磨刀石中的“黑金”

■ 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室　李相方　李沛桓

磨刀石中的“黑金”

■ 中國石油大學石油工程教育部重點實驗室李相方李沛桓

石油業界人士常把致密儲層形容為“磨刀石”，而從致密儲層產出的石油稱為“黑色金子”。在20世紀，從“磨刀石”樣的致密儲層產出石油，連業界人士也感到這是一件“賠本賺吆喝”的事情，因此，世界范圍致密油藏開發一直起色不大。

但自從2006年后，由于科學技術及裝備的進步等原因，美國致密油產量在世界率先大幅度攀升，截止2015年，其總產量已經占石油總產量的15%。我國首先學習國外先進技術，并引進裝備，自從2012年以來，致密油產量也顯著提高。至此，從“磨刀石”中的儲層中產出“黑色金子”（簡稱“黑金”）也已變為現實，并具有非?？捎^的發展前景。

致密油及其家族成員定義及分類

根據我國石油天然氣行業標準，可以將石油儲層分為特高滲透、高滲透、中滲透、低滲透、特低滲透、超低滲透儲層與致密儲層。在石油天然氣行業中，通常應用“md”（毫達西）來評價儲層的滲透性高低。而所謂滲透率就是油從巖石孔隙中流到井眼內的能力，md是衡量滲流能力的單位。

表1　油藏儲層滲透率分類表

由表1可以看出，致密油藏滲透率相對高滲油藏低得多。因此致密儲層滲流能力弱，原油從巖石孔隙流到井眼的過程較中高滲儲層困難的多。

除此之外，還常用地層巖石中賦存的孔隙尺寸來表征其滲透性。

由圖1可以看出：a與b圖作為非常規油藏儲層尺度非常小，石油流出極其困難；c與d圖作為常規油藏儲層尺度相對較大，石油流出相對容易。

圖1　非常規和常規儲層巖石孔隙特征圖

致密油及其家族成員資源分布

根據 USGS、IEA、BP等機構公報的數據，全球常規石油可采資源總量為4879億噸，中東1974億噸，占40%；俄羅斯768億噸，占16%；北美662億噸，占14%；拉丁美洲520億噸，占11%；4大區占全球可采資源總量的81%；此外，非洲、亞太、歐洲分別占比為9%、6%、4%。

全球致密油、重油、油頁巖油主要分布于南美和中東地區；天然瀝青（或稱油砂）主要分布在加拿大阿爾伯達??；而致密油在美國、俄羅斯和亞太地區最發育；油頁巖可采資源量主要分布在美國、俄羅斯和中國。非常規資源中，北美、南美占比最大，分別占到50%和23%，其次是亞洲和俄羅斯分別占9%和7%，非洲占5%，而常規資源儲量豐富的中東僅占4%，歐洲最少為2%。

表2　全球致密油地質儲量與技術可采儲量分布

從長遠來看，我國甚至全世界上好儲層的油氣資源越來越少，容易開采的油氣也呈下降趨勢。所以非常規油氣資源潛力巨大，其儲量應該遠大于常規油氣。2008年全球非常規石油資源規模已與常規石油資源基本相當，非常規石油產量快速上升，2010年，我國非常規油氣探明儲量已占新增探明儲量的75%，成為儲量增長的主體。

據統計，全球致密油資源總儲量為9690億噸，技術可采儲量為480億噸，平均采收率為4.96%，其中，2/3以上的致密油資源集中于俄羅斯、美國、中國、利比亞、阿根廷、澳大利亞6個國家。

美國致密油開發歷程

美國的致密油發展歷程大致可以劃分為緩慢發展、高速發展和繼續發展三個階段。

緩慢發展階段（2000-2005）

由于開采技術不成熟，致密油生產很低，該階段主要開展理論研究與技術儲備。

高速發展階段（ 2006-2014）

（1）將頁巖氣開發技術及裝備應用到致密油開發領域

21世紀初，美國率先在頁巖油氣開發方面投入巨資，技術裝備水平進一步提升，配套更加完善，致密油的開發有了巨大進展。而致密油開發借鑒“頁巖氣開發長水平井段鉆完井技術及大型多段水平井壓裂技術”，則起到了關鍵作用。至此，揭開了致密油藏商業開發的序幕，使美國逐漸走上了能源獨立的道路。

（2）開發常規油藏中的特低滲與非常規油藏的致密油手段差異性

常規油藏中高滲儲層開發不需要進行儲層的壓裂，其低滲雖然也需要進行壓裂生產，但是壓裂總體規模較小、開發成本較低、產量較高。由于致密油藏具有極低的滲透率，因此即使采用比低滲油藏再大一些的壓裂規模，其產量也很小，所以該類油藏發展較慢。

圖2　典型低滲油藏水平井水平段及其壓裂生產示意圖

圖3　典型致密油藏水平井水平段及其壓裂生產示意圖

圖2與圖3中L是水平段長度，△H為兩條壓裂裂縫間距。

表3　低滲油藏與致密油藏水平井及壓裂數據對比表

從表3中可以看出，致密油藏比低滲油藏水平段長得多、壓裂裂縫間距小得多、總的裂縫條數多得多，以及從儲層向水平井眼產油面積大得多。這些都是得益于水平井與壓裂技術及裝備的發展。

（3）精細篩選出一批具有經濟效益的致密油藏

在進行大量技術與經濟可行性研究基礎上，形成了篩選致密油藏開發的幾個條件：①儲層中存在裂縫，而微裂縫較發育使得滲透率較高；②致密油藏中氣油比較高，油藏開發彈性能量較大；③油藏壓力系數較高，儲層開發能量較大；④油藏儲層中油的黏度較低，容易流動；⑤油藏儲層連續性及連通性較好，便于水平井及多段壓裂生產；⑥儲層厚度較大儲層豐度較好。

（4）致密油藏開發彰顯出良好的經濟性與技術可行性

借鑒頁巖氣開發技術，致密油開采取得成功。巴肯和伊格爾福特是美國致密油產量最大的2個頁巖區帶，2013年平均日產量均超過1.1萬噸，年產量分別占美國致密油總產量的29%和39%，主要依靠的是大型水力壓裂技術。

繼續發展階段（2015——）

從2015年初至今，油價一直處于低位，顯著影響了致密油藏的開發。而油氣田的開發不僅受技術的影響，也受政治、經濟因素的影響。但在這一重要的時間階段，從技術上來說，正是致密油發展的有利時機，期待著致密油大發展時期的到來。

國內致密油開發現狀

當前國內致密油藏探明儲量規模較大，致密油資源豐富，資源量超過100億噸，陸上油田致密油開發取得重大進展。截至目前，共有676口試驗井，投產133口，試驗階段日均產油都在100立方米以上。

截至2012年7月，中國石化致密油藏共實施分段壓裂水平井超過150口，壓裂后前3個月平均單井產油量為12.1噸/天，目前平均單井產油量為5.6噸/天；實施井主要分布在勝利、華北及東北油區。中石油吉林、長慶油田低滲透儲量在總的探明地質儲量中所占比例分別為73.2%和85.5%，極具開發潛力，因此應借鑒巴肯開發致密油藏的技術，開展長水平井、多段壓裂開發新技術研發和試驗，提高致密油藏的動用程度。

目前業界一致認為，我國早已開始了致密油的生產，并形成相當的規模?？紤]到近年多數老油氣田都加大了對深層、對老地層的開發力度，因此我國有望成為僅次于美國的致密油生產大國。

我國致密油藏勘探開發雖然在長水平井鉆井及大型壓裂方面已經具有較高的水平，但由于我國地質環境及條件相對美國差很多，且開發歷程太短，因此還需要對適合經濟開發的致密油藏進行評價與篩選。

目前我國一些致密油藏開發特點及不足之處主要有以下幾點：①與美國微裂縫較發育相比，我國的儲層微裂縫不太發育；②致密油藏中氣油比較低，油藏開發彈性能量不足；③油藏儲層壓力系數較低，油的黏度較高；④儲層連續性及連通性較差，儲層隔夾層較多。

致密油開發前景

全球范圍內來看，致密油資源極其豐富，資源總儲量為9690億噸。另外，經過多年不懈的努力，長水平井段鉆完井技術及大型多段水平井壓裂技術也在不斷發展，也使致密油資源的商業開發愈發成熟。

初步預測中國陸上主要盆地致密油分布面積達50萬平方公里，地質資源量大約200億噸，技術可采資源量為20～25億噸，此外，致密油勘探也不斷取得新的突破，每年提交的探明地質儲量中，致密儲集層油的比例分別從不到10%提高到近60%。

隨著我國經濟的不斷發展，人們對石油的需求將會越來越大，國內老油田原油穩產、上產面臨很大難度，而致密油的商業開發也將源源不斷的滿足人們對“黑金”的強烈需求，因此致密油具有非常廣闊的發展前景。

致密油開發面臨的挑戰

由于致密油儲層具有喉道復雜、粒度小的特點，現有的理論和技術依然無法支持致密油大規模的商業開發。制約致密油發展的因素主要有以下4個方面：

（1）致密油藏儲層致密性仍然是開發成本高、難度大的因素，具有挑戰性；

（2）技術與裝備的進步也具有時代特征，這依靠整個工業界的整體進步；

（3）資源量巨大的致密油藏也存在致密程度差異很大、不同黏度及重度的油的流動性差異很大、儲層的平面上與縱向上孔隙分布差異大等都會帶來更大的開發挑戰；

（4）新能源的快速發展也對致密油藏的開發產生了較大的影響。

在20世紀末，致密油商業開發還是很遙遠的事情，但到21世紀初就迎來了其開發的春天。盡管目前致密油開發由于受技術、經濟以及政治的影響，還面臨許多艱難險阻，但我們完全有理由相信，在不遠的將來，隨著科學技術的不斷進步及人類認識的持續提高，將會實現致密油藏的高效開發，致密油在石油大家族中也將占據更加重要的地位。