姜文亞， 于浩陽， 陳長偉， 宋舜堯， 高莉津， 王曉東， 劉廣華， 馮建園

（1.中國石油大港油田公司， 天津 300280； 2.西北大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院， 陜西 西安 710100）

0 引言

目前，中國原油對外依存度較高，頁巖油作為中國油氣領(lǐng)域戰(zhàn)略性接替資源，對緩解油氣對外依存度，保障國家能源安全具有重要意義[1]。國內(nèi)主要油氣田如長慶、大慶、大港、勝利等先后宣布頁巖油勘探獲得工業(yè)化突破，掀起了頁巖油勘探開發(fā)的熱潮[2]。

但大規(guī)模開發(fā)的抗風(fēng)險能力和可持續(xù)發(fā)展能力存在較大挑戰(zhàn)，實現(xiàn)陸相頁巖油規(guī)模效益開發(fā)目標(biāo)仍有一定距離[3]。一是資源儲量豐富但資源條件復(fù)雜。中國陸相盆地發(fā)育多套頁巖油，儲量規(guī)模較大[4]。但資源條件復(fù)雜，沉積構(gòu)造背景不穩(wěn)定，沉積年代較新、非均質(zhì)性更強，地層能量和地溫梯度較低、烴類流體黏度和密度較大[5]。二是儲量豐富但產(chǎn)量規(guī)模有待提升。甜點分布不均，水平段打長難度大，單井首年平均產(chǎn)量、預(yù)測EUR 和桶油成本等關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)需進一步提高[6]。因此，必須加速實現(xiàn)我國陸相頁巖油資源的規(guī)模效益開發(fā)。

大港目前在實現(xiàn)效益開發(fā)方面，還面臨單井提產(chǎn)量、降成本的關(guān)鍵難題[7]。因此，不斷推進管理創(chuàng)新，總結(jié)探索與實踐經(jīng)驗，提出了“資源評價—甜點優(yōu)選—水平段打長—組織提效”四位一體的實踐模式，最大限度實現(xiàn)鉆井提速、壓裂提產(chǎn)、管理創(chuàng)效，形成陸相頁巖油效益建產(chǎn)的新局面，助推油田高質(zhì)量發(fā)展，為保障國家能源安全做出新貢獻。

1 大港油田頁巖油勘探開發(fā)現(xiàn)狀

近五年來，大港油田三套主力頁巖層系勘探突破夯實了資源基礎(chǔ)。依托股份公司重大科技專項，油田持續(xù)推進理論技術(shù)攻關(guān)和實踐探索，陸續(xù)取得了頁巖油的新突破，開辟了我國東部斷陷盆地陸相頁巖油重大新領(lǐng)域[8]。大港探區(qū)發(fā)育滄東孔二段、歧口沙三段、沙一下三套主力頁巖層段，疊合面積1 800 km2，厚度200～500 m，利用質(zhì)量含油率法初步計算頁巖油總資源量36.2 億t[9]。大港探區(qū)三套頁巖油勘探落實井控區(qū)資源量（近似于預(yù)測儲量）約14 億t，豐富的頁巖油資源為頁巖油開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

自2019 年以來，在滄東凹陷孔二段投產(chǎn)35 口開發(fā)試驗水平井，開展產(chǎn)能建設(shè)與評價的探索，主要驗證不同水平段長度、井軌跡方位、不同壓裂工藝對產(chǎn)量的影響，探索合理的效益開發(fā)方式，通過強化下泵、解堵、二氧化碳吞吐等增產(chǎn)措施力度，單井綜合遞減得到有效控制[10]。2021 年，平均每桶油完全成本65.1美元，實現(xiàn)了當(dāng)前油價下的效益開發(fā)。單井最高首年累計產(chǎn)油10 418 t、EUR3.19 萬t，單井最低桶油完全成本36.74 美元，極大鼓舞了頁巖油效益開發(fā)的信心。截止目前，頁巖油日產(chǎn)量穩(wěn)定在320 t，開辟了渤海灣盆地頁巖油勘探開發(fā)新格局，凸顯了我國東部斷陷盆地陸相頁巖油的良好發(fā)展前景，具體產(chǎn)量情況見圖1。

圖1 滄東凹陷孔二段頁巖油日產(chǎn)量變化

2 大港油田陸相頁巖油規(guī)模效益開發(fā)難題與挑戰(zhàn)

陸相頁巖油勘探開發(fā)是世界級難題，東部復(fù)雜斷陷盆地頁巖油勘探開發(fā)難度更大，實現(xiàn)規(guī)模效益面臨以下四個方面的問題與挑戰(zhàn)。

2.1 資源評價方法缺乏針對性

頁巖油屬于非常規(guī)資源的一種，不同于常規(guī)油氣[11]，烴類生成后沒有經(jīng)過大規(guī)模長距離運移聚集成藏，而形成大面積連續(xù)分布，無明顯油氣藏邊界的特點[12]。因此，常規(guī)資源的評價方法對于頁巖油資源評價并不適用。目前頁巖油氣資源預(yù)測理論基礎(chǔ)較為薄弱，還未明確具有針對性的評價體系[13]。因此，如何合理客觀地落實頁巖油氣資源儲量，成為制約頁巖油效益建產(chǎn)的主要問題。

2.2 頁巖油甜點評價標(biāo)準(zhǔn)和富集高產(chǎn)規(guī)律認(rèn)識需要深化

渤海灣盆地孔二段為典型的頁巖發(fā)育段，有機質(zhì)豐度高，鉆探過程中均有較好的顯示，但鏡下鑒定顯示儲集層非均質(zhì)性很強，而甜點區(qū)發(fā)育機理不清，目前缺少高效準(zhǔn)確地評價優(yōu)選有利目標(biāo)區(qū)的理論指導(dǎo)水平井部署，難以實現(xiàn)單井提產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)[14]。大港油田三套層系頁巖油不同區(qū)帶產(chǎn)量差異大，開發(fā)關(guān)鍵參數(shù)尚不明確，高產(chǎn)因素需要深入總結(jié)。

2.3 長水平段低成本高效鉆井壓裂工程技術(shù)存在挑戰(zhàn)

一是隨著頁巖油水平段長增加至2 000 m，井深、地層溫度等問題導(dǎo)致軌跡調(diào)整、井眼清潔、套管下入及固井質(zhì)量保障難度更大，安全快速高效鉆完井配套技術(shù)需進一步優(yōu)化升級[15]；二是完鉆井壓裂改造效果差異大，面臨簇點開啟不均，壓裂液、支撐劑、二氧化碳規(guī)模不明確等問題，段簇劃分、壓裂體系、工藝參數(shù)等需進一步試驗攻關(guān)；三是對盡可能多的優(yōu)勢簇點進行大規(guī)模體積壓裂，提產(chǎn)效果較為理想，但工程成本較高[16]。

2.4 高效組織模式亟待升級

當(dāng)前外包模式下，建設(shè)單位嚴(yán)格審核工程工藝設(shè)計，專家評審優(yōu)化，實施入井物資三輪檢測，但仍存在兩方面的現(xiàn)實情況：除地質(zhì)設(shè)計外，鉆井工程設(shè)計、壓裂工藝設(shè)計等所有工程工藝設(shè)計均由乙方負(fù)責(zé)，為節(jié)省成本，乙方在工藝設(shè)計參數(shù)方面相對保守；入井物資管控難度較大，質(zhì)量不合格等問題風(fēng)險較高。工程效率處于較低水平，甲乙方利益共擔(dān)意識不強，工程服務(wù)企業(yè)優(yōu)先保定額市場，造成施工計劃性差、時效低等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)積極性。此外、開發(fā)過程中復(fù)雜情況頻發(fā)，影響生產(chǎn)連貫性。

3 規(guī)模效益建產(chǎn)的主要做法

3.1 頁巖油資源評價方案

針對成因法、容積法和類比法等傳統(tǒng)的常規(guī)油氣評價方法的不適用，油田公司將頁巖油資源評價納入“重大專項”進行攻關(guān)，綜合考慮頁巖油孔隙度、含油飽和度，創(chuàng)新提出以單位質(zhì)量巖石所含可動烴的比率計算頁巖滯留可動資源量的方法，稱之為體積含油率法[17]。該方法有效解決了傳統(tǒng)常規(guī)油氣評價中關(guān)鍵參數(shù)測不準(zhǔn)的難題，同時增加的輕烴恢復(fù)校正系數(shù)K1與有機質(zhì)吸附烴系數(shù)K2，進一步提高了頁巖油資源評價的準(zhǔn)確性。經(jīng)過探索形成了穩(wěn)定有效的頁巖油資源評價方法，有效地指導(dǎo)了滄東凹陷孔二段頁巖油的勘探部署[18]。

3.2 精細(xì)評價甜點分布

頁巖油主要賦存在長英質(zhì)紋層中，油含量可達27.1 mg/g?！疤瘘c”的分布受巖性、物性、含油性和脆性等多因素共同控制[19]，大港頁巖油甜點評價核心指標(biāo)是S1’，其他指標(biāo)所占權(quán)重相對較低[20]。通過對已投產(chǎn)井的對比分析發(fā)現(xiàn)，千米井段90 d 平均日產(chǎn)油與含油豐度（S1’）正相關(guān)，S1’＞6mg/g·m 可以實現(xiàn)千米井段日產(chǎn)油30 t 以上。高產(chǎn)井地化指標(biāo)較高（其中S1*＞6 mg/g 已被實踐證實是高產(chǎn)的關(guān)鍵因素），這是確保效益達標(biāo)的必要條件，具體見表1。因此，在頁巖油勘探開發(fā)選區(qū)過程中，要始終堅持一類區(qū)地化指標(biāo)的下限標(biāo)準(zhǔn)，在方案設(shè)計和實際鉆探過程中，必須對水平段的地化指標(biāo)進行加密分析，確保一類甜點鉆遇率達到90%以上。

表1 甜點評價下限標(biāo)準(zhǔn)

通過頁巖油“七性關(guān)系”綜合研究，深化頁巖油富集規(guī)律認(rèn)識[21]，明確產(chǎn)量主要受源巖特性、儲集性、含油性、滲流性、可壓性等因素的影響。將頁巖油劃分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類（其中Ⅰ類甜點百米日產(chǎn)油＞3t，Ⅱ類甜點百米日產(chǎn)油1.5～3 t，Ⅲ類甜點百米日產(chǎn)油0.5～1 t）。針對Ⅰ類甜點區(qū)，綜合地應(yīng)力分布、甜點層縱向及空間分布規(guī)律等情況，編制整體開發(fā)動用方案，為制定上產(chǎn)規(guī)劃提供依據(jù)[22]。兼顧構(gòu)造形態(tài)、斷塊大小、應(yīng)力方向與水平段長度等條件，按照“甜點體-井網(wǎng)- 縫網(wǎng)”匹配的立體交錯井網(wǎng)部署，結(jié)合井場大小、井距、偏移距等因素，單平臺部署3～6 口水平井，縱向?qū)咏犹妫叵碌孛娼Y(jié)合，實現(xiàn)立體開發(fā)。該布井方式適應(yīng)性好，能取得較高累產(chǎn)油量、采油速度、采收率，推動最少投資的井間儲量控制程度最大化，實現(xiàn)效益開發(fā)。

3.3 水平井工程

實施平臺式方案整體開發(fā)動用。平臺方案包括地質(zhì)方案、鉆井方案、試油壓裂方案、采油工藝方案、地面工程方案等。通過開發(fā)試驗探索不同甜點層系、不同井距、不同水平段長度、不同水平井方位、不同壓裂改造方式下的單井產(chǎn)能發(fā)現(xiàn)，頁巖油產(chǎn)量差異較大。因此實施過程中應(yīng)以壓裂甜點水平段長度＞1500m、水平井方位與最大主應(yīng)力夾角＞60°、井間距300 m、采用大液量（米液量30 方以上）、適中砂量（米砂量2.5 方以上）、低黏滑溜水（比例80%以上）壓裂方式作為下限指標(biāo)精準(zhǔn)控制。

應(yīng)用新技術(shù)。頁巖油開發(fā)成本的主體構(gòu)成是占單井總費用的82%的鉆井和壓裂成本，因此效益開發(fā)要從鉆井提速和壓裂降本入手。實現(xiàn)鉆井提速通常采用平臺式鉆井，優(yōu)選高效PDC 鉆頭、大扭矩長壽命螺桿、高質(zhì)量LWD、低功耗長壽命水力振蕩器及激進鉆井參數(shù)，推進“一趟鉆”工程，提升鉆井效率[23]。實現(xiàn)壓裂降本通常采用全程滑溜水連續(xù)加砂，提高石英砂比例至70%，降低壓裂液、支撐劑費用77%。采用工廠化體積壓裂，“拉鏈?zhǔn)健笔┕ぃ┕ば视扇諌毫? 段提高至6 段，單井建井成本下降30%～40%。

3.4 組織提效

以“大包”形式進行開發(fā)，實際上雙方通過提效可以完成更多工作，從而獲得更高價值。一是提前謀劃，合理制定方案和井場前期準(zhǔn)備工作，提高設(shè)備利用率；二是優(yōu)化實施方案，確保各項工序有序銜接；三是及時進行井筒處理，提高壓裂效率。通過甲乙雙方共同努力，提高鉆井速度和壓裂進度，可以大幅度降低頁巖油開發(fā)成本，為效益開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

產(chǎn)能建設(shè)項目組實行平臺化管理，設(shè)立平臺經(jīng)理并授權(quán)“四包”現(xiàn)場模式（包工作量、包施工質(zhì)量、包安全環(huán)保、包生產(chǎn)運行）+產(chǎn)能產(chǎn)量考核，大力推行水平井立體開發(fā)、大井組工廠化作業(yè)，探索和實踐“非常規(guī)理念、非常規(guī)技術(shù)、非常規(guī)管理”。平臺經(jīng)理在嚴(yán)格落實技術(shù)方案的前提下，可適度創(chuàng)新現(xiàn)有管理制度，以效益開發(fā)為導(dǎo)向，高效組織推進各環(huán)節(jié)無縫銜接，嚴(yán)控工程質(zhì)量，保證產(chǎn)量產(chǎn)能達到預(yù)期目標(biāo)，預(yù)期可將平臺管理完善推廣。

頁巖油勘探開發(fā)實行科研生產(chǎn)一體化，成立聯(lián)合攻關(guān)實踐團隊，進一步發(fā)揮科研組織引領(lǐng)作用。聚焦地質(zhì)工程一體化、科研生產(chǎn)一體化目標(biāo)，通過組建科技生產(chǎn)創(chuàng)新聯(lián)合體等形式，系統(tǒng)開展頁巖油地質(zhì)工程一體化科研項目攻關(guān)，促進創(chuàng)新成果快速轉(zhuǎn)化，切實解決頁巖油生產(chǎn)關(guān)鍵難題。

4 應(yīng)用效果

4.1 效益開發(fā)先導(dǎo)試驗井鉆探指標(biāo)創(chuàng)新高

2021 年，選擇構(gòu)造背景好、含油率高的井場開展先導(dǎo)試驗，該方案得到批復(fù)部署6 口井，動用地質(zhì)儲量360 萬t，單井首年產(chǎn)油1 萬t 以上，EUR 為3.37 萬t，實現(xiàn)了50 美元/桶油價下效益動用。5 口正在壓裂的油井地質(zhì)和工程指標(biāo)屢創(chuàng)新高，水平段長較以往增加一倍；熱解S1 為10～25 mg/g，優(yōu)于鉆探高產(chǎn)井；機械鉆速較以往提高30%，鉆井周期較以往縮短23%；固井質(zhì)量合格率82～94%，較以往58.6%有大幅提升，因此具有高產(chǎn)的潛力。

4.2 頁巖油產(chǎn)量逐年提高并保持穩(wěn)產(chǎn)

2021 年以來，強力推進新井提產(chǎn)、老井穩(wěn)產(chǎn)、技術(shù)增產(chǎn)3 大工程，在滄東凹陷孔二段接連斬獲4 口日產(chǎn)超百噸高產(chǎn)井，創(chuàng)我國陸相頁巖油產(chǎn)量最高記錄。2022 年奪油上產(chǎn)百日會戰(zhàn)期間，通過推動鉆井、試油、壓裂、下泵、二氧化碳吞吐等工作，頁巖油日產(chǎn)量重新達到350 t 以上，并長時間穩(wěn)定在320 t 左右。具體見圖2。

圖2 頁巖油桶油完全成本變化曲線

4.3 管理提效明顯

2013 年以來，大港油田以地質(zhì)理論創(chuàng)新為突破口，積極轉(zhuǎn)變頁巖油勘探評價思路，借鑒國外非常規(guī)油氣開發(fā)理念，堅持勘探開發(fā)一體化，組織地質(zhì)、地球物理等多學(xué)科開展一體化攻關(guān)試驗，始終堅持現(xiàn)場試驗、總結(jié)提升并取得了顯著成效，已具備規(guī)模效益開發(fā)條件。

5 前景展望

通過直井控面、水平井提產(chǎn)的方式，已落實井控區(qū)資源規(guī)模接近預(yù)測儲量達14.1 億t。油田公司基于資源和技術(shù)現(xiàn)狀，制定了“百萬噸級頁巖油田建設(shè)”的奮斗目標(biāo)，實現(xiàn)規(guī)模效益建產(chǎn)的條件已具備。根據(jù)現(xiàn)有的資源評價結(jié)果，已開展了大港頁巖油整體開發(fā)方案部署，按照高產(chǎn)和效益達標(biāo)的原則形成年產(chǎn)100 萬t能力。

從現(xiàn)有的理論認(rèn)識和技術(shù)儲備上看，可以通過三步走的戰(zhàn)略部署，實現(xiàn)頁巖油年產(chǎn)百萬t 目標(biāo)：通過效益建產(chǎn)示范區(qū)建設(shè)，實現(xiàn)年產(chǎn)25 萬t 階段目標(biāo)，儲備配套工藝技術(shù)；加強預(yù)探評價，儲備后續(xù)建產(chǎn)接替，實現(xiàn)年產(chǎn)50 萬t 階段目標(biāo)；加快產(chǎn)能建設(shè)，實現(xiàn)年產(chǎn)100 萬t 目標(biāo)。頁巖油已成為最為現(xiàn)實的增長極，抓住有利時機乘勢而上，助力油田高質(zhì)量發(fā)展。