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          大興水利水電勘測研究會

          【精華】石油工程技術對油氣勘探的支撐與未來攻關方向思考——以中國石化油氣勘探為例

          石油e棧2021-10-21 12:51:19

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          馬永生, 蔡勛育, 趙培榮,中國石油化工集團公司

          摘要

          十二五期間,中國石化油氣勘探取得重大突破,其中地震勘探技術、超深井鉆完井技術、水平井分段壓裂技術及測井錄井技術的創新發展起到了關鍵支撐作用。對未來油氣勘探中存在的尋找石油儲量戰略接替困難、新增儲量品位下降、埋藏深度增加、復雜勘探對象對工程技術的要求越來越高等技術難題進行了詳細分析,認為中國石化油氣勘探發展方向主要集中在陸相隱蔽油氣藏、海相油氣藏、致密碎屑巖油氣藏、山前帶油氣藏、火成巖油氣藏、海域及非常規油氣資源等7大領域,并分析了7個領域面臨的主要技術挑戰,指出了物探技術、井筒技術及測井錄井技術的主要攻關方向。

          ?關鍵詞: 油氣勘探????工程技術????技術需求????發展方向????中國石化????

          石油天然氣作為我國重要的戰略資源,直接關系到國家安全和社會穩定。石油天然氣工業的發展史,也是一部石油工程技術的振興史,每一次石油工程技術的跨越,都帶來了油氣儲量及產量的快速增長。近年來,由于水平井分段壓裂等工程技術的突破性進展,突破了長久以來油氣商業開采的儲層下限,實現了油氣工業由常規油氣向非常規油氣的重大跨越,正在深刻地改變著世界能源的格局。

          截至2014年底,中國石化在全國擁有近四分之一的油氣勘查區塊,此外還有約6.5×104 km2頁巖氣礦權區。礦權區塊具有數量多、面積小、優質資源區塊少、分布廣而散的特點,位于富油氣大盆地的礦權區塊面積僅占盆地面積的27.9%,并且大多數分布在盆地的邊緣與腹部,其他礦權區多位于油氣地質條件較差的西部中小盆地和高演化程度的南方地區。

          “十二五”期間,中國石化圍繞陸相斷陷盆地隱蔽油氣藏、海相碳酸鹽巖油氣藏及致密碎屑巖油氣藏3大油氣勘探領域,依靠理論研究及工程技術進步,在涪陵焦石壩地區、川西海相雷口坡組、塔中北坡順托地區、準噶爾盆地西北緣、鄂爾多斯盆地南部(以下簡稱鄂南)及東海西湖深層獲得一系列重大的油氣勘探突破,并在東部富油凹陷、塔里木盆地和四川盆地獲得13個油氣新發現,確保了東部硬穩定、西部快上產,石油產量持續穩定,天然氣快速發展,非常規油氣獲得大突破。在油氣勘探突破與發現過程中,石油工程技術的不斷創新與進步,發揮了至關重要的支撐作用。


          1 石油工程技術對油氣勘探的支撐作用


          “十二五”以來,面對異常復雜的油氣勘探開發對象,中國石化按照針對目標發展適用技術、針對難點攻克關鍵技術的思路,注重自主創新,強化攻關研究,加大推廣應用,進一步加強了關鍵技術與配套技術的攻關集成。通過技術攻關,形成了高精度三維地震勘探技術,復雜地表、復雜構造地震勘探技術,復雜儲層預測技術,超深層、高溫高酸性鉆完井及測試技術,3500 m以淺頁巖氣勘探開發技術等一系列特色工程技術,并在石油工程關鍵裝備及工具研制方面取得了重要進展,有力地支撐了中國石化油氣增儲上產。


          1.1 地震勘探技術

          1.1.1 東部油區高精度三維地震技術實現工業化生產

          東部油區勘探始于1955年,至今已走過了60多年的勘探歷程,整體達到較高勘探程度階段,油氣資源探明程度超過50%。油氣勘探由構造油氣勘探轉向隱蔽油氣藏勘探,巖性地層油氣藏等已占新增儲量的60%以上。針對東部油區圈閉目標小、儲層薄、地質體復雜的特點,發展形成了“健全波場、全過程保幅”的高精度三維地震技術[1],并在東部油區進行了推廣應用,油氣勘探取得了明顯效果?!笆濉逼陂g,東部油區高精度三維地震勘探面積累計達8 404 km2,新增探明儲量和控制儲量19.6×108 t,為東部老油區的產量“硬穩定”起到了關鍵性支撐作用。


          通過應用高精度三維地震技術,濟陽坳陷地震資料頻帶拓寬8~23 Hz,分辨率明顯提高,深層地質目標成像更加清晰,帶動了地震資料解釋精度的不斷提高:儲層預測深度誤差由5.00‰~10.00‰減小至3.75‰;儲層厚度預測誤差由10%~20%減小至10%以下;河流相砂體預測吻合率由79%提高到87%;濁積砂體符合率提高了20%;灘壩砂巖鉆探成功率達93%。巖性地層及復雜小斷塊等隱蔽油氣藏領域相繼獲得10個規模商業發現,發現5個5 000×104 t規模增儲區。


          蘇北盆地通過應用高精度三維地震技術,實現了從常規勘探向高精度立體勘探轉變、從構造高帶向兩側和外緣拓展、從整裝富集油藏向斷塊群規模油藏轉移、從熱點地區向有利的低勘探程度地區轉移的局面,巖性上傾尖滅、湖底扇等隱蔽油氣藏勘探取得重大發現,相繼發現了邵伯、俞垛-華莊、曲塘等6個千萬噸級儲量區塊。


          1.1.2 黃土塬三維地震勘探技術取得突破

          鄂爾多斯盆地是我國西部地區的富油氣盆地,中國石化在鄂南地區中生界擁有石油資源量達15×108 t左右。由于地處黃土塬地區,表層巨厚的黃土干燥疏松,激發和接收條件差,地震波衰減嚴重,地震成像質量差。為此,開展了以黃土塬區高效激發技術為核心的黃土塬三維地震勘探技術攻關,建立了黃土塬區地震采集與處理技術體系方法與流程,形成了以黃土塬區精細靜校正、疊前保幅去噪技術為代表的黃土塬地震處理技術體系,獲得了主頻38 Hz以上、滿足15 m厚度砂體預測要求的地震數據資料,有效支撐了鄂南致密油的高效勘探開發?!笆濉逼陂g,中國石化在鄂南多層系取得石油勘探重大突破,發現了中國石化最大的低滲透致密油田——紅河油田,新增探明、控制儲量3×108 t以上。

          1.1.3 準噶爾盆地北緣山前帶三維地震勘探技術取得新進展

          山前帶油氣勘探具有地表及地下構造復雜的特點。為此,在準噶爾盆地北緣的哈山地區,在地震采集方面,通過充分調研地表條件,按照“分片激發方式一致”、 “可操作”和“單炮記錄高質量”三原則,因地制宜選擇激發方式,最大程度地發揮井炮和可控震源的各自優勢,提高資料品質,發展形成了井震聯合激發技術。在地震處理方面,形成了基于特征層約束的融合層析建模和多GPU協同的疊前逆時深度偏移高效處理2項技術,即針對復雜地下構造解釋難題,形成多元標定明結構、斷裂識別定格架、理論指導建模式、正演模擬搞優化和綜合手段建模型的解釋方法。通過復雜山前帶三維地震技術攻關,在哈山地區的淺層超剝帶、中深層沖斷帶、外來推覆體連續取得勘探重大突破,落實了億噸級石油儲量,相繼發現了春暉和阿拉德油田,打破了該地區10多年來油氣勘探停滯不前的局面。

          1.1.4 儲層識別、描述與預測技術取得積極進展

          “十二五”期間,中國石化在四川盆地礁灘相勘探中借鑒發現普光氣田的經驗,在開江-梁平陸棚西側發現元壩氣田[2, 3]。元壩地區長興組、飛仙關組礁灘相目的層埋深達7 000 m,比普光氣田深1 000~2 000 m,具有沉積微相變化快,礁灘相儲層橫向展布復雜多變,儲層厚度相對較薄的特點[4]。針對上述特點,中國石化進行了技術攻關并取得重要進展:突破了超深弱反射層地震采集處理技術瓶頸,有效提高超深層反射能量和分辨率;形成了“井震互饋、微相建模、等時約束、多元優化”的地震微相和沉積微相精細刻畫技術;首創了基于孔縫雙元結構模型的孔構參數反演技術,用于預測常規反演無法識別的超深層礁灘相“低孔高滲高速”Ⅲ類儲層,大幅度提高了超深儲層預測精度;形成了超深生物礁儲層高精度氣水識別技術,較好地解決了超深層礁灘相儲層氣水識別難題。部署在預測高產富集帶內的10口探井試產均獲日產百萬方高產天然氣流,探井、評價井成功率高達92.3%。


          在塔里木盆地,隨著勘探向塔河油田西部地區拓展,針對非均質性極強的縫洞型碳酸鹽巖儲層,在前期研究與應用的基礎上,進一步完善了地震縫洞儲層預測技術方法,包括模型正演、振幅變化率技術、相干體技術、地震反射特征分析技術、地震測井聯合反演技術、古水系古地貌分析技術、趨勢面技術和多屬性疊合分析技術等,并創新了疊前時間偏移處理、分頻混色和多屬性疊合技術。在此基礎上,認識到塔河油田西部地區碳酸鹽巖儲層預測方法存在南北差異性,實現了縫洞空間展布、有效儲集空間和溶洞充填性質的有效識別,提高了儲層預測精度及鉆探成功率,為塔河油田西部地區勘探突破和規模增儲起到了關鍵支撐作用。


          針對川西陸相致密砂巖氣藏的地質與地球物理特征,按照“相控找砂、砂中找優、優中找富”的技術思路開展儲層預測研究。相控找砂,即應用多域多屬性相帶空間刻畫技術精細刻畫河道邊界,落實優勢相帶;砂中找優,即應用疊后多屬性非均質刻畫和地質統計學反演儲層定量預測技術實現相控下的優質儲層預測;優中找富,即應用疊后吸收衰減與疊前彈性參數反演流體識別技術開展含氣性檢測,并結合“儲層條件、疏導條件、保存條件”綜合預測油氣富集區。建立了從宏觀到微觀、從定性到定量、相帶—儲層—含氣性—甜點逐步逼近的地球物理氣藏綜合預測技術體系,在此基礎上優選儲層厚度大、物性好、含氣性好區域,通過隨鉆高精度反演和時深轉換實現井眼軌跡全程動態調控,大幅提高了儲層鉆遇率和鉆井成功率。


          1.2 超深井鉆完井與測試技術

          塔里木、四川盆地海相碳酸鹽巖油氣藏是中國石化油氣增儲的重要領域,其目的層埋深均超過6 000 m,目的層上覆巖層巖性多變,既有堅硬的石英砂巖,又有流動性快的鹽膏層和高壓鹽水層;地質構造條件復雜,巖層產狀變化快;存在高溫、多套壓力系統等復雜環境。如何能夠優質、安全、快速鉆至目的層,并能完成儲層改造、測試任務是勘探獲得發現的關鍵?!笆濉逼陂g,中國石化開展了超深井鉆完井及測試技術攻關,為塔河外圍、塔中北坡、四川盆地元壩、川西海相油氣資源的突破發現與探明提供了關鍵技術支撐。


          1.2.1 超深井鉆井提速顯著,鉆井成功率明顯提高

          在塔里木盆地,針對超深鉆井存在的高地應力及膏泥巖蠕變引起井壁失穩導致鉆井復雜時效長,奧陶系碳酸鹽巖地層易漏失導致鉆井時效短,沙井子組含礫砂巖、開派茲雷克組火山巖等地層鉆井速度慢等技術難題,經過技術攻關與實踐,形成以井身結構優化為核心,以PDC鉆頭優化技術、“PDC鉆頭+螺桿”鉆井技術、深井固井技術、深井鉆井液技術為配套的超深井優快鉆井技術,并研發了高效堵漏材料及防漏堵漏技術。與“十一五”末超深井鉆井相比,平均鉆井周期縮短15.2%,機械鉆速提高18.9%。


          在四川盆地元壩、川西地區,針對超深(7 000 m)、高溫(155 ℃)、高壓(70 MPa)、高含硫(平均5.77%)、平面和縱向上物性差異大、完井經濟性和安全性矛盾突出的問題,首創特種井身結構、發展非常規井身結構,有效解決了多壓力系統地層、復雜地層的封隔難題,并對超深井大井眼氣體鉆井、高溫高壓大位移井等鉆井技術進行集成創新,有效提高了超深井鉆井速度和成功率。川東北地區鉆井成功率達到100%,直井平均井深7 024 m,定向井平均水平位移1 000 m。


          1.2.2 超深井測試技術取得進展

          針對超深探井儲層埋藏深、溫度高、破裂壓力高、高含硫、測試風險高的難點,通過技術攻關,形成了超深、高溫碳酸鹽巖儲層改造技術,主要包括:針對破裂壓力梯度大于2.2 MPa/100m儲層改造的高破裂壓力儲層改造技術;通過“水力壓裂+酸壓”復合改造提高高閉合壓力儲層長期導流能力的高效復合酸壓技術;研制了密度為1.8 g/cm3的抗硫加重酸液體系,大幅提高了壓裂后產能;研發出整體式、耐高壓FF級采氣井口及地面安全聯動裝置,確保安全環保。


          1.3 水平井分段壓裂技術

          借鑒北美頁巖氣勘探開發的成功經驗,2009年以來,中國石化在開展頁巖氣地質評價研究的同時,開展了以水平井分段壓裂技術為核心的工程技術的引進與核心技術自主攻關。通過技術攻關,水平井分段壓裂技術取得重大突破,形成了3 500 m以淺頁巖氣勘探開發技術系列,并擁有了一批行業標準與技術專利。在水平井分段壓裂技術方面,形成了水平井簇射孔、可鉆式橋塞、電纜泵送橋塞、連續油管鉆塞等配套工藝,實現長水平段縫網壓裂,并創出一系列施工紀錄:最長水平段2 130 m,最多壓裂段數26段,最大入井液量50 783 m3,最大加砂量1 366m3。在水平井優快鉆井技術方面,形成了空氣鉆、泡沫鉆、清水鉆、“PDC鉆頭+螺桿”復合鉆等技術,鉆完井速度不斷加快,涪陵地區單井完井周期已由2013年的平均95 d縮短至45 d;同時,針對中國山地特點,形成了叢式井批量鉆井,同步交叉壓裂等“井工廠”作業模式,與單井施工相比,施工效率提高50%。在裝備工具自主研發方面,研制了適應山地“井工廠”作業環境的步進式、軌道式整體運移鉆機、以3000型壓裂泵車為代表的配套壓裂設備以及各式橋塞等系列井下工具,打破了國外壟斷,降低了生產成本。上述技術攻關成果為中國石化成功實現北美以外地區首個頁巖氣田——涪陵頁巖氣田的發現、探明和成功商業開發提供了重要的技術支撐。


          1.4 測井錄井技術

          “十二五”期間,針對日益復雜的勘探開發目標,中國石化不斷加強測井、錄井資料地質應用的攻關研究,已形成泥頁巖、碳酸鹽巖、火成巖、致密砂礫巖等復雜儲層測井、錄井評價技術。在裝備自主研發方面,研制了抗高溫小直徑井下測井儀、電成像儀和脈沖中子能譜儀等關鍵裝備,研發了系列綜合錄井儀和開發井錄井儀,初步搭建起井場信息綜合平臺。僅2014年,中國石化完成探井測井解釋12 451層,錄井解釋32 802 m(共計4 958層),為準確、及時提供地下地質信息,及時評價、發現油氣層及儲量申報提供了技術支撐,為老區穩產、新區碳酸鹽巖和頁巖油氣勘探開發突破發揮了重要作用。


          2 油氣勘探面臨的主要挑戰

          “十二五”期間,雖然中國石化油氣勘探取得了快速發展和重大突破,但未來油氣勘探還面臨著嚴峻挑戰。

          1) 尋求石油儲量戰略接替仍然是未來勘探面臨的主要挑戰。受地質條件、資源貧富差異、對地下認知能力和資源獲取工程能力的制約,“十二五”期間,中國石化石油勘探雖然取得一系列新發現,但導向性大突破、大發現和優質規模商業發現不多,主要集中在3類油藏:以深層、薄互層、低豐度、致密為主的低滲油藏;以薄層、強敏感、底水、超稠等為主的稠油油藏;以塔河縫洞型碳酸鹽巖“弱反射區”小型縫洞體為主的特殊類型油藏。 “十三五”期間,預計石油勘探發現仍以這3類油藏為主,尋找規模性石油儲量接替陣地將是石油勘探面臨的重要挑戰。

          2) 天然氣勘探面臨著諸多難題,勘探難度大?!笆濉逼陂g,中國石化天然氣勘探不斷取得大突破、大發現,形成了四川、鄂爾多斯盆地兩大規模增儲上產區和東海、塔里木盆地兩個規模增儲潛力區,天然氣儲量呈現快速增長態勢,具備持續大發展的資源條件。但天然氣勘探仍面臨著諸多難題:陸相領域,存在著油氣成藏分布規律認識、儲層識別與富集高產帶預測以及提高單井產量的工程技術難題;海相領域,存在著超深儲層致密化、成藏過程復雜、目標難以識別、工程施工難度大等世界性難題,勘探難度進一步加大。

          3) 新增儲量品位下降,埋藏深度增加。石油方面,以東部油區為例,新增石油地質儲量中低滲、特低滲儲量所占比例持續增長,其中新增控制致密油儲量所占比例由“十一五”的26%增長至“十二五”的49%,“十二五”期間,新增中低滲、特低滲控制石油地質儲量已占新增石油儲量的75%,中深層儲量所占比例由“十五”期間的35%上升到“十二五”的57%。天然氣方面,新增天然氣儲量豐度不斷降低,新增探明儲量豐度由“十五”期間的4.0×108 m3/km2下降到“十二五”期間的2.0×108 m3/km2。

          4) 復雜油氣勘探對象與綠色、可持續發展的需求對工程技術提出了更高要求。當前油氣勘探正由陸地轉向海洋,由平原轉向山地、沙漠、高原等條件復雜地區,勘探目標層的深度不斷增加、地質條件更加復雜,為確??碧侥繕说陌l現需要高精度、高密度三維地震技術,海量數據的目標處理與特殊處理技術,更深、特殊結構井鉆井及更大規模的儲層改造技術,石油工程的施工工作量將大幅增加,按照現有的技術水平,施工成本也將相應大幅度增長。與此同時,國際原油市場供求關系發生重大變化,油價正處于低迷期,社會對油氣勘探開發的環保要求不斷提高。油公司油氣勘探開發的綠色、可持續發展對石油工程技術提出了更為苛刻的要求。


          3 未來油氣勘探主要領域與工程技術攻關需求

          根據剩余資源潛力、已有勘探成果、油氣分布規律、油氣勘探技術準備等綜合分析和評價優選研究,“十三五”期間,中國石化油氣勘探發展方向主要集中在陸相隱蔽油氣藏、海相碳酸鹽巖、致密碎屑巖、山前帶、火成巖、海域及非常規油氣資源等7大領域,其中陸相隱蔽油氣藏、海相油氣藏、致密碎屑巖油氣藏是“十三五”期間的重點增儲領域,山前帶、火成巖油氣藏、海域及非常規油氣資源將是未來的突破、接替領域。


          3.1 陸相隱蔽油氣藏領域

          陸相隱蔽油氣藏領域以東部陸相斷陷盆地中新生代為代表,東部陸相斷陷盆地是我國主要石油生產區,已相繼在松遼、渤海灣等盆地發現一批特大型油田。東部陸相斷陷盆地勘探始于1955年,目前在油氣成藏認識、勘探部署思路、技術方法等方面已相對成熟,斷陷盆地探明程度超過50%,已由構造圈閉勘探進入隱蔽油氣藏勘探階段,但仍具有年均新增石油儲量1.0×108 t的潛力,是“十三五”期間中國石化石油增儲的重點領域。陸相隱蔽油氣藏重點增儲領域主要為斷陷盆地斜坡帶、洼陷帶、復雜斷塊以及潛山。


          陸相隱蔽油氣藏的主要勘探難點為:1)勘探目標更加隱蔽復雜。以濟陽坳陷為例,在富油凹陷內仍存在大面積的儲量空白區,獲得油氣發現的可能性極高,但該空白區多處于構造結合部、沉積相變帶、地層超剝復雜區域,現有勘探技術難以滿足需求。2)勘探目的層不斷加深。濟陽、東濮、蘇北等地區斷陷盆地勘探已轉向斜坡帶、洼陷帶巖性、地層圈閉以及潛山,深層地震面臨著進一步提高地震資料空間分辨率、成像精度方面的技術挑戰。3)儲量品位下降、技術經濟性變差。中低滲透儲層、薄砂體巖性地層以及地層-巖性圈閉占有較大比例,針對低滲透復雜地質體精細描述和評價、大幅度提高油氣產能的井筒關鍵技術急需攻關。

          陸相隱蔽油氣藏工程技術主要攻關方向為:1)針對深部地層復雜地質體三維地震采集、處理解釋技術;2)復雜巖性區、復雜斷塊區、復雜超剝區的精細地質建模和儲層預測技術;3)復雜斷塊、薄互層砂體及大位移井隨鉆地質導向與精細控制技術;4)低滲透、致密砂巖儲層改造及油層保護綜合配套技術;5)灘海區復雜儲層改造及試油工藝技術。


          3.2 海相碳酸鹽巖油氣藏領域

          我國海相碳酸鹽巖分布面積約450×104 km2,根據新一輪油氣資源評價,海相碳酸鹽巖儲層油氣資源量為380×108 t油氣當量,占我國油氣資源量的34%。我國在海相碳酸鹽領域已連續發現了塔河、塔中、輪古、哈拉哈塘、任丘等億噸級油田,以及靖邊、普光、元壩、安岳等千億方級氣田。截至2014年,我國在海相碳酸鹽領域累計石油探明儲量25.7×108 t,占全國石油探明儲量的7.5%,累計天然氣探明儲量2.95×1012 m3,占全國天然氣探明儲量的27%。海相碳酸鹽巖領域油氣探明率僅為15%,油氣勘探仍有較大潛力。


          中國石化海相碳酸鹽巖領域油氣資源量為193×108 t油當量,其中石油81×108 t、天然氣11.2×1012 m3,“十三五”期間具備年均新增石油儲量(3 000~5 000)×104 t、天然氣儲量(500~1 000)×108 m3的潛力。塔里木、四川、鄂爾多斯西部三大盆地深層廣泛分布的海相地層是油氣勘探的重點,南盤江、黔南桂中、楚雄、青藏等海相地層分布區是進一步探索的地區。


          海相碳酸鹽巖領域主要勘探難點為:1)勘探目的層埋藏深,勘探成本高,周期長。我國海相碳酸鹽巖的時代老,主要以下古生代為主[5]。塔里木、鄂爾多斯、四川和渤海灣盆地的目的層埋深多超過6 000 m,在現有技術條件下鉆井周期長,成本高。例如,塔中北坡地區鉆井成本高達1.7萬元/m,單井投資均在1億元以上。2)經歷多期構造改造,儲層非均質性強,儲層目標識別難。中國大陸是由多個小陸塊組成,從古生代至今,已經歷了多期碰撞、拼合。古老的海相碳酸鹽巖地層經歷了多期構造疊加,也經歷了多期、多類型的成巖改造作用,導致儲層類型多,非均質性強,現有的地震識別技術難以滿足勘探需求。3)高溫、高壓環境對鉆井、測井、儲層改造、測試技術提出更高要求。以塔中的順托地區為例,勘探目的層奧陶系埋深達到6 000~8 000 m,地層壓力172 MPa,地層溫度207 ℃,現有的測井、測試設備已經難以滿足需求。


          海相碳酸鹽巖油氣藏領域工程技術攻關方向為:1)復雜地區超深層碳酸鹽巖高精度三維地震采集、處理和解釋技術;2)超深層定向井、水平井優快鉆井技術;3)高溫、高壓、易漏、易竄地層高效固井技術; 4)高溫、高壓條件下測井、測試技術;5)高溫、高壓條件下儲層酸化改造技術。


          3.3 致密碎屑巖油氣藏領域

          我國擁有豐富的致密碎屑巖油氣資源,根據2010年全國動態資源評價結果,我國四川、鄂爾多斯、松遼、渤海灣、塔里木、柴達木、準噶爾等盆地致密碎屑巖有利勘探面積32×104 km2,致密砂巖氣可采資源量(9~12)×1012 m3、致密油可采資源量(9.8~12.0)×108 t。中國石化擁有致密砂巖氣資源2.85×1012 m3,主要分布在四川、鄂爾多斯、塔里木等盆地,已探明致密砂巖氣儲量中,地層滲透率<1.0 mD的探明儲量為1.5×1012 m3,地層滲透率<0.1 mD的探明儲量為212.54×108 m3;擁有致密砂巖油資源51.6×108 t,主要分布在松遼、渤海灣、塔里木、準噶爾、南襄、江漢和蘇北等盆地,已探明地層滲透率<5.0 mD的致密砂巖油儲量為8.0×108 t,探明程度較低。隨著勘探開發技術進步,“十三五”期間致密砂巖油氣資源將成為中國石化重要的增儲上產領域。


          致密碎屑巖油氣藏的主要勘探難點為:1)儲層非均質性強,“甜點”識別技術尚未成熟。我國致密碎屑巖儲層多為海陸過渡相、湖相三角洲、陸相河道、沖積扇沉積,具有砂體厚度相對較薄、橫向變化快的特點。同時我國致密砂巖發育區多經歷晚期構造運動,致密儲層甜點主要為砂體與裂縫發育的疊加區,相關的裂縫預測、薄砂體識別技術等針對性“甜點”識別技術須進一步攻關。2)砂體厚度小,橫向變化快,需確保水平井眼能準確的在厚度小、橫向變化快的砂體中穿行,這對水平井井眼軌跡控制技術提出了更高要求。3)油氣藏壓力、氣水關系復雜對測井識別技術帶來挑戰。我國致密碎屑巖油氣壓力系數變化大,存在超壓、負壓情況,且油氣水分布復雜,砂體中普遍含水。如何準確識別油氣層,是當前測井面臨的主要難題。4)深層致密砂巖儲層改造難度大。例如,川西須家河組致密砂巖油氣藏由于位于龍門山前帶,地層處于異常高壓區,儲層巖性以致密石英砂巖為主,地層破裂壓力高,儲層改造難度大。


          致密碎屑巖油氣藏領域工程技術攻關方向為:1)致密砂巖油氣藏的地球物理“甜點”識別技術;2)陸相致密砂巖水平井、定向井井眼軌跡控制技術;3)致密砂巖定向井、水平井優快鉆井技術;4)深層高破裂壓力、復雜致密儲層改造技術;5)低成本直井多層壓裂技術、低成本水平井分段加砂壓裂技術及酸化壓裂技術。


          3.4 山前帶油氣藏領域

          我國中西部地區發育山前沖斷帶 15 個,石油資源量78.7×108 t、天然氣資源量9.8 ×1012 m3。自1998年發現克拉2氣田、青西油田等大型油氣田以來,陸續在庫車、塔西南、準西、吐哈北緣、柴西、川北、川西等山前沖斷帶取得重要油氣勘探進展,累計石油探明儲量約20×108 t(探明率25%)、天然氣探明儲量1.1×1012 m3(探明率11%)。近期中國石化在準西北緣哈山地區、龍門山等山前帶雷口坡組地層取得重大油氣發現,展示了良好的勘探前景?!笆濉逼陂g主要勘探領域為龍門山、準北緣、米倉-大巴、天山南及準南緣等山前帶地區。


          山前帶油氣藏的主要勘探難點為:1)如何獲取高質量地震成像資料是制約山前帶勘探突破的關鍵。由于山前帶往往處于山區,地形條件復雜,地震波場十分復雜,地震資料信噪低,成像質量差,因此地震技術攻關是山前帶油氣勘探突破的核心。在已經取得勘探突破的山前帶地區,均為通過地震技術攻關取得了高質量的地震成像資料,為圈閉的準確識別奠定了堅實基礎。2)鉆井面臨地層產狀復雜、破碎、漏失、高壓等難題。3)儲層改造面臨高壓、裂縫發育等不確定因素。4)由于地表及地下條件異常復雜,導致工程施工投資大,風險高。


          山前帶油氣藏領域工程技術攻關方向為:1)復雜地表及地質條件下的地震采集、處理和解釋技術;2)針對深層、高陡、高研磨地層的優快鉆完井技術;3)針對破碎性、裂縫性及窄密度窗口地層的安全鉆完井技術;4)復雜地質條件下測井評價技術;5)深層高破裂壓力、復雜儲層改造技術。


          3.5 非常規油氣資源領域

          3.5.1 頁巖氣

          我國擁有海相、陸相、海陸過渡相多個類型的富有機質頁巖,頁巖氣資源豐富。2012年3月1日,國土資源部公布中國頁巖氣地質資源量134.42×1012 m3,可采資源量25.08×1012 m3。同年,中國工程院認為我國頁巖氣可采資源量為(10~13)×1012 m3 [6]。


          ?中國石化礦權區內的頁巖氣可采資源量7.23×1012 m3,其中四川盆地及周緣可采資源量3.97×1012 m3(埋深3 500 m以淺頁巖氣可采資源量2.58×1012 m3,埋深3 500~4 500 m頁巖氣可采資源量1.39×1012 m3),占比55%。目前,中國石化已在3 500 m以淺具有高地層壓力系數的涪陵焦石壩地區成功實現了頁巖氣的商業化開發,并形成了以水平井分段壓裂技術為主的配套石油工程技術體系[7]?!笆濉逼陂g,頁巖氣主要增儲上產領域包括川東南、川南-川西南地區下志留統及下寒武統海相頁巖,突破領域包括四川盆地陸相、海陸過渡相頁巖,南方地區海相地層。與北美頁巖氣相比,我國海相頁巖具有熱演化程度高、經歷多期構造改造的特點;陸相頁巖具有非均質性強、有機質豐度偏低、熱演化程度偏低和黏土含量偏高的特點。


          頁巖氣的主要勘探難點為:1)盆地內地層壓力系數高的海相頁巖有利區多處于3 500 m以深的深層、超深層,與之相適應的工程技術尚需攻關;2)3 500 m以淺海相頁巖受后期改造作用影響,保存條件相對較差,大多數地區地層壓力系數為常壓,頁巖氣產量相對較低,如采用現有工程技術,過高的成本制約了常壓頁巖氣的勘探;3)陸相頁巖非均質性強,頁巖氣產量遞減快,目前尚未形成適應性開發技術。


          頁巖氣領域工程技術攻關方向為:1)多類型泥頁巖“地球物理甜點”預測技術;2)復雜構造條件下水平井井眼軌跡控制技術;3)深層、超深層水平井分段壓裂技術;4)綠色、低成本水平井分段壓裂技術;5)微地震裂縫監測等壓裂監測技術。


          3.5.2 頁巖油

          頁巖油資源是我國未來重要的石油接替資源,我國頁巖油資源主要分布在松遼、渤海灣等東部陸相斷陷盆地和西部的準噶爾、四川、鄂爾多斯等大型盆地的中新生代湖相頁巖,初步估算頁巖油可采資源量大約為(30~60)×108 t[8]。中國石化探區初步估算頁巖油地質資源量為85.43×108 t,可采資源量6.44×108 t,主要分布在東部斷陷盆地中新生代和四川盆地中生代地層?!笆濉逼陂g,中國石化應用水平井分段壓裂技術對泌陽凹陷、東營凹陷等地區的頁巖油資源進行開發,但尚未取得商業性發現?!笆濉逼陂g,中國石化頁巖油重點勘探領域為泌陽凹陷核3段、沾化凹陷(沙1下、沙3下)及東營凹陷(沙3下、沙4上)湖相頁巖[9]。


          頁巖油的主要勘探難點為:1)湖相泥頁巖非均質性強,黏土礦物含量高;2)有機質成熟度較低,原油密度高、黏度大;3)采用現有水平井分段壓裂技術進行開發,初期有較高產量,但產量遞減快,難以取得規模性商業發現;4)適應湖相頁巖油開發的配套工程技術還有待進一步攻關。


          頁巖油工程技術攻關方向為:1)頁巖油“地球物理甜點”綜合預測技術;2)低成本水平井分段壓裂技術;3)無水壓裂等新型壓裂技術;4)原油原位降黏技術。


          3.6 火成巖油氣藏領域

          勘探實踐表明,緊鄰沉積盆地生烴凹陷受裂縫、風化等作用改造的火成巖儲層,具備有利成藏條件,是油氣勘探的重要領域。我國火成巖油氣勘探歷史已超過50年,先后在渤海灣盆地遼河東部凹陷、松遼盆地深層、準噶爾盆地發現了徐深、克拉美麗等一批億噸級規模的油氣田。研究認為,我國火成巖分布面積廣,預測有利勘探面積為36×104 km2,火山巖總的油氣資源量在60×108 t油當量以上[10]。目前我國火成巖勘探領域有準噶爾盆地石炭系—二疊系、松遼盆地侏羅系—白堊系、三塘湖盆地石炭系—二疊系和渤海灣盆地侏羅系—古近系火山巖;接替領域有塔里木盆地二疊系、吐哈盆地石炭系—二疊系和四川盆地二疊系火山巖等。在中國石化礦權區內,松南深層、準噶爾、渤海灣、塔里木盆地都存在火成巖儲層發育的有利區,是未來油氣勘探重要的接替領域。


          火成巖油氣藏的主要勘探難點為:1)火山爆發類型多,火山巖相及火山巖儲層疊置方式十分復雜。通過地球物理技術攻關,目前可以較好地識別火成巖體的輪廓,但是火成巖體內部儲層變化規律描述、儲層物性預測、裂縫及孔隙發育區預測、含油氣富集區預測等技術還沒有完全突破。2)火成巖類型多,巖石結構、構造復雜,儲集空間多樣化,有效儲層測井評價技術尚未成熟。3)火成巖儲層巖石堅硬、可鉆性差,鉆井提速難度大。4)火成巖儲層巖石抗壓、抗拉強度大,儲層孔、洞、縫的發育程度和連通程度差別大,火成巖儲層改造存在施工壓力高、流體濾失量大、砂堵概率高等難題。


          火成巖油氣藏領域工程技術攻關方向為:1)火成巖體儲層地震、非震綜合地球物理識別技術;2)火成巖體裂縫識別技術;3)火成巖有效儲層測井評價技術;4)火成巖快速鉆井技術;5)火成巖儲層改造技術。


          3.7 海域

          中國海域擁有各類沉積盆地26個,面積為161×104 km2,具有廣闊的油氣勘探前景。我國海域油氣勘探始于20世紀50年代,至今已發現商業性油氣田163 個,累計探明石油地質儲量約40×108 t,探明率為20.4%;累計探明天然氣地質儲量8 365×108 m3,探明率為7.3%;初步估算我國天然氣水合物遠景資源量為116×1012 m3[6],主要分布在東海、南海地區。


          中國石化海域探區主要分布在東海陸架、瓊東南、北部灣、南黃海等盆地,面積達到10×104 km2,近期在北部灣、東海陸架取得了油氣新發現,展示了海域探區良好的油氣勘探前景?!笆濉逼陂g,中國石化海域油氣勘探重點增儲地區為東海盆地西湖凹陷及北部灣,重點突破地區為瓊東南,重點準備地區為東海南部及南黃海等。海洋油氣勘探開發具有高風險、技術密集等諸多特點,勘探裝備和技術對勘探發現和效益起著至關重要的作用。


          海域油氣勘探的主要難點為:1)中國石化在灘海、淺海技術裝備擁有一定能力,但需進一步完善配套;2)海域油氣勘探正在由淺水向中、深水拓展,對勘探設備、技術提出了更高要求;3)天然氣水合物等新型資源勘探技術尚未形成。


          海域油氣勘探工程技術攻關方向為:1)配套、完善灘海、淺海領域裝備、技術體系;2)形成具有中、深水勘探能力配套技術與裝備;3)開展天然氣水合物勘探配套技術的前期預研究。


          4 結束語

          全球石油工業的發展表明:工程技術的每一次革命,都伴隨著全球油氣產量和儲采比的一個大的飛躍。近年來高精度三維地震、水平井分段壓裂等工程技術的進步,正在引領全球第四次石油技術革命,并促進了勘探思維大轉變[11, 12]。當前油氣勘探正呈現出8大轉變:從儲油氣層到生油氣層,從局部圈閉到大面積、全盆地,從構造、巖性油氣藏到常規、非常規油氣聚集,從高點找油氣到下凹(洼)勘探,從優質儲層到多類型儲層,從中、深層目標到中、深層、超深層目標,從高、中品位油氣資源到高、中、低品位油氣資源,從灘淺海、中深水域到淺海、中深水域乃至深海等。石油工程技術將是實現轉變的重要保障,面對中國石化未來油氣勘探開發的諸多難題,亟需消化吸收先進石油工程技術并重點開展以下3方面的技術攻關:

          1) 物探技術。主要包括提高地震勘探精度的高密度、寬方位、寬頻帶地震采集技術,面向復雜地表、復雜構造、復雜儲層的偏移成像處理技術,滿足致密砂巖、碳酸鹽巖礁灘相和縫洞儲層的識別與評價技術,針對地層物性和流體預測的多波多分量三維地震勘探技術、時延地震技術、井中地球物理技術,面向非常規頁巖氣勘探的巖石物理測定與分析技術、“甜點”預測技術和微震壓裂監測技術。

          2) 井筒技術。主要包括面向非常規油氣藏及低效市場的高效鉆完井及改造技術,針對斷塊、薄互層及大位移井的隨鉆地質導向與精細控制技術,針對破碎性、裂縫性及窄密度窗口地層的井筒信息一體化融合的安全鉆完井技術,針對深層、高陡、高研磨地層的優快鉆完井技術,針對高溫、高壓、易漏、易竄地層的高效固井技術,中深水鉆完井技術,針對深層、超深層碳酸鹽巖儲層的高效、環保壓裂酸化技術,超深層、超高溫高壓條件下的測試與解釋技術。

          3) 測井、錄井技術。主要包括針對超高溫、超高壓、特殊鉆井工藝等復雜井況條件的測井技術,具備實時性和較強地層評價能力的隨鉆測井技術,滿足復雜儲層探測和描述的成像測井以及井間剩余油動態監測技術,基于井旁特征評價、流體性質識別、產能評價的綜合評價技術及智能軟件,滿足儲層改造需求的高效清潔射孔技術系列,針對非常規油氣藏等復雜地質體的巖性、流體參數采集評價技術,基于綜合解釋評價技術的一體化軟件平臺,集隨鉆地層壓力評估、流體分析、工程監測于一體的高端綜合錄井儀。

          上述工程技術攻關,不僅是中國石化,也是國際油氣勘探中面臨的亟需解決的工程技術難題。不斷擴大深層、非常規、深水等油氣勘探開發新領域,實現降本增效和綠色低碳是石油工程技術面臨的新要求和發展新趨勢。與此同時,通用科學技術飛速發展,新材料、新工藝、新技術不斷涌現,信息、制造、材料、控制等學科的技術成果消化吸收—移植應用—有機融合于石油工程領域,為石油工程技術創新提供了捷徑。石油工程技術正在向信息化、實時化、智能化、集成化和綠色化方向發展,為未來油氣勘探新領域不斷拓展繼續發揮重要技術支撐作用。

          本文來源:石油鉆探技術



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