非常規油氣開發技術標準分析

張曉廣

中國海洋石油總公司能源發展股份有限公司工程技術分公司 （天津 300452）

非常規油氣主要包括致密油（氣）、頁巖氣、煤層氣、稠油和天然氣水合物。以美國發起的“頁巖氣革命”為代表，世界發達國家在非常規油氣開發方面不斷取得技術突破和經濟效益。中國石油、中國石化和中國海油三大石油公司也先后在國內外相關領域展開部署。中國石油2013年中期報告提出:到2015年，致密油產量達到年產278億m3，煤層氣產量達到年產40億m3。中國石化把發展非常規油氣作為資源戰略重要內容，除在山西、陜西、貴州、安徽、江蘇等地勘探頁巖氣和煤層氣外，還攜手美國、加拿大等國家的石油公司進行非常規油氣開發技術合作。中國海油在國外先后投資澳大利亞、加拿大等國的煤層氣、頁巖氣和油砂資源，并入資國內中聯煤層氣公司開發山西、陜西、河南等9省煤層氣區塊。由于國內外非常規油氣地質條件及開發技術存在較大差異，為保障非常規油氣開發作業安全有效，縮小與發達國家的技術差距，有必要認真學習、總結國外先進標準，盡快制定國內行業標準或國家標準，填補國內非常規油氣開發技術標準的不足。

1 頁巖氣與致密油（氣）

頁巖氣是從頁巖層中開發出來的，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態存在于泥巖、高碳泥巖、頁巖及粉砂質巖類夾層中。頁巖氣藏的儲層一般呈低孔、低滲透率的物性特征，氣流的阻力比常規天然氣大，需要實施儲層壓裂改造才能實現有效開發[1]。致密油（氣）主要是指與生油巖層互層共生或緊鄰的致密砂巖、致密碳酸鹽巖儲集層中聚集的油氣資源。雖然儲集層物性較差，但源儲一體或緊鄰，含油氣條件好，儲量大，是繼頁巖氣之后的又一勘探熱點領域[2]。美國主要采用水平井多段壓裂技術開發頁巖氣，采用直井多層技術開發致密油（氣），開發成本低，經濟效益高。中國的頁巖氣、致密油（氣）的地質（埋藏深度）和地面條件（大多為山區或丘陵地帶且水資源不足）與美國有很大不同，因此必須在學習國外相關技術標準的基礎上，結合常規油氣藏開發經驗，逐步制訂適合國內開發條件的標準。頁巖氣與致密油（氣）鉆井技術與常規油氣藏區別不大，壓裂技術是開發頁巖氣和致密油（氣）的主要技術。壓裂技術相關的API標準見表1。

其中 API HF1 《Hydraulic Fracturing Operations-WellConstruction and Integrity Guidelines,First Edition》、API HF2 《Water Management Associated with Hydraulic Fracturing,First Edition》 和APIHF3 《Practices for Mitigating Surface Impacts Associated with Hydraulic Fracturing,First Edition》主要適用于頁巖氣壓裂作業,對于其他類型資源壓裂作業的重要區別也進行了說明。API HF1強調了水力壓裂井對鉆井作業的要求,特別是表層固井的層間封隔問題，對于直井、定向井和水平井均適用。API HF2給出了水力壓裂作業過程中壓裂液的獲得、適用、管理、處理和廢棄的最佳作法，不適用于鉆井和生產作業。API HF3在最大程度地降低油氣開發對地表水、土壤和生態系統等的影響方面給出了指導性建議。API RP 41為優選水力壓裂設備提供了技術支持。API RP 19C和API RP 19D對支撐劑相關性能的測定進行了統一。

表1 API壓裂技術標準

目前國內壓裂技術方面行業標準見表2。

壓裂用水是壓裂作業面臨的重大困難，美國頁巖氣埋深2000m左右，鉆井作業和壓裂作業總用水量約20000t，其中壓裂作業用水量最大可占90%。如前所述，我國頁巖氣埋深更深且水資源不足，由此產生的一系列技術和環境保護問題（如壓裂產生的廢液對淺層水、土壤和生態系統的影響）不容忽視，但目前相關的國內行業標準尚屬空白。

海上施工條件、作業成本等與陸地均存在較大差異，如設備連接及擺放、壓裂液配制、壓裂規模、壓裂后處理及環保要求等方面，因此適合海上壓裂作業的設計和施工標準也需盡快制定。

表2 國內壓裂技術行業標準

國內行業標準與之前相比,已進行了多次整合,如SY/T 5289-2008《油、氣、水井壓裂設計與施工及效果評估方法》[3]整合修訂了SY/T 5289-2000《油井壓裂效果評價方法》、SY/T 5836-1993《中深井壓裂設計施工方法》和SY/T 6088-1994《深井壓裂工藝作法》[4]，但部分標準仍較分散，需整合以便于標準管理和執行，如壓裂液添加劑等相關標準。

2 煤層氣

煤層氣是指可以開發利用的、在煤層及其周圍巖石中自生自儲的以甲烷為主的天然氣。煤層氣已成為非常規天然氣開發的重要領域，全球75個有煤炭儲量國家中已有35個國家進行了煤層氣開發技術研發。與國外煤層氣資源相比，國內煤巖構造復雜、埋藏深、壓力、滲透率和飽和度低，且基礎研究不足，缺乏相應開發標準（大多仍參照常規油氣開發標準），因此不能完全移植國外開發經驗。國內現有煤層氣國家標準和行業標準見表3。

表3 國內煤層氣國家標準和行業標準

從表3可以看出，隨著國內煤層氣勘探開發進程的逐步加快，國家煤炭工業局、國土資源部、國家能源局、國家安全生產監督管理總局和國家質量監督檢驗檢疫總局對相關作業已建立了一些標準，但目前國內煤層氣開發主要以直井壓裂和“U”形井開發為主，國內標準主要以鉆井為主，對于煤層氣完井、儲層改造工藝、排采、效果評估、作業機具等方面尚未形成系統的標準。各生產單位可結合自身在國內煤層氣開發的經驗，在上述標準的指導原則下對國家標準和行業標準進行細化，提高標準可操作性，并逐步健全煤層氣勘探開發標準體系。

3 稠油

稠油指黏度大于50mPa·s，或在油層溫度下脫氣原油黏度為1000～10000mPa·s的高黏度重質原油。因其黏度高、密度大，國外一般都稱之為重油。稠油資源在國內一直被作為常規油氣資源進行開發，技術難度主要為稠油熱采技術，面臨的主要問題見表4。

表4 稠油熱采面臨問題及原因

目前國內稠油開發相關技術標準見表5。

另外海上稠油開發環境與陸地相比，存在諸多的差異（埋深、井型、井深、井身結構、平臺面積、成本、安全等），主要差異見表6，因此不能直接照搬陸地現有標準，必須完善適合海上稠油開發的相關技術標準。

4 天然氣水合物

天然氣水合物是一種由水分子和天然氣混合物在一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度等）下形成的類冰的、非化學計量的、籠形結晶化合物，因其外觀象冰一樣而且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”或“固體瓦斯”和“氣冰”。海洋環境中，天然氣水合物一般出現在水深大于300m的深水陸坡環境[5]。天然氣水合物資源量是所有已知化石燃料資源量的2倍多，發展前景非常大。中國自20世紀90年代開始關注國外有關天然氣水合物的研究，1997年開始啟動天然氣水合物資源的專項調查——“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調研”的專項調查，1998年加入ODP計劃，2002年在南海發現了大面積含天然氣水合物標志層BSR，2008年在青海木里地區發現天然氣水合物，2013年在廣東沿海珠江口盆地東部海域首次鉆獲高純度天然氣水合物。

表5 國內稠油開發技術標準

表6 陸、海稠油開發環境差異

目前在天然氣水合物開發方面，國內外還沒有形成任何相關的技術標準，主要是做一些探討性的研究和試驗。針對天然氣水合物與常規油氣在鉆采技術方面的差異，下一步國內可在取心、固井、套管選擇、開發方式等方面開展技術研究。

5 結論

1）壓裂技術是頁巖氣和致密油（氣）開發的關鍵技術，國內還需要制定壓裂相關的環境保護和海上作業標準。

2）國內煤層氣開發標準以鉆井為主，需補充完井、儲層改造、排采、效果評估、作業機具等方面標準。

3）稠油開發主要技術為稠油熱采，需完善適合海上稠油開發的相關技術標準。

4）天然氣水合物開發尚處于技術研究和試驗階段，國內可在取心、固井、套管選擇、開發方式等方面開展技術研究。

[1]陳會年,張衛東,謝麟元,等.世界非常規天然氣的儲量及開采現狀[J].斷塊油氣田,2010,17(4):439-442.

[2]許冬進,尤艷榮,王生亮,等.致密油氣藏水平井分段壓裂技術現狀和進展[J].中外能源,2013,18(4):36-41.

[3]SY/T 5289-2008油、氣、水井壓裂設計與施工及效果評估方法[S].

[4]SY/T 6088-1994深井壓裂工藝作法[S].

[5]羅敏,王宏斌,陳多福,等.南海天然氣水合物研究進展[J].礦物巖石地球化學通報,2013,32(1):56-69.