趙賢正 周立宏 趙 敏 王文革 官全勝

（ 1中國(guó)石油大港油田公司；2中國(guó)石油大港油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 ）

0 引言

近3年來(lái)，中國(guó)原油年產(chǎn)量不足2×108t，對(duì)外依存度超過(guò)70%，為保障國(guó)家能源安全，黨中央作出了大力提升國(guó)內(nèi)油氣勘探開(kāi)發(fā)力度的重要指示。中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)集團(tuán)公司)積極落實(shí)重要指示精神，加大新區(qū)勘探力度，把頁(yè)巖油列為四大勘探領(lǐng)域方向之一[1]，把大港油田和新疆油田列為頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)示范工程。中國(guó)頁(yè)巖油主要分布于渤海灣、松遼、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等大型沉積盆地以及許多“小而肥”的中小型盆地[2-3]，以陸相頁(yè)巖油為主，資源豐富，可采資源量為44.8×108t，是增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要接替戰(zhàn)場(chǎng)。大港油田滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油資源規(guī)模大，初步計(jì)算資源量達(dá)到6.8×108t，前期兼探頁(yè)巖油的多口直井獲得工業(yè)油流，2018年完鉆的兩口先導(dǎo)試驗(yàn)水平井獲得重要突破，率先實(shí)現(xiàn)陸相頁(yè)巖油工業(yè)化開(kāi)發(fā)。本文立足于陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐，提出以“四創(chuàng)新、四破解”為指導(dǎo)的頁(yè)巖油效益勘探開(kāi)發(fā)系列對(duì)策，為中國(guó)陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)，為老油田持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展探索新途徑。

1 頁(yè)巖油勘探背景

1.1 陸相頁(yè)巖油地質(zhì)條件復(fù)雜，配套理論技術(shù)尚未形成

1.1.1 基礎(chǔ)研究弱，理論認(rèn)識(shí)缺乏系統(tǒng)性

中國(guó)頁(yè)巖油以陸相為主，與北美海相頁(yè)巖油相比，具有構(gòu)造復(fù)雜、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)、分布面積小、埋深大、異常壓力不明顯、油質(zhì)重、氣油比低等特點(diǎn)（表1），因此無(wú)法照搬北美海相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。中國(guó)陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)尚處于起步階段，頁(yè)巖油資源潛力不清、富集機(jī)理和主控因素不明確，制約著頁(yè)巖油勘探部署[4]。

表1 官東地區(qū)孔二段頁(yè)巖油與美國(guó)頁(yè)巖油地質(zhì)條件對(duì)比表Table 1 Geological conditions of shale oil in Kong-2 Member in China’s Guandong region and the United States

陸相頁(yè)巖層系非均質(zhì)較強(qiáng)，甜點(diǎn)識(shí)別評(píng)價(jià)與富集規(guī)律認(rèn)識(shí)缺乏成熟的理論基礎(chǔ)。頁(yè)巖油甜點(diǎn)識(shí)別評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)涉及巖性及其組合、孔隙度、有機(jī)碳含量、游離烴含量、脆性礦物含量、裂縫發(fā)育程度、熱演化成熟度及埋藏深度等多項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)，甜點(diǎn)綜合預(yù)測(cè)難度大[5-11]。陸相頁(yè)巖油突破了許多常規(guī)油氣富集理論，其富集規(guī)律認(rèn)識(shí)尚處于探索階段，未形成系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。

中國(guó)陸相盆地形成時(shí)間整體較晚，熱演化程度偏低，存在油質(zhì)重、黏度高、流動(dòng)能力差、氣油比低、地層能量不足等特點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，制約了工業(yè)化開(kāi)發(fā)[12-13]。

1.1.2 勘探實(shí)踐少，配套技術(shù)攻關(guān)滯后

近年來(lái)，準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、松遼、渤海灣等多個(gè)盆地開(kāi)展了陸相頁(yè)巖油勘探，但都處于探索和準(zhǔn)備階段，關(guān)鍵配套技術(shù)尚未形成，目前主要是借鑒國(guó)內(nèi)外頁(yè)巖氣勘探或者在常規(guī)油氣勘探基礎(chǔ)上嘗試改進(jìn)，當(dāng)前工程工藝配套技術(shù)在一定程度上制約了陸相頁(yè)巖油勘探突破和工業(yè)化開(kāi)發(fā)[14-16]。

頁(yè)巖層系壓實(shí)程度高，機(jī)械鉆速慢，鉆井過(guò)程中井壁穩(wěn)定性差，造成鉆井周期長(zhǎng)、固井難、成本高。同時(shí)，對(duì)鉆井液體系要求高，現(xiàn)有鉆完井技術(shù)還不能完全滿(mǎn)足頁(yè)巖油水平井鉆完井的需求。

頁(yè)巖層系以低孔、特低—超低滲透儲(chǔ)層為主，微觀(guān)孔隙結(jié)構(gòu)以微細(xì)孔喉為主，壓裂效果差異大，產(chǎn)量遞減快，適用于頁(yè)巖油長(zhǎng)水平井的差異化分段分簇壓裂完井工藝技術(shù)亟待研發(fā)。

頁(yè)巖層系天然裂縫發(fā)育差異大、TOC和脆性分布差異大、同一水平井不同段的壓裂施工參數(shù)差異大，需要深入研究壓裂裂縫形態(tài)展布和壓裂效果。

1.1.3 項(xiàng)目投資大，效益勘探開(kāi)發(fā)面臨挑戰(zhàn)

無(wú)論是海相地層還是陸相盆地，頁(yè)巖油氣勘探項(xiàng)目都存在成本高、投資大的難題。美國(guó)從2010年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油規(guī)模開(kāi)發(fā)，但是直到2018年才首次實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油生產(chǎn)現(xiàn)金流由負(fù)轉(zhuǎn)正[17]。

從中國(guó)頁(yè)巖氣的發(fā)展來(lái)看，頁(yè)巖氣開(kāi)采一般以水平井為主，早期單井鉆探投資在億元以上。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，水平井和水力壓裂技術(shù)已經(jīng)取得一定突破，比如自主研發(fā)的壓裂車(chē)、橋塞在涪陵都已成功應(yīng)用[18-22]。涪陵頁(yè)巖氣的完井成本從早期的上億元降低至6000萬(wàn)～8000萬(wàn)元。隨著水平井鉆井不斷提速提效，鉆井周期進(jìn)一步縮短，單井成本由開(kāi)發(fā)初期超億元降至目前最低4000萬(wàn)～5000萬(wàn)元。

頁(yè)巖氣單井儲(chǔ)量相對(duì)較大，壓裂后初期產(chǎn)量高，但穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間短。據(jù)報(bào)道四川盆地蜀南地區(qū)的頁(yè)巖氣井，壓裂后第一年平均日產(chǎn)氣量7.1×104m3，按照美國(guó)相似典型頁(yè)巖氣井的年自然遞減率，前4年遞減率依次為65%、35%、20%、10%，第5年起保持5%的遞減率，總生命周期為15年，全生命周期單井累計(jì)產(chǎn)量估算為（6000～8000）×104m3。核算到單位成本，頁(yè)巖氣開(kāi)采總成本估算為1.2～1.6元/m3。目前來(lái)看，頁(yè)巖氣的開(kāi)采成本仍難以控制[23-24]。

陸相盆地頁(yè)巖油埋深普遍較大，地質(zhì)條件復(fù)雜，頁(yè)巖油項(xiàng)目投資大。以滄東凹陷為例，孔二段油層埋深為3200～4300m，按照1500m水平段計(jì)算，井深一般為5000～5800m，依據(jù)關(guān)聯(lián)交易定額，單口井鉆探試油投資費(fèi)用均超過(guò)7000萬(wàn)元。

1.2 頁(yè)巖油資源潛力巨大，是增儲(chǔ)上產(chǎn)重要接替戰(zhàn)場(chǎng)

隨著北美、中國(guó)頁(yè)巖油的成功開(kāi)發(fā)，頁(yè)巖油等非常規(guī)油氣正迅速改變著世界能源格局，權(quán)威專(zhuān)家預(yù)測(cè)，世界頁(yè)巖油儲(chǔ)量可以達(dá)到常規(guī)石油儲(chǔ)量的數(shù)倍。據(jù)美國(guó)能源信息署（EIA）2017年報(bào)告，世界頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量約為473×108t，主要分布在俄羅斯、美國(guó)、中國(guó)，分別為105×108t、81.2×108t和44.8×108t。滄東凹陷孔二段頁(yè)巖厚度大于50m的面積為1071km2，初步計(jì)算孔二段頁(yè)巖油資源量為6.8×108t，資源潛力大，通過(guò)理論技術(shù)創(chuàng)新和組織管理創(chuàng)新，頁(yè)巖油有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模增儲(chǔ)和效益建產(chǎn)，成為大港油田增儲(chǔ)上產(chǎn)重要接替戰(zhàn)場(chǎng)[25-26]。

1.3 加快頁(yè)巖油勘探，力爭(zhēng)打造示范工程

加快頁(yè)巖油業(yè)務(wù)發(fā)展是集團(tuán)公司貫徹落實(shí)黨中央國(guó)務(wù)院批示精神的重要實(shí)踐，是保障國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略舉措。集團(tuán)公司高度重視頁(yè)巖油的勘探開(kāi)發(fā)，加大了風(fēng)險(xiǎn)勘探投入，鼓勵(lì)油氣田搞大發(fā)現(xiàn)、大突破。在頁(yè)巖油方面，加大中—高成熟度頁(yè)巖油風(fēng)險(xiǎn)勘探力度，探索中—低成熟度頁(yè)巖油原位轉(zhuǎn)化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，力求推動(dòng)陸相頁(yè)巖油領(lǐng)域全面發(fā)展，成為儲(chǔ)量、產(chǎn)量的重要接替領(lǐng)域。在集團(tuán)公司2019年工作會(huì)議上，集團(tuán)公司黨組書(shū)記、董事長(zhǎng)王宜林強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)加大新疆瑪湖、大港頁(yè)巖油上產(chǎn)力度。集團(tuán)公司副總經(jīng)理焦方正在中國(guó)陸相頁(yè)巖油理論技術(shù)進(jìn)展與戰(zhàn)略研討會(huì)上，對(duì)頁(yè)巖油業(yè)務(wù)發(fā)展提出了新疆油田和大港油田要培育兩個(gè)國(guó)家級(jí)示范工程的要求，并組織專(zhuān)題會(huì)議研究示范工程工作。

2 頁(yè)巖油勘探創(chuàng)新實(shí)踐

以“落實(shí)資源、評(píng)價(jià)產(chǎn)能、攻克技術(shù)、效益開(kāi)發(fā)”為指導(dǎo)，以形成中國(guó)陸相頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)配套技術(shù)為目的，大港油田公司依托中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大專(zhuān)項(xiàng)，踐行“四創(chuàng)新四破解”高效勘探理念。以理念創(chuàng)新破解觀(guān)念禁區(qū)，提出源內(nèi)成藏新認(rèn)識(shí);以理論創(chuàng)新破解認(rèn)識(shí)霧區(qū)，強(qiáng)化基礎(chǔ)地質(zhì)研究，深化完善陸相頁(yè)巖油富集規(guī)律，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油勘探精準(zhǔn)高效;以技術(shù)創(chuàng)新破解勘探盲區(qū)，強(qiáng)化技術(shù)攻關(guān)，打造形成甜點(diǎn)識(shí)別評(píng)價(jià)技術(shù)、水平井鉆井提速技術(shù)、體積壓裂提產(chǎn)三把技術(shù)利劍;以管理創(chuàng)新破解成本雷區(qū)，強(qiáng)化組織、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理，探索市場(chǎng)定額，持續(xù)降低綜合成本，實(shí)現(xiàn)陸相頁(yè)巖油效益勘探（圖1）。

圖1 陸相頁(yè)巖油效益勘探開(kāi)發(fā)模式Fig.1 Beneficial exploration and development mode of continental shale oil

2.1 理念創(chuàng)新

找油理念就是總結(jié)成藏規(guī)律，把油裝進(jìn)腦海里去，是邏輯提煉的結(jié)果，邏輯不可能一次性理清，是運(yùn)動(dòng)的、螺旋式的，需要實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)。油氣埋藏在地下，勘探實(shí)踐是把油從未知的地下找出來(lái)，是不斷實(shí)踐和深化的過(guò)程，勘探不可能一次性完成，是反復(fù)的、遞進(jìn)式的。油氣勘探的突破首先是找油理念的突破，非常規(guī)油氣領(lǐng)域更加依托理念創(chuàng)新。理念創(chuàng)新重點(diǎn)是突破舊的觀(guān)念，重新認(rèn)識(shí)盆地資源潛力，重新認(rèn)識(shí)成藏條件，重新認(rèn)識(shí)油氣分布規(guī)律，形成新的勘探思路。

2.1.1 直井試油成功，開(kāi)啟了頁(yè)巖油勘探征程

滄東凹陷是黃驊坳陷第二大富油氣凹陷，孔二段發(fā)育一套深灰色—灰黑色泥頁(yè)巖，生烴能力強(qiáng)，是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，上覆孔一段儲(chǔ)層，下生上儲(chǔ)富集成藏，累計(jì)探明儲(chǔ)量約4.2×108t。前期鉆探的70余口過(guò)路井在孔二段泥頁(yè)巖層系中見(jiàn)到油氣顯示，但認(rèn)為烴源巖中儲(chǔ)層不發(fā)育，一直未作為重要目的層進(jìn)行深入研究，被當(dāng)作勘探禁區(qū)。

隨著中國(guó)頁(yè)巖氣勘探相繼獲得重要突破，2013年大港油田公司把頁(yè)巖油正式列為重要勘探領(lǐng)域，開(kāi)展老井復(fù)查和直井鉆探。在頁(yè)巖發(fā)育、生烴強(qiáng)度高、甜點(diǎn)類(lèi)型好的小集地區(qū)部署實(shí)施首口以頁(yè)巖油為目的層的直井——GD6x1井，針對(duì)頁(yè)巖油層系，實(shí)施大規(guī)模體積壓裂，獲得日產(chǎn)28t的高產(chǎn)工業(yè)油流，突破了以往孔二段“高電阻率頁(yè)巖無(wú)儲(chǔ)集性能，僅為烴源巖”的傳統(tǒng)理念，創(chuàng)新形成“烴源巖既能生油，也能儲(chǔ)油”的初步認(rèn)識(shí)，開(kāi)啟了進(jìn)軍生油層的新征程。

2.1.2 找油理念創(chuàng)新，突破了頁(yè)巖油勘探禁區(qū)

一口井高產(chǎn)存在較大的偶然因素，理念創(chuàng)新需要更多的基礎(chǔ)資料和地質(zhì)認(rèn)識(shí)做支撐。對(duì)此，大港油田公司堅(jiān)持基礎(chǔ)研究先行，對(duì)G108-8井孔二段495m頁(yè)巖層系進(jìn)行系統(tǒng)取心，創(chuàng)造國(guó)內(nèi)單井連續(xù)取心最長(zhǎng)的紀(jì)錄。通過(guò)建立適用于頁(yè)巖油的“巖心處理—厘米級(jí)精細(xì)描述—分析聯(lián)測(cè)實(shí)驗(yàn)”技術(shù)方法體系，完成巖性、電性、物性、含油性、烴源巖、脆性、地應(yīng)力7個(gè)大項(xiàng)、52個(gè)單項(xiàng)、9255塊次系統(tǒng)分析聯(lián)測(cè)和綜合研究，建立頁(yè)巖油綜合分析“鐵柱子”（圖2），形成頁(yè)巖油基本地質(zhì)特征的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，相繼實(shí)施的G1508等4口井、GD1701H等2口水平井和KN9等9口老井試油，體積壓裂改造后獲得工業(yè)油流?！盁N源巖既能儲(chǔ)油，也能儲(chǔ)油”的找油理念，突破了頁(yè)巖油勘探禁區(qū)，成為油田穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)的重要支撐領(lǐng)域。

2.2 理論創(chuàng)新

勘探實(shí)踐就是理論認(rèn)識(shí)升華的實(shí)踐，每一次石油地質(zhì)理論的創(chuàng)新，均為石油工業(yè)帶來(lái)了新的繁榮，對(duì)油氣勘探產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響?！皟?yōu)勢(shì)組構(gòu)相—滯留烴超越效應(yīng)”富集理論的形成對(duì)渤海灣盆地率先實(shí)現(xiàn)陸相頁(yè)巖油工業(yè)化開(kāi)發(fā)起到了重要指導(dǎo)作用。

圖2 G108-8井孔二段頁(yè)巖層系甜點(diǎn)劃分柱狀圖Fig.2 Division of sweet spots in Kong-2 Member shale play， Well G108-8

2.2.1 高能沉積混砂認(rèn)識(shí)，明確了頁(yè)巖油生儲(chǔ)關(guān)系

傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，閉塞湖盆中—內(nèi)環(huán)原本屬于安靜低能沉積環(huán)境，以黏土礦物、泥級(jí)的石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物以及有機(jī)質(zhì)等組成的均質(zhì)泥頁(yè)巖沉積為主，礦物粒徑基本都在0.0039mm（泥級(jí)）以下，屬于簡(jiǎn)單均質(zhì)的高黏土、低陸源碎屑烴源巖，難以形成有效的儲(chǔ)集空間[27]。同時(shí)，早期受到超微觀(guān)實(shí)驗(yàn)條件的限制，對(duì)這類(lèi)安靜低能沉積環(huán)境中的泥頁(yè)巖缺少足夠的重視和深入的研究，一直是地質(zhì)學(xué)界研究的薄弱領(lǐng)域之一。

通過(guò)巖心精細(xì)觀(guān)察描述以及近900個(gè)密集取樣點(diǎn)的鏡下觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)了大量的軟沉積物變形構(gòu)造（圖3），證實(shí)看似平靜的水體中廣泛存在的遠(yuǎn)端高能事件，導(dǎo)致最大湖泛期形成源儲(chǔ)一體的“儲(chǔ)集性烴源巖特征”。一方面，陸源碎屑輸入的同時(shí)，大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨著碎屑物質(zhì)同時(shí)進(jìn)入水體，使得低等水生生物勃發(fā)，形成以腐泥型為主的高豐度有機(jī)質(zhì)，母質(zhì)類(lèi)型主要以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，TOC高，一般超過(guò)4%，最高可達(dá)12.92%，具有大量生油的物質(zhì)基礎(chǔ)。另一方面，源外細(xì)粒長(zhǎng)英質(zhì)陸源碎屑的輸入，造成湖盆中心黏土含量大幅度降低，脆性礦物含量大幅增加，有利于形成復(fù)雜的孔隙及裂縫空間。

圖3 頁(yè)巖中的同沉積斷層和重荷模及火焰狀構(gòu)造（G108-8井）Fig.3 Synsedimentary faults and load cast and flame structures in shale (Well G108-8)

2.2.2孔縫系統(tǒng)成儲(chǔ)認(rèn)識(shí)，明確了頁(yè)巖油儲(chǔ)集機(jī)理

孔二段頁(yè)巖層系密集孔縫系統(tǒng)為頁(yè)巖油賦存提供了重要的儲(chǔ)集空間。通過(guò)巖心、薄片（普通薄片、鑄體薄片、熒光薄片）、掃描電鏡、激光共聚焦電鏡、納米CT等手段的綜合觀(guān)察分析（表2），孔二段細(xì)粒巖不同巖類(lèi)均發(fā)育多類(lèi)型孔隙，其中灰云質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集空間較大，以晶間孔、構(gòu)造縫、異常壓力縫為主，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集空間以有機(jī)質(zhì)孔、層理縫及構(gòu)造（微）縫為主，混合質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集空間以層理縫、構(gòu)造（微）縫為主。納米CT掃描分析表明（圖4），有效孔隙及喉道半徑大，孔隙半徑一般為38～524nm，平均為114nm，喉道半徑一般為29～359nm，平均為89nm，其中80%以上喉道半徑大于油氣分子運(yùn)移的下限16nm（水膜平均厚度12nm+瀝青質(zhì)分子直徑4nm），利于烴類(lèi)分子運(yùn)移。該認(rèn)識(shí)突破了頁(yè)巖只能作為烴源巖不能作為儲(chǔ)層的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，明確了頁(yè)巖層系既是優(yōu)質(zhì)的生烴層系，同時(shí)具備良好的儲(chǔ)集空間，屬于典型的“烴源巖儲(chǔ)集層”。

表2 滄東凹陷孔二段三大巖類(lèi)主要儲(chǔ)集空間及特征Table 2 Main reservoir space and features of three rock types in Kong-2 Member, the Cangdong sag

圖4 長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖納米CT孔隙三維立體空間特征（G108-8井，2977.3m）Fig.4 Spatial characteristics of nano-CT pores in femic shale (2977.3m in Well G108-8)

2.2.3優(yōu)勢(shì)組構(gòu)富油機(jī)理認(rèn)識(shí)，明確了頁(yè)巖油壓裂高產(chǎn)規(guī)律

基于系統(tǒng)取心分析聯(lián)測(cè)，首次形成了細(xì)粒沉積物巖性識(shí)別方法，將肉眼和測(cè)井資料表征出均一性質(zhì)的泥頁(yè)巖細(xì)分出多種細(xì)粒巖類(lèi)，以結(jié)構(gòu)構(gòu)造及巖石類(lèi)型作為源儲(chǔ)組合模式劃分的標(biāo)準(zhǔn)，將細(xì)粒沉積巖頁(yè)巖層系源儲(chǔ)組合模式劃分為厚層狀灰云質(zhì)頁(yè)巖模式、厚層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖模式、紋層狀混合質(zhì)頁(yè)巖模式及薄層狀灰云質(zhì)頁(yè)巖模式4類(lèi)（圖5）。

通過(guò)對(duì)4種模式TOC、S1、S2等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖和混合質(zhì)頁(yè)巖游離烴含量高，熒光強(qiáng)度較大。厚層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖組構(gòu)相主要以紋層非常發(fā)育的長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖為主，中間偶夾薄層灰云巖，該組構(gòu)相有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC平均可達(dá)5%以上;游離烴S1高，一般分布在3～6mg/g;儲(chǔ)集空間以大量微米級(jí)—納米級(jí)的有機(jī)質(zhì)孔、黏土晶間孔及層理縫為主;石英、長(zhǎng)石等脆性礦物含量一般在60%以上，易于工程壓裂改造。紋層狀混合質(zhì)頁(yè)巖組構(gòu)相主要以紋層較為發(fā)育的混合質(zhì)頁(yè)巖及長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖為主，夾薄層灰云巖，該組構(gòu)相有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較高，TOC平均為4.3%;游離烴S1較高，一般分布在2.5～5mg/g;儲(chǔ)集空間以大量微米級(jí)—納米級(jí)的有機(jī)質(zhì)孔、粒間孔、晶間孔及層理縫等為主;石英、長(zhǎng)石等脆性礦物含量一般在65%以上，具有良好的工程壓裂改造條件。綜合判別認(rèn)為厚層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖組構(gòu)相最為有利，紋層狀混合質(zhì)頁(yè)巖組構(gòu)相次之，厚層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖形成的優(yōu)勢(shì)源儲(chǔ)組構(gòu)相有利于頁(yè)巖油富集高產(chǎn)和壓裂改造。

圖5 滄東凹陷G108-8井孔二段4種模式綜合評(píng)價(jià)Fig.5 Comprehensive evaluation of Kong-2 Member in Well G108-8 by four models， the Cangdong sag

組構(gòu)相模式的建立，首次從巖性組成、沉積構(gòu)造以及它們之間的組合關(guān)系上對(duì)陸相頁(yè)巖油的富集規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，從有利層段的角度將多項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行綜合分析，是對(duì)過(guò)去從分析測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)的進(jìn)一步提升。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新

技術(shù)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新動(dòng)能。頁(yè)巖油是以吸附和游離方式賦存于富有機(jī)質(zhì)、極低滲透率的泥頁(yè)巖中，自然產(chǎn)能低，需要實(shí)施水平井和大型體積壓裂來(lái)提高單井產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)，需要系列的先進(jìn)配套技術(shù)才能有效開(kāi)采。在當(dāng)前油價(jià)下，依靠技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)提效降本成為油公司最有效、最迫切的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)。頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)創(chuàng)新以精細(xì)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、優(yōu)快鉆井完井、高效壓裂提產(chǎn)為目標(biāo)，不斷優(yōu)化技術(shù)組合，攻關(guān)實(shí)用性、針對(duì)性和配套性技術(shù)，追求技術(shù)創(chuàng)新的效率、效益及價(jià)值創(chuàng)造力，確保預(yù)探突破和效益建產(chǎn)，支撐油公司穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)。

2.3.1 甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，優(yōu)選頁(yè)巖油潛力區(qū)帶

國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者主要從巖性、物性、含油性、烴源巖特性、脆性、敏感性、地應(yīng)力各向異性及經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面評(píng)價(jià)頁(yè)巖油甜點(diǎn)，亦或是從地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)兩個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[28-29]。如何選取關(guān)鍵評(píng)價(jià)參數(shù)并賦予適合的權(quán)重系數(shù)，是開(kāi)展頁(yè)巖油甜點(diǎn)定量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵和重點(diǎn)。

大港油田公司在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建利用“巖石組分與層理結(jié)構(gòu)組合模式、S1/TOC超越效應(yīng)、聲波時(shí)差與密度交會(huì)紅綠模式、陣列感應(yīng)電阻率頻率結(jié)構(gòu)”為核心的頁(yè)巖油甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)方法，建立了甜點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表3），運(yùn)用甜點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（EI）法，孔二段縱向優(yōu)選出7個(gè)Ⅰ類(lèi)甜點(diǎn)，厚度為150～200m;對(duì)于平面甜點(diǎn)區(qū)預(yù)測(cè)，主要采用半定量的關(guān)鍵參數(shù)疊合評(píng)價(jià)方法，優(yōu)選官東、官西地區(qū)作為頁(yè)巖油勘探有利區(qū)，地質(zhì)—地震綜合評(píng)價(jià)表明Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)甜點(diǎn)區(qū)面積分別達(dá)到126km2和135km2，合計(jì)資源量為6.8×108t。

表3 滄東凹陷孔二段頁(yè)巖油甜點(diǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sweet spot evaluation criteria for shale oil in Kong-2 Member, the Cangdong sag

2.3.2 水平井優(yōu)快鉆井技術(shù)，鉆井周期大幅減少

優(yōu)選“穿館陶”異型齒PDC鉆頭，解決含礫地層一趟鉆技術(shù)難題，縮短鉆井周期。GY2-1-2H井實(shí)現(xiàn)二開(kāi)一趟鉆，一趟鉆進(jìn)尺為2358m。三開(kāi)定向、水平段采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù)，提高油層鉆遇率，解決水平段托壓難題，提高機(jī)械鉆速。應(yīng)用進(jìn)口復(fù)合片PDC鉆頭，提高單只鉆頭進(jìn)尺，減少起下鉆次數(shù)，縮短鉆井周期。兼顧地質(zhì)甜點(diǎn)與工程甜點(diǎn)，井眼軌跡由單增剖面優(yōu)化為雙增剖面，減少進(jìn)尺，降低施工難度，提高鉆井效率。優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)，三開(kāi)造斜+穩(wěn)斜+水平段一個(gè)開(kāi)次完鉆，減少大尺寸井眼造斜，提高機(jī)械鉆速。已完成井GD1701H井平均鉆井周期為55.15天，平均機(jī)械鉆速為13.26m/h，較老井GD14H井分別提升33.7%、87.8%。應(yīng)用鉀鹽聚合物鉆井液體系，提高防卡、防塌、抑制性能，降低事故復(fù)雜，提高固井質(zhì)量，二界面優(yōu)質(zhì)率為99.17%。

2.3.3 細(xì)分切割壓裂技術(shù)，水平井持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)

為精細(xì)改造油層，采用“一優(yōu)控段、四高定簇、差異設(shè)計(jì)”技術(shù)，確定體積壓裂段簇（圖6）?！耙粌?yōu)控段”是指優(yōu)先選擇厚層長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖組合模式定段（紅模式），“四高”是指高氣測(cè)值、高電阻率、高TOC或S1、高脆性。利用誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)分析，等間距內(nèi)隨著裂縫條數(shù)的增加，縮短簇間距，首次實(shí)施非均勻的差異簇段設(shè)計(jì)。按照“縫控儲(chǔ)量”的理念，采用“多段多簇密切割”為核心的水平井體積壓裂改造思路，編制GD1701H井和GD1702H井兩口水平井壓裂方案（表4），最大限度發(fā)揮油藏潛力。采用橋塞+分簇射孔聯(lián)作壓裂，進(jìn)行細(xì)分切割體積壓裂。根據(jù)數(shù)值模擬，利用水電相似原理，建立了復(fù)雜縫網(wǎng)導(dǎo)流能力優(yōu)化方法。綜合儲(chǔ)層導(dǎo)流能力要求和不同支撐劑導(dǎo)流能力測(cè)試結(jié)果，提出了復(fù)雜裂縫多級(jí)多縫支撐的思路和工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油縫網(wǎng)中各級(jí)裂縫的有效支撐。以?xún)?chǔ)層特征為基礎(chǔ)，結(jié)合壓裂工藝需求，研發(fā)低阻滑溜水壓裂液，降低壓裂液對(duì)儲(chǔ)層的傷害，滿(mǎn)足頁(yè)巖油大規(guī)模體積壓裂改造需求，提高壓裂液與儲(chǔ)層配伍性。

GD1701H井、GD1702H井水平井分段分簇壓裂后產(chǎn)量高，穩(wěn)產(chǎn)期長(zhǎng)，目前兩口井均穩(wěn)定在20～25t/d左右。壓裂過(guò)程中微地震、電位法裂縫監(jiān)測(cè)證實(shí)，大規(guī)模復(fù)雜縫網(wǎng)發(fā)育。整體分析來(lái)看，gd1701H井附近區(qū)域的兩個(gè)共軛應(yīng)力，整體由兩條天然主裂縫（近北東60°）控制和多條分支縫/人工縫（北西近30°）控制，形成較復(fù)雜的體積縫網(wǎng)形態(tài)，裂縫寬480m，裂縫長(zhǎng)1230m，裂縫高120m。

圖6 水平井體積壓裂簇段設(shè)計(jì)方法（以GD1701H井為例）Fig.6 Design of clusters/stages for horizontal well volume fracturing (Well GD1701H)

表4 壓裂參數(shù)指標(biāo)對(duì)比Table 4 Fracturing parameters

2.3.4 研發(fā)裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，滿(mǎn)足規(guī)模開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)需要

為提高頁(yè)巖油氣產(chǎn)能，開(kāi)發(fā)過(guò)程中幾乎每口水平井都要進(jìn)行體積壓裂，從而形成復(fù)雜的縫網(wǎng)體系。裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)掌握人工壓裂縫網(wǎng)發(fā)育情況，監(jiān)測(cè)成果對(duì)頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)和相應(yīng)區(qū)塊壓裂設(shè)計(jì)等具有重要的指導(dǎo)意義。

目前，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的壓裂裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有兩種：井中微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)和井地電法監(jiān)測(cè)技術(shù)，井中微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)成本高，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施困難，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)比較發(fā)散;井地電法監(jiān)測(cè)技術(shù)成本較低，現(xiàn)場(chǎng)施工方便，能解釋裂縫方位、長(zhǎng)度和寬度等參數(shù)，由于井地電法主要利用壓裂液擴(kuò)散范圍來(lái)監(jiān)測(cè)裂縫，其監(jiān)測(cè)結(jié)果比較接近于實(shí)際裂縫大小[30-31]。

大港油田公司自主研發(fā)形成了井地電法壓裂裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)，在建立各種壓裂裂縫模型基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單裂縫和復(fù)雜縫網(wǎng)體系監(jiān)測(cè)識(shí)別及裂縫動(dòng)態(tài)顯示，在頁(yè)巖油定向井和水平井壓裂縫網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上取得了較好的應(yīng)用效果。這項(xiàng)技術(shù)的主要?jiǎng)?chuàng)新在于能利用偽隨機(jī)編碼的大功率恒流發(fā)射裝置向地層發(fā)射特定的信號(hào)源，從而在壓裂液中形成穩(wěn)定充電電場(chǎng)，同時(shí)利用高精度偽隨機(jī)編碼接收儀監(jiān)測(cè)人工裂縫前端與地面的電位變化，就可以在平面上監(jiān)測(cè)出壓裂液在地層中的擴(kuò)散變化過(guò)程及區(qū)域，利用壓裂液擴(kuò)散變化過(guò)程可完美解釋出裂縫發(fā)育過(guò)程。

2.4 管理創(chuàng)新

企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵在于面對(duì)新形勢(shì)、新挑戰(zhàn)，敢于創(chuàng)新、勇于變革，通過(guò)全過(guò)程流程優(yōu)化，降低綜合成本，通過(guò)全方位的創(chuàng)新，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了管理降本、管理增效，激發(fā)企業(yè)內(nèi)生動(dòng)力，增強(qiáng)企業(yè)發(fā)展活力，保障企業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。在低油價(jià)背景下，頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)面臨著成本高、盈利難的挑戰(zhàn)，如何降低頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)成本，提高效益，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化開(kāi)發(fā)是頁(yè)巖油業(yè)務(wù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。在全面審視分析勘探管理所存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，大港油田公司積極探索頁(yè)巖油降本增效途徑，通過(guò)組織管理、設(shè)計(jì)管理、生產(chǎn)管理和投資管理，達(dá)到提速減周期、提產(chǎn)增收入、降本提效益、合作促雙贏(yíng)的目的，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油商業(yè)開(kāi)發(fā)。

2.4.1 創(chuàng)新組織管理，成立指揮部

頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)是一個(gè)涉及工程技術(shù)服務(wù)單位、工程技術(shù)咨詢(xún)單位、工程建設(shè)單位等多個(gè)單位，工程、地質(zhì)、管理、安全多個(gè)專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)工程，要高效完成各項(xiàng)工作，需要一個(gè)強(qiáng)有力的組織來(lái)推進(jìn)多部門(mén)聯(lián)合和跨專(zhuān)業(yè)溝通。為此，大港油田公司與渤海鉆探工程公司共同成立頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)指揮部，下設(shè)9個(gè)支撐組，把30多個(gè)部門(mén)和單位整合一個(gè)合作團(tuán)隊(duì)。在指揮部的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，室內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)、現(xiàn)場(chǎng)施工團(tuán)隊(duì)、專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，以及生產(chǎn)組織保障團(tuán)隊(duì)做到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)，高效有序推進(jìn)頁(yè)巖油系統(tǒng)工程。

2.4.2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)管理，從源頭控投降本

在部署方案設(shè)計(jì)上，按照“兼顧老油田上產(chǎn)和頁(yè)巖油增儲(chǔ)”的原則，利用上邊老油田開(kāi)發(fā)調(diào)整井加深，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)，最大限度減少頁(yè)巖油鉆井進(jìn)尺，減少投資，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油高效增儲(chǔ)。在單井設(shè)計(jì)上，堅(jiān)持“成本是設(shè)計(jì)出來(lái)的”和“設(shè)計(jì)優(yōu)化是最大的效益”的理念，應(yīng)用反向思維和效益倒逼的管理創(chuàng)新方法：用效益倒逼產(chǎn)量、用產(chǎn)量倒逼壓裂設(shè)計(jì)、用壓裂設(shè)計(jì)倒逼鉆井設(shè)計(jì)、用鉆井設(shè)計(jì)倒逼地質(zhì)設(shè)計(jì)的方向思維，利用指揮部的組織優(yōu)勢(shì)，整合形成統(tǒng)一的一體化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，打破傳統(tǒng)“接力棒”的設(shè)計(jì)模式，變“串聯(lián)”為“并聯(lián)”，變“個(gè)人賽”為“團(tuán)體賽”，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)高效融合和有序銜接，避免了“掉棒”現(xiàn)象，從源頭上保障設(shè)計(jì)高質(zhì)量、成本最優(yōu)化。

2.4.3 強(qiáng)化生產(chǎn)管理，實(shí)現(xiàn)提速提質(zhì)提效

滄東頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的土地談判與征用，實(shí)施“大工農(nóng)”模式，打破預(yù)探、評(píng)價(jià)和產(chǎn)能建設(shè)各自為戰(zhàn)的現(xiàn)有模式，把采油廠(chǎng)作為預(yù)探、評(píng)價(jià)、產(chǎn)能3類(lèi)井土地談判與征用的唯一責(zé)任單位，所有頁(yè)巖油井均由屬地采油廠(chǎng)統(tǒng)一與地方政府及當(dāng)?shù)匕傩照勁?，統(tǒng)一口徑、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一對(duì)外聯(lián)絡(luò)，避免重復(fù)談判和征地，縮短周期，減少投資。重點(diǎn)水平井重點(diǎn)環(huán)節(jié)如入窗點(diǎn)、卡層和大型酸化、壓裂作業(yè)等，頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)指揮部辦公室在前線(xiàn)指揮部辦公。建設(shè)單位主要領(lǐng)導(dǎo)或主管領(lǐng)導(dǎo)親自上井督導(dǎo)，工程施工單位技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)也要在現(xiàn)場(chǎng)指揮，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)研究處理，設(shè)計(jì)單位第一設(shè)計(jì)人到現(xiàn)場(chǎng)跟蹤指導(dǎo)，跨專(zhuān)業(yè)、跨部門(mén)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫溝通與合作，生產(chǎn)組織高效推進(jìn)，減少無(wú)效等停時(shí)間。

2.4.4 探索市場(chǎng)定額，單井成本大幅下降。

創(chuàng)新“一井一項(xiàng)目、一井一評(píng)估”的投資預(yù)測(cè)模式，根據(jù)直井生產(chǎn)情況預(yù)測(cè)水平井單井日產(chǎn)量和累計(jì)產(chǎn)量，結(jié)合收益率指標(biāo)，預(yù)測(cè)單井或者區(qū)塊整體投資上限，超過(guò)投資上限的井或者方案暫緩實(shí)施。改變以往以地質(zhì)條件為主要實(shí)施依據(jù)的做法，把經(jīng)濟(jì)效益作為重要實(shí)施依據(jù)。

GD1701H井和GD1702H井兩口頁(yè)巖油先導(dǎo)試驗(yàn)水平井依據(jù)關(guān)聯(lián)交易定額，單井投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單井實(shí)施投資上限。大港油田公司和渤海鉆探工程公司聯(lián)合開(kāi)展頁(yè)巖油投資定額調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果，確定這兩口先導(dǎo)試驗(yàn)井在投資定額上探索市場(chǎng)定價(jià)，根據(jù)效益倒逼結(jié)果，利用鉆井和壓裂提速、設(shè)計(jì)和工序優(yōu)化、材料優(yōu)選等措施，降低成本，實(shí)現(xiàn)互利共贏(yíng)，探索實(shí)施項(xiàng)目總包，最終兩口井投資比關(guān)聯(lián)交易定額降低40%，達(dá)到投資上限要求。

3 結(jié)論

中國(guó)頁(yè)巖油可采資源量為44.8×108t，利用質(zhì)量含油率法計(jì)算滄東凹陷頁(yè)巖油資源量為6.8×108t，歧口凹陷頁(yè)巖油資源量為3.6×108t。中國(guó)陸相頁(yè)巖油勘探處于初級(jí)階段，勘探潛力大。

滄東凹陷孔二段泥頁(yè)巖具有有機(jī)質(zhì)豐度高、脆性礦物含量高，孔縫系統(tǒng)發(fā)育，厚層狀長(zhǎng)英質(zhì)頁(yè)巖組構(gòu)相最利于頁(yè)巖油富集高產(chǎn)。

頁(yè)巖油一般不具有自然產(chǎn)能，需要通過(guò)選準(zhǔn)甜點(diǎn)、找準(zhǔn)箱體、打準(zhǔn)水平井軌跡、定準(zhǔn)壓裂段簇、選準(zhǔn)壓裂參數(shù)、壓準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)甜點(diǎn)等配套工程技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

頁(yè)巖油是個(gè)全新的領(lǐng)域，需要全過(guò)程、全方位創(chuàng)新，在選擇勘探方向上需要勘探理念創(chuàng)新，在目標(biāo)優(yōu)選上需要理論創(chuàng)新，在提產(chǎn)增產(chǎn)上需要技術(shù)創(chuàng)新，在工業(yè)化開(kāi)發(fā)上需要管理創(chuàng)新，降低成本，最終實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油商業(yè)化開(kāi)發(fā)。