張曉廣

中國海洋石油總公司能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司 （天津 300452）

非常規(guī)油氣主要包括致密油（氣）、頁巖氣、煤層氣、稠油和天然氣水合物。以美國發(fā)起的“頁巖氣革命”為代表，世界發(fā)達國家在非常規(guī)油氣開發(fā)方面不斷取得技術突破和經(jīng)濟效益。中國石油、中國石化和中國海油三大石油公司也先后在國內(nèi)外相關領域展開部署。中國石油2013年中期報告提出:到2015年，致密油產(chǎn)量達到年產(chǎn)278億m3，煤層氣產(chǎn)量達到年產(chǎn)40億m3。中國石化把發(fā)展非常規(guī)油氣作為資源戰(zhàn)略重要內(nèi)容，除在山西、陜西、貴州、安徽、江蘇等地勘探頁巖氣和煤層氣外，還攜手美國、加拿大等國家的石油公司進行非常規(guī)油氣開發(fā)技術合作。中國海油在國外先后投資澳大利亞、加拿大等國的煤層氣、頁巖氣和油砂資源，并入資國內(nèi)中聯(lián)煤層氣公司開發(fā)山西、陜西、河南等9省煤層氣區(qū)塊。由于國內(nèi)外非常規(guī)油氣地質(zhì)條件及開發(fā)技術存在較大差異，為保障非常規(guī)油氣開發(fā)作業(yè)安全有效，縮小與發(fā)達國家的技術差距，有必要認真學習、總結國外先進標準，盡快制定國內(nèi)行業(yè)標準或國家標準，填補國內(nèi)非常規(guī)油氣開發(fā)技術標準的不足。

1 頁巖氣與致密油（氣）

頁巖氣是從頁巖層中開發(fā)出來的，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態(tài)存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質(zhì)巖類夾層中。頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規(guī)天然氣大，需要實施儲層壓裂改造才能實現(xiàn)有效開發(fā)[1]。致密油（氣）主要是指與生油巖層互層共生或緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖儲集層中聚集的油氣資源。雖然儲集層物性較差，但源儲一體或緊鄰，含油氣條件好，儲量大，是繼頁巖氣之后的又一勘探熱點領域[2]。美國主要采用水平井多段壓裂技術開發(fā)頁巖氣，采用直井多層技術開發(fā)致密油（氣），開發(fā)成本低，經(jīng)濟效益高。中國的頁巖氣、致密油（氣）的地質(zhì)（埋藏深度）和地面條件（大多為山區(qū)或丘陵地帶且水資源不足）與美國有很大不同，因此必須在學習國外相關技術標準的基礎上，結合常規(guī)油氣藏開發(fā)經(jīng)驗，逐步制訂適合國內(nèi)開發(fā)條件的標準。頁巖氣與致密油（氣）鉆井技術與常規(guī)油氣藏區(qū)別不大，壓裂技術是開發(fā)頁巖氣和致密油（氣）的主要技術。壓裂技術相關的API標準見表1。

其中 API HF1 《Hydraulic Fracturing Operations-WellConstruction and Integrity Guidelines,First Edition》、API HF2 《Water Management Associated with Hydraulic Fracturing,First Edition》 和APIHF3 《Practices for Mitigating Surface Impacts Associated with Hydraulic Fracturing,First Edition》主要適用于頁巖氣壓裂作業(yè),對于其他類型資源壓裂作業(yè)的重要區(qū)別也進行了說明。API HF1強調(diào)了水力壓裂井對鉆井作業(yè)的要求,特別是表層固井的層間封隔問題，對于直井、定向井和水平井均適用。API HF2給出了水力壓裂作業(yè)過程中壓裂液的獲得、適用、管理、處理和廢棄的最佳作法，不適用于鉆井和生產(chǎn)作業(yè)。API HF3在最大程度地降低油氣開發(fā)對地表水、土壤和生態(tài)系統(tǒng)等的影響方面給出了指導性建議。API RP 41為優(yōu)選水力壓裂設備提供了技術支持。API RP 19C和API RP 19D對支撐劑相關性能的測定進行了統(tǒng)一。

表1 API壓裂技術標準

目前國內(nèi)壓裂技術方面行業(yè)標準見表2。

壓裂用水是壓裂作業(yè)面臨的重大困難，美國頁巖氣埋深2000m左右，鉆井作業(yè)和壓裂作業(yè)總用水量約20000t，其中壓裂作業(yè)用水量最大可占90%。如前所述，我國頁巖氣埋深更深且水資源不足，由此產(chǎn)生的一系列技術和環(huán)境保護問題（如壓裂產(chǎn)生的廢液對淺層水、土壤和生態(tài)系統(tǒng)的影響）不容忽視，但目前相關的國內(nèi)行業(yè)標準尚屬空白。

海上施工條件、作業(yè)成本等與陸地均存在較大差異，如設備連接及擺放、壓裂液配制、壓裂規(guī)模、壓裂后處理及環(huán)保要求等方面，因此適合海上壓裂作業(yè)的設計和施工標準也需盡快制定。

表2 國內(nèi)壓裂技術行業(yè)標準

國內(nèi)行業(yè)標準與之前相比,已進行了多次整合,如SY/T 5289-2008《油、氣、水井壓裂設計與施工及效果評估方法》[3]整合修訂了SY/T 5289-2000《油井壓裂效果評價方法》、SY/T 5836-1993《中深井壓裂設計施工方法》和SY/T 6088-1994《深井壓裂工藝作法》[4]，但部分標準仍較分散，需整合以便于標準管理和執(zhí)行，如壓裂液添加劑等相關標準。

2 煤層氣

煤層氣是指可以開發(fā)利用的、在煤層及其周圍巖石中自生自儲的以甲烷為主的天然氣。煤層氣已成為非常規(guī)天然氣開發(fā)的重要領域，全球75個有煤炭儲量國家中已有35個國家進行了煤層氣開發(fā)技術研發(fā)。與國外煤層氣資源相比，國內(nèi)煤巖構造復雜、埋藏深、壓力、滲透率和飽和度低，且基礎研究不足，缺乏相應開發(fā)標準（大多仍參照常規(guī)油氣開發(fā)標準），因此不能完全移植國外開發(fā)經(jīng)驗。國內(nèi)現(xiàn)有煤層氣國家標準和行業(yè)標準見表3。

表3 國內(nèi)煤層氣國家標準和行業(yè)標準

從表3可以看出，隨著國內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)進程的逐步加快，國家煤炭工業(yè)局、國土資源部、國家能源局、國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局對相關作業(yè)已建立了一些標準，但目前國內(nèi)煤層氣開發(fā)主要以直井壓裂和“U”形井開發(fā)為主，國內(nèi)標準主要以鉆井為主，對于煤層氣完井、儲層改造工藝、排采、效果評估、作業(yè)機具等方面尚未形成系統(tǒng)的標準。各生產(chǎn)單位可結合自身在國內(nèi)煤層氣開發(fā)的經(jīng)驗，在上述標準的指導原則下對國家標準和行業(yè)標準進行細化，提高標準可操作性，并逐步健全煤層氣勘探開發(fā)標準體系。

3 稠油

稠油指黏度大于50mPa·s，或在油層溫度下脫氣原油黏度為1000～10000mPa·s的高黏度重質(zhì)原油。因其黏度高、密度大，國外一般都稱之為重油。稠油資源在國內(nèi)一直被作為常規(guī)油氣資源進行開發(fā)，技術難度主要為稠油熱采技術，面臨的主要問題見表4。

表4 稠油熱采面臨問題及原因

目前國內(nèi)稠油開發(fā)相關技術標準見表5。

另外海上稠油開發(fā)環(huán)境與陸地相比，存在諸多的差異（埋深、井型、井深、井身結構、平臺面積、成本、安全等），主要差異見表6，因此不能直接照搬陸地現(xiàn)有標準，必須完善適合海上稠油開發(fā)的相關技術標準。

4 天然氣水合物

天然氣水合物是一種由水分子和天然氣混合物在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度等）下形成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶化合物，因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或“固體瓦斯”和“氣冰”。海洋環(huán)境中，天然氣水合物一般出現(xiàn)在水深大于300m的深水陸坡環(huán)境[5]。天然氣水合物資源量是所有已知化石燃料資源量的2倍多，發(fā)展前景非常大。中國自20世紀90年代開始關注國外有關天然氣水合物的研究，1997年開始啟動天然氣水合物資源的專項調(diào)查——“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調(diào)研”的專項調(diào)查，1998年加入ODP計劃，2002年在南海發(fā)現(xiàn)了大面積含天然氣水合物標志層BSR，2008年在青海木里地區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物，2013年在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度天然氣水合物。

表5 國內(nèi)稠油開發(fā)技術標準

表6 陸、海稠油開發(fā)環(huán)境差異

目前在天然氣水合物開發(fā)方面，國內(nèi)外還沒有形成任何相關的技術標準，主要是做一些探討性的研究和試驗。針對天然氣水合物與常規(guī)油氣在鉆采技術方面的差異，下一步國內(nèi)可在取心、固井、套管選擇、開發(fā)方式等方面開展技術研究。

5 結論

1）壓裂技術是頁巖氣和致密油（氣）開發(fā)的關鍵技術，國內(nèi)還需要制定壓裂相關的環(huán)境保護和海上作業(yè)標準。

2）國內(nèi)煤層氣開發(fā)標準以鉆井為主，需補充完井、儲層改造、排采、效果評估、作業(yè)機具等方面標準。

3）稠油開發(fā)主要技術為稠油熱采，需完善適合海上稠油開發(fā)的相關技術標準。

4）天然氣水合物開發(fā)尚處于技術研究和試驗階段，國內(nèi)可在取心、固井、套管選擇、開發(fā)方式等方面開展技術研究。

[1]陳會年,張衛(wèi)東,謝麟元,等.世界非常規(guī)天然氣的儲量及開采現(xiàn)狀[J].斷塊油氣田,2010,17(4):439-442.

[2]許冬進,尤艷榮,王生亮,等.致密油氣藏水平井分段壓裂技術現(xiàn)狀和進展[J].中外能源,2013,18(4):36-41.

[3]SY/T 5289-2008油、氣、水井壓裂設計與施工及效果評估方法[S].

[4]SY/T 6088-1994深井壓裂工藝作法[S].

[5]羅敏,王宏斌,陳多福,等.南海天然氣水合物研究進展[J].礦物巖石地球化學通報,2013,32(1):56-69.