瑪湖油區(qū)一體化高效開發(fā)模式實踐與應(yīng)用

李曉山 ，葉義平，王碩，李婷，顧開放

1.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依834000

2.中國石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依834000

引言

北美地區(qū)致密油成功開發(fā)和地質(zhì)理論發(fā)展，為國內(nèi)致密油規(guī)模效益開發(fā)帶來了生機[1-2]。北美致密油主產(chǎn)區(qū)Bakken、Eagle Ford 和Barnett 主體采用水平井+體積壓裂技術(shù)使得單井產(chǎn)量得到大幅提升，并通過一體化集成公關(guān)，采用長水平段、小井距、細分切割技術(shù)，鉆井成本大幅降低，單井產(chǎn)量大幅增加，使得低品位油藏得到效益開發(fā)[3]。

國內(nèi)油氣工作者受北美致密油先進開發(fā)技術(shù)理念的啟發(fā)，開始嘗試采用一體化的工作思路來破解“低品位資源效益建產(chǎn)”的難題，并取得了較好的開發(fā)效果。四川頁巖氣采用一體化的作業(yè)模式為南方海相山地頁巖氣高效開發(fā)做出了有益的探索[4]；塔里木油田采用一體化的作業(yè)模式實現(xiàn)了碳酸鹽巖增儲上產(chǎn)，取得良好規(guī)模效益[5-6]。實踐表明，一體化的作業(yè)模式是低品位資源效益建產(chǎn)的必由之路[7]。

瑪湖致密礫巖油藏儲層非均質(zhì)性較強、儲量豐度低、應(yīng)力狀態(tài)復雜。直井一般無自然產(chǎn)能，需要進行大規(guī)模體積改造，效益建產(chǎn)難度大。針對瑪湖地區(qū)復雜地質(zhì)特征，通過認真消化吸收國內(nèi)外致密油藏效益開發(fā)的成功做法，經(jīng)過前期的實踐和探索，形成了一體化高效開發(fā)模式，指導了瑪湖地區(qū)百萬噸級原油產(chǎn)能建設(shè)。

本文以勘探開發(fā)一體化為研究基礎(chǔ)，以地質(zhì)工程一體化為核心，以技術(shù)經(jīng)濟一體化為目的，以地面地下一體化和試驗建產(chǎn)一體化為保障，采用全生命周期一體化管理模式，加快勘探開發(fā)節(jié)奏，實現(xiàn)瑪湖地區(qū)規(guī)模效益建產(chǎn)。

1 一體化開發(fā)模式在瑪湖地區(qū)探索

瑪湖凹陷位于準噶爾盆地西北緣，西與西部隆起的山前斷裂帶相鄰，東與陸梁隆起相接，整體呈NE—SW 向展布，面積約7 300 km2，目前，已在平面上多個區(qū)域及縱向上10 個層系發(fā)現(xiàn)油藏，是準噶爾盆地近期增儲上產(chǎn)最現(xiàn)實的主戰(zhàn)場。主力層系百口泉組、上烏爾禾組巖性以致密礫巖為主，物性較差，油層孔隙度為8.84%～10.38%，氣測滲透率為1.44～5.48 mD，屬低孔、特低滲油藏[8-9]。直井產(chǎn)量低或無穩(wěn)產(chǎn)能力，需要大規(guī)模改造才能獲得工業(yè)油流，開發(fā)難度大[10]。

經(jīng)過前期開發(fā)探索，確定了“水平井+體積壓裂”為主的開發(fā)方式，水平井初期平均單井日產(chǎn)達20 t 以上，取得較好的開發(fā)效果。但與成功開發(fā)的北美地區(qū)及國內(nèi)致密油區(qū)塊相比，瑪湖地區(qū)實現(xiàn)效益開發(fā)還面臨以下3 個難題：（1）儲層的巖性復雜，儲量豐度低，隔夾層發(fā)育，有效動用難度大。儲層巖性以礫巖為主，包括砂巖、火山巖及頁巖，儲量豐度（14.7～47.1）×104t/km2，為特低豐度油藏。隔夾層較發(fā)育，一般1～5 m，儲層整體有效動用難度大。（2）儲層埋深跨度大，應(yīng)力狀態(tài)復雜，施工難度大。已發(fā)現(xiàn)油藏埋深1 500～4 230 m，平均3 600 m，壓力系數(shù)變化大（從凹陷邊部1.0 增加到中部的1.8），鉆井施工難度大。兩向應(yīng)力差較大，不易形成復雜人工縫網(wǎng)，閉合應(yīng)力高，對支撐劑強度提出較高要求[11-12]。（3）效益建產(chǎn)難度大。由于地質(zhì)情況復雜，對鉆采工藝要求較高，導致前期建產(chǎn)成本較高（單井投資超5000 萬元）。

復雜地質(zhì)背景使得瑪湖地區(qū)致密油藏產(chǎn)能建設(shè)存在較大的施工難度，加上產(chǎn)能建設(shè)初期鉆采配套工藝技術(shù)尚未成型，合理的壓裂施工方案尚需要探索，如何實現(xiàn)低品位油藏效益開發(fā)是目前亟待解決的難題。經(jīng)過長期實踐探索，形成了以勘探開發(fā)、地質(zhì)工程、技術(shù)經(jīng)濟、地面地下、試驗建產(chǎn)為核心的全生命周期一體化開發(fā)模式，大幅提高單井產(chǎn)量及效益，為瑪湖地區(qū)規(guī)模效益開發(fā)打下堅實基礎(chǔ)。

2 一體化開發(fā)模式在瑪湖地區(qū)實踐應(yīng)用

瑪湖地區(qū)目前已在平面及縱向10 套含油層系發(fā)現(xiàn)油藏，盆地滿凹含油的格局已經(jīng)形成。目前，百口泉組已呈現(xiàn)整體連片探明之勢，凹陷區(qū)“東、西百里油區(qū)”已見雛形，部分已探明區(qū)塊之間勘探程度較低，需要加強勘探開發(fā)一體化研究，實現(xiàn)平面整體連片探明，降低資源及產(chǎn)能不確定性風險。儲層非均質(zhì)性強，甜點識別難度大，需要采用地質(zhì)工程一體化方法，加強三維地質(zhì)模型與現(xiàn)場結(jié)合，使地質(zhì)模型及時更新并指導鉆井軌跡優(yōu)化，提高儲層鉆遇率。在甜點落實區(qū)，需要以效益建產(chǎn)為導向，采用技術(shù)經(jīng)濟一體化優(yōu)化方法，優(yōu)化井網(wǎng)井距設(shè)計及壓裂參數(shù)設(shè)計，達到提高單井產(chǎn)量、降低投資成本的目的。在建產(chǎn)的過程中，考慮地面地下一體化，通過統(tǒng)籌建產(chǎn)節(jié)奏，確保投資與系統(tǒng)效率最優(yōu)化。在產(chǎn)能規(guī)模建設(shè)同時，開展試驗建產(chǎn)一體化攻關(guān)研究，開展新工藝及提高采收率等相關(guān)試驗，進一步提高單井產(chǎn)量及效益。

2.1 穩(wěn)固推進勘探開發(fā)一體化，加快資源轉(zhuǎn)化

瑪湖地區(qū)油氣勘探始于20 世紀80 年代，雖較早地提出了“跳出斷裂帶，走向斜坡區(qū)”的勘探思路，但受傳統(tǒng)的勘探認識和低滲透儲層改造技術(shù)限制，早期勘探并沒有明顯的突破。隨著勘探層系向深部探索以及非常規(guī)儲層改造技術(shù)的跨越式進步，勘探家們對瑪湖地區(qū)系統(tǒng)地開展了整體研究與潛力評價，突破扇體沿盆緣分布、湖盆中心為細粒沉積的傳統(tǒng)認識，建立退覆式扇三角洲沉積模式[13-15]，勘探方向由源邊斷裂帶構(gòu)造逐步轉(zhuǎn)到源內(nèi)主體區(qū)。2012 年3月，Ma131 井百口泉組獲得重大突破，拉開了斜坡區(qū)油氣勘探的序幕。目前，已在百口泉組、上烏爾禾組開辟億噸級儲量規(guī)模，并逐漸向深部探索，瑪頁1 井高產(chǎn)試油，證實深層二疊系風城組頁巖具有廣闊的開發(fā)前景[16-18]。由于瑪湖地區(qū)油氣資源具有明顯分區(qū)分帶、施工季節(jié)性強等特點，傳統(tǒng)的勘探開發(fā)方式周期性長、難度大。為了加快資源轉(zhuǎn)化，落實儲量，采用勘探開發(fā)一體化模式，加快瑪湖地區(qū)原油上產(chǎn)。

2.1.1 勘探開發(fā)一體化理念

瑪湖地區(qū)勘探開發(fā)一體化融入“規(guī)劃”理念，為了滿足未來一段時間區(qū)塊原油上產(chǎn)目標，合理有效地規(guī)劃動用地下資源，根據(jù)勘探開發(fā)的難易程度，由淺及深、由易及難，科學制定分年探明規(guī)劃，實現(xiàn)資源有效接替，降低資源探明風險。根據(jù)資源落實程度，按照4 個層次開展工作，加快資源探明和建產(chǎn)節(jié)奏。（1）已探明儲量，整體規(guī)模建產(chǎn)。以百口泉組、上烏爾禾組為主體，兼顧縱向多層系潛力，平面上連片實施，整體規(guī)?？焖俳óa(chǎn)。（2）較落實資源，邊試驗邊建產(chǎn)。本著勘探、評價、開發(fā)并舉的原則，在落實程度較高的區(qū)塊開辟試驗區(qū)，在落實地質(zhì)特征同時，加快資源的探明程度。（3）待落實資源，加強資源評價，盡量提交效益儲量。（4）待發(fā)現(xiàn)資源，加快勘探節(jié)奏。勘探領(lǐng)域向凹陷中部及已探明區(qū)塊間的低勘探區(qū)轉(zhuǎn)移，積極探索探明區(qū)周緣空白區(qū)，加強中下二疊統(tǒng)整體研究，開辟深層頁巖油新領(lǐng)域。通過分年資源探明規(guī)劃，根據(jù)資源的落實程度實現(xiàn)有序的接替開發(fā)，建立分層系、分區(qū)帶資源互補機制，加快瑪湖地區(qū)勘探開發(fā)一體化進程。

2.1.2 勘探開發(fā)一體化做法

瑪湖地區(qū)勘探開發(fā)一體化是實現(xiàn)勘探與開發(fā)的有機結(jié)合[19]。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（1）開發(fā)早期介入，緊密跟蹤勘探動態(tài)。開發(fā)的早期進入對加深認識預測區(qū)的地質(zhì)規(guī)律及開發(fā)潛力具有重要的作用。當勘探成功進入評價階段后，產(chǎn)能建設(shè)與探明儲量同步進行。開發(fā)過程中秉持“整體部署、分批實施”的原則，在完成油氣生產(chǎn)的同時也加強資源的探明程度。（2）勘探向開發(fā)滲透，實施滾動勘探開發(fā)。依據(jù)開發(fā)區(qū)塊的最新地質(zhì)認識，充分認識區(qū)塊的油氣運聚規(guī)律，實施滾動勘探開發(fā)。MH1 井區(qū)上烏爾禾組采用勘探、評價、開發(fā)一體化應(yīng)用（圖1），按照“直井探邊控面、側(cè)鉆水平井提產(chǎn)、水平井組試驗同步進行”一體化工作思路，開展預探井、評價井、開發(fā)井部署，優(yōu)選資源落實程度相對較高地區(qū)試驗建產(chǎn)，把落實探明儲量和開發(fā)設(shè)計井位結(jié)合起來統(tǒng)一部署，在增加資源落實程度的同時，也加快油氣試驗建產(chǎn)。

圖1 MH1 井區(qū)勘探開發(fā)一體化施工Fig.1 Integrated construction of exploration and development in MH1 Well Area

2.2 強化實施地質(zhì)工程一體化，提高單井產(chǎn)量

為提高單井產(chǎn)量，實現(xiàn)高效開發(fā)，需要將地質(zhì)認識與工程實踐緊密結(jié)合，以地質(zhì)認識為基礎(chǔ)，以更好的服務(wù)于工程應(yīng)用為目的，通過一體化實施平臺，打破部門及學科壁壘，將不同部門、不同專業(yè)背景人員進行深度融合，真正實現(xiàn)一體化作業(yè)。地質(zhì)工程一體化以提高儲層鉆遇率為核心，以鉆壓優(yōu)化設(shè)計為手段，以提高單井產(chǎn)量為目的。由于地質(zhì)工程一體化在瑪湖地區(qū)油氣上產(chǎn)中具有決定性作用，新疆油田公司高度重視，形成一體化水平井設(shè)計及跟蹤優(yōu)化團隊，保障了水平井設(shè)計、實施、壓后評價各個環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系。

2.2.1 優(yōu)化精細三維地質(zhì)模型，提高儲層鉆遇率

前期生產(chǎn)實踐表明，水平井鉆遇率極大影響了單井產(chǎn)能，精細三維地質(zhì)模型指導下的地質(zhì)導向鉆井可有效提高鉆遇率和鉆井效率。由于瑪湖地區(qū)儲層巖性復雜，非均質(zhì)性較強，油層厚度較小（5～25 m），隔夾層發(fā)育，地質(zhì)甜點識別難度較大，在開發(fā)過程中對地質(zhì)模型的精度有更高的要求。在地質(zhì)工程一體化實施過程中，以測井資料為基礎(chǔ)，以地震屬性為約束，建立三維地質(zhì)模型，通過井震結(jié)合的方法反演儲層的巖性、巖相和厚度等參數(shù)。在鉆井施工過程中，正鉆井把握關(guān)鍵軌跡控制點，快速更新三維模型，利用修正后模型指導后續(xù)軌跡調(diào)控，完鉆井通過利用更新區(qū)域三維模型，優(yōu)化相鄰待鉆井軌跡設(shè)計，提高同區(qū)域后續(xù)水平井入靶準確度，減少水平段鉆進過程中的軌跡調(diào)整（圖2）。通過三維地質(zhì)模型快速更新指導水平井軌跡調(diào)控，將油層鉆遇率由73%提高到95%，取得了顯著效果。

圖2 三維地質(zhì)模型迭代更新示意圖Fig.2 Geological model iteration update schematic diagram

2.2.2 優(yōu)化方案設(shè)計，提高單井產(chǎn)能

綜合運用地震、測井、錄井、巖石力學計算等多種方法，建立孔隙度、滲透率、含油飽和度等地質(zhì)甜點屬性剖面以及楊氏模量、泊松比、脆性指數(shù)、水平最小主應(yīng)力等工程甜點屬性剖面。依據(jù)“好層多壓，差層少壓、按甜點品質(zhì)分級、按應(yīng)力平衡分簇”的設(shè)計原則，按照“一井一藏、井井不同”的設(shè)計思路，開展個性化壓裂設(shè)計。并采用“逆向設(shè)計、正向施工”，在地質(zhì)儲層及巖石力學基礎(chǔ)上開展套管變形、壓裂竄擾、井眼垮塌等現(xiàn)場工程問題研究，反饋鉆壓設(shè)計中存在的問題并優(yōu)化鉆壓設(shè)計，通過不斷反饋及優(yōu)化設(shè)計，確保壓裂施工效果及單井產(chǎn)量的不斷提高。

2.3 貫徹落實技術(shù)經(jīng)濟一體化，實現(xiàn)效益開發(fā)

瑪湖地區(qū)目前主體采用“水平井+體積壓裂”的開發(fā)方式，規(guī)劃投產(chǎn)水平井數(shù)占開發(fā)總井數(shù)的90%以上。由于國際油價低迷、建產(chǎn)成本高，目前正處于投資效益邊緣。對瑪湖地區(qū)2017—2018 年已投產(chǎn)近50 口水平井進行經(jīng)濟效益分析，部分水平井達不到效益建產(chǎn)要求。前期建產(chǎn)區(qū)塊埋藏淺，儲層物性相對較好尚且存在效益風險，后期深層物性較差的領(lǐng)域?qū)媾R更大的效益開發(fā)風險。由于非常規(guī)開發(fā)產(chǎn)能是新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)的主力，若不進行效益優(yōu)化，新疆油田公司將面臨巨大的經(jīng)濟壓力，因此，實施技術(shù)經(jīng)濟一體化迫在眉睫。

2.3.1 優(yōu)化水平井設(shè)計參數(shù)，實現(xiàn)效益最優(yōu)

水平段長、井距、壓裂簇間距等關(guān)鍵參數(shù)不僅影響生產(chǎn)效果也決定了投資效益。前期水平井生產(chǎn)實踐表明，水平段長度等設(shè)計參數(shù)與單井產(chǎn)量并非線性相關(guān)，即存在最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)在保障生產(chǎn)效果的同時使得效益最優(yōu)。需要在前期水平井生產(chǎn)規(guī)律及滲流規(guī)律基礎(chǔ)上，建立經(jīng)濟與產(chǎn)能的關(guān)聯(lián)方程（圖3）。以投資回報率最大化為目標，開展部署參數(shù)優(yōu)化研究，提出效益優(yōu)化解決方案[20]。

圖3 技術(shù)經(jīng)濟一體化流程圖Fig.3 Technical and economic integration flow chart

2.3.2 優(yōu)化方案設(shè)計，源頭控制投資

瑪湖地區(qū)水平井鉆井費用及壓裂費用占總投資的95%，因此，主要通過對鉆井及壓裂進行整體方案優(yōu)化，從源頭控制投資，實現(xiàn)降本增效。

鉆井投資優(yōu)化主要通過優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)、鉆井液材料、采用大井叢施工模式來實現(xiàn)鉆井成本大幅下降。在深層高壓區(qū)塊推廣小三開井深結(jié)構(gòu)，與常規(guī)三開井身結(jié)構(gòu)相比，單井節(jié)約費用約300 萬元。在保持鉆井液體系不變的情況下，優(yōu)化主劑及輔劑用量，并優(yōu)選國產(chǎn)韌性水泥替代進口彈性水泥材料，大幅降低鉆井成本。采用“大平臺、工廠化”的作業(yè)模式，實現(xiàn)鉆井液最大化重復利用，重復利用鉆井液占總用量的20%～30%，同時強化施工環(huán)節(jié)標準化建設(shè)，提高“工廠化”作業(yè)水平，縮短單井鉆井工期，降低投資費用。

壓裂投資優(yōu)化主要采取優(yōu)化壓裂材料、推廣可溶橋塞等措施。持續(xù)優(yōu)化壓裂液體系，大幅提高滑溜水比例至100%；優(yōu)化支撐劑類型，3 500 m 以淺采用全石英砂代替陶粒，3 500 m 以深采用部分石英砂替代陶粒，單井投資成本降低350～600 萬元；開展可溶橋塞現(xiàn)場試驗，節(jié)約作業(yè)時間及投資成本。

2.4 加快運行地面地下一體化，保障平穩(wěn)運行

按照“地面服從于地下，地下兼顧地面”的基本思路，進行地面工程建設(shè)。根據(jù)油氣產(chǎn)能建設(shè)規(guī)劃的要求，對瑪湖地區(qū)分區(qū)油、氣、液指標進行規(guī)劃，為地面水、點、路、訊設(shè)計提供依據(jù)，指導地面建設(shè)合理、高效運行。通過嚴謹?shù)慕M織管理，實現(xiàn)地面建設(shè)與勘探開發(fā)同步進行，具體做法體現(xiàn)在如下兩個方面：（1）開發(fā)框架方案與試驗方案先行，為地面環(huán)評與征地節(jié)約時間。開發(fā)框架方案提前至預探及評價階段，提前評估區(qū)塊的建產(chǎn)能力，做好地面建設(shè)策劃工作。開發(fā)方案編制提前半年以上，為環(huán)境評估及征地預留時間，保障地面建設(shè)能夠及時跟進勘探開發(fā)建設(shè)節(jié)奏。（2）建立地面地下一體化設(shè)計平臺。為提高工作效率，節(jié)省野外踏勘工作量，將地面復雜環(huán)境信息與地下地質(zhì)認識成果以可視化的方式疊合呈現(xiàn)（圖4），在井位設(shè)計過程中規(guī)避地面敏感信息，并運用移動終端進行井位現(xiàn)場驗證與微調(diào)，解決了設(shè)計井位一次落地的難題，提高了勘探開發(fā)井位研究與決策效率。

圖4 地面地下一體化分析圖Fig.4 Ground and underground integration analysis diagram

2.5 積極探索試驗建產(chǎn)一體化，實現(xiàn)高效開采

致密礫巖油藏無規(guī)模效益開發(fā)先例可循，全生命周期開發(fā)規(guī)律尚不掌握，現(xiàn)階段的開發(fā)技術(shù)雖已滿足效益開發(fā)基本要求，但仍存在進一步提升空間。特別是在進一步提升開發(fā)效益與采收率方面有待持續(xù)攻關(guān)。在規(guī)模上產(chǎn)過程中通過試驗建產(chǎn)一體化，開展相關(guān)試驗，同時為新技術(shù)迅速推廣保留空間，進一步提高開發(fā)質(zhì)量和效益。目前，已在瑪湖地區(qū)開展Ma131 小井距示范區(qū)，開展“長水平段、小井距、密切割、大平臺、工廠化”立體開發(fā)試驗，生產(chǎn)實踐表明，小井距具有采油速度高、采收率高的優(yōu)勢，但單井累計產(chǎn)量低，具有效益開發(fā)的風險。此外，在Ma131、M18 井區(qū)同步開展CO2吞吐、烴氣驅(qū)等提高采收率試驗，積極探索高效開發(fā)新模式。

3 瑪湖一體化開發(fā)實踐啟示

以非常規(guī)儲層改造理念為指導的“五個一體化”創(chuàng)新實踐，探索和積累了大型探區(qū)整體勘探開發(fā)實踐，可為大型復雜油氣田的快速效益建產(chǎn)優(yōu)化提供借鑒。（1）勘探開發(fā)一體化開發(fā)模式融入“規(guī)劃”理念，以分年資源探明規(guī)劃及產(chǎn)能建設(shè)規(guī)劃為指導，由淺及深、由易到難，逐步有序?qū)嵤?，使一體化實施有落腳點，增強可實施性。（2）地質(zhì)工程一體化模式以精確三維地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，以提高儲層鉆遇率為核心，以鉆完井及壓裂優(yōu)化設(shè)計為手段，以提高單井產(chǎn)量為目的，通過建立實時迭代更新油藏屬性、巖石力學屬性等三維地質(zhì)模型，持續(xù)開展儲層地質(zhì)認識、水平井鉆井軌跡調(diào)控、壓裂優(yōu)化設(shè)計與壓后綜合評價等項目研究，采用“逆向思維設(shè)計、正向施工”的思路，根據(jù)現(xiàn)場實施效果及時優(yōu)化鉆采設(shè)計方案，實現(xiàn)致密油儲層高效開發(fā)。（3）采用技術(shù)經(jīng)濟一體化開發(fā)模式在產(chǎn)能建設(shè)投資管控和提質(zhì)增效方面發(fā)揮了巨大作用。建立了不同類型油藏標準井全生命周期效益評價模型，根據(jù)現(xiàn)場實施情況修正效益評價學習曲線，并與國內(nèi)外進行效益對標研究，確保產(chǎn)量效益最優(yōu)。（4）采用全生命周期一體化管理的模式，實現(xiàn)從勘探評價、鉆采優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)控分階段管理，確保各環(huán)節(jié)無縫銜接，有效提高作業(yè)效率，達到提高單井產(chǎn)量和采收率、降低工程投資和運行成本的目的。