李朝霞，王 健，劉 偉，徐向華，陳煥杰

(中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

受頁巖氣革命的影響，美國把頁巖氣開發(fā)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)引入了致密油資源開發(fā)，在威林斯頓盆地巴肯組( Bakken) 率先取得成功，并不斷向其他地區(qū)擴(kuò)展。目前美國是全球致密油勘探開發(fā)最成功的地區(qū)，2012年美國頁巖油產(chǎn)量為210萬桶/日，占其石油總產(chǎn)量的24%。正是由于致密油產(chǎn)量的大幅增長，使美國扭轉(zhuǎn)了連續(xù)二十多年石油產(chǎn)量下滑的頹勢[1]。

加拿大與美國具有相似的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)背景，其致密油資源也較為豐富，主要分布在西加拿大沉積盆地(以下簡稱西加盆地)。致密油開發(fā)技術(shù)的日益成熟、開發(fā)成本的逐漸降低、國際油價的持續(xù)高位和加拿大良好的投資環(huán)境，加之北美地區(qū)天然氣價格的持續(xù)低迷，使得越來越多的公司削減頁巖氣業(yè)務(wù)，轉(zhuǎn)而投向致密油開發(fā)業(yè)務(wù)，使得西加盆地致密油實(shí)現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)開發(fā)并進(jìn)入了新一輪開發(fā)熱潮。

1 資源分布

西加盆地油氣資源十分豐富，常規(guī)油氣資源雖然居于舉足輕重的地位，但其資源量遠(yuǎn)不及非常規(guī)油氣資源。在西加盆地，常規(guī)油氣資源和非常規(guī)油氣資源是一個連續(xù)統(tǒng)一體，成因上密切聯(lián)系、空間上相互伴生。

西加盆地致密油資源分布廣泛，平面上涵蓋阿爾伯達(dá)省(簡稱AB省，下同)、薩斯喀徹溫省(SK)、馬尼托巴省(MB)和不列顛哥倫比亞省(BC)等，主要分布在阿爾伯達(dá)省。主要致密油區(qū)帶包括Bakken/Exshaw、Cardium、Viking、Montney/Doig、Duvernay/Muskwa、Lower Shaunavon、Beaverhill Lake等。

西加盆地大面積分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖和非均質(zhì)致密儲層、穩(wěn)定寬緩的構(gòu)造背景、源儲緊密接觸與短距離運(yùn)移為致密油的形成提供了有利條件。西加盆地致密油可劃分為兩種類型: ①在作為源巖的頁巖中的石油資源，即通常所稱的頁巖油。由于頁巖的滲透性差，且其中的微孔隙常不能很好的連通，故頁巖油藏的儲層物性很差。這類致密油區(qū)帶源儲共生，通常為全新勘探區(qū)域，如Duvernay/Muskwa地層。②從源巖中排出，并運(yùn)移至附近或遠(yuǎn)處的致密砂巖、粉砂巖、灰?guī)r或白云巖等地層中的石油資源，與致密氣類似，但這類油藏的儲層物性比頁巖好很多。這類致密油區(qū)帶通常伴生在常規(guī)油藏周圍，如位于Pembina油田周圍的Cardium層。

西加盆地致密油藏通常伴生在常規(guī)油藏周圍，埋深范圍變化較大，僅Bakken、Cardium、Viking和Lower Shaunavo四個區(qū)帶原油2P可采儲量就高達(dá)5.06億桶(表1)，且隨著技術(shù)進(jìn)步有進(jìn)一步增加的潛力[2]。

2 開發(fā)現(xiàn)狀

西加盆地致密油開發(fā)相對較晚，目前整體處于起步階段。2005年，受高油價以及水平井和水力壓裂技術(shù)成功商業(yè)化應(yīng)用推動，在加拿大作業(yè)的公司開始涉足致密油生產(chǎn)。西加盆地致密油產(chǎn)量自2007年之后開始快速增長(圖1)。截至2012年6月，西加盆地致密油產(chǎn)量超過20萬桶/日，預(yù)計到2020年有望增至45萬桶/日[3]。

表1 西加盆地主要致密油區(qū)帶

圖1 西加拿大盆地致密油產(chǎn)量構(gòu)成曲線

Bakken/ Exshaw是加拿大最早開始致密油生產(chǎn)的區(qū)帶，也是目前最大的致密油產(chǎn)區(qū)。隨著Cardium等致密油區(qū)塊投入開發(fā)，致密油產(chǎn)量快速增長，但Bakken組雖然仍是主力產(chǎn)區(qū)且產(chǎn)量平穩(wěn)，但其產(chǎn)量貢獻(xiàn)卻已降至30%左右。Cardium致密油區(qū)是第二大致密油產(chǎn)區(qū)，致密油產(chǎn)量約為5萬桶/日。

西加盆地致密油區(qū)鉆井?dāng)?shù)量逐年增加，水平井比例也逐年提高。2005年水平井比例約為28%，到2012年這一比例增加到80%，期間水平井鉆機(jī)數(shù)量由10臺增加到240臺。目前水平鉆井活動主要集中在Cardium、Bakken和Viking，約占總鉆井?dāng)?shù)的67%。

借鑒頁巖氣勘探開發(fā)思路與技術(shù)，水平井鉆井和多級壓裂技術(shù)推動了致密油開發(fā)的迅猛發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)致密油有效動用的關(guān)鍵技術(shù)，也是目前普遍采用的開發(fā)技術(shù)。水平井技術(shù)可以大幅度提高單井控制儲量，多級壓裂技術(shù)則改善了儲層物性，大幅度增加了井筒與地層的接觸面積，提高了儲層滲流能力，從而有效支撐了致密油的商業(yè)化開發(fā)。

影響水平井產(chǎn)能的關(guān)鍵因素包括水平井在油層中的位置、水平段長度、水平井方向等，在水平井鉆井過程中必須保證水平井以最佳井身軌跡鉆進(jìn)。水平段的延伸長度設(shè)計必須與儲層砂體發(fā)育規(guī)模相一致，并綜合考慮已鉆井的井網(wǎng)部署和地面環(huán)境等因素。水平段的設(shè)計長度并不是越長越好，只有根據(jù)儲層地質(zhì)條件、鉆井成本和作業(yè)風(fēng)險等方面的優(yōu)化研究，才能獲得比較好的開發(fā)效果。

在進(jìn)行水平井多級壓裂時，其水平段應(yīng)垂直最大地應(yīng)力方向，通過多段壓裂形成多條垂直水平層段的裂縫，以獲得最大產(chǎn)能。在水平段長度和裂縫間距一定的情況下，水平井產(chǎn)量隨裂縫條數(shù)增加而增大，但縫數(shù)增加到一定條數(shù)后，多條裂縫對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)就會相互干擾，使得增產(chǎn)幅度逐漸變緩。致密儲層的非均質(zhì)性、巖石的內(nèi)應(yīng)力和地質(zhì)特征的差別，決定了不同井的鉆井和壓裂方式是不同的。實(shí)際生產(chǎn)資料也表明，有相當(dāng)比例的壓裂段對產(chǎn)量貢獻(xiàn)很小。因此，大量收集儲層參數(shù)對水平井壓裂設(shè)計和產(chǎn)能優(yōu)化有非常重要的作用。將地質(zhì)和工程參數(shù)相結(jié)合，認(rèn)清致密儲層裂縫空間分布，有選擇的打開裂縫并使裂縫成為流體流動的穩(wěn)定通道，是水平井壓裂改造技術(shù)和施工的關(guān)鍵[4]。

3 開發(fā)特征

致密油氣藏具有與常規(guī)油氣藏不同的地質(zhì)特征，主要表現(xiàn)為儲層致密、資源豐度低、大面積含油氣、“甜點(diǎn)”區(qū)局部富集，油氣水關(guān)系復(fù)雜、不完全受圈閉控制，普遍存在壓力異常、原油性質(zhì)好等基本特征。這些地質(zhì)特征也決定了其開發(fā)動態(tài)與常規(guī)油藏具有較大的差異。以Bakken某工區(qū)為例，該工區(qū)儲層有效厚度為8 m，平均孔隙度12%，平均含油飽和度55%，資源豐度8.1百萬桶/平方英里，氣油比為666立方英尺/桶，原油重度為45OAPI。其具有如下的典型開發(fā)特征。

3.1 低產(chǎn)或無自然產(chǎn)能

由于致密油藏低孔-低滲及資源豐度低的特征，一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能較低。如上述研究工區(qū)內(nèi)直井的測試產(chǎn)量基本都低于8桶/日，不采取特殊的增產(chǎn)措施，不具備經(jīng)濟(jì)開發(fā)價值。

3.2 改造后初期產(chǎn)量高、遞減快，后期生產(chǎn)穩(wěn)定且生產(chǎn)時間長

通過壓裂改造后，生產(chǎn)井初始產(chǎn)量較高，但油氣產(chǎn)量遞減很快，通常9～12個月后開始進(jìn)入穩(wěn)定低遞減階段。對研究區(qū)的生產(chǎn)分析表明，第一個月平均初始產(chǎn)量138桶/日，三個月平均初始產(chǎn)量為113桶/日，12個月后平均初始產(chǎn)量則降至72桶/日。產(chǎn)量遞減模式呈現(xiàn)出較為明顯的兩段式的特點(diǎn)，初期遞減率高達(dá)98.6%，末端遞減率為5.0%，單井產(chǎn)量穩(wěn)定在35桶/日左右。根據(jù)典型井曲線估算(圖2)，油井生產(chǎn)期通?？蛇_(dá)30～50年，遞減率一般小于5%(多數(shù)為2%～3%)。

3.3 存在4種類型的產(chǎn)量變化趨勢

通過對Bakken致密油藏生產(chǎn)井的產(chǎn)量-時間半對數(shù)圖生產(chǎn)遞減曲線形狀進(jìn)行分析，得到了4種模式的生產(chǎn)特征(圖3)。模式1中由于基質(zhì)向裂縫系統(tǒng)供液能力較弱，所以雖然后期產(chǎn)量逐漸趨于穩(wěn)定，但氣油比明顯高于初始?xì)庥捅?。模?中初期裂縫生產(chǎn)占主導(dǎo)，裂縫內(nèi)壓力下降很快，但很快基質(zhì)開始向裂縫系統(tǒng)供液，并且供液能力很強(qiáng)，因此產(chǎn)量逐漸趨于穩(wěn)定，氣油比也不斷下降趨于初始?xì)庥捅取ＤＪ?是僅靠裂縫網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)的采油井，沒有來自基質(zhì)的供液，因此產(chǎn)量一直遞減不能趨于穩(wěn)定，同時氣油比不斷增加。此外，一部分采油井的生產(chǎn)僅靠基質(zhì)供液，油藏壓力會一直高于飽和壓力，因此產(chǎn)油量低而且遞減較為緩慢，整個開發(fā)期內(nèi)氣油比保持穩(wěn)定，可歸為模式4。大多數(shù)油井生產(chǎn)遵循前3種模式，反映了Bakken頁巖油氣藏的生產(chǎn)特征：初期由于裂縫生產(chǎn)占主導(dǎo)，裂縫內(nèi)壓力下降很快，同時產(chǎn)油量快速遞減；裂縫內(nèi)壓力降至飽和壓力時，基質(zhì)是否開始供液以及供液能力的強(qiáng)弱將決定著產(chǎn)氣量大小以及后期產(chǎn)油量遞減規(guī)律[5-7]。

圖2 研究區(qū)典型井曲線

圖3 Bakken致密油藏4種生產(chǎn)模式

3.4 單井最終可采儲量約50%將在投產(chǎn)后前5年內(nèi)產(chǎn)出

根據(jù)研究區(qū)典型井生產(chǎn)曲線，可以預(yù)測出單井致密油最終可采儲量為13.14萬桶，投產(chǎn)后5年內(nèi)的累積產(chǎn)量為6.18萬桶，約占單井最終可采儲量的47%。投產(chǎn)后第一個五年的凈現(xiàn)值約占生命周期內(nèi)總凈現(xiàn)值的69%。對盆地內(nèi)其他致密油藏的生產(chǎn)分析也與此類似，約50%的預(yù)測最終可采儲量將在投產(chǎn)后前5年內(nèi)產(chǎn)出。這也揭示致密油單井生產(chǎn)時不能追求長期穩(wěn)產(chǎn)，而是要盡快收回投資，強(qiáng)調(diào)單井控制可采儲量和累積產(chǎn)油量，靠井間接替和區(qū)塊接替來實(shí)現(xiàn)一個區(qū)塊/區(qū)帶的持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論與建議

(1)加拿大致密油資源主要分布在西加拿大沉積盆地，資源潛力巨大；發(fā)育地層主要有Bakken/Exshaw、Cardium、Viking、Montney/Doig、Duvernay/Muskwa 等；致密油是加拿大非常規(guī)油氣資源中最現(xiàn)實(shí)最重要的石油資源之一。

(2)西加盆地致密油具有油井改造后初期產(chǎn)量高、遞減快、后期穩(wěn)產(chǎn)且生產(chǎn)時間長等特點(diǎn)，受致密油藏非均質(zhì)性的影響，表現(xiàn)出4種類型的典型生產(chǎn)特征。

(3)基質(zhì)和裂縫網(wǎng)絡(luò)相互作用使致密油氣藏的滲流機(jī)理比常規(guī)油氣藏復(fù)雜得多。研究儲層巖石、流體和裂縫對油氣生產(chǎn)的影響可以優(yōu)化單井初期產(chǎn)量和最終可采儲量，對致密油效益開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

(4)致密油單井生產(chǎn)不能追求長期穩(wěn)產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)油井初期產(chǎn)量、單井控制可采儲量和累積產(chǎn)油量，實(shí)現(xiàn)盡快收回投資和經(jīng)濟(jì)效益最大化，靠井間接替和區(qū)塊接替實(shí)現(xiàn)一個地區(qū)的持續(xù)穩(wěn)定開發(fā)。

[1] U.S. Energy Information Administration. Outlook for shale gas and tight oil development in the U.S. [EB/OL]. http://www.eia.gov/pressroom/presentations/sieminski_05212013.pdf, 2013.

[2] National Energy Board. Tight oil developments in the Western Canada sedimentary basin [EB/OL].http://www.neb-one.gc.ca/clf-nsi/rnrgynfmtn/nrgyrprt/l/tghtdvlpmntwcsb2011/tghtdvlpmntwcsb2011-eng.html, 2011.

[3] Mike Johnson ，Bill Wall. An update on WCSB tight oil development[EB/OL]. http://www.empr.gov.bc.ca/OG/oilandgas/petroleumgeology/UnconventionalGas/Documents/M%20Johnson.pdf, 2012.

[4] 趙政璋,杜金虎.致密油氣[M].北京:石油工業(yè)出版社，2012：80-81.

[5] Tan Tran, Pahala Sinurat，R A Wattenbarger. Production characteristics of the Bakken shale oil[A].SPE 145684.2011-11.

[6] C R Clarkson,P K Pedersen.Production analysis of Western Canadian unconventional light oil plays[A].CSUG/SPE 149005.2011.

[7] Reservoir evaluation report-Bakken shale fields, Williston basin, U.S.A./Canada[R].C&C Reservoirs，2012.