■ 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室　李相方　李沛桓

磨刀石中的“黑金”

■ 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室李相方李沛桓

石油業(yè)界人士常把致密儲層形容為“磨刀石”，而從致密儲層產(chǎn)出的石油稱為“黑色金子”。在20世紀，從“磨刀石”樣的致密儲層產(chǎn)出石油，連業(yè)界人士也感到這是一件“賠本賺吆喝”的事情，因此，世界范圍致密油藏開發(fā)一直起色不大。

但自從2006年后，由于科學技術及裝備的進步等原因，美國致密油產(chǎn)量在世界率先大幅度攀升，截止2015年，其總產(chǎn)量已經(jīng)占石油總產(chǎn)量的15%。我國首先學習國外先進技術，并引進裝備，自從2012年以來，致密油產(chǎn)量也顯著提高。至此，從“磨刀石”中的儲層中產(chǎn)出“黑色金子”（簡稱“黑金”）也已變?yōu)楝F(xiàn)實，并具有非?？捎^的發(fā)展前景。

致密油及其家族成員定義及分類

根據(jù)我國石油天然氣行業(yè)標準，可以將石油儲層分為特高滲透、高滲透、中滲透、低滲透、特低滲透、超低滲透儲層與致密儲層。在石油天然氣行業(yè)中，通常應用“md”（毫達西）來評價儲層的滲透性高低。而所謂滲透率就是油從巖石孔隙中流到井眼內(nèi)的能力，md是衡量滲流能力的單位。

表1　油藏儲層滲透率分類表

由表1可以看出，致密油藏滲透率相對高滲油藏低得多。因此致密儲層滲流能力弱，原油從巖石孔隙流到井眼的過程較中高滲儲層困難的多。

除此之外，還常用地層巖石中賦存的孔隙尺寸來表征其滲透性。

由圖1可以看出：a與b圖作為非常規(guī)油藏儲層尺度非常小，石油流出極其困難；c與d圖作為常規(guī)油藏儲層尺度相對較大，石油流出相對容易。

圖1　非常規(guī)和常規(guī)儲層巖石孔隙特征圖

致密油及其家族成員資源分布

根據(jù) USGS、IEA、BP等機構公報的數(shù)據(jù)，全球常規(guī)石油可采資源總量為4879億噸，中東1974億噸，占40%；俄羅斯768億噸，占16%；北美662億噸，占14%；拉丁美洲520億噸，占11%；4大區(qū)占全球可采資源總量的81%；此外，非洲、亞太、歐洲分別占比為9%、6%、4%。

全球致密油、重油、油頁巖油主要分布于南美和中東地區(qū)；天然瀝青（或稱油砂）主要分布在加拿大阿爾伯達??；而致密油在美國、俄羅斯和亞太地區(qū)最發(fā)育；油頁巖可采資源量主要分布在美國、俄羅斯和中國。非常規(guī)資源中，北美、南美占比最大，分別占到50%和23%，其次是亞洲和俄羅斯分別占9%和7%，非洲占5%，而常規(guī)資源儲量豐富的中東僅占4%，歐洲最少為2%。

表2　全球致密油地質儲量與技術可采儲量分布

從長遠來看，我國甚至全世界上好儲層的油氣資源越來越少，容易開采的油氣也呈下降趨勢。所以非常規(guī)油氣資源潛力巨大，其儲量應該遠大于常規(guī)油氣。2008年全球非常規(guī)石油資源規(guī)模已與常規(guī)石油資源基本相當，非常規(guī)石油產(chǎn)量快速上升，2010年，我國非常規(guī)油氣探明儲量已占新增探明儲量的75%，成為儲量增長的主體。

據(jù)統(tǒng)計，全球致密油資源總儲量為9690億噸，技術可采儲量為480億噸，平均采收率為4.96%，其中，2/3以上的致密油資源集中于俄羅斯、美國、中國、利比亞、阿根廷、澳大利亞6個國家。

美國致密油開發(fā)歷程

美國的致密油發(fā)展歷程大致可以劃分為緩慢發(fā)展、高速發(fā)展和繼續(xù)發(fā)展三個階段。

緩慢發(fā)展階段（2000-2005）

由于開采技術不成熟，致密油生產(chǎn)很低，該階段主要開展理論研究與技術儲備。

高速發(fā)展階段（ 2006-2014）

（1）將頁巖氣開發(fā)技術及裝備應用到致密油開發(fā)領域

21世紀初，美國率先在頁巖油氣開發(fā)方面投入巨資，技術裝備水平進一步提升，配套更加完善，致密油的開發(fā)有了巨大進展。而致密油開發(fā)借鑒“頁巖氣開發(fā)長水平井段鉆完井技術及大型多段水平井壓裂技術”，則起到了關鍵作用。至此，揭開了致密油藏商業(yè)開發(fā)的序幕，使美國逐漸走上了能源獨立的道路。

（2）開發(fā)常規(guī)油藏中的特低滲與非常規(guī)油藏的致密油手段差異性

常規(guī)油藏中高滲儲層開發(fā)不需要進行儲層的壓裂，其低滲雖然也需要進行壓裂生產(chǎn)，但是壓裂總體規(guī)模較小、開發(fā)成本較低、產(chǎn)量較高。由于致密油藏具有極低的滲透率，因此即使采用比低滲油藏再大一些的壓裂規(guī)模，其產(chǎn)量也很小，所以該類油藏發(fā)展較慢。

圖2　典型低滲油藏水平井水平段及其壓裂生產(chǎn)示意圖

圖3　典型致密油藏水平井水平段及其壓裂生產(chǎn)示意圖

圖2與圖3中L是水平段長度，△H為兩條壓裂裂縫間距。

表3　低滲油藏與致密油藏水平井及壓裂數(shù)據(jù)對比表

從表3中可以看出，致密油藏比低滲油藏水平段長得多、壓裂裂縫間距小得多、總的裂縫條數(shù)多得多，以及從儲層向水平井眼產(chǎn)油面積大得多。這些都是得益于水平井與壓裂技術及裝備的發(fā)展。

（3）精細篩選出一批具有經(jīng)濟效益的致密油藏

在進行大量技術與經(jīng)濟可行性研究基礎上，形成了篩選致密油藏開發(fā)的幾個條件：①儲層中存在裂縫，而微裂縫較發(fā)育使得滲透率較高；②致密油藏中氣油比較高，油藏開發(fā)彈性能量較大；③油藏壓力系數(shù)較高，儲層開發(fā)能量較大；④油藏儲層中油的黏度較低，容易流動；⑤油藏儲層連續(xù)性及連通性較好，便于水平井及多段壓裂生產(chǎn)；⑥儲層厚度較大儲層豐度較好。

（4）致密油藏開發(fā)彰顯出良好的經(jīng)濟性與技術可行性

借鑒頁巖氣開發(fā)技術，致密油開采取得成功。巴肯和伊格爾福特是美國致密油產(chǎn)量最大的2個頁巖區(qū)帶，2013年平均日產(chǎn)量均超過1.1萬噸，年產(chǎn)量分別占美國致密油總產(chǎn)量的29%和39%，主要依靠的是大型水力壓裂技術。

繼續(xù)發(fā)展階段（2015——）

從2015年初至今，油價一直處于低位，顯著影響了致密油藏的開發(fā)。而油氣田的開發(fā)不僅受技術的影響，也受政治、經(jīng)濟因素的影響。但在這一重要的時間階段，從技術上來說，正是致密油發(fā)展的有利時機，期待著致密油大發(fā)展時期的到來。

國內(nèi)致密油開發(fā)現(xiàn)狀

當前國內(nèi)致密油藏探明儲量規(guī)模較大，致密油資源豐富，資源量超過100億噸，陸上油田致密油開發(fā)取得重大進展。截至目前，共有676口試驗井，投產(chǎn)133口，試驗階段日均產(chǎn)油都在100立方米以上。

截至2012年7月，中國石化致密油藏共實施分段壓裂水平井超過150口，壓裂后前3個月平均單井產(chǎn)油量為12.1噸/天，目前平均單井產(chǎn)油量為5.6噸/天；實施井主要分布在勝利、華北及東北油區(qū)。中石油吉林、長慶油田低滲透儲量在總的探明地質儲量中所占比例分別為73.2%和85.5%，極具開發(fā)潛力，因此應借鑒巴肯開發(fā)致密油藏的技術，開展長水平井、多段壓裂開發(fā)新技術研發(fā)和試驗，提高致密油藏的動用程度。

目前業(yè)界一致認為，我國早已開始了致密油的生產(chǎn)，并形成相當?shù)囊?guī)模?？紤]到近年多數(shù)老油氣田都加大了對深層、對老地層的開發(fā)力度，因此我國有望成為僅次于美國的致密油生產(chǎn)大國。

我國致密油藏勘探開發(fā)雖然在長水平井鉆井及大型壓裂方面已經(jīng)具有較高的水平，但由于我國地質環(huán)境及條件相對美國差很多，且開發(fā)歷程太短，因此還需要對適合經(jīng)濟開發(fā)的致密油藏進行評價與篩選。

目前我國一些致密油藏開發(fā)特點及不足之處主要有以下幾點：①與美國微裂縫較發(fā)育相比，我國的儲層微裂縫不太發(fā)育；②致密油藏中氣油比較低，油藏開發(fā)彈性能量不足；③油藏儲層壓力系數(shù)較低，油的黏度較高；④儲層連續(xù)性及連通性較差，儲層隔夾層較多。

致密油開發(fā)前景

全球范圍內(nèi)來看，致密油資源極其豐富，資源總儲量為9690億噸。另外，經(jīng)過多年不懈的努力，長水平井段鉆完井技術及大型多段水平井壓裂技術也在不斷發(fā)展，也使致密油資源的商業(yè)開發(fā)愈發(fā)成熟。

初步預測中國陸上主要盆地致密油分布面積達50萬平方公里，地質資源量大約200億噸，技術可采資源量為20～25億噸，此外，致密油勘探也不斷取得新的突破，每年提交的探明地質儲量中，致密儲集層油的比例分別從不到10%提高到近60%。

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對石油的需求將會越來越大，國內(nèi)老油田原油穩(wěn)產(chǎn)、上產(chǎn)面臨很大難度，而致密油的商業(yè)開發(fā)也將源源不斷的滿足人們對“黑金”的強烈需求，因此致密油具有非常廣闊的發(fā)展前景。

致密油開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

由于致密油儲層具有喉道復雜、粒度小的特點，現(xiàn)有的理論和技術依然無法支持致密油大規(guī)模的商業(yè)開發(fā)。制約致密油發(fā)展的因素主要有以下4個方面：

（1）致密油藏儲層致密性仍然是開發(fā)成本高、難度大的因素，具有挑戰(zhàn)性；

（2）技術與裝備的進步也具有時代特征，這依靠整個工業(yè)界的整體進步；

（3）資源量巨大的致密油藏也存在致密程度差異很大、不同黏度及重度的油的流動性差異很大、儲層的平面上與縱向上孔隙分布差異大等都會帶來更大的開發(fā)挑戰(zhàn)；

（4）新能源的快速發(fā)展也對致密油藏的開發(fā)產(chǎn)生了較大的影響。

在20世紀末，致密油商業(yè)開發(fā)還是很遙遠的事情，但到21世紀初就迎來了其開發(fā)的春天。盡管目前致密油開發(fā)由于受技術、經(jīng)濟以及政治的影響，還面臨許多艱難險阻，但我們完全有理由相信，在不遠的將來，隨著科學技術的不斷進步及人類認識的持續(xù)提高，將會實現(xiàn)致密油藏的高效開發(fā)，致密油在石油大家族中也將占據(jù)更加重要的地位。