磨刀石中的“黑金”

■ 中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　李相方　李沛桓

磨刀石中的“黑金”

■ 中國(guó)石油大學(xué)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李相方李沛桓

石油業(yè)界人士常把致密儲(chǔ)層形容為“磨刀石”，而從致密儲(chǔ)層產(chǎn)出的石油稱為“黑色金子”。在20世紀(jì)，從“磨刀石”樣的致密儲(chǔ)層產(chǎn)出石油，連業(yè)界人士也感到這是一件“賠本賺吆喝”的事情，因此，世界范圍致密油藏開發(fā)一直起色不大。

但自從2006年后，由于科學(xué)技術(shù)及裝備的進(jìn)步等原因，美國(guó)致密油產(chǎn)量在世界率先大幅度攀升，截止2015年，其總產(chǎn)量已經(jīng)占石油總產(chǎn)量的15%。我國(guó)首先學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并引進(jìn)裝備，自從2012年以來(lái)，致密油產(chǎn)量也顯著提高。至此，從“磨刀石”中的儲(chǔ)層中產(chǎn)出“黑色金子”（簡(jiǎn)稱“黑金”）也已變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并具有非?？捎^的發(fā)展前景。

致密油及其家族成員定義及分類

根據(jù)我國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以將石油儲(chǔ)層分為特高滲透、高滲透、中滲透、低滲透、特低滲透、超低滲透儲(chǔ)層與致密儲(chǔ)層。在石油天然氣行業(yè)中，通常應(yīng)用“md”（毫達(dá)西）來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的滲透性高低。而所謂滲透率就是油從巖石孔隙中流到井眼內(nèi)的能力，md是衡量滲流能力的單位。

表1　油藏儲(chǔ)層滲透率分類表

由表1可以看出，致密油藏滲透率相對(duì)高滲油藏低得多。因此致密儲(chǔ)層滲流能力弱，原油從巖石孔隙流到井眼的過(guò)程較中高滲儲(chǔ)層困難的多。

除此之外，還常用地層巖石中賦存的孔隙尺寸來(lái)表征其滲透性。

由圖1可以看出：a與b圖作為非常規(guī)油藏儲(chǔ)層尺度非常小，石油流出極其困難；c與d圖作為常規(guī)油藏儲(chǔ)層尺度相對(duì)較大，石油流出相對(duì)容易。

圖1　非常規(guī)和常規(guī)儲(chǔ)層巖石孔隙特征圖

致密油及其家族成員資源分布

根據(jù) USGS、IEA、BP等機(jī)構(gòu)公報(bào)的數(shù)據(jù)，全球常規(guī)石油可采資源總量為4879億噸，中東1974億噸，占40%；俄羅斯768億噸，占16%；北美662億噸，占14%；拉丁美洲520億噸，占11%；4大區(qū)占全球可采資源總量的81%；此外，非洲、亞太、歐洲分別占比為9%、6%、4%。

全球致密油、重油、油頁(yè)巖油主要分布于南美和中東地區(qū)；天然瀝青（或稱油砂）主要分布在加拿大阿爾伯達(dá)??；而致密油在美國(guó)、俄羅斯和亞太地區(qū)最發(fā)育；油頁(yè)巖可采資源量主要分布在美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)。非常規(guī)資源中，北美、南美占比最大，分別占到50%和23%，其次是亞洲和俄羅斯分別占9%和7%，非洲占5%，而常規(guī)資源儲(chǔ)量豐富的中東僅占4%，歐洲最少為2%。

表2　全球致密油地質(zhì)儲(chǔ)量與技術(shù)可采儲(chǔ)量分布

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)甚至全世界上好儲(chǔ)層的油氣資源越來(lái)越少，容易開采的油氣也呈下降趨勢(shì)。所以非常規(guī)油氣資源潛力巨大，其儲(chǔ)量應(yīng)該遠(yuǎn)大于常規(guī)油氣。2008年全球非常規(guī)石油資源規(guī)模已與常規(guī)石油資源基本相當(dāng)，非常規(guī)石油產(chǎn)量快速上升，2010年，我國(guó)非常規(guī)油氣探明儲(chǔ)量已占新增探明儲(chǔ)量的75%，成為儲(chǔ)量增長(zhǎng)的主體。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球致密油資源總儲(chǔ)量為9690億噸，技術(shù)可采儲(chǔ)量為480億噸，平均采收率為4.96%，其中，2/3以上的致密油資源集中于俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)、利比亞、阿根廷、澳大利亞6個(gè)國(guó)家。

美國(guó)致密油開發(fā)歷程

美國(guó)的致密油發(fā)展歷程大致可以劃分為緩慢發(fā)展、高速發(fā)展和繼續(xù)發(fā)展三個(gè)階段。

緩慢發(fā)展階段（2000-2005）

由于開采技術(shù)不成熟，致密油生產(chǎn)很低，該階段主要開展理論研究與技術(shù)儲(chǔ)備。

高速發(fā)展階段（ 2006-2014）

（1）將頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)及裝備應(yīng)用到致密油開發(fā)領(lǐng)域

21世紀(jì)初，美國(guó)率先在頁(yè)巖油氣開發(fā)方面投入巨資，技術(shù)裝備水平進(jìn)一步提升，配套更加完善，致密油的開發(fā)有了巨大進(jìn)展。而致密油開發(fā)借鑒“頁(yè)巖氣開發(fā)長(zhǎng)水平井段鉆完井技術(shù)及大型多段水平井壓裂技術(shù)”，則起到了關(guān)鍵作用。至此，揭開了致密油藏商業(yè)開發(fā)的序幕，使美國(guó)逐漸走上了能源獨(dú)立的道路。

（2）開發(fā)常規(guī)油藏中的特低滲與非常規(guī)油藏的致密油手段差異性

常規(guī)油藏中高滲儲(chǔ)層開發(fā)不需要進(jìn)行儲(chǔ)層的壓裂，其低滲雖然也需要進(jìn)行壓裂生產(chǎn)，但是壓裂總體規(guī)模較小、開發(fā)成本較低、產(chǎn)量較高。由于致密油藏具有極低的滲透率，因此即使采用比低滲油藏再大一些的壓裂規(guī)模，其產(chǎn)量也很小，所以該類油藏發(fā)展較慢。

圖2　典型低滲油藏水平井水平段及其壓裂生產(chǎn)示意圖

圖3　典型致密油藏水平井水平段及其壓裂生產(chǎn)示意圖

圖2與圖3中L是水平段長(zhǎng)度，△H為兩條壓裂裂縫間距。

表3　低滲油藏與致密油藏水平井及壓裂數(shù)據(jù)對(duì)比表

從表3中可以看出，致密油藏比低滲油藏水平段長(zhǎng)得多、壓裂裂縫間距小得多、總的裂縫條數(shù)多得多，以及從儲(chǔ)層向水平井眼產(chǎn)油面積大得多。這些都是得益于水平井與壓裂技術(shù)及裝備的發(fā)展。

（3）精細(xì)篩選出一批具有經(jīng)濟(jì)效益的致密油藏

在進(jìn)行大量技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性研究基礎(chǔ)上，形成了篩選致密油藏開發(fā)的幾個(gè)條件：①儲(chǔ)層中存在裂縫，而微裂縫較發(fā)育使得滲透率較高；②致密油藏中氣油比較高，油藏開發(fā)彈性能量較大；③油藏壓力系數(shù)較高，儲(chǔ)層開發(fā)能量較大；④油藏儲(chǔ)層中油的黏度較低，容易流動(dòng)；⑤油藏儲(chǔ)層連續(xù)性及連通性較好，便于水平井及多段壓裂生產(chǎn)；⑥儲(chǔ)層厚度較大儲(chǔ)層豐度較好。

（4）致密油藏開發(fā)彰顯出良好的經(jīng)濟(jì)性與技術(shù)可行性

借鑒頁(yè)巖氣開發(fā)技術(shù)，致密油開采取得成功。巴肯和伊格爾福特是美國(guó)致密油產(chǎn)量最大的2個(gè)頁(yè)巖區(qū)帶，2013年平均日產(chǎn)量均超過(guò)1.1萬(wàn)噸，年產(chǎn)量分別占美國(guó)致密油總產(chǎn)量的29%和39%，主要依靠的是大型水力壓裂技術(shù)。

繼續(xù)發(fā)展階段（2015——）

從2015年初至今，油價(jià)一直處于低位，顯著影響了致密油藏的開發(fā)。而油氣田的開發(fā)不僅受技術(shù)的影響，也受政治、經(jīng)濟(jì)因素的影響。但在這一重要的時(shí)間階段，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，正是致密油發(fā)展的有利時(shí)機(jī)，期待著致密油大發(fā)展時(shí)期的到來(lái)。

國(guó)內(nèi)致密油開發(fā)現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)致密油藏探明儲(chǔ)量規(guī)模較大，致密油資源豐富，資源量超過(guò)100億噸，陸上油田致密油開發(fā)取得重大進(jìn)展。截至目前，共有676口試驗(yàn)井，投產(chǎn)133口，試驗(yàn)階段日均產(chǎn)油都在100立方米以上。

截至2012年7月，中國(guó)石化致密油藏共實(shí)施分段壓裂水平井超過(guò)150口，壓裂后前3個(gè)月平均單井產(chǎn)油量為12.1噸/天，目前平均單井產(chǎn)油量為5.6噸/天；實(shí)施井主要分布在勝利、華北及東北油區(qū)。中石油吉林、長(zhǎng)慶油田低滲透儲(chǔ)量在總的探明地質(zhì)儲(chǔ)量中所占比例分別為73.2%和85.5%，極具開發(fā)潛力，因此應(yīng)借鑒巴肯開發(fā)致密油藏的技術(shù)，開展長(zhǎng)水平井、多段壓裂開發(fā)新技術(shù)研發(fā)和試驗(yàn)，提高致密油藏的動(dòng)用程度。

目前業(yè)界一致認(rèn)為，我國(guó)早已開始了致密油的生產(chǎn)，并形成相當(dāng)?shù)囊?guī)模。考慮到近年多數(shù)老油氣田都加大了對(duì)深層、對(duì)老地層的開發(fā)力度，因此我國(guó)有望成為僅次于美國(guó)的致密油生產(chǎn)大國(guó)。

我國(guó)致密油藏勘探開發(fā)雖然在長(zhǎng)水平井鉆井及大型壓裂方面已經(jīng)具有較高的水平，但由于我國(guó)地質(zhì)環(huán)境及條件相對(duì)美國(guó)差很多，且開發(fā)歷程太短，因此還需要對(duì)適合經(jīng)濟(jì)開發(fā)的致密油藏進(jìn)行評(píng)價(jià)與篩選。

目前我國(guó)一些致密油藏開發(fā)特點(diǎn)及不足之處主要有以下幾點(diǎn)：①與美國(guó)微裂縫較發(fā)育相比，我國(guó)的儲(chǔ)層微裂縫不太發(fā)育；②致密油藏中氣油比較低，油藏開發(fā)彈性能量不足；③油藏儲(chǔ)層壓力系數(shù)較低，油的黏度較高；④儲(chǔ)層連續(xù)性及連通性較差，儲(chǔ)層隔夾層較多。

致密油開發(fā)前景

全球范圍內(nèi)來(lái)看，致密油資源極其豐富，資源總儲(chǔ)量為9690億噸。另外，經(jīng)過(guò)多年不懈的努力，長(zhǎng)水平井段鉆完井技術(shù)及大型多段水平井壓裂技術(shù)也在不斷發(fā)展，也使致密油資源的商業(yè)開發(fā)愈發(fā)成熟。

初步預(yù)測(cè)中國(guó)陸上主要盆地致密油分布面積達(dá)50萬(wàn)平方公里，地質(zhì)資源量大約200億噸，技術(shù)可采資源量為20～25億噸，此外，致密油勘探也不斷取得新的突破，每年提交的探明地質(zhì)儲(chǔ)量中，致密儲(chǔ)集層油的比例分別從不到10%提高到近60%。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)石油的需求將會(huì)越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)老油田原油穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)面臨很大難度，而致密油的商業(yè)開發(fā)也將源源不斷的滿足人們對(duì)“黑金”的強(qiáng)烈需求，因此致密油具有非常廣闊的發(fā)展前景。

致密油開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

由于致密油儲(chǔ)層具有喉道復(fù)雜、粒度小的特點(diǎn)，現(xiàn)有的理論和技術(shù)依然無(wú)法支持致密油大規(guī)模的商業(yè)開發(fā)。制約致密油發(fā)展的因素主要有以下4個(gè)方面：

（1）致密油藏儲(chǔ)層致密性仍然是開發(fā)成本高、難度大的因素，具有挑戰(zhàn)性；

（2）技術(shù)與裝備的進(jìn)步也具有時(shí)代特征，這依靠整個(gè)工業(yè)界的整體進(jìn)步；

（3）資源量巨大的致密油藏也存在致密程度差異很大、不同黏度及重度的油的流動(dòng)性差異很大、儲(chǔ)層的平面上與縱向上孔隙分布差異大等都會(huì)帶來(lái)更大的開發(fā)挑戰(zhàn)；

（4）新能源的快速發(fā)展也對(duì)致密油藏的開發(fā)產(chǎn)生了較大的影響。

在20世紀(jì)末，致密油商業(yè)開發(fā)還是很遙遠(yuǎn)的事情，但到21世紀(jì)初就迎來(lái)了其開發(fā)的春天。盡管目前致密油開發(fā)由于受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及政治的影響，還面臨許多艱難險(xiǎn)阻，但我們完全有理由相信，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及人類認(rèn)識(shí)的持續(xù)提高，將會(huì)實(shí)現(xiàn)致密油藏的高效開發(fā)，致密油在石油大家族中也將占據(jù)更加重要的地位。