中国陆相致密油发展与开采技术

中国陆相致密油发展与开采技术

摘要：中国致密油以陆相沉积为主，分布面积偏小、物性差，不同盆地致密油地质特征差别较大，但低孔、低渗、低压特征突出，与海相沉积致密油存在较大差异，有效开发面临产量低、采收率低、效益差等多方面的挑战。在近3 年技术攻关和现场试验取得认识的基础上，为实现致密油的规模效益开发，提出了以水平井规模重复“压采”开发为主导技术的一体化开发模式，主要包括“一体化”设计、“平台式”长水平井钻井、“规模化”体积压裂、“重复式”改造、“控制式”采油、“工厂化”作业、“集中式”地面建设等关键技术。我国的非常规油气勘探开发还处于探索阶段，形成大规模效益还有很长的路要走。

关键词：储层；陆相致密油；关键技术；压裂

0 引言

世界上低渗透油田资源十分丰富，分布广泛，各产油国基本上都有该类油田。 随着开采时间的延长，小而复杂的低渗透油田的比例越来越大。所以致密油气藏是21世纪最有希望而又最现实的重要油气勘探领域。

因此，致密油气藏开发技术的研究对我国以后勘探开发致密油气藏具有重要的理论和现实意义。

1 国内外现状和发展趋势

近几年来，非常规连续型油气聚集理论的发展，致密储层中纳米孔喉系统的重大发现，为非常规致密灰岩油气的快速发展提供了科学依据。为今后非常规油气资源的勘探和开发奠定了十分重要的理论基础。与此同时，致密砂岩气在全球范围内得到了快速发展。据统计，2009年，全球致密砂岩气产量已达4320亿立方米左右，占全球天然气年产量的14%，已成为全球天然气勘探开发的重要领域之一。其中，美国致密气产量于2010年达到了1754亿立方米，约占其天然气总产量的30%。 致密油的表现也十分抢眼。2000年，美国威利斯顿盆地巴肯致密油开发取得突破后（图1），日产量达到7000吨。8年后，借鉴页岩气开发的思路和技术，巴肯致密油实现规模开发，并一举成为当年全球十大发现之一，致密油也因此被西方媒体誉为“黑金”。这两年，由于油价较高、气价较低，北美地区小公司对致密油的热情甚至超过了页岩气，是继页岩气突破后的又一热点区域。

（图1）威利斯顿盆地巴肯组分布图

我国在上世纪70年代就加入了世界勘探致密油气的行列，并在这个领域不断取得进展。目前，已形成了鄂尔多斯盆地苏里格、四川盆地川中须家河组两个致密砂岩大气区，其中苏里格2010年产量超过了100亿立方米。致密油也在鄂尔多斯盆地华庆地区延长组、四川盆地侏罗系等获得工业性发现。

在非常规油气开发技术中最关键也最通用的是水平井技术和压裂两大套技术系列。中国致密油气开发的成功表明在这些方面已达到国际先进水平，其一些通用设备和材料(如压裂液中作为不可或缺的支撑剂陶粒)已在国际市场上占有相当的份额。这就为同样为非常规、同样是低孔渗、低产储层的煤层气、页岩油气的勘探开发奠了基础。这是我们分析中国这类资源开发的一个重要的出发点。

2 致密油勘探开发进展

经过近3 年的稳步推进，中国陆相致密油地质评价方法已经基本成熟，在储集层类型、源储关系、甜点主控因素及致密油聚集类型等方面已形成较系统的认识，致密油勘探取得重要突破。在鄂尔多斯盆地长7段、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组以及松辽盆地扶余和高台子油层，目前已初步控制+预测储量数十亿吨，落实控制储量超过6×108 t，在三塘湖盆地、华北、辽河、大港也均发现了亿吨级的有利区。致密油勘探开发技术攻关取得重要进展，创新完善了4 项配套关键技术：①建立了多参数岩石物理图版为基础的致密油储集层地震预测技术，形成了地质甜点、工程甜点、经济甜点综合评价的致密油“甜点区”优选技术，为致密油勘探开发选准靶区、平台式丛式水平井部署奠定基础。②建立了以测井新技术为主体的“七性关系”评价方法体系，为水平井钻井选层、井眼轨迹和压裂造缝设计提供依据。③形成了长水平井优快钻井和水泥浆体系等技术系列，为提高水平井油层钻遇率、安全快速钻进提供有效支撑。④形成了水力喷砂、水力泵送桥塞、裸眼封隔器滑套等多项水平井分段体积压裂主体技术，压裂优化设计、压裂液体系研发取得创新进展，实现了“千方砂、万方液”的大规模体积改造。致密油开发成效初显。鄂尔多斯盆地西233 示范区水平井体积压裂改造后试油产量均超过100 m3/d，安83 丛式水平井工厂化压裂试验区建成产能30×104 t，水平井单井平均日产量比直井提高了8 倍；松辽盆地3个致密油试验区建成产能规模13.9×104

t，早期试采水平井单井累计产油已超10 000 m3；吉林油田致密油区形成产能规模6.5×104

t，多段压裂水平井日产油26～53 t，是直井的7 倍以上；吉木萨尔凹陷水平井试油日产油71 m3，达到周围直井产量的7 倍。

3 致密油主要地质特征

中国致密油主要以陆相沉积为主，不同盆地致密油发育层位跨度大，在储集层类型、物性特征、岩石特征等方面，也存在较大差异。（表1）

表1 中国陆相盆地典型致密油储集层成因类型 3.1 陆相致密油六大基本特征

第一，烃源岩有机碳含量中—高，厚度较大，分布面积较小。中国致密油烃源岩具有陆相湖盆沉积的典型特征，TOC 主要为 2%～10%，厚度大于 30m，面积几百至数万平方千米。准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组烃源岩厚 50～150m，TOC 为 2%～15%，分布面积约1200km2；松辽盆地青山口组烃源岩厚30～90m，TOC 为 3%～9%，分布面积约 6×104km2。而北美威利斯顿盆地巴肯组海相页岩厚 5～12m，TOC 为 10%～14%，分布面积为 7×104km2。

第二，储层类型多、物性差。中国致密油储层岩石类型复杂多样，储层总体致密。油层岩性包括砂岩、砂砾岩、石灰岩、白云岩、沉凝灰岩及其过渡岩类等，平均孔隙度一般小于

10%，平均渗透率小于0.2mD。相比而言，北美致密油储层岩性较单一、物性好，油层岩性以砂岩为主，其次是碳酸盐岩，孔隙度为 10%～13%，渗透率为 <0.01～1.0mD。

第三，分布范围相对较小、累计厚度大、“甜点”富集。北美致密油分布范围较大，厚度相对较小。北美巴肯组中段 2a 致密油单层厚度 0.5～15m，分布面积 7×104km2；Eagle

Ford 致密油层厚 40～60m，分布面积 4×104km2。中国鄂尔多斯盆地长 7 段致密油单砂体厚10～15m（图2），分布面积达1.15×104km2，甜点面积 1400km2；准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油层厚 40～70m（图 3），分布面积980km2，甜点面积 486km2。

图 2 鄂尔多斯盆地华庆地区过里 149—白 117—庄 65 井油藏剖面图

图 3 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组过吉 25—吉 174—吉 28 井油藏剖面图

第四，含油饱和度高、原油性质变化大。含油饱和度普遍大于 50%，最高达 95% 以上，原油密度一般为 0.75～0.90g/cm3。长 7 段含油饱和度 65%～85%，原油密度 0.7～0.85g/cm3；吉木萨尔芦草沟组含油 饱 和 度 70%～95%， 原 油 密 度 0.8～0.9g/cm3。北美致密油含油饱和度通常 60%～90%，原油密度0.81～0.87g/cm3。

第五，压力异常不明显。我国陆相致密油以低压—常压为主，压力系数介于 0.7～1.3，除鄂尔多斯盆地异常低压外，其他普遍存以常压和弱高压为主。而北美致密油具有异常高压，压力系数为 1.35～1.8。

第六，改造初期产量高、递减快。国内外致密油开发实例表明，单井生产曲线呈“L”型特征，初始产量高，下降迅速，稳产周期长。北美致密油单井初期产量 20～45m3/d，9～12 个月后进入稳定低递减阶段，产量 2～5m3/d（图4）。我国三塘湖盆地马55 井，初期日产 22.6m3，1 个月后迅速进入低递减稳产阶段，产量 1～3m3/d（图5）。

图 4 北美加拿大典型致密油井生产曲线 (Divestco)

图 5 三塘湖盆地马 55 井试油与试采曲线图

3.2 四大要素控制陆相致密油形成及分布

中国致密油的形成与分布反映陆相湖盆的典型特征，具体表现为陆相湖盆稳定宽缓的凹陷—斜坡区是致密油形成的背景；优质烃源岩是形成规模致密油的基础，凹陷—洼槽有效烃源岩控制了致密油分布；多类型致密储层大面积分布，局部发育甜点，形成富集区；源储紧邻与近源运移形成源上、源下、源内多类型致密油。

第一，陆相湖盆稳定宽缓的凹陷—斜坡区是致密油形成的背景。稳定宽缓的构造背景利于优质烃源岩、致密储层，以及直接区域盖层发育。鄂尔多斯盆地三叠系延长组原型盆地，发育于古生界克拉通基底之上，构造活动微弱，斜坡—凹陷区地层平缓，坡度小于2.5°，利于烃源岩、区域盖层和重力流砂体及深水席状砂体大面积叠置发育，砂体面积达 3×104km2

。吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组湖相沉积，地层稳定展布，地层倾角 3°～5°（图 6），横向连续性好，断裂不发育，形成致密储层满凹分布，厚度大于 20m 的储层分布面积为 870km2 ，占凹陷面积的 70%。

图 5 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷东西、南北向地震剖面格架图

第二，陆相优质烃源岩是形成规模致密油的基础，凹陷—洼槽有效烃源岩控制了致密油分布。首先，优质烃源岩具有烃源岩质量好、热演化适度与生烃总量大等特征，为致密油的形成奠定了资源基础。在鄂尔多斯盆地长 7 段，泥页岩分布面积约 5×104km2，生烃强度达（400～800）×104t/km2；在松辽盆地青山口组，泥岩分布面积约 6.2×104km2，生烃强度达（400～1200）×104t/km2。其次，凹陷—洼槽有效烃源岩控制了致密油分布。有效烃源岩具有高丰度、高生烃潜力和高排烃效率，以及源储一体、生烃增压、短距离运聚成藏等特征，这些特征表明有效烃源岩的分布对致密油起着重要的控制作用。通常，富有机质

页岩有机质丰度是泥岩的 5～8 倍，高有机碳含量的页岩排烃率一般大于 80%，因此，优质烃源岩严格控制了致密油的分布。长 7 段有效泥页岩烃源岩（分布面积 3×104km2）控制了长 63—长 7 段约 1×104km2的致密油分布；吉木萨尔凹陷芦草沟组有效烃源岩（分布面积1200km2）控制了近1000km2的致密油的分布。

第三陆相多类型致密储层大面积分布，局部发育甜点，形成富集区。首先，在宽缓的凹陷与斜坡地区，相带宽、发育稳定，有利于形成大面积致密储层。由于陆相沉积环境变化、岩石类型分异、成岩演化作用和构造改造程度差异等原因，导致储层类型复杂多样、分布面积大、非均质性强。鄂尔多斯盆地长 81段致密粉细砂岩储层分布面积约（3～5）×104km2，