在綫試讀 第*章 緒論 緻密油是一種重要的非常規油氣資源。隨著世界經濟的發展,各國對油氣資源的需求量持續增加,常規油氣資源越來越難以滿足工業和經濟發展的需求。目前,非常規油氣資源的研究與利用已經成為世界油氣勘探、開發的趨勢。其中,緻密油是非常規油氣資源*具現實意義的一種。緻密油資源在全球範圍內均有分布,其中北美地區緻密油資源特彆豐富,勘探開發較早,且效果*為突齣。北美地區緻密油勘探的突破及商業性開發的成功,改變瞭美國乃至全球石油供應格局,並對世界油氣勘探産生深遠的影響。同時,在緻密油勘探、開發目標驅動下,帶動瞭一係列地質理論和工藝技術革新,被稱為“緻密油工業革命”。受之啓發,我國開展瞭陸相盆地緻密油攻關研究和勘探實踐,並在鄂爾多斯、鬆遼、準噶爾、三塘湖等多個盆地獲得重要發現。其中,鄂爾多斯盆地中生界三疊係延長組長7段緻密油是我國陸相盆地緻密油的典型代錶,勘探成效非常顯著,已形成較係統的理論和技術體係,在國內外引起廣泛關注。 本章首先介紹緻密油的概念,然後對全球範圍內緻密油的分布及不同地區緻密油的基本特徵進行介紹,*後以鄂爾多斯盆地緻密油為重點,詳細說明其勘探現狀和勘探曆程。 第*節 緻密油的概念 在石油地質領域,“緻密油”是一個新生名詞,以至於尚未正式收入油氣勘探、開發科技詞匯中,僅在百度等網絡詞庫中能檢索到。應該說,緻密油的名稱*初譯自國外,但在外文文獻中其名稱卻並不統一,見到較多的有tight oil(直譯為緻密油)和shale oil(直譯為頁岩油)。例如:美國能源信息署(U. S. Energy Information Administration,EIA)解釋緻密油是低滲透率的砂岩、碳酸鹽岩或頁岩儲層中生産的原油(原文為‘Tight oil’refers to crude oil and condensates produced from low-permeability sandstone,carbonate,and shale formations.)(EIA,2012①),“頁岩油”則指利用人工化學處理技術(包括地麵熱解或地下原位改質技術)在油頁岩中開采齣的油(原文為EIA use the terminology shale oil in that case when oil is made from the oil-shale,rock with kerogen,by artificial chemical process,pyrolysis,which can be surface or subsurface,in situ,technology.)(Papay,2014)。加拿大非常規資源協會(Canadian Society for Unconventional Resources,CSUR)解釋緻密油是一種賦存在很低滲透率岩石(砂岩、碳酸鹽岩和頁岩)中的輕質油,並指齣這種石油隻有經過諸如水平井加多級壓裂等技術纔能達到經濟開采(原文為Tight oil is conventional light oil that is found with in very low permeability rocks,sandstones,carbonates,and shales. This oil will not flow at economic rate without,e. g. horizontal drilling coupled with multi-stage fracturing.)。關於緻密油的滲透率界限也不統一,如:EIA ARI(先進資源國際公司)(2013①)界定緻密油儲層滲透率小於0.1×10-3μm2,Papay(2014)考慮到流度界定緻密油儲層滲透率小於1×10-3μm2。實際上,大多數情況下,外文文獻中既沒有對緻密油(tight oil)進行嚴格定義也沒有嚴格區分緻密油(tight oil)和頁岩油(shale oil),隻是其所指的地質目標與國內基本一緻。如:北美的巴肯(Bakken)緻密油藏,有的稱為頁岩油藏(shale oil play),有的稱為緻密油藏(tight oil reservoir)。Crain(2011)在文中就把緻密油(tight oil)和頁岩油(shale oil)作為並列語用,並且指齣:“實際上,常說的頁岩氣(shale gas)或緻密油(tight oil)其儲層也並不是真正的頁岩(shale),而是低孔隙度的泥岩或成層的泥質砂岩。”因此,作者認為外文文獻中,“tight oil”和“shale oil”兩種名稱一般情況可以等同,都可以理解為緻密油,隻有特定情況下纔需要加以區分。 在國內文獻資料中,*早以定義形式提齣“緻密油”的是林森虎等(2011)撰寫的“美國緻密油開發現狀及啓示”。在該文中,作者首次對緻密油給齣瞭如下定義:緻密油指以吸附或遊離狀態賦存於富有機質且滲透率極低的暗色頁岩、泥質粉砂岩和砂岩夾層係統中的自生自儲、連續分布的石油聚集。文中指齣,此處的頁岩儲集層是指富有機質的暗色頁岩以及薄夾層狀存在的粉砂質泥岩、泥質粉砂岩、粉砂岩、砂岩地層,並總結瞭緻密油的生産特點:一般無自然産能或低産,單井生産周期長;要開發好緻密油資源需要的關鍵技術是多級水力壓裂、重復壓裂等儲層改造技術和水平井開采技術。實際上,在此之前,國內也有少量文章中齣現過緻密油的叫法,但重點指緻密油藏或緻密儲層,並沒有做過明確的定義。在此之後,緻密油的名稱逐漸齣現在專業會議和技術報道中。如:2011年12月,中國石油網刊登的文章“我國緻密油氣開發亟待升溫”就再次引述鄒纔能等人對緻密油的定義:緻密油是指生油岩層係的各類緻密儲層中聚集的石油,經過瞭短距離運移,儲層岩性主要包括粉砂岩、泥質粉砂岩以及碳酸鹽岩等。 2011年12月18日,國傢油氣重大專項“中國大型油氣田及煤層氣勘探開發技術發展戰略”(2011ZX05043)與中國石油長慶油田分公司在西安組織召開瞭“我國緻密油勘探進展與資源潛力研討會”,對緻密油定義的形成具有裏程碑意義。會議以“緻密油——全球非常規石油勘探開發新熱點”為主題,交流瞭國內外緻密油勘探新進展、地質新認識與技術;研討瞭中國緻密油的類型、地質特徵、評價標準及資源前景;分析瞭中國緻密油的勘探開發前景,提齣瞭未來發展的戰略重點和建議(許懷先、李建忠,2012)。在這次會議上,關於緻密油的地質概念形成瞭以下5個方麵重要的認識:第*,緻密油不等同於頁岩油,主要類型有緻密砂岩油和緻密灰岩油等。第二,中國緻密油有5個地質特點:①主要為陸相湖盆體係;②與良好生油岩互生,有機碳含量(TOC)高、成熟度(Ro)適宜;③白雲岩、砂岩儲集層類型多樣,砂岩橫嚮變化大,部分為薄互層;④麵積、規模相對較小;⑤晚期構造變動復雜。第三,緻密油有10項基本評價指標:①孔隙度與滲透率;②基質孔類型(有機/無機);③流體品質、可流動性;④儲集層壓力;⑤可壓裂性(脆性、礦物含量、天然裂縫);⑥烴源岩TOC、Ro值;⑦儲集層厚度;⑧構造復雜性;⑨埋藏深度;⑩地麵壓裂條件(水、環保因素、井場)。第四,中國緻密油資源潛力大,應加快發展鄂爾多斯盆地三疊係延長組長7段、準噶爾盆地二疊係和四川盆地侏羅係緻密油。第五,應加強基礎研究,深化緻密油氣孔喉結構滲流機理認識,重新評價地質和技術油氣資源量,加強水平井和壓裂技術攻關,整體突破非常規緻密油新領域。這次會議是在中國緻密油勘探和研究起步的關鍵時期召開的一次重要會議。會議基本確定瞭國內緻密油的地質概念和緻密油研究攻關的目標,對未來中國緻密油的發展起到瞭重要的推動作用。此後,緻密油的名稱在學術領域被廣泛采用。 然而,新的名稱還缺乏嚴格的定義,造成應用過程中一些與緻密油相似的概念很容易相互混淆。例如:“頁岩油”、“緻密儲層”、“緻密氣”、“頁岩氣”、“非常規資源”、“低滲透、特低滲透、超低滲透”等。因此,不同的專傢嘗試對緻密油進行瞭定義(趙政璋等,2012;賈承造等,2012;鄒纔能等,2012;姚涇利等,2013;童曉光,2012;景東升等,2012;薑在興等,2014),采用的定義語有所差彆,未能得到統一。更為重要的是,不同單位或學者對緻密油範疇的理解存在偏差,這製約甚至阻礙對緻密油的研究和開發,特彆是沒有統一明確的緻密油概念,不能區分攻關目標和對象,很難抓住核心問題開展研究。 隨著國傢對非常規油氣資源的重視及油氣勘探、開發技術的進步,準確定義緻密油概念被提上日程並得到重視。2013年,在曆經3年研究和實踐的基礎上,行業標準《緻密油地質評價方法》(SY/T6943-2013)正式發布。在該標準中,緻密油被定義為:“儲集在覆壓基質滲透率小於或等於0.2×10-3μm2(空氣滲透率小於2×10-3μm2)的緻密砂岩、緻密碳酸鹽岩等儲集層中的石油;單井一般無自然産能或自然産能低於工業油流下限,但在一定經濟條件和技術措施下可獲得工業石油産量。通常情況下,這些措施包括酸化壓裂、多級壓裂、水平井、多分支井等。”從文字錶述來看,該標準主要是通過儲層滲透率來定義緻密油的。根據這個定義,我國主要盆地均不同程度地發育緻密油。特彆是很多盆地以往所說的“低滲透儲層”、“錶外儲層”、“緻密難動用儲層”等都被列入緻密油的範疇。 以低滲透著稱的鄂爾多斯盆地,空氣滲透率小於2×10-3μm2的儲層占三疊係儲層中的近一半,且通過研究攻關,以西峰油田、華慶油田為代錶的儲層空氣滲透率在0.3×10-3~2×10-3μm2的油藏都已經成功開發(付金華等,2014,2015),若再列入緻密油範疇,將給油藏分類、攻關研究造成很大的睏惑。考慮到鄂爾多斯盆地實際情況,為聚焦攻關目標,並與生産和研究需求相統一,長慶油田在企業標準《鄂爾多斯盆地緻密油儲層評價方法》(Q/SYCQ 3534-2015)中對鄂爾多斯盆地緻密油做瞭專門的定義:“指賦存於與烴源岩互層共生或緊鄰的緻密儲層中,未經過大規模運移的石油聚集,其地麵空氣滲透率一般低於0.3×10-3μm2,以三疊係延長組長7段緻密砂岩油*為典型。這種石油資源一般無自然産能,須對儲層進行大規模體積壓裂改造或通過水平井方式開采方可以獲得商業性開發。” 需要指齣的是,鄂爾多斯盆地緻密油的定義與行業標準並不矛盾,與之具有統一性,隻是鄂爾多斯盆地緻密油的界定標準更為嚴格,也更加符閤盆地石油勘探、開發實際。在本書中,對於鄂爾多斯盆地緻密油采用長慶油田的定義,國內其他盆地緻密油主要依據行業標準界定,國外緻密油則采用更為廣義的緻密油概念。 目前,鄂爾多斯盆地緻密油已逐漸為行業內所熟悉,然而其名稱和地質概念的建立實屬不易(牛小兵等,2016)。從*初國外“頁岩油”概念引入國內,到後來“緻密油”、“頁岩油”混用的模糊狀態,以至引發瞭地質研究人員很長一段時間的睏惑:“到底什麼是緻密油?”,“緻密油和低滲透有什麼本質區彆?”。麵對這些睏惑,長慶油田的地質工作者主要從以下幾個方麵進行瞭厘定:首先,從國內學者一般認可的覆壓滲透率小於0.1×10-3μm2(地麵空氣滲透率小於1×10-3μm2)的基本概念入手,大緻圈定盆地“緻密油”的資源分布(長慶油田中生界已有石油探明儲量的50%以上、資源量70%以上屬於這個範圍)。其次,這種用滲透率劃定的緻密油界限是依據十分寬泛的國內不同油田和盆地給定的,是否符閤鄂爾多斯盆地的生産實際,還需要分析其必要的界定條件,即“常規工藝改造難以有效動用”和“水平井+體積壓裂技術可以實現效益開發”兩個必要條件。*後,無論國外還是國內,無論海相還是陸相,對緻密油有一點共識即“與烴源岩互層共生或緊鄰的緻密儲層”,這也是劃定是否為緻密油的重要地質依據。因此,將盆地緻密油定義為“與烴源岩互層共生或緊鄰的緻密砂岩儲層(地麵空氣滲透率<0.3×10-3μm2)中聚集的石油”就符閤長慶油田的實情。目前,鄂爾多斯盆地的緻密油就特指發育在中生界延長組長7段的緻密油。對於延長組其他層係,雖然有的儲層滲透率也低於0.3×10-3μm2,但依然不屬於緻密油範疇。明確這一概念的重要意義在於確定瞭盆地緻密油攻關的對象和方嚮。 在此特彆強調並闡明本書中所用的幾個與“緻密油”相近名稱的含義:“緻密儲層”統指岩性緻密的儲層;“緻密油儲層”則特指緻密油資源賦存的載體,包括緻密砂岩、碳酸鹽岩等;鄂爾多斯盆地的“頁岩油”特指中生界三疊係延長組長7段頁岩中賦存的石油。低滲透、特低滲透和超低滲透主要采用長慶油田開發實踐形成的儲層滲透率劃分方案,《中生界延長組低滲透砂岩儲層分類定量評價標準》(Q/SY CQ 3634-2016),即低滲透10×10-3~50×10-3μm2、特低滲透1×10-3~10×10-3μm2,超低滲透0.3×10-3~1×10-3μm2。 總之,從技術發展的角度來看,在中國將緻密油的概念專門提齣來並進行規範,有利於重新認識這類儲層,並開展有的放矢的研究和技術攻關。緻密油名稱中的“緻密”是反映儲層特徵的,說明這類儲層比低滲透或特低滲透儲層更緻密,在儲集空間、流體賦存方式、滲流機理等方麵具有與前者顯著不同的特點,使之區彆於各類低滲透儲層。“緻密油”中的“油”與“油頁岩”中“岩”核心字意的鮮明對比,錶明在中國已經將這類資源列為一種可以大規模工業開發的液態烴類資源。 第二節 緻密油分布及特徵 根據緻密油的定義,隻要符閤“源儲一體”和“一定滲透率界限”的儲層中的石油都屬於緻密油。那麼理論上,國內外大型沉積盆地中都具有發育緻密油的可能性。從國際和國內報道的資料來看,國外緻密油主要分布在美國、加拿大、俄羅斯、利比亞、阿根廷、澳大利亞等國傢(趙政璋等,2012)。在國內,緻密油主要分布在鄂爾多斯、鬆遼、準噶爾、三塘湖、柴達木等盆地。必須強調的是,各盆地緻密油的劃定標準並不相同。 一、國內外緻密油的分布 (一)國外緻密油分布 據美國能源信息署報告(EIA and ARI,2013①),全球緻密油資源主要分布在俄羅斯、美國、中國、阿根廷、利比亞、澳大利亞、委內瑞拉、墨西哥、巴基斯坦和加拿大,總資源量為67530×108bbl②,技術可采量為3350×108bbl。該報告依據美國及美國以外41個國傢的137個頁岩層的評估結果得齣。另外,英國石油公司(BP)在其發布的《2013年能源展望》中,也說明緻密油主要分布在美國、加拿大、俄羅斯、墨西哥、阿根廷等國傢。 目前,已實現緻密油工業開發的地區主要在北美,以下主要介紹北美地區主要盆地緻密油概況。 1.美國緻密油分布 據BHP報告(2011),美國緻密油資源主要分布在8個盆地,經評估緻密油資源量為477×108bbl。Jarvie D.M.(2012)在報告中匯總瞭美國本土主要緻密(頁岩)油區帶的地質年代、所處盆地和位置以及頁岩類型(錶1.1)。美國地質調查局(United States Geological Survey,USGS)在2013年的報告中稱,美國的緻密油也主要分布在上述盆地。 錶1.1 美國主要盆地緻密油地質概況匯總錶 注:緻密頁岩(tight shale)指主要儲集空間為頁岩中有機質孔隙;裂縫性頁岩(fractured shale)指主要儲集空間為裂縫;混閤頁岩(hybrid shale)指主要儲集空間為與頁岩伴生的砂岩、石灰岩或碳酸鹽岩。 2.加拿大緻密油分布 加拿大的緻密油區主要分布在西加拿大盆地和東部的阿巴拉契亞山脈地區(錶1.2),勘探工作起始於2005年薩斯喀徹溫省東南部以及馬尼托巴省西南部的巴肯地層(張君峰等,2015)。目前,在西加拿大沉積盆地,巴肯/埃剋肖地層,卡爾蒂姆地層,維京地層,下肖納文地層和下阿瑪蘭斯地層都發現瞭緻密油(張君峰等,2015),未來具有較好的勘探前景。 錶1.2 加拿大主要盆地緻密油地質概況匯總錶(侯明楊、楊國豐,2013)