松辽盆地北部陆相非均质致密油整体勘探开发“2+3”模式

松辽盆地北部中央坳陷区大庆长垣、齐家—古龙凹陷和三肇凹陷扶余油层和高台子油层发育致密砂岩油,资源潜力超过10×10~8t。勘探实践表明,这种致密油层呈现纵向不集中、横向不连续、甜点单体规模小、物性变化大、含油性差异大等非均质特征。针对这些非均质性,按照"逆向思维、反向设计、正向实施"理念,创建了"2+3"模式,即通过工程地质"一体化"设计引领,依托低成本高效率"工厂化"实施,带来勘探开发"配套工程技术"、水平井"单井高产量"和致密油"整体有效益"。经过2011年以来的探索实践,形成了以甜点精细刻画及水平井轨迹精细控制技术和增产改造设计优化技术为核心的工程地质"一体化设计"技术,建立了差异型和灵活型2种低成本高效率个性化"工厂化"实施模式,完善了"预测甜点目标、钻成优质井眼、评价甜点层段、提供工程参数和提高单井产量"5项致密油勘探开发"配套工程技术",实现了致密油水平井压裂后产油是周围直井17倍以上的"单井高产量",展现了致密油"整体有效益"初步成效,建成3个试验区,正建10个试验区,新增致密油储量超过1×10~8t。"2+3"模式的建立,不仅为大庆油田原油稳产增加了资源,而且为其后规模生产储备了配套工程技术。     

中国陆相致密油形成机理与富集规律

中国致密油主要分布在中、新生代陆相含油气盆地中,发育与湖相生油岩共生或接触、大面积分布的致密砂岩油或致密碳酸盐岩油。近年来,陆相致密油勘探开发取得重大进展,截至2018年底,中国陆相致密油已建成产能315.5×10⁴ t,2018年年产量约105×10⁴ t。中国陆相致密油以湖相富有机质页岩为主要烃源岩,多发育于淡水、半咸水-咸水环境,厚度一般为几十至几百米,有机碳含量为0.4%~16.0%,镜质体反射率为0.5%~1.3%,适宜的火山作用、低沉积速率、缺氧还原环境、海水入侵与水体分层是富有机质页岩形成的重要影响因素。中国陆相致密油储层类型包括致密砂岩、致密碳酸盐岩、致密混积岩和致密沉凝灰岩等,储集层非均质性强、物性差;覆压基质渗透率多小于或等于0.1×10^-3 μm²,以纳米级孔喉系统为主,孔喉半径小,主体直径40~900 nm,孔隙结构复杂;压力系数0.7~1.8,既有超压,也有负压;地层能量、原油品质变化大,原油密度0.75~0.92 g/cm³。中国陆相致密油地质资源量为178.20×10⁸ t,技术可采资源量为17.65×10⁸ t,主要分布在鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地。提出“甜点区（段）”概念,“甜点区”多发育在宽缓背景下的局部微构造区,是指在平面上成熟优质烃源岩分布范围内,具有工业价值的致密油高产富集区;“甜点段”是指在剖面上源-储共生的黑色页岩层系内,人工改造可形成工业价值的致密油高产层段。源岩品质和源-储组合类型控制“甜点区”平面分布范围。资源评价方法、“六特性”测井识别、高精度三维地震、水平井平台式生产及人工油藏开发等“甜点区（段）”评价方法,可支撑致密油有效开发。     

松辽盆地北部致密油水平井技术及勘探实践

松辽盆地北部中浅层具有形成大规模、连续型致密油藏的有利地质条件,青山口组烃源岩内部和下部分别发育高台子和扶余2套致密油层,具有很大的资源潜力,但应用常规技术难以有效开发动用。大庆油田按照"预探先行、储备技术、评价跟进"思路积极探索致密油藏勘探开发模式,在建立扶余、高台子油层致密油资源精细分类评价,以及"甜点"识别方法的基础上,秉承"水平井+大规模体积压裂"理念,形成了"三优二精一配套"的水平井设计、钻探跟踪及增产改造技术。在致密油水平井段钻探长度、油层钻遇率、压裂方式、压裂段数、压裂规模等方面取得了突破性进展,水平井提产效果显著。针对扶余和高台子油层特定的致密储层地质条件,优选有利区块,通过个性化井网设计和尝试工厂化作业模式,初步建立了3个水平井开发试验区,为松辽盆地北部致密油全面有效开发积累了经验。     

“进源找油”:致密油主要类型及地质工程一体化进展

致密油是国内"进源找油"的主要对象,地质工程一体化是实现中国致密油规模效益发展的必由之路。文章提到的致密油,等同于页岩层系石油,是指依靠水平井体积压裂等现有技术可以实现规模效益开发的陆相非常规石油资源,致密油"进源找油"包括找出"甜点区"和采出"甜点体"两个内涵,根据页岩层系储层岩性、源储组合差异,将中国陆上致密油划分为"碎屑岩、混积岩—沉凝灰岩、碳酸盐岩"3种主要类型。致密油地质工程一体化,就是以"甜点区(段)"评价识别为基础,以"甜点体"高产稳产为目标,以"逆向思维设计、正向作业施工"为工作指南,坚持地质设计与工程实践一体化组织管理,做好"甜点区(段)"评价刻画和"人工油藏"制造开发两篇文章,最终把蓝图设计转化为工程作业、转化为效益产量的系统工业过程。以松辽盆地扶余油层碎屑岩、柴西南扎哈泉碎屑岩、吉木萨尔凹陷芦草沟组混积岩、马朗凹陷条湖组沉凝灰岩、柴西南英西地区下干柴沟组碳酸盐岩、川中北大安寨段页岩等不同类型致密油为例,分类型阐述了中国石油探区研究区致密油地质工程一体化在地质评价预测、工程关键技术和主要管理举措等3个方面的研究进展,"十三五"前3年新增三级储量9.97×108t,新建产能225×104t,取得了油气发现和产能建设"双丰收"。最后初步提出依托致密油地质工程一体化发展,加强多层系立体"人工油藏"开发、建立不同类型小区块"参考模板"、高度关注页岩层系源岩油气等建议。     

松辽盆地北部扶余油层致密油资源评价

致密油已成为松辽盆地重要的接替资源。为搞清致密油资源潜力、资源分布,有效指导致密油勘探,对扶余油层致密油进行了资源评价。根据研究区致密油的勘探程度,应用分级资源丰度类比法和小面元容积法,在地质特征和成藏条件研究基础上,依据储层物性和含油性对评价区进行分级,开展扶余油层致密油资源量计算。结果表明:扶余油层致密油地质资源量为10.5×10~8~11.15×10~8t,其中以I类资源为主,Ⅰ类资源量约为Ⅱ类资源量的2倍;资源量分布由大到小依次为三肇凹陷、大庆长垣、龙虎泡阶地、古龙凹陷、朝阳沟背斜和齐家凹陷,其中三肇凹陷资源量占致密油总资源量31%以上,大庆长垣占总资源量27%。研究指出三肇凹陷和大庆长垣不但致密油资源丰富而且资源品质较好,是下一步重点勘探区域。     

低油价背景下中国陆相致密油的效益勘探开发

在北美致密油规模勘探开发调研基础上,总结低油价背景下北美致密油规模效益勘探开发的成功经验和做法,分析中国陆相致密油与北美海相致密油成藏地质条件差异,探究中国陆相致密油产业发展的技术对策。北美致密油规模勘探、效益开发有6方面经验值得借鉴:在成熟探区寻找新的效益勘探层系;加强“甜点区”经济评价,重点开发高收益“甜点区”;通过重复压裂、立体压裂,最大限度提高致密油储量动用程度;优化钻完井技术,降低工程作业成本;采用商品套期保值措施确保低油价盈利;出售非核心资产、裁员等,最大限度降低成本。中国陆相致密油有较好的资源基础,借鉴北美海相致密油勘探开发的成功经验,优选“甜点区”,选准“甜点段”,发展针对性方法技术,实现经济效益开发。     

四川盆地页岩油水平井“测定导”一体化技术应用

四川盆地侏罗系页岩油气埋藏浅、保存条件好、地层压力系数高、发育层系多,具备立体勘探优势。大安寨段和凉高山组主要为特低孔隙度、特低渗透率致密储层,常规手段难以实现经济有效开发。为了提高页岩油优质储层钻遇率,有效降低施工风险,开展了“测定导”一体化技术创新与实践。以LA1导眼井岩心、岩屑资料为基础,综合分析四川盆地中部大安寨段页岩储层中矿物组分含量及孔隙度、TOC、渗透率等物性参数,确定页岩油水平井地质与工程甜点。通过井震结合、精细地质建模,探索优质页岩储层展布规律,优选水平井目标箱体,优化随钻地质导向工具及钻具组合方案。利用水平井轨迹优化设计与控制技术,结合地质模型与随钻自然伽马数据,动态实时跟踪与钻井轨迹调整,页岩油水平井优质井身质量和箱体钻遇率获得有效提高,并为压裂分段分簇奠定良好基础。技术应用后,四川盆地大安寨段页岩突破了出油关。     

大民屯凹陷沙四段湖相页岩油地震预测关键技术与应用

大民屯凹陷沙四段湖相页岩油地层岩性复杂、有效厚度薄、储层变化快,利用常规的叠后地震方法预测“甜点”的精度较低,制约了页岩油资源的经济有效动用。针对研究区页岩油地质特征,以提高“甜点”预测精度为导向,探索形成了地震资料优化处理、叠前弹性参数联合反演、有效裂缝预测等多项关键技术。在地震资料处理方面,形成了以“全程Q补偿”为核心的宽频保幅处理技术思路,道集质量和频带宽度得到有效改善,提高了地震解决复杂地质问题的能力;在储层预测方面,综合应用叠前弹性参数联合反演技术和AVOZF反演技术,实现了岩性、脆性、TOC含量及有效裂缝等地质参数的高分辨率预测,明确了大民屯沙四段页岩油“甜点”分布的有利区,落实Ⅰ类、Ⅱ类“甜点”面积约为143 km²。现场实践结果表明,新钻的水平井地质评价结果与储层预测吻合程度高,储层的钻遇率达66.4%。研究结果为大民屯凹陷页岩油资源的勘探开发提供了有力技术支撑。     

致密油水平井双甜点评价及产能预测技术

以乾安地区扶余油藏致密油水平井为研究对象进行水平井双甜点评价产能预测。利用测井资料求取储层脆性、应力差、裂缝指数,构建储层的工程甜点指数I_A。通过I_A指数建立储层工程甜点评价标准,优化射孔簇,对I_A相当的层选取射孔簇,保证设置的射孔簇能够压开,减少了无效、低效射孔簇。利用孔隙度、渗透率、电阻率、含油饱和度、自然伽马、渗透性砂岩厚度等测井曲线,构建地质甜点指数R_A,将储层分为4类。建立储层类别和水平井中期产能的相关性,创建了基于有效厚度指数的产能预测评价方法。在水平井评价中,先划分工程甜点优化射孔段,再划分储层类别,求取储层有效厚度指数,对水平井产能进行预测。应用该方法对乾安地区100口水平井进行产能预测,准确率达82%。该项技术减少了无效射孔簇,提高了水平井采收率,在砂泥岩剖面水平井中具有推广应用价值。     

松辽盆地北部致密油钻采一体化方案提产降本提效设计创新与实践

松辽盆地北部致密油具有储层单层厚度薄、纵向集中度差、横向连续性差的地质特点,开发难度大,为此开展了钻采一体化方案提产降本提效探索与实践。针对地面及地下特点,钻井设计优化为平台式布井,水平井由3层变2层,井眼进行瘦身;二维水平井通过上移造斜点,减小造斜率、摩阻和扭矩;三维水平井采取“先平面提前造斜、后扭方位”的方式。优选超深穿透、等孔径射孔弹,直井、定向井设计16孔/m孔密,135°相位角;水平井设计20孔/m孔密,60°相位角。应用相控地质模型,确定裂缝半长为250~300m,裂缝间距为10~15m,支撑剂类型为70~140目+40~70目+20~40目组合粒径石英砂。按照压裂后初期放喷、快速排液、正常生产3个阶段进行排采制度研究,实现全生命周期举升工艺优化。最终形成了适合松北致密油储层特征的多薄层斜直井、主力层水平井、主薄层直平联合的一体化方案优化方法;定型了以大平台钻井、超深穿透等孔径射孔、复合高效压裂、全生命周期举升为核心的提产降本提效设计技术,致密油区块实现效益建产,建成产能超百万吨。     

昌吉油田致密油长位移丛式水平井钻井技术

美国致密油成功开发的经验表明,适宜的工程技术与“工厂化”运行模式的有机结合是降低开发成本的有效手段。为了进一步降低开发成本,昌吉油田致密油有效开发试验区采用了大井丛平台水平井开发方式,以满足“工厂化”作业模式需要。针对昌吉油田二叠系芦草沟组致密油钻井地质特点,阐述了井身结构优化设计、钻头优选、水平井眼方位选择、三维井眼轨迹优化设计与精细控制、丛式井防碰以及钻井液体系优选等关键技术,通过现场试验,井身结构实现了由四开变三开,机械钻速较前期探井提高了2.46倍,钻井工期缩短了82.75 d,采用常规定向工具满足了1 300~1 800 m水平段三维井眼轨迹控制要求,钻井成本大幅度降低,为该区致密油有效开发创造了有利条件。     

致密油水平井产能主控地质因素研究

为明确地质因素对致密油水平井产能的影响,建立压裂水平井模型,利用数值模拟方法研究不同地质因素对产能的影响。通过定义影响因子,量化各因素对产能的影响,明确了产能的主控因素。结果显示:储层各参数对致密油水平井初期日产油量和累计产油量均有影响,但程度不同;通过对各参数影响因子的计算可知,天然裂缝发育程度、基质孔隙分布情况是致密油水平井单井初期产能的主控因素,而渗透率、天然裂缝发育程度及基质孔隙分布是致密油水平井单井累计产油量的主控因素。该成果明确了研究区单井产能的地质主控因素,有利于水平井的优化设计,对于提高致密油水平井单井产量具有一定的指导意义。     

页岩气水平井地质导向钻进中的储层“甜点”评价技术

随钻自然伽马探测手段在四川盆地涪陵国家级页岩气产能示范区水平井导向实践中暴露出储层特征显示不明确、"甜点"层钻遇率低的问题。为此,通过研究该区页岩标志层、"甜点"层的岩性、物性及含气性特征,建立其与已测量的自然伽马值的对应关系,总结得出了该区页岩储层"甜点"判别方法,以此作为LWD随钻地质导向轨迹实时控制的依据。焦页14-3HF井的现场试验结果表明,实钻水平段1 540 m,"甜点"钻遇率和储层钻遇率均为100%,优质"甜点"钻遇率达93.6%,单井完井测试平均无阻流量达到103.24×10~4 m~3/d,取得了非常好的效果。结论认为,该储层"甜点"层判别和识别技术能够更好地指示钻头在"甜点"层中钻进,有利于全面发挥地质导向技术在页岩气水平井钻井中的技术优势。     

松辽盆地北部致密油勘探

松辽盆地北部中央坳陷区高台子油层和扶余油层发育致密砂岩油,累计资源潜力超过10×108t。勘探实践证实,这种致密储层具有纵向不集中、横向不连续、单体规模小、物性变化大等非均质特性,且常规技术难以有效开发。自2011年以来,针对大庆油田致密储层非均质特性,从精细落实资源、水平井提产及有效开发等3个方面开展一体化联合攻关,探索建立了以资源精细评价、甜点精细刻画与水平井轨迹精细控制、油层增产改造为代表的致密油勘探适用技术系列,形成了以"实现有效开发"为目的的低成本、高效率工厂化实施方式。经过几年的探索实践,水平井油层平均钻遇率保持在75%以上,压后初期平均日产油30t以上,是周边直井的17倍;建成3个试验区,投产井累计产油超过7×104t;新增三级储量超过2×108t。     

吉木萨尔页岩油“甜点”预测方法

针对吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油"甜点"变化快、水平井钻遇率低等问题,从测井和地震2个方面展开分析。纵向上,将二叠系芦草沟组页岩油"甜点"分为上"甜点"和下"甜点"2个部分,类型上划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3类,并明确了上、下"甜点"的地震反射特征。在此基础上,通过敏感参数交会分析,确定了基于地震地质统计学模拟的"甜点"预测方法,预测精度得到了有效提高,预测"甜点"识别厚度由前期的20 m提至6 m,"甜点"钻遇率由87%提高至92%以上,从而实现了完钻水平井规模压裂及高效开发。通过上述研究,形成了一套针对陆相页岩油"甜点"的地震预测方法,并在生产实践中得到了验证,为页岩油水平井高效开发提供了技术支撑。     

中国陆相致密油效益勘探开发

在北美致密油勘探开发现状调研基础上,总结北美致密油规模效益勘探开发的成功经验和做法,分析中国陆相致密油与北美海相致密油成藏地质条件差异,提出中国陆相致密油产业发展的技术对策。北美致密油规模勘探、效益开发有6方面经验值得借鉴:在成熟探区寻找新的效益勘探层系;加强"甜点区"经济评价,重点开发高收益"甜点区";通过重复压裂、立体压裂,最大限度提高致密油储量动用程度;优化钻完井技术,降低工程作业成本;采用商品套期保值措施确保公司长期持续盈利;加强不同资源综合开发利用,提升整体经济效益。中国陆相致密油有较好的资源基础,借鉴北美海相致密油勘探开发的成功经验,针对中国致密油储集层地质条件,提出4方面建议:评价致密油资源潜力,优选致密油勘探战略选区;选准"甜点区"、"甜点段",实现精准高效开发;采用先进致密油压裂改造技术实现经济效益开发;通过管理体制创新,推进致密油规模效益开发。     

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组碱湖型页岩油勘探进展

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组页岩油具有良好的勘探前景与巨大资源潜力,是盆地下一步油气增产上储的重要战略接替新领域。通过回顾准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系页岩油的勘探历程,应用地质、岩心分析、钻井、测井、录井与三维地震资料,剖析玛湖凹陷碱湖型页岩油的典型地质特征,系统总结页岩“甜点”的地球物理评价方法与储层改造技术,指出了准噶尔盆地玛湖凹陷风城组页岩油的未来勘探方向。研究表明：(1)玛湖凹陷风城组发育全球迄今最古老的广覆式碱湖型优质烃源岩,具有多源混积、孔隙—裂缝—缝合线三重储集介质、优势岩相控油与“甜点”分散的地质特征,其中风二段展示了良好的勘探前景。(2)创新形成了页岩油“甜点区”高分辨率地震预测、“甜点段”三品质测井综合评价与工程“甜点”配套储层改造3项关键核心技术,厘定玛湖凹陷风城组1200km²的“甜点区”,纵向识别17层“甜点段”。(3)针对目前勘探面临的关键问题,仍需强化风二段页岩油“甜点”的精细刻画,深入开展地质工程一体化技术攻关,以实现风城组页岩油的全面突破与规模效益勘探开发。     

常规-非常规油气“有序聚集”理论认识及实践意义

在分析全球常规-非常规油气发展态势、梳理中国近10年油气地质理论与技术创新成果基础上,系统阐述了常规-非常规油气"有序聚集"内涵,指出常规油气供烃方向有非常规油气共生、非常规油气外围空间可能有常规油气伴生,强调常规油气与非常规油气协同发展,找油思想从"源外找油"深入到"进源找油"。非常规油气甜点着眼于烃源性、岩性、物性、脆性、含油气性与应力各向异性"六特性"匹配评价,以页岩气为例,中国有利页岩气TOC大于2%,纹层状硅质钙质或钙质硅质页岩,孔隙度3%~8%,脆性矿物含量50%~80%,含气量2.3~4.1 m3/t,压力系数1.0~2.3,天然裂缝发育;北美有利页岩气TOC大于4%,硅质页岩、钙质页岩或泥灰岩,孔隙度4%~9%,脆性矿物含量40%~70%,含气量2.8~9.9 m3/t,压力系数1.30~1.85,天然裂缝发育。重点论述了"甜点区"评价、平台式"工厂化"生产模式等方法与技术:提出非常规油气富集"甜点区"8项评价标准,其中3项关键指标是TOC大于2%(其中页岩油S1大于2 mg/g)、孔隙度较高(致密油气大于10%,页岩油气大于3%)和微裂缝发育;阐述了多井平台式"工厂化"生产内涵及其实施需要具备"批量布井、标准设计、流水作业、重复利用"4要素;通过地下含油气地层各方向水平井体积压裂,形成大型人工缝网系统"人造油气藏"。     

致密油资源富集区与“甜点区”分布关系研究——以美国威利斯顿盆地为例

通过对美国致密油成熟探区,威利斯顿盆地巴肯组致密油详细解剖研究,分析致密油资源富集区与甜点区的分布关系。基于948口钻测井数据,绘制多参数地质平面图,利用成因法、体积法和递减曲线法分别对盆地的致密油资源丰度进行评价,对比不同方法下资源丰度的差异,并结合地质参数平面图分析致密油甜点区的分布特征与规律。研究结果表明:威利斯顿盆地巴肯组优质烃源岩是致密油形成的先决条件;成因法和体积法评价的资源富集区与致密油甜点区分布差异较大,不能直接单独应用于甜点的预测;邻近资源富集区的过渡区,同时具备靠近生烃中心、具有地层超压、较高气油比、有一定构造幅度等多个相对有利的因素,是致密油甜点发育区;在构造上,这些过渡区往往发育在盆地斜坡区或靠近背斜等正向构造的翼部。     

致密油“甜点”多属性融合预测技术

新疆准噶尔盆地J凹陷致密油储层存在“甜点”预测不准、单井产量差异大的问题，影响油田规模效益开发。通过系统分析研究区钻井与地震等大量基础数据，确定了影响“甜点”预测的5个关键属性，并对属性进行分类和RGB颜色融合分析，得到“地质甜点”和“工程甜点”预测结果，进一步融合得到综合“甜点”区，并由此形成了致密油“甜点”多属性融合预测技术。研究区勘探评价井压裂后的生产效果表明，勘探开发评价井压裂效果和综合“甜点”区预测结果吻合程度较高。在此基础上，2017年，在Ⅰ类综合“甜点”区部署2口水平井，压裂改造后效果良好，进一步验证了“甜点”多属性融合预测技术的可靠性。该“甜点”预测技术准确可靠，对致密油后期开发评价及产能建设井位部署具有很强的指导作用。