中國石化致密油藏開發(fā)面臨的機遇與挑戰(zhàn)

李 陽

(中國石油化工股份有限公司，北京 100029)

中國石化致密油藏開發(fā)面臨的機遇與挑戰(zhàn)

李 陽

(中國石油化工股份有限公司，北京 100029)

我國具有豐富的致密油資源，但目前整體上開發(fā)規(guī)模仍然較小，油藏認識和工程技術(shù)處于發(fā)展階段。在介紹致密油藏特征及中國石化致密油開發(fā)概況的基礎(chǔ)上，分析了致密油開發(fā)面臨的主要問題及發(fā)展機遇，指出地質(zhì)條件復(fù)雜、開發(fā)技術(shù)需要進一步發(fā)展以及在低油價下如何實現(xiàn)致密油的效益開發(fā)是我國致密油開發(fā)面臨的主要挑戰(zhàn)，并給出了我國致密油開發(fā)技術(shù)的5個發(fā)展方向，即富集規(guī)律研究、開發(fā)機理研究、進一步發(fā)展致密油開發(fā)工程技術(shù)、加強致密油藏提高采收率技術(shù)攻關(guān)、創(chuàng)建致密油開發(fā)模式和管理模式等。這對于實現(xiàn)我國致密油規(guī)模效益開發(fā)，保障國家能源供應(yīng)和能源安全，具有一定的指導(dǎo)意義。

致密油藏 油氣開發(fā) 工程技術(shù) 技術(shù)挑戰(zhàn) 發(fā)展方向 中國石化

致密油是一種非常規(guī)石油資源，多賦存在低孔低滲的致密砂巖、泥灰?guī)r、白云巖等非常規(guī)儲層，蘊藏量大。根據(jù)美國能源信息署的統(tǒng)計數(shù)據(jù)[1-2]，包括美國在內(nèi)的42個國家的致密油技術(shù)可采儲量達到約548×108m3(3 450億桶)。致密油已經(jīng)被視為重要的石油接替資源之一，并成為繼頁巖氣之后全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的新熱點[3-9]。

我國致密油資源豐富[10-11]，據(jù)中國工程院的研究數(shù)據(jù)，我國致密油地質(zhì)資源量超過100×108t，主要分布在鄂爾多斯、塔里木、渤海灣以及準(zhǔn)噶爾等盆地。近年來，以中國石化、中國石油為代表的能源公司，加快了我國致密油勘探開發(fā)的步伐，相繼在渤海灣、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、塔里木等盆地發(fā)現(xiàn)多個億噸級儲量的致密油區(qū)塊，探明儲量在國內(nèi)陸上新增儲量中所占的比例不斷增加。中國石化從21世紀(jì)初就開始了致密油開發(fā)研究與實踐，先后在鄂爾多斯盆地南部的紅河油田及涇河油田、渤海灣盆地正理莊油田開展了先導(dǎo)試驗和產(chǎn)能建設(shè)，在致密油富集規(guī)律認識、開發(fā)技術(shù)和配套工程方面取得了重大進展[12-24]。但由于地質(zhì)條件復(fù)雜、油藏品質(zhì)差，尚未形成適應(yīng)不同油藏條件的中低豐度致密油開發(fā)技術(shù)，導(dǎo)致我國致密油開發(fā)目前還未進入規(guī)模效益開發(fā)階段，經(jīng)濟效益差。因此，需要進行致密油高產(chǎn)富集規(guī)律、開發(fā)機理、提高采收率技術(shù)及致密油管理模式的攻關(guān)研究，實現(xiàn)致密油的規(guī)模效益開發(fā)。

1 致密油藏特征及開發(fā)概況

中國石化致密油藏主要分布在渤海灣、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾和塔里木等盆地，已發(fā)現(xiàn)三級儲量為11.3×108t，其中探明儲量為5.65×108t。

1.1 致密油藏特征

中國石化致密油藏多為陸相碎屑巖沉積，地質(zhì)條件復(fù)雜(見表1)，主要地質(zhì)特征為：

1) 多為陸相沉積儲層，分布范圍較小，穩(wěn)定性差，多呈條帶狀、不連續(xù)性發(fā)育;

2) 裂縫發(fā)育程度低，儲集空間以殘余粒間孔、次生溶孔為主，為孔隙型儲層;

3) 儲層巖性為粉砂巖—砂礫巖，脆性礦物含量低，壓裂裂縫起裂為張開型，易形成兩翼對稱裂縫;

4) 一般為常壓、低壓甚至超低壓油藏，地下原油黏度較大，溶解氣油比低，天然能量低。

1.2 開發(fā)現(xiàn)狀

在常規(guī)低滲透油藏開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上，中國石化進行了致密油開發(fā)技術(shù)攻關(guān)，并取得良好的現(xiàn)場試驗效果。2007年，勝利油田在致密油開發(fā)中試驗應(yīng)用了直井分層壓裂技術(shù)；2010年，成功研發(fā)了水平井分段壓裂技術(shù)，實現(xiàn)了致密油開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)突破；自2012年起，勝利油田、華北分公司將水平井分段壓裂技術(shù)在致密油開發(fā)中進行了規(guī)?；瘧?yīng)用，致密油產(chǎn)量快速上升，峰值年產(chǎn)油量69.2×104t。截至2015年6月，中國石化累計動用致密油儲量1.38×108t，油井總數(shù)1 815口，其中開井783口(直井311口和水平井482口)，2014年產(chǎn)油量65.4×104t，采油速度0.44%，累計產(chǎn)油量190.76×104t，采出程度1.29%。

1.3 存在的主要問題

開發(fā)實踐表明，目前致密油藏的采收率低，效益差，存在的主要問題有：

1) 產(chǎn)量低且遞減快。采用直井開發(fā)，油井基本無自然產(chǎn)能；采用水平井分段壓裂開發(fā)，初期日產(chǎn)油量6.7～16.3 t，遠低于北美Bakken油田水平井初始日產(chǎn)油量(96.0 t)；絕大多數(shù)油井無穩(wěn)產(chǎn)期，產(chǎn)量遞減趨勢符合雙曲遞減規(guī)律，初期遞減快，前6個月產(chǎn)油量遞減率達到32%～70%。

2) 投產(chǎn)初期含水。致密油儲層孔喉半徑細小，毛管力大，油水重力分異作用小，基質(zhì)孔隙中含水飽和度高，生產(chǎn)過程中油水同出。例如，紅河油田長8井投產(chǎn)即見水，該油田在裂縫相對發(fā)育區(qū)的油井投產(chǎn)初期含水率達30%，而在裂縫不發(fā)育區(qū)的油井投產(chǎn)初期含水率高達80%；勝利油田致密油油井初期含水率40%～60%。

3) 一次采收率低。通過數(shù)值模擬預(yù)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅河油田長8段致密油藏天然能量開發(fā)采收率平均為3.6%，其中非甜點區(qū)采收率2.3%，甜點區(qū)采收率6.0%；勝利樊154區(qū)塊濁積巖致密油藏采收率僅9.6%。

4) 能量補充難度大。由于天然裂縫和人工裂縫的存在，使致密油藏補充能量成為巨大挑戰(zhàn)。紅河油田長8段和長9段油層以及渭北長3段油層開展了注水、注氣先導(dǎo)試驗，水(氣)竄現(xiàn)象非常嚴(yán)重，能量補充效果差，增油效果不明顯。

5) 開發(fā)效益差。根據(jù)數(shù)值模擬預(yù)測，在油價為70美元/桶條件下，紅河油田致密油藏水平井開發(fā)的單井極限初期日產(chǎn)油量為13.8 t，極限累計產(chǎn)量要達到1.4×104t。從紅河油田目前的生產(chǎn)情況看，大部分水平井的初期日產(chǎn)油能力小于10.0 t，難以滿足目前低油價下經(jīng)濟效益開發(fā)的要求。

2 致密油開發(fā)面臨的機遇

2.1 致密油開發(fā)是我國石油供應(yīng)安全的戰(zhàn)略需求

當(dāng)今世界政治、經(jīng)濟格局深刻調(diào)整，能源供求關(guān)系深刻變化，能源仍是國際政治、金融、安全博弈的焦點。我國作為發(fā)展中的大國，隨著“新四化”深入推進和人民生活改善的需求，未來一個時期能源需求還會增長。據(jù)中國工程院研究報告，2020年、2030年我國進口原油量將分別達到3.5×108t和4.5×108t，對外依存度進一步加大，因此，我國高度重視能源供應(yīng)和能源安全。2014年4月，國務(wù)院總理李克強主持召開新一屆國家能源委員會首次會議，提出了以科學(xué)發(fā)展為主題，立足當(dāng)前、深謀遠慮、積極有為的能源發(fā)展方針，要立足國內(nèi)，著力增強能源供應(yīng)能力，促進頁巖氣、頁巖油、煤層氣、致密氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)。致密油作為非常規(guī)資源，國家積極推動開發(fā)建設(shè)。科技部把致密油勘探開發(fā)技術(shù)列為“十三五”油氣重大專項的攻關(guān)項目，以加強基礎(chǔ)研究、技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)扶持，為致密油規(guī)模效益開發(fā)提供科技攻關(guān)支持。

2.2 美國致密油的成功開發(fā)為我國提供了借鑒

成藏規(guī)律和儲集特征決定了致密油開發(fā)要經(jīng)歷長期攻關(guān)過程。美國Bakken油田自1953年發(fā)現(xiàn)以來，歷經(jīng)直井、未壓裂水平井、籠統(tǒng)壓裂水平井等開發(fā)試驗與實踐，直至2006年，水平井分段壓裂技術(shù)取得突破，Bakken油田才實現(xiàn)了整體規(guī)模開發(fā)。隨著Eagleford等致密油藏的規(guī)?；б骈_發(fā)，2010—2014年，美國致密油產(chǎn)量以每年增加40%以上的速度快速發(fā)展，2014年致密油產(chǎn)量達到2.7×108t，約占美國原油總產(chǎn)量的36%。致密油產(chǎn)量的增加降低了美國進口原油的需求，美國進口原油比例從2012年的40%降至2014年的32%，根據(jù)美國能源信息署的預(yù)測，未來5年該比例會進一步降低到25%。

從近幾年北美致密油開發(fā)成本變化情況來看，隨著技術(shù)進步和管理模式不斷創(chuàng)新，致密油開發(fā)成本呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。美國HESS公司[25-26]致密油水平井鉆井及壓裂時間從2011年的45 d降至2014年的22 d，縮短了51%，單井鉆井完井成本下降了45%。2015年，Hess公司對Bakken油田1 200余口生產(chǎn)井進行分析后認為，油價40～50美元/桶時公司仍可以盈利，并且即使未來5年油價持續(xù)低迷，也依舊可以維持生產(chǎn)。

北美致密油開發(fā)技術(shù)和經(jīng)驗做法給我國致密油開發(fā)提供了借鑒，只要堅持不斷的技術(shù)創(chuàng)新與工程技術(shù)集成，我國致密油開發(fā)的成本一定會大幅降低，定將進入大規(guī)模開發(fā)階段。

2.3 我國致密油開發(fā)已具備一定基礎(chǔ)，正處于開發(fā)技術(shù)快速發(fā)展階段

近幾年，通過引進吸收與自主研發(fā)，我國致密油開發(fā)技術(shù)持續(xù)發(fā)展，圍繞“提高產(chǎn)量”和“降低成本”兩大致密油工程技術(shù)核心目標(biāo)，在水平井鉆井完井、分段壓裂一體化設(shè)計、水平井優(yōu)快鉆井、水平井鉆井液、高效壓裂液、多段壓裂儲層改造等方面取得了突破性進展，初步形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的致密油開發(fā)工程技術(shù)體系。

圍繞提高單井產(chǎn)量，建立了以儲層、含油性等要素為核心的甜點表征體系與甜點評價標(biāo)準(zhǔn)，形成了致密油藏甜點篩選評價技術(shù)及流程，提高了“甜點”預(yù)測精度。針對甜點開發(fā)形成了三個方面的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：1)井位、井距、井網(wǎng)、開發(fā)方式等開發(fā)方案設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)對甜點區(qū)的有效開發(fā)； 2)基于井眼軌道、水平段長度的鉆井方案優(yōu)化設(shè)計，增大儲層接觸面積并實現(xiàn)儲層保護； 3)壓裂完井方案設(shè)計，增大改造體積、改善改造效果。針對低成本開發(fā)工程技術(shù)，通過對致密油藏開發(fā)整體設(shè)計與優(yōu)化、井工廠、優(yōu)快鉆井、個性化設(shè)計施工、推廣應(yīng)用國產(chǎn)化設(shè)備，大幅降低了致密油開發(fā)成本。勝利油田鹽227塊應(yīng)用“井工廠”作業(yè)模式34 d完成4個井組8井次、87段壓裂施工，壓裂施工周期縮短了50%。2014年紅河油田通過優(yōu)化鉆頭及動力鉆具組合，直井段應(yīng)用“PDC+螺桿+MWD”復(fù)合式鉆進方式的“一趟鉆”優(yōu)快鉆井技術(shù)，鉆井周期縮短至29.6 d、機械鉆速達到11.63 m/h，與2012年相比分別下降了47%、提高了50%。

同時，這些年來我國通過致密油開發(fā)技術(shù)研發(fā)與實踐，培養(yǎng)了一批專業(yè)化技術(shù)人才隊伍，目前正借助于國家重大專項、企業(yè)重點項目開展技術(shù)攻關(guān)研究，使我國致密油開發(fā)技術(shù)研究進入了快速發(fā)展階段。

3 我國致密油藏開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

3.1 致密油藏地質(zhì)條件復(fù)雜，開發(fā)難度大

與北美致密油藏相比，我國致密油藏地質(zhì)條件更加復(fù)雜，主要表現(xiàn)在以下5個方面：

一是致密油儲層埋藏深。我國致密油藏埋深為2 400～3 500 m，最深達7 000 m，而北美致密油藏埋深多在2 000 m以淺。

二是儲量豐度低。我國致密油藏儲量豐度多為(30～50)×104t/km2，占總儲量的比例為74%；儲量豐度高于100×104t/km2的儲量占總儲量的比例僅為12%。

三是儲層分布零散。已完鉆直井鉆遇致密油儲層的厚度統(tǒng)計結(jié)果表明，平均鉆遇油層厚度5～10 m的直井占45.9%，鉆遇油層厚度10～15 m的直井占24.4%，而北美致密油儲層厚度達幾十米，甚至上百米。

四是脆性礦物含量低，對工程技術(shù)要求更高。統(tǒng)計表明，渤海灣盆地和鄂爾多斯盆地的致密油藏巖石脆性礦物含量分別為47%和55%，比北美巴肯油田低30%～40%。

五是地層壓力低。紅河油田致密油層的地層壓力系數(shù)為0.8，渤海灣盆地致密油層的地層壓力系數(shù)約為1.0，而北美致密油層的地層壓力系數(shù)為1.2～1.8。

這些復(fù)雜的地質(zhì)條件，增加了我國致密油開發(fā)的難度，具體表現(xiàn)為砂泥巖交互地層的可鉆性差，鉆頭選型難度大，機械鉆速低；部分地層井壁穩(wěn)定性差，鉆井安全風(fēng)險大；套管完井儲層易污染，長水平段固井質(zhì)量難以保證；脆性礦物含量低、主次應(yīng)力差小，壓裂過程中不易形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。因此，需要注重研究增大致密油儲層的接觸面積以及改善致密油流動性的鉆井完井技術(shù)。

我國致密油藏的地層特點與北美致密油藏的巨大差異，決定了我國致密油藏開發(fā)不能照搬北美致密油藏的開發(fā)經(jīng)驗，開發(fā)技術(shù)主要存在以下問題：

一是尚沒有形成大幅度提高單井產(chǎn)能的開發(fā)技術(shù)。致密砂巖儲層主要儲集空間為微米-納米級孔隙，喉道更加細小(<1 μm)，致密油滲流需要更大的驅(qū)動力，原油“流不遠”和“流不動”問題非常突出，導(dǎo)致單井產(chǎn)能低。因此，在工程技術(shù)方面，需要進行大規(guī)模體積壓裂技術(shù)攻關(guān)，增大改造體積，大幅度提高水平井段內(nèi)動用儲量，同時能在遠井地帶形成有效裂縫，改善致密儲層滲流條件，縮短微孔隙中流體流入裂縫的距離，提高流體流速和產(chǎn)出量，從而提高單井產(chǎn)能。目前地質(zhì)工程技術(shù)整體優(yōu)化、油層保護、體積壓裂技術(shù)還不能滿足我國中低豐度儲量致密油開發(fā)的需要。

二是補充能量和大幅度提高采收率技術(shù)尚未形成。補充能量、提高采收率是提高致密油儲量開發(fā)利用程度、實現(xiàn)效益開發(fā)的主要手段，目前尚處于試驗階段。

3.3 在低油價下如何實現(xiàn)致密油的效益開發(fā)是當(dāng)前的主要困難

低油價給致密油開發(fā)提出了新的技術(shù)要求，低成本開發(fā)技術(shù)是實現(xiàn)致密油效益開發(fā)的關(guān)鍵。因此，需要發(fā)展低成本工程技術(shù)和作業(yè)模式，特別是要大幅度提高鉆井和壓裂效率。美國Bakken油田典型井垂深3 048 m(井深6 096 m)，2014年單井鉆井時間約22 d，而我國紅河油田典型井垂深約2 200 m(井深約3 200 m)，2014年單井鉆井時間約31 d；濟陽樊154區(qū)塊典型井垂深約2 850 m(井深約4 500 m)，2013年單井鉆井時間約80 d?？梢姡覈你@井效率與北美相比仍有很大差距。目前致密油開發(fā)技術(shù)尚不能完全滿足我國致密油多樣性的需要，需進一步加強技術(shù)的研發(fā)和集成，發(fā)展地質(zhì)導(dǎo)向、隨鉆測量、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等技術(shù)，進行鉆井液及壓裂液無害化處理與循環(huán)利用技術(shù)、耐溫耐壓壓裂工具以及超低密度支撐劑等的技術(shù)攻關(guān)研究。

4 致密油開發(fā)技術(shù)發(fā)展方向

抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，加快致密油開發(fā)應(yīng)加強以下攻關(guān)研究：

一是深化富集規(guī)律研究，有效描述甜點。要按照不同的油層類型進行儲層和裂縫研究，認識富集規(guī)律，加強巖石力學(xué)試驗、地應(yīng)力測試、測井評價及可壓性評價，確定甜點的影響因素，進一步發(fā)展甜點描述技術(shù)，應(yīng)用綜合地球物理等技術(shù)精確描述評價地質(zhì)甜點。

二是加強開發(fā)機理研究，指導(dǎo)優(yōu)化開發(fā)方案。深化致密油開發(fā)機理研究與表征，建立流動和產(chǎn)能預(yù)測模型，認識影響產(chǎn)能的主要因素，根據(jù)不同的甜點分布優(yōu)化開發(fā)方案設(shè)計，確定合理的井網(wǎng)、井距，使井網(wǎng)與天然裂縫和壓裂裂縫有效匹配，提高儲量的動用率，為補充能量提供條件。

2、為應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)攻擊建立互助機制和共享資源。全球任何一座核設(shè)施都可能受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，并可能會對全球核工業(yè)產(chǎn)生持久的影響。因此，需要相關(guān)各方合作，在全球范圍內(nèi)努力確保對嚴(yán)重網(wǎng)絡(luò)攻擊做出快速且有效的響應(yīng)，以便將此類攻擊的負面影響降至最低。

三是進一步發(fā)展致密油開發(fā)工程技術(shù)，提高單井產(chǎn)能。做好儲層保護，實現(xiàn)鉆井和壓裂的整體優(yōu)化，提升鉆井技術(shù)水平，深化對水平井分段壓裂機理的認識，實現(xiàn)有效體積壓裂，研究裂縫導(dǎo)流能力在高閉合條件下的影響因素及作用機制，加強裂縫監(jiān)測，攻關(guān)裂縫導(dǎo)流能力識別與表征技術(shù)，提高壓裂的成功率，開展老井重復(fù)壓裂，提高段間剩余油的動用程度。

四是加強致密油藏提高采收率技術(shù)攻關(guān)。研究降低致密油相滲流阻力、降低致密油相啟動壓力及降低致密油黏度的開發(fā)技術(shù)，解決致密孔隙原油流動問題，提高驅(qū)油效率；研究有效補充能量的開發(fā)方式，通過增大驅(qū)替壓差，提高基質(zhì)內(nèi)流體滲流能力，讓微孔隙中致密油能夠“流得動、流得出”。

五是創(chuàng)建致密油開發(fā)模式和管理模式。致密油開發(fā)不僅需要開發(fā)技術(shù)的突破，更是開發(fā)理念的革命。需要加強創(chuàng)新，技術(shù)成熟后，工程技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閲@提高效率、降低成本、消除浪費、增加價值的創(chuàng)新管理，通過采用信息化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化手段，提高效率、縮短施工時間，應(yīng)用井工廠、一體化設(shè)計等工程開發(fā)模式，這也是目前油價低迷期仍可繼續(xù)有效開發(fā)致密油的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語

我國擁有巨大的致密油資源潛力，正面臨前所未有的發(fā)展機遇，但因復(fù)雜特殊的地質(zhì)條件無法復(fù)制北美致密油成功開發(fā)模式?，F(xiàn)階段中國致密油勘探開發(fā)面臨著更多的挑戰(zhàn)，需要繼承大慶油田建設(shè)的“兩論起家” 精神，運用“矛盾論”、“實踐論”的辯證唯物主義觀點，分析、研究、解決致密油開發(fā)的問題，不斷加強基礎(chǔ)研究和科技攻關(guān)，千方百計降低成本，實現(xiàn)致密油規(guī)模效益開發(fā)，為將來我國致密油開發(fā)跨越式發(fā)展、保障國家能源安全做出貢獻。

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[編輯 陳會年]

Opportunities and Challenges for Sinopec to Develop Tight Oil Reservoirs

Li Yang

(ChinaPetroleum&ChemicalCorporation,Beijing，100029，China)

Tight oil resources are abundant in China, but they are only developed in small scale presently, understanding of the reservoir and engineering technologies are still at initial stage of development. On the basis of introducing the characteristics of tight oil reservoirs and Sinopec’s current development, the major challenges and opportunities for development of tight oil reservoirs were analyzed. It is indicated that main challenges in developing tight oil reservoir include complex geologic conditions, development technologies need to be improved, and the ways to develop tight oil reservoirs efficiently under the situation of low oil prices. Moreover, it is proposed in five aspects for developing tight oil reservoir in China, i.e. (1) identifying enrichment laws, (2) analyzing development mechanism, (3) further exploring the engineering technologies, (4) making more efforts in EOR technologies, and (5) establishing development and management modes, which will play an important part for efficient development of tight oil reservoirs, and keep national energy supply and security in China.

tight oil reservoirs; oil and gas development; engineering technology; technical challenge; development direction; Sinopec

2015-09-10。

李陽(1958—)，男，山東東平人，1982年畢業(yè)于華東石油學(xué)院石油地質(zhì)專業(yè)，2000年獲中國科學(xué)院沉積學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，中國工程院院士，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)、油氣田開發(fā)及提高采收率技術(shù)研究及相關(guān)管理工作。

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10.11911/syztjs.201505001

TE348

A

1001-0890(2015)05-0001-06

聯(lián)系方式：liyang@sinopec.com。