■ 敏 銳 趙 霞

開發(fā)致密油，我們來啦！

■ 敏 銳 趙 霞

致密油是一種非常規(guī)油氣資源。近年來，隨著水平井和體積壓裂技術(shù)取得突破性進(jìn)展，使致密油的勘探開發(fā)正逐漸成為現(xiàn)實(shí)。準(zhǔn)確認(rèn)識我國致密油形成的基本條件、基本特征及其分布規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)致密油的關(guān)鍵。

中國的致密油特征

中國致密油以陸相沉積為主，不同盆地致密油發(fā)育層位跨度大，在儲層類型、物性特征、巖石特性等方面，也存在較大差異。

中國致密油分布面積相對偏小。受陸相湖盆沉積特征影響，中國致密油烴源巖分布面積幾百至數(shù)萬平方千米不等，而北美威利斯頓盆地巴肯組海相頁巖分布面積達(dá)70000平方公里。但是，中國陸相致密油烴源巖厚度較大（大于30米），有機(jī)碳含量中-高（可達(dá)2%～10%），為致密油的形成提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)。

中國致密油的儲層類型多、物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)。中國致密油儲層巖石類型復(fù)雜多樣，包括致密砂巖、砂礫巖、灰?guī)r、白云巖、沉凝灰?guī)r及其過渡巖類。源儲組合關(guān)系多，以源內(nèi)致密油為主，源上、源下也均有發(fā)現(xiàn)。

致密油的儲集受沉積模式影響，源內(nèi)致密油含油飽和度普遍較高，例如鄂爾多斯盆地長7段含油飽和度65%～85%，新疆吉木薩爾蘆草溝組含油飽和度70%～95%。松遼盆地扶余油層是典型的源下致密油，含油飽和度普遍低于50%，生產(chǎn)井普遍油水同出。

致密油的儲層埋深相差較大。鄂爾多斯延長組、松遼盆地扶余油層埋深均在2000米左右，吉木薩爾蘆草溝組埋深約3000米，而華北盆地束鹿沙三段致密儲層埋深3500～4000米。

致密油儲層普遍具有壓力異常特征。中國致密油存在壓力異常，但沒有北美致密油明顯。中國陸相沉積盆地構(gòu)造活動較強(qiáng)，壓力系數(shù)變化較大，但以低壓－常壓為主，一般情況下壓力數(shù)為0.75～1.3，如鄂爾多斯盆地伊陜斜坡長6致密油層壓力系數(shù)0.75～0.85。致密油區(qū)形成超壓的現(xiàn)象主要源于儲層致密，保存條件較好，生成或者運(yùn)移進(jìn)來的石油難以散失，導(dǎo)致地層壓力增大，使得儲集空間內(nèi)的壓力難以釋放，從而形成異常高壓。

中國陸相致密油含油飽和度較高，普遍大于50%，最高達(dá)95%以上；受構(gòu)造穩(wěn)定性、烴源巖熱演化程度和較好的保存條件影響，致密油原油性質(zhì)普遍較好，且變化較大，原油為輕質(zhì)油。

中國的致密油怎么開發(fā)？

隨著三維地震、油藏精細(xì)描述、水平井開發(fā)、體積壓裂與監(jiān)測、“工廠化”作業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，特別是體積壓裂工藝的突破，國內(nèi)外致密油氣單井產(chǎn)量大幅攀升。一個油藏的成功開發(fā)，不僅要考慮初期單井產(chǎn)量，同時(shí)要兼顧持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)能力，提高最終采收率。

在中國鄂爾多斯盆地延長組、準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組、松遼盆地白堊系、四川盆地中、下侏羅統(tǒng)及柴達(dá)木盆地古近系等，均具備豐富的致密油資源潛力。立足于中國致密油的主要特征，結(jié)合近年來致密油勘探取得的成效，分析有效開發(fā)面臨的主要挑戰(zhàn)，探索致密油開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)方向，對我國致密油開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

目前，世界上致密油開發(fā)主要技術(shù)有以下幾種：

（1）注水開發(fā)。這種方式依據(jù)儲集層水敏、速敏、潤濕性及水驅(qū)油效率分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)注水開發(fā)方案。由吸水剖面測試和示蹤劑監(jiān)測結(jié)果可以推測，隨著累計(jì)注入水量的增加，儲集層微裂縫逐步開啟，注入水沿開啟的裂縫快速推進(jìn)，易于形成高滲透條帶，導(dǎo)致對應(yīng)的采油井水淹?？梢?，致密油積壓裂水平井注水開發(fā)見水風(fēng)險(xiǎn)大，不宜采用注水開發(fā)的方式。

鄂爾多斯盆地低滲透油藏開發(fā)的成功主要得益于基于超前注水理論的有效驅(qū)替壓力系統(tǒng)的建立。針對低滲透低壓油藏，由于存在啟動壓力梯度和應(yīng)力敏感效應(yīng)，在開發(fā)過程中滲流阻力增大、單井產(chǎn)量降低，遞減速度快，穩(wěn)產(chǎn)難度大，并降低最終采收率。運(yùn)用超前注水技術(shù)，使地層壓力水平上升，在采油井與注水井之間建立有效驅(qū)替壓力系統(tǒng)，可取得較好的開發(fā)效果，單井產(chǎn)量提高15%～20%。

（2）注水吞吐開發(fā)。注水吞吐采出的油量與巖石潤濕性緊密相關(guān)，實(shí)驗(yàn)證明不同潤濕性油藏實(shí)施注水吞吐采油均有效，油藏巖石親水性越強(qiáng)，越有利于實(shí)施注水吞吐采油。注水吞吐采油技術(shù)已經(jīng)在牛圈湖油田、頭臺油田和塔河油田等礦場實(shí)踐中初步取得成功。對于鄂爾多斯盆地致密油的異常低壓油藏，水平井體積壓裂施工中注入大量低黏滑溜水壓裂液，相當(dāng)于“吞吐”中的“吞水”過程，壓裂液首先起到了補(bǔ)充地層能量的作用。由于體積壓裂縫導(dǎo)流能力強(qiáng)，在較短的時(shí)間內(nèi)，在毛細(xì)管力的作用下，原油與注入水之間完成了滲吸置換作用。單井日產(chǎn)油量比吞吐前增加了78.3%，注水吞吐采油取得了初步效果。

（3）水平井規(guī)模重復(fù)“壓采”一體化開發(fā)技術(shù)。主要包括三方面內(nèi)涵：一是一次壓采，采用長水平段、多段簇、高排量、大液量的壓裂方式改善滲流條件，提高地層能量、提高單井及累計(jì)采油量，實(shí)現(xiàn)“一次采油”；二是重復(fù)壓采，在同一平臺井組，采用多井（同時(shí)或異時(shí)）更大規(guī)模的重復(fù)壓裂轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，進(jìn)一步延拓原有裂縫，形成新縫網(wǎng)系統(tǒng)，挖潛剩余油富集區(qū)，同時(shí)有效補(bǔ)充地層能量，提高儲量動用率，完成“二次采油”；三是技術(shù)一體化，即集“一體化”設(shè)計(jì)、“平臺式”鉆井、“規(guī)?；眽毫?、“重復(fù)式”改造、“控制式”采油、“集中式”地面建設(shè)等關(guān)鍵技術(shù)于一體的致密油開發(fā)模式。

目前，我國致密油開發(fā)成效初步顯現(xiàn)。鄂爾多斯盆地西233示范區(qū)水平井體積壓裂改造后試油產(chǎn)量均超過百方，安83叢式水平井工廠化壓裂試驗(yàn)區(qū)建成產(chǎn)能30萬噸，水平井單井平均日產(chǎn)量比直井提高了8倍；松遼盆地三個致密油試驗(yàn)區(qū)建成產(chǎn)能規(guī)模13.9萬噸，早期試采水平井單井累積產(chǎn)油已超萬方；吉林油田致密油區(qū)形成產(chǎn)能規(guī)模6.5萬噸，多段壓裂水平井日產(chǎn)油26～53噸，是直井的7倍以上；吉木薩爾凹陷水平井試油日產(chǎn)油71立方米，達(dá)到周圍直井產(chǎn)量的7倍。

挑戰(zhàn)依舊

中國陸相致密油突出的低孔、低滲、低壓、低豐度等特征，導(dǎo)致開發(fā)過程中產(chǎn)量低遞減快、能量補(bǔ)充困難、動用效果差，有效開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。一是微納米級孔喉特征，提高儲量有效動用率面臨挑戰(zhàn)。致密儲層孔喉細(xì)小，30%～50%的可動流體儲集于0.1～1.0微米的亞微米級孔喉中。由于儲層物性非常差，常規(guī)壓裂提高的孔隙連通程度有限，改造效果普遍不理想。長慶油田長7儲層常規(guī)壓裂技術(shù)試油獲工業(yè)油流井僅占40%左右，儲量難以有效動用。二是儲層低壓、低滲，提高單井產(chǎn)量面臨挑戰(zhàn)。地層壓力低、單井控制儲量低的共同影響下，天然能量十分有限，經(jīng)過初期的短期高產(chǎn)后，生產(chǎn)井普遍快速遞減；滲流阻力大導(dǎo)致致密油地層壓力傳導(dǎo)慢，生產(chǎn)上表現(xiàn)為長期低產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)特征，單井累積產(chǎn)油量低。三是如何補(bǔ)充地層能量，提高采收率面臨挑戰(zhàn)。致密儲層天然能量生產(chǎn)的采出程度一般低于10%，而大規(guī)模壓裂改造形成裂縫體系后，水驅(qū)開發(fā)注入水容易沿裂縫局部快速突進(jìn)，在生產(chǎn)井形成暴性水淹，基質(zhì)孔隙中原油難以有效動用。四是投資成本高，提高開發(fā)效益面臨挑戰(zhàn)。大慶油田松遼盆地致密油長水平井鉆井和體積壓裂的單井綜合費(fèi)用3～5千萬元，而基于目前設(shè)計(jì)水平井平均單井累積產(chǎn)量14800噸，單井總投資必須降到3千萬元以下才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效開發(fā)。準(zhǔn)噶爾、渤海灣、柴達(dá)木等盆地致密油埋藏深度大，長慶油田獨(dú)特的黃土塬地貌、水資源匱乏，松遼盆地扶余油層含油性差，受不同因素影響，有效降低致密油開發(fā)成本難度大。只有圍繞不同盆地致密油特征，創(chuàng)新發(fā)展個性化的低成本開發(fā)模式，才能實(shí)現(xiàn)致密油的有效開發(fā)。

為迎接挑戰(zhàn)，我國石油科技人員提出的“一體化”設(shè)計(jì)，是集成勘探、開發(fā)、工程、管理等各環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，通過勘探向后延伸、開發(fā)提前介入的方式，建立滿足油藏全生命周期評價(jià)需求的一體化交互式信息處理平臺，它遵循“逆向思維、正向?qū)嵤痹瓌t，根據(jù)實(shí)時(shí)動態(tài)變化的參數(shù)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化所有環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案?！耙惑w化”設(shè)計(jì)的內(nèi)涵主要包括兩點(diǎn)：一是“逆向思維”，基于勘探評價(jià)初步形成的“甜點(diǎn)”資源規(guī)模，從地表環(huán)境、地面建設(shè)與系統(tǒng)管理的優(yōu)化設(shè)計(jì)出發(fā)，對鉆井平臺數(shù)量、位置、規(guī)模提出要求，再基于鉆井平臺位置開展井型、井位、井身軌跡優(yōu)化，根據(jù)地應(yīng)力方向及裂縫特征進(jìn)行水平井方向、壓裂規(guī)模及井距優(yōu)化，完成開發(fā)井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；二是“正向?qū)嵤保鶕?jù)設(shè)計(jì)的開發(fā)井網(wǎng)方案，結(jié)合地質(zhì)認(rèn)識程度優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆井順序，實(shí)施后不斷根據(jù)新井資料及時(shí)修正地質(zhì)模型，并隨著監(jiān)測、試采、分析資料的補(bǔ)充完善，動態(tài)優(yōu)化調(diào)整井網(wǎng)井距、完井方式、采油及地面建設(shè)方案，直至實(shí)現(xiàn)油藏整體動用?！耙惑w化”設(shè)計(jì)的目標(biāo)是儲量整體動用、綜合開發(fā)效益最好。

“工廠化”作業(yè)與“集中式”地面建設(shè)是國內(nèi)外正在探討的有效開發(fā)致密油的技術(shù)工程，它是指在同一區(qū)域采用大平臺布井方式，集中部署一批井身結(jié)構(gòu)相似、完井方式相同的井，大量使用成熟的、標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)系列和標(biāo)配裝備，以流水線形式進(jìn)行鉆井、完井、壓裂、生產(chǎn)等作業(yè)的生產(chǎn)模式。“工廠化”作業(yè)以“平臺式”鉆井為基礎(chǔ)，以成熟的工程技術(shù)為手段，以大幅度提高作業(yè)效率為目標(biāo)，可顯著降低致密油鉆壓成本。我國“工廠化”作業(yè)尚處于工藝流程試驗(yàn)和裝備配套階段。長慶油田創(chuàng)新優(yōu)化形成多井交替壓裂作業(yè)技術(shù)，安83試驗(yàn)區(qū)水平井體積壓裂作業(yè)周期的作業(yè)效率提高一倍。“集中式”地面建設(shè)理想模式是指在一定的有效半徑內(nèi)，建設(shè)集壓裂水源供應(yīng)、壓裂液回收處理、原油集輸三位一體的聯(lián)合站，采用一套管網(wǎng)與各叢式水平井場相連，集輸管道在體積壓裂作業(yè)階段反輸壓裂用水，放噴和采油階段油水正向混輸，從而有效降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、安全環(huán)保、“綠色”開發(fā)。長慶油田設(shè)計(jì)了多水源井集中供應(yīng)的配套模式，有效解決了“工廠化”作業(yè)面臨的水資源匱乏問題。通過將壓裂供水、污水處理、原油集輸與處理等作業(yè)整體規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)、數(shù)字化地面管理，提高了運(yùn)營效率，減少了勞動強(qiáng)度。針對部分井場距離較遠(yuǎn)、建立水源集中供應(yīng)中心的難度大的情況，可采用小型撬裝壓裂液回收裝置、撬裝多功能高效集輸處理工藝等，實(shí)現(xiàn)單井場的集約化地面處理配套技術(shù)。

中國陸相致密油開發(fā)整體仍處于試驗(yàn)探索階段，與美國海相致密油的開發(fā)相比，面臨更大技術(shù)挑戰(zhàn)，大幅度降低開發(fā)成本、實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開發(fā)仍有很長的路要走。致密油開發(fā)必須以效益為中心，堅(jiān)持完善勘探、開發(fā)、工程、地面建設(shè)“一體化”的動態(tài)管理模式，通過油藏規(guī)模的整體設(shè)計(jì)、規(guī)模實(shí)施，實(shí)現(xiàn)單位動用儲量的投資成本有效降低，這就是我們開發(fā)致密油的目的。