西加盆地致密油開發特征分析

李朝霞，王 健，劉 偉，徐向華，陳煥杰

(中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083)

受頁巖氣革命的影響，美國把頁巖氣開發的技術和經驗引入了致密油資源開發，在威林斯頓盆地巴肯組( Bakken) 率先取得成功，并不斷向其他地區擴展。目前美國是全球致密油勘探開發最成功的地區，2012年美國頁巖油產量為210萬桶/日，占其石油總產量的24%。正是由于致密油產量的大幅增長，使美國扭轉了連續二十多年石油產量下滑的頹勢[1]。

加拿大與美國具有相似的地質構造和地質背景，其致密油資源也較為豐富，主要分布在西加拿大沉積盆地(以下簡稱西加盆地)。致密油開發技術的日益成熟、開發成本的逐漸降低、國際油價的持續高位和加拿大良好的投資環境，加之北美地區天然氣價格的持續低迷，使得越來越多的公司削減頁巖氣業務，轉而投向致密油開發業務，使得西加盆地致密油實現了規模經濟開發并進入了新一輪開發熱潮。

1 資源分布

西加盆地油氣資源十分豐富，常規油氣資源雖然居于舉足輕重的地位，但其資源量遠不及非常規油氣資源。在西加盆地，常規油氣資源和非常規油氣資源是一個連續統一體，成因上密切聯系、空間上相互伴生。

西加盆地致密油資源分布廣泛，平面上涵蓋阿爾伯達省(簡稱AB省，下同)、薩斯喀徹溫省(SK)、馬尼托巴省(MB)和不列顛哥倫比亞省(BC)等，主要分布在阿爾伯達省。主要致密油區帶包括Bakken/Exshaw、Cardium、Viking、Montney/Doig、Duvernay/Muskwa、Lower Shaunavon、Beaverhill Lake等。

西加盆地大面積分布的優質烴源巖和非均質致密儲層、穩定寬緩的構造背景、源儲緊密接觸與短距離運移為致密油的形成提供了有利條件。西加盆地致密油可劃分為兩種類型: ①在作為源巖的頁巖中的石油資源，即通常所稱的頁巖油。由于頁巖的滲透性差，且其中的微孔隙常不能很好的連通，故頁巖油藏的儲層物性很差。這類致密油區帶源儲共生，通常為全新勘探區域，如Duvernay/Muskwa地層。②從源巖中排出，并運移至附近或遠處的致密砂巖、粉砂巖、灰巖或白云巖等地層中的石油資源，與致密氣類似，但這類油藏的儲層物性比頁巖好很多。這類致密油區帶通常伴生在常規油藏周圍，如位于Pembina油田周圍的Cardium層。

西加盆地致密油藏通常伴生在常規油藏周圍，埋深范圍變化較大，僅Bakken、Cardium、Viking和Lower Shaunavo四個區帶原油2P可采儲量就高達5.06億桶(表1)，且隨著技術進步有進一步增加的潛力[2]。

2 開發現狀

西加盆地致密油開發相對較晚，目前整體處于起步階段。2005年，受高油價以及水平井和水力壓裂技術成功商業化應用推動，在加拿大作業的公司開始涉足致密油生產。西加盆地致密油產量自2007年之后開始快速增長(圖1)。截至2012年6月，西加盆地致密油產量超過20萬桶/日，預計到2020年有望增至45萬桶/日[3]。

表1 西加盆地主要致密油區帶

圖1 西加拿大盆地致密油產量構成曲線

Bakken/ Exshaw是加拿大最早開始致密油生產的區帶，也是目前最大的致密油產區。隨著Cardium等致密油區塊投入開發，致密油產量快速增長，但Bakken組雖然仍是主力產區且產量平穩，但其產量貢獻卻已降至30%左右。Cardium致密油區是第二大致密油產區，致密油產量約為5萬桶/日。

西加盆地致密油區鉆井數量逐年增加，水平井比例也逐年提高。2005年水平井比例約為28%，到2012年這一比例增加到80%，期間水平井鉆機數量由10臺增加到240臺。目前水平鉆井活動主要集中在Cardium、Bakken和Viking，約占總鉆井數的67%。

借鑒頁巖氣勘探開發思路與技術，水平井鉆井和多級壓裂技術推動了致密油開發的迅猛發展，是實現致密油有效動用的關鍵技術，也是目前普遍采用的開發技術。水平井技術可以大幅度提高單井控制儲量，多級壓裂技術則改善了儲層物性，大幅度增加了井筒與地層的接觸面積，提高了儲層滲流能力，從而有效支撐了致密油的商業化開發。

影響水平井產能的關鍵因素包括水平井在油層中的位置、水平段長度、水平井方向等，在水平井鉆井過程中必須保證水平井以最佳井身軌跡鉆進。水平段的延伸長度設計必須與儲層砂體發育規模相一致，并綜合考慮已鉆井的井網部署和地面環境等因素。水平段的設計長度并不是越長越好，只有根據儲層地質條件、鉆井成本和作業風險等方面的優化研究，才能獲得比較好的開發效果。

在進行水平井多級壓裂時，其水平段應垂直最大地應力方向，通過多段壓裂形成多條垂直水平層段的裂縫，以獲得最大產能。在水平段長度和裂縫間距一定的情況下，水平井產量隨裂縫條數增加而增大，但縫數增加到一定條數后，多條裂縫對產量的貢獻就會相互干擾，使得增產幅度逐漸變緩。致密儲層的非均質性、巖石的內應力和地質特征的差別，決定了不同井的鉆井和壓裂方式是不同的。實際生產資料也表明，有相當比例的壓裂段對產量貢獻很小。因此，大量收集儲層參數對水平井壓裂設計和產能優化有非常重要的作用。將地質和工程參數相結合，認清致密儲層裂縫空間分布，有選擇的打開裂縫并使裂縫成為流體流動的穩定通道，是水平井壓裂改造技術和施工的關鍵[4]。

3 開發特征

致密油氣藏具有與常規油氣藏不同的地質特征，主要表現為儲層致密、資源豐度低、大面積含油氣、“甜點”區局部富集，油氣水關系復雜、不完全受圈閉控制，普遍存在壓力異常、原油性質好等基本特征。這些地質特征也決定了其開發動態與常規油藏具有較大的差異。以Bakken某工區為例，該工區儲層有效厚度為8 m，平均孔隙度12%，平均含油飽和度55%，資源豐度8.1百萬桶/平方英里，氣油比為666立方英尺/桶，原油重度為45OAPI。其具有如下的典型開發特征。

3.1 低產或無自然產能

由于致密油藏低孔-低滲及資源豐度低的特征，一般無自然產能或自然產能較低。如上述研究工區內直井的測試產量基本都低于8桶/日，不采取特殊的增產措施，不具備經濟開發價值。

3.2 改造后初期產量高、遞減快，后期生產穩定且生產時間長

通過壓裂改造后，生產井初始產量較高，但油氣產量遞減很快，通常9～12個月后開始進入穩定低遞減階段。對研究區的生產分析表明，第一個月平均初始產量138桶/日，三個月平均初始產量為113桶/日，12個月后平均初始產量則降至72桶/日。產量遞減模式呈現出較為明顯的兩段式的特點，初期遞減率高達98.6%，末端遞減率為5.0%，單井產量穩定在35桶/日左右。根據典型井曲線估算(圖2)，油井生產期通常可達30～50年，遞減率一般小于5%(多數為2%～3%)。

3.3 存在4種類型的產量變化趨勢

通過對Bakken致密油藏生產井的產量-時間半對數圖生產遞減曲線形狀進行分析，得到了4種模式的生產特征(圖3)。模式1中由于基質向裂縫系統供液能力較弱，所以雖然后期產量逐漸趨于穩定，但氣油比明顯高于初始氣油比。模式2中初期裂縫生產占主導，裂縫內壓力下降很快，但很快基質開始向裂縫系統供液，并且供液能力很強，因此產量逐漸趨于穩定，氣油比也不斷下降趨于初始氣油比。模式3是僅靠裂縫網絡生產的采油井，沒有來自基質的供液，因此產量一直遞減不能趨于穩定，同時氣油比不斷增加。此外，一部分采油井的生產僅靠基質供液，油藏壓力會一直高于飽和壓力，因此產油量低而且遞減較為緩慢，整個開發期內氣油比保持穩定，可歸為模式4。大多數油井生產遵循前3種模式，反映了Bakken頁巖油氣藏的生產特征：初期由于裂縫生產占主導，裂縫內壓力下降很快，同時產油量快速遞減；裂縫內壓力降至飽和壓力時，基質是否開始供液以及供液能力的強弱將決定著產氣量大小以及后期產油量遞減規律[5-7]。

圖2 研究區典型井曲線

圖3 Bakken致密油藏4種生產模式

3.4 單井最終可采儲量約50%將在投產后前5年內產出

根據研究區典型井生產曲線，可以預測出單井致密油最終可采儲量為13.14萬桶，投產后5年內的累積產量為6.18萬桶，約占單井最終可采儲量的47%。投產后第一個五年的凈現值約占生命周期內總凈現值的69%。對盆地內其他致密油藏的生產分析也與此類似，約50%的預測最終可采儲量將在投產后前5年內產出。這也揭示致密油單井生產時不能追求長期穩產，而是要盡快收回投資，強調單井控制可采儲量和累積產油量，靠井間接替和區塊接替來實現一個區塊/區帶的持續發展。

4 結論與建議

(1)加拿大致密油資源主要分布在西加拿大沉積盆地，資源潛力巨大；發育地層主要有Bakken/Exshaw、Cardium、Viking、Montney/Doig、Duvernay/Muskwa 等；致密油是加拿大非常規油氣資源中最現實最重要的石油資源之一。

(2)西加盆地致密油具有油井改造后初期產量高、遞減快、后期穩產且生產時間長等特點，受致密油藏非均質性的影響，表現出4種類型的典型生產特征。

(3)基質和裂縫網絡相互作用使致密油氣藏的滲流機理比常規油氣藏復雜得多。研究儲層巖石、流體和裂縫對油氣生產的影響可以優化單井初期產量和最終可采儲量，對致密油效益開發具有指導意義。

(4)致密油單井生產不能追求長期穩產，強調油井初期產量、單井控制可采儲量和累積產油量，實現盡快收回投資和經濟效益最大化，靠井間接替和區塊接替實現一個地區的持續穩定開發。

[1] U.S. Energy Information Administration. Outlook for shale gas and tight oil development in the U.S. [EB/OL]. http://www.eia.gov/pressroom/presentations/sieminski_05212013.pdf, 2013.

[2] National Energy Board. Tight oil developments in the Western Canada sedimentary basin [EB/OL].http://www.neb-one.gc.ca/clf-nsi/rnrgynfmtn/nrgyrprt/l/tghtdvlpmntwcsb2011/tghtdvlpmntwcsb2011-eng.html, 2011.

[3] Mike Johnson ，Bill Wall. An update on WCSB tight oil development[EB/OL]. http://www.empr.gov.bc.ca/OG/oilandgas/petroleumgeology/UnconventionalGas/Documents/M%20Johnson.pdf, 2012.

[4] 趙政璋,杜金虎.致密油氣[M].北京:石油工業出版社，2012：80-81.

[5] Tan Tran, Pahala Sinurat，R A Wattenbarger. Production characteristics of the Bakken shale oil[A].SPE 145684.2011-11.

[6] C R Clarkson,P K Pedersen.Production analysis of Western Canadian unconventional light oil plays[A].CSUG/SPE 149005.2011.

[7] Reservoir evaluation report-Bakken shale fields, Williston basin, U.S.A./Canada[R].C&C Reservoirs，2012.