陸相頁巖油革命已呈燎原之勢！”中國工程院院士孫龍德3月3日在中國陸相頁巖油勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與管理研討會(huì)上感慨。

　　專家介紹，我國頁巖油分布層系多、范圍廣，資源潛力巨大。據(jù)“十三五”全國資源評(píng)價(jià)，我國中高成熟度頁巖油資源量達(dá)283億噸，加快推動(dòng)頁巖油勘探開發(fā)，對(duì)保障國家能源安全和石油工業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

　　資源潛力巨大，勘探開發(fā)難度也巨大。北美頁巖油氣儲(chǔ)層沉積環(huán)境以海相為主，面積大，有機(jī)質(zhì)含量高，成熟度高，油氣豐度高，可壓裂性強(qiáng)，開發(fā)成本低。而我國頁巖油以陸相沉積為主，面積相對(duì)小，在形成機(jī)理、賦存狀態(tài)、富集規(guī)律、資源潛力等方面差異顯著。因此，中國陸相頁巖油勘探開發(fā)不能復(fù)制北美地質(zhì)理論、照搬其工程技術(shù)。

　　多年來，我國各油氣田企業(yè)強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，深化對(duì)頁巖油形成機(jī)理和富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，均形成了適合自身頁巖油藏特點(diǎn)的“甜點(diǎn)”精細(xì)描述技術(shù)、大井叢水平井優(yōu)快鉆完井技術(shù)、縫網(wǎng)復(fù)雜程度最大化的體積壓裂模式、適應(yīng)地下地面要求的特色工廠化作業(yè)模式、合理的頁巖油井排采生產(chǎn)制度，在多個(gè)盆地實(shí)現(xiàn)重大突破。

　　在鄂爾多斯盆地，長慶油田發(fā)現(xiàn)了10億噸級(jí)慶城大油田，2022年頁巖油產(chǎn)量達(dá)221萬噸，完全成本控制在55美元/桶左右，規(guī)劃2040年年產(chǎn)量突破500萬噸。

　　在松遼盆地，勞苦功高的大慶油田已累計(jì)產(chǎn)油24.63億噸，主體油田進(jìn)入“后油藏”開發(fā)階段。古龍凹陷頁巖油則為這個(gè)老油田注入了青春活力：平面連續(xù)分布、縱向立體富油，目前已在不同層系、不同成熟度、不同類型頁巖油均獲得勘探突破，估算頁巖油總資源量達(dá)數(shù)百億噸。

　　在準(zhǔn)噶爾盆地，新疆油田優(yōu)選吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖油為突破口，歷經(jīng)探索發(fā)現(xiàn)、先導(dǎo)試驗(yàn)、動(dòng)用突破、擴(kuò)大試驗(yàn)四個(gè)階段，建成了陸相頁巖油田。目前，吉木薩爾凹陷頁巖油年產(chǎn)量61萬噸。

　　在渤海灣盆地濟(jì)陽坳陷，勝利油田創(chuàng)建濟(jì)陽頁巖油“有機(jī)控?zé)N、無機(jī)控儲(chǔ)、源儲(chǔ)一體、二元耦合”二元富集模式，部署實(shí)施首個(gè)立體開發(fā)試驗(yàn)井組樊頁平1井組（3層樓），目前井組穩(wěn)定日產(chǎn)油295噸。依托國家級(jí)示范區(qū)建設(shè)，他們實(shí)現(xiàn)3層樓到5層樓的突破，部署了9層樓立體評(píng)價(jià)試驗(yàn)，正對(duì)陡坡深陷帶巨厚型探索16層樓立體開發(fā)。

　　在渤海灣盆地黃驊坳陷，大港油田滄東5號(hào)開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)9口井平均單井EUR（最終累計(jì)采出量）3.51萬噸，實(shí)現(xiàn)油價(jià)50美元/桶下效益開發(fā)。該油田規(guī)劃利用5~7年，部署水平井188口，新建年產(chǎn)能198萬噸，年產(chǎn)頁巖油100萬噸。

　　在柴達(dá)木盆地，英雄嶺凹陷是“高原巨厚強(qiáng)改造型”頁巖油，其生油條件好，儲(chǔ)集性能優(yōu)，沉積厚度在1000~2000米，估算頁巖油資源量21億噸。青海油田部署的柴平1井257天累計(jì)產(chǎn)油1.3萬立方米、氣159萬立方米，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性突破。

　　在蘇北盆地，江蘇油田針對(duì)高郵凹陷阜二段頁巖油勘探重點(diǎn)有利區(qū)部署探井，取得頁巖油勘探突破，其中，針對(duì)阜二段IV亞段部署的花2側(cè)HF井日產(chǎn)油超50噸，累計(jì)產(chǎn)油1.1萬噸。

　　地質(zhì)工程一體化是高效勘探必由之路

　　頁巖油如同致密的磨刀石，油氣都蘊(yùn)藏在其中的微納米孔隙中，要開采出來，就要把這些孔隙打開，和井筒構(gòu)建一條條滲流通道，國內(nèi)外通常采用體積壓裂技術(shù)構(gòu)建復(fù)雜縫網(wǎng)。

　　雖然都叫作頁巖油，但每個(gè)盆地的頁巖油都不一樣，儲(chǔ)層情況也是天差地遠(yuǎn)，效益開發(fā)的“臨門一腳”——壓裂面臨的難題也不盡相同，這就需要強(qiáng)化地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，找到地質(zhì)、工程“雙甜點(diǎn)”，有針對(duì)性地研發(fā)壓裂技術(shù)、優(yōu)化開發(fā)參數(shù)。

　　條件極佳的古龍頁巖油，也有自己的難題：巖石軟，應(yīng)力差小，多頁理，易形成“豐”字形縫網(wǎng)，具有“千層小薄餅”結(jié)構(gòu)特征，縱向差異大，地質(zhì)“甜點(diǎn)”與工程“甜點(diǎn)”分異。在多因素控制下，裂縫擴(kuò)不高、延不遠(yuǎn)?；诖?，科研人員開展地質(zhì)工程協(xié)同優(yōu)化，形成“逆混合施工+高黏主液+大粒徑支撐+二氧化碳前置+段內(nèi)少簇”壓裂主體工藝。

　　中國工程院院士劉合說，工程改造必須結(jié)合地質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)單井-平臺(tái)地質(zhì)工程協(xié)同優(yōu)化。地質(zhì)模型實(shí)時(shí)迭代為工程改造提供了精確地質(zhì)模型。古龍坳陷僅新增48口井，新迭代地質(zhì)模型中巖相體積占比變化就在9%~262%。

　　相比之下，勝利油田的濟(jì)陽頁巖油則以中低成熟度為主，原油黏度高，難以流動(dòng)，規(guī)模效益開發(fā)面臨四大難題：如何大幅度提高流動(dòng)能力、改造體積、原油置換率和單井EUR。

　　對(duì)此，勝利油田強(qiáng)化地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，突破中低成熟度頁巖油流動(dòng)性差的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)原始孔-縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，增壓可進(jìn)一步擴(kuò)縫提滲，大幅提高濟(jì)陽頁巖油的流動(dòng)性；提出二氧化碳復(fù)合前置酸強(qiáng)起裂+密切割變黏強(qiáng)擴(kuò)展的思路，擴(kuò)大人工裂縫控儲(chǔ)體積；提出復(fù)雜縫網(wǎng)與高壓協(xié)同強(qiáng)化滲吸的認(rèn)識(shí)，讓更多的壓裂液置換原油，有效降低含水率；提出大液造高壓補(bǔ)能、精細(xì)控流壓減敏的認(rèn)識(shí)，部分解決了頁巖油產(chǎn)量遞減過快、高產(chǎn)時(shí)間過短的難題。

　　開發(fā)試驗(yàn)是技術(shù)創(chuàng)新的源泉

　　加拿大都沃內(nèi)項(xiàng)目位于西加盆地西部邊緣，主力層系為泥盆系都沃內(nèi)頁巖，中國石油2012年進(jìn)入，2020年成為作業(yè)者，開發(fā)重點(diǎn)為富含液烴的中高成熟度區(qū)帶。2022年，該項(xiàng)目產(chǎn)氣5億立方米、凝析油27萬噸。

　　該項(xiàng)目成功的因素有很多，包括利用北美及時(shí)、準(zhǔn)確和全面的數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)、工程數(shù)據(jù)共享，10年間單井每米EUR提高48%，每米鉆完井成本降低62%；運(yùn)用市場化機(jī)制降低運(yùn)行成本；提高井筒質(zhì)量，采用提高套管鋼級(jí)、增加水泥環(huán)厚度等措施消滅套變等。此外，很重要的一條就是開展現(xiàn)場先導(dǎo)試驗(yàn)。目前，北美在多個(gè)產(chǎn)區(qū)開展現(xiàn)場試驗(yàn)，多數(shù)注天然氣，部分油公司即將開始現(xiàn)場規(guī)模應(yīng)用。

　　劉合指出，開發(fā)試驗(yàn)是技術(shù)創(chuàng)新的源泉，要重視壓裂后評(píng)估，優(yōu)化完善配套技術(shù)。地下摸不著看不見，壓裂情況究竟如何，當(dāng)前任何一種裂縫監(jiān)測或模擬方法對(duì)認(rèn)識(shí)裂縫形態(tài)都存在不確定性，只有綜合設(shè)計(jì)、實(shí)施、開發(fā)、試驗(yàn)多種手段，才能了解地下真實(shí)情況。

　　中國工程院院士袁士義建議：要盡可能早地補(bǔ)充地層能量，以盡可能提高采收率，同時(shí)要試驗(yàn)應(yīng)用氣體壓裂技術(shù)。

　　施工參數(shù)并非越大越好

　　西南石油大學(xué)副校長郭建春指出，當(dāng)前體積壓裂存在的問題是：裂縫密度和改造體積顯著提升，加砂強(qiáng)度提升了2~3倍，但EUR僅增加1.13倍，規(guī)模與產(chǎn)量不匹配。

　　郭建春帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)壓裂后大量支撐劑堆積在主裂縫，分支縫進(jìn)液不進(jìn)砂，有效支撐體積小；支撐劑平面上輸送距離短，縱向上快速沉降在裂縫下部，且砂堤穩(wěn)定性差。因此，他們研發(fā)壓裂全縫支撐劑高效鋪置技術(shù)，已應(yīng)用近50井次，平均單井產(chǎn)量提高10%~50%。

　　事實(shí)上，油氣業(yè)界已充分認(rèn)識(shí)到：參數(shù)并非越大越好，合理匹配才能收到最好效果。

　　在古龍頁巖油，團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)到，合理有效的液量是增強(qiáng)壓裂效果的保障，單段液量在3000立方米內(nèi)，裂縫長度隨液量增大逐漸增長，但增長速度逐漸減慢，最終縫長趨于平穩(wěn)。壓裂中，縮小簇間距有利于制造復(fù)雜縫網(wǎng)，但水平方向滲透性強(qiáng)，不能一味縮小簇間距，簇間距達(dá)到一定界限，縮小簇間距僅提高前期采油速度，EUR并未提升。

　　頁巖油氣開發(fā)中，水平段長度不斷刷新紀(jì)錄。但長慶油田發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水平段大于1500米后，鉆遇無效進(jìn)尺增加，后期維護(hù)治理難度大，他們因此將水平段長度由1500~2000米優(yōu)化為1500米。

　　水平井井距井型也是重要一環(huán)。加拿大都沃內(nèi)項(xiàng)目基于微地震、示蹤劑、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析，定量表征井間干擾強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)200米井距的干擾強(qiáng)度為11%~19%、300米井距干擾強(qiáng)度為5%~9%，因此優(yōu)化井距為300米。實(shí)施后，300米井距單井首年累計(jì)產(chǎn)油氣比200米井距單井提高40%，與400米井距單井產(chǎn)量相近，表明在目前技術(shù)條件下，300米井距較為合理。

　　值得借鑒的是，他們優(yōu)化平臺(tái)為雙排反向勺形布井模式，既節(jié)省平臺(tái)數(shù)，又減少雙排間儲(chǔ)量動(dòng)用“死氣區(qū)”。

　　“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià) 并非參數(shù)越高越好

　　在加拿大都沃內(nèi)項(xiàng)目，地質(zhì)“甜點(diǎn)”評(píng)價(jià)主要關(guān)注TOC（總有機(jī)碳）指標(biāo)——高TOC就是甜點(diǎn)段。該項(xiàng)目主要開發(fā)中高成熟度頁巖，區(qū)帶氣油比高、油質(zhì)輕、壓力系數(shù)高、流動(dòng)性好。

　　中國工程院院士趙文智指出，中高熟頁巖油是已經(jīng)形成的油氣在烴源巖中的滯留，賦存環(huán)境富含黏土礦物，流動(dòng)通道以微納米孔喉為主，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這就決定了并非所有滯留烴都可以流出地層。因此，應(yīng)高度關(guān)注滯留烴流動(dòng)性與流動(dòng)量評(píng)價(jià)。

　　頁巖油富集區(qū)/段的評(píng)價(jià)包括決定滯留烴數(shù)量充分性的物質(zhì)基礎(chǔ)、決定烴流出量的流動(dòng)性、增益烴流動(dòng)性與流動(dòng)量的儲(chǔ)層品質(zhì)三方面評(píng)價(jià)，應(yīng)分類建立評(píng)價(jià)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)有利鉆探靶體選擇。

　　與常規(guī)油藏不同，頁巖油藏要關(guān)注每一口井的經(jīng)濟(jì)性。頁巖油經(jīng)濟(jì)開發(fā)需要三個(gè)條件：單井日產(chǎn)須達(dá)到經(jīng)濟(jì)門限以上、單井EUR須達(dá)到能收回投資以上、甜點(diǎn)區(qū)規(guī)模能支撐建成最小經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量并有6~8年穩(wěn)產(chǎn)期。

　　頁巖油經(jīng)濟(jì)可采需要三要素兼?zhèn)洌簻魺N數(shù)量要足夠大、可動(dòng)烴數(shù)量要大、地層能量場與生產(chǎn)制度合理穩(wěn)定。

　　頁巖油可動(dòng)烴評(píng)價(jià)需抓住三個(gè)重點(diǎn)：形成滯留烴的物質(zhì)基礎(chǔ)既要足量又要適量、保持滯留烴最大流動(dòng)量的條件既要優(yōu)質(zhì)又要配套、頁巖油富集段既要分類評(píng)價(jià)又要建立不同標(biāo)準(zhǔn)。

　　以“上帝視角”審視地下資源

　　頁巖革命的意義不僅在于油氣產(chǎn)量的大幅提升，它對(duì)油氣勘探開發(fā)理念也是一次深度革命。頁巖從生油變?yōu)楫a(chǎn)油，啟發(fā)地質(zhì)工作者們以“上帝視角”審視地下資源——在烴源巖層系中的滯留烴即為頁巖油，經(jīng)過二次運(yùn)移到致密儲(chǔ)層形成致密油，運(yùn)移到常規(guī)儲(chǔ)層則形成常規(guī)油，這就催生了新的全油氣系統(tǒng)地質(zhì)理論。

　　經(jīng)典石油地質(zhì)學(xué)理論的關(guān)鍵要素是生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、保，區(qū)帶富集；找油思路是由源到圈、圈閉找油。全油氣系統(tǒng)地質(zhì)理論的關(guān)鍵要素則是源儲(chǔ)一體、自我封閉、常非有序分布；找油思路是源儲(chǔ)耦合、成因找油。

　　如準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷就是常規(guī)-非常規(guī)油氣有序共生，風(fēng)城組滯留烴形成頁巖油，原油向上依次充注形成致密油、常規(guī)油。

　　全油氣系統(tǒng)地質(zhì)理論在北疆二疊系超級(jí)盆地得到深度實(shí)踐。上世紀(jì)80年代，在吉木薩爾凹陷按照常規(guī)思路，發(fā)現(xiàn)了吉7規(guī)模稠油油藏、吉17巖性油氣藏。2012~2019年，在蘆草溝組發(fā)現(xiàn)吉木薩爾油田。

　　2020年，按照全油氣系統(tǒng)思路，紅旗331井發(fā)現(xiàn)了致密油新區(qū)帶，形成了蘆草溝組常規(guī)油—致密油—頁巖油全類型油藏序次分布的富油區(qū)。2021年，發(fā)現(xiàn)源下P2jj油藏。吉木薩爾凹陷累計(jì)落實(shí)三級(jí)儲(chǔ)量7.23億噸。

　　吉南凹陷也獲重大進(jìn)展，縱向上發(fā)育1套致密油藏、1套頁巖油藏、3套常規(guī)砂巖油藏，落實(shí)二疊系億噸級(jí)砂巖油藏增儲(chǔ)新領(lǐng)域。

　　因此，樹立超級(jí)盆地全油氣系統(tǒng)思維，有助于成熟探區(qū)挖潛與提質(zhì)增效，超級(jí)盆地思維也可適用于所有富油氣凹陷。

　　三個(gè)故事

　　盡管我國陸相頁巖油革命已呈燎原之勢，但必須保持清醒的頭腦，孫龍德院士為此專門作出提醒：“革命尚未成功，同志仍須努力?！辈⒂萌齻€(gè)故事闡述了責(zé)任、方法論和打破經(jīng)驗(yàn)論。

　　第一個(gè)故事是謝家榮與《石油》。謝家榮生于1898年，是中國科學(xué)院院士、地質(zhì)學(xué)家、礦床學(xué)家，被稱為“中國找礦最多的人”。他于上世紀(jì)30年代出版了《石油》一書，當(dāng)時(shí)就提到：油母頁巖可分為兩種，頁巖之飽浸石油者；頁巖中并不含油，然蒸餾之后，則其中有機(jī)物質(zhì)互相化合，而成石油。

　　孫龍德說：“‘頁巖油’不是新鮮事，其研究已經(jīng)有近百年的歷史；謝家榮可能是研究頁巖油的第一人；陸相頁巖油開采的責(zé)任，落到了我們這一代人的肩上?！?/p>

　　第二個(gè)故事是約翰·斯諾與英國倫敦霍亂疫情。約翰·斯諾是麻醉學(xué)專家，傳染病學(xué)家、流行病學(xué)先驅(qū)。1854年秋，倫敦暴發(fā)了嚴(yán)重的霍亂疫情，幾天之內(nèi)就有上百人喪命。當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為，霍亂病毒由被污染的空氣傳播。但約翰·斯諾用數(shù)據(jù)圖形的方式揭示發(fā)病規(guī)律，最終鎖定了一個(gè)公共水泵，認(rèn)定那里就是疫情的源頭。當(dāng)局第二天處理了水泵，疫情得到控制。

　　孫龍德說：“斯諾用非醫(yī)學(xué)的方法控制了疫情，這啟示我們，搞清機(jī)理很重要，找到管用的方法是關(guān)鍵。當(dāng)下的主要任務(wù)，就是用管用的方法提高EUR，把頁巖油高質(zhì)量拿出來?！?/p>

　　第三個(gè)故事是開爾文與地球年齡計(jì)算。英國物理學(xué)家開爾文是第一個(gè)計(jì)算地球年齡的人。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，地球在誕生之初是一個(gè)巖漿球，溫度隨著時(shí)間不斷降低，直到將熱量完全耗散。因此，只要知道巖漿的溫度、巖層的導(dǎo)熱系數(shù)及地溫梯度，就能根據(jù)公式計(jì)算出地球的年齡。他計(jì)算的結(jié)果是9800萬年，顯然是錯(cuò)誤的，但當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們都認(rèn)為無懈可擊。開爾文當(dāng)時(shí)并不知道，地球內(nèi)部的放射性元素也產(chǎn)生大量熱量。

　　孫龍德說：“一定要搞清楚研究的條件和邊界，每一個(gè)領(lǐng)域都受到專業(yè)的限制，現(xiàn)在頁巖油研究已經(jīng)進(jìn)入納米尺度，很多技術(shù)在快速發(fā)展，陸相頁巖油本來就是嶄新領(lǐng)域，多學(xué)科交叉、創(chuàng)新思維非常重要?！?/p>

　　“‘四個(gè)面向’是具體的，把論文寫在祖國的大地上也是具體的?！睂O龍德說，“這是光榮使命，光榮必須與英雄相得益彰，英雄必以靜氣和豪氣馳騁縱橫?！保ǔ虖?qiáng) 秦紫函）

　　轉(zhuǎn)自：中國石化報(bào)

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