磨刀石中的“黑金”

■ 中国石油大学石油工程教育部重点实验室　李相方　李沛桓

磨刀石中的“黑金”

■ 中国石油大学石油工程教育部重点实验室李相方李沛桓

石油业界人士常把致密储层形容为“磨刀石”，而从致密储层产出的石油称为“黑色金子”。在20世纪，从“磨刀石”样的致密储层产出石油，连业界人士也感到这是一件“赔本赚吆喝”的事情，因此，世界范围致密油藏开发一直起色不大。

但自从2006年后，由于科学技术及装备的进步等原因，美国致密油产量在世界率先大幅度攀升，截止2015年，其总产量已经占石油总产量的15%。我国首先学习国外先进技术，并引进装备，自从2012年以来，致密油产量也显著提高。至此，从“磨刀石”中的储层中产出“黑色金子”（简称“黑金”）也已变为现实，并具有非常可观的发展前景。

致密油及其家族成员定义及分类

根据我国石油天然气行业标准，可以将石油储层分为特高渗透、高渗透、中渗透、低渗透、特低渗透、超低渗透储层与致密储层。在石油天然气行业中，通常应用“md”（毫达西）来评价储层的渗透性高低。而所谓渗透率就是油从岩石孔隙中流到井眼内的能力，md是衡量渗流能力的单位。

表1　油藏储层渗透率分类表

由表1可以看出，致密油藏渗透率相对高渗油藏低得多。因此致密储层渗流能力弱，原油从岩石孔隙流到井眼的过程较中高渗储层困难的多。

除此之外，还常用地层岩石中赋存的孔隙尺寸来表征其渗透性。

由图1可以看出：a与b图作为非常规油藏储层尺度非常小，石油流出极其困难；c与d图作为常规油藏储层尺度相对较大，石油流出相对容易。

图1　非常规和常规储层岩石孔隙特征图

致密油及其家族成员资源分布

根据 USGS、IEA、BP等机构公报的数据，全球常规石油可采资源总量为4879亿吨，中东1974亿吨，占40%；俄罗斯768亿吨，占16%；北美662亿吨，占14%；拉丁美洲520亿吨，占11%；4大区占全球可采资源总量的81%；此外，非洲、亚太、欧洲分别占比为9%、6%、4%。

全球致密油、重油、油页岩油主要分布于南美和中东地区；天然沥青（或称油砂）主要分布在加拿大阿尔伯达省；而致密油在美国、俄罗斯和亚太地区最发育；油页岩可采资源量主要分布在美国、俄罗斯和中国。非常规资源中，北美、南美占比最大，分别占到50%和23%，其次是亚洲和俄罗斯分别占9%和7%，非洲占5%，而常规资源储量丰富的中东仅占4%，欧洲最少为2%。

表2　全球致密油地质储量与技术可采储量分布

从长远来看，我国甚至全世界上好储层的油气资源越来越少，容易开采的油气也呈下降趋势。所以非常规油气资源潜力巨大，其储量应该远大于常规油气。2008年全球非常规石油资源规模已与常规石油资源基本相当，非常规石油产量快速上升，2010年，我国非常规油气探明储量已占新增探明储量的75%，成为储量增长的主体。

据统计，全球致密油资源总储量为9690亿吨，技术可采储量为480亿吨，平均采收率为4.96%，其中，2/3以上的致密油资源集中于俄罗斯、美国、中国、利比亚、阿根廷、澳大利亚6个国家。

美国致密油开发历程

美国的致密油发展历程大致可以划分为缓慢发展、高速发展和继续发展三个阶段。

缓慢发展阶段（2000-2005）

由于开采技术不成熟，致密油生产很低，该阶段主要开展理论研究与技术储备。

高速发展阶段（ 2006-2014）

（1）将页岩气开发技术及装备应用到致密油开发领域

21世纪初，美国率先在页岩油气开发方面投入巨资，技术装备水平进一步提升，配套更加完善，致密油的开发有了巨大进展。而致密油开发借鉴“页岩气开发长水平井段钻完井技术及大型多段水平井压裂技术”，则起到了关键作用。至此，揭开了致密油藏商业开发的序幕，使美国逐渐走上了能源独立的道路。

（2）开发常规油藏中的特低渗与非常规油藏的致密油手段差异性

常规油藏中高渗储层开发不需要进行储层的压裂，其低渗虽然也需要进行压裂生产，但是压裂总体规模较小、开发成本较低、产量较高。由于致密油藏具有极低的渗透率，因此即使采用比低渗油藏再大一些的压裂规模，其产量也很小，所以该类油藏发展较慢。

图2　典型低渗油藏水平井水平段及其压裂生产示意图

图3　典型致密油藏水平井水平段及其压裂生产示意图

图2与图3中L是水平段长度，△H为两条压裂裂缝间距。

表3　低渗油藏与致密油藏水平井及压裂数据对比表

从表3中可以看出，致密油藏比低渗油藏水平段长得多、压裂裂缝间距小得多、总的裂缝条数多得多，以及从储层向水平井眼产油面积大得多。这些都是得益于水平井与压裂技术及装备的发展。

（3）精细筛选出一批具有经济效益的致密油藏

在进行大量技术与经济可行性研究基础上，形成了筛选致密油藏开发的几个条件：①储层中存在裂缝，而微裂缝较发育使得渗透率较高；②致密油藏中气油比较高，油藏开发弹性能量较大；③油藏压力系数较高，储层开发能量较大；④油藏储层中油的黏度较低，容易流动；⑤油藏储层连续性及连通性较好，便于水平井及多段压裂生产；⑥储层厚度较大储层丰度较好。

（4）致密油藏开发彰显出良好的经济性与技术可行性

借鉴页岩气开发技术，致密油开采取得成功。巴肯和伊格尔福特是美国致密油产量最大的2个页岩区带，2013年平均日产量均超过1.1万吨，年产量分别占美国致密油总产量的29%和39%，主要依靠的是大型水力压裂技术。

继续发展阶段（2015——）

从2015年初至今，油价一直处于低位，显著影响了致密油藏的开发。而油气田的开发不仅受技术的影响，也受政治、经济因素的影响。但在这一重要的时间阶段，从技术上来说，正是致密油发展的有利时机，期待着致密油大发展时期的到来。

国内致密油开发现状

当前国内致密油藏探明储量规模较大，致密油资源丰富，资源量超过100亿吨，陆上油田致密油开发取得重大进展。截至目前，共有676口试验井，投产133口，试验阶段日均产油都在100立方米以上。

截至2012年7月，中国石化致密油藏共实施分段压裂水平井超过150口，压裂后前3个月平均单井产油量为12.1吨/天，目前平均单井产油量为5.6吨/天；实施井主要分布在胜利、华北及东北油区。中石油吉林、长庆油田低渗透储量在总的探明地质储量中所占比例分别为73.2%和85.5%，极具开发潜力，因此应借鉴巴肯开发致密油藏的技术，开展长水平井、多段压裂开发新技术研发和试验，提高致密油藏的动用程度。

目前业界一致认为，我国早已开始了致密油的生产，并形成相当的规模。考虑到近年多数老油气田都加大了对深层、对老地层的开发力度，因此我国有望成为仅次于美国的致密油生产大国。

我国致密油藏勘探开发虽然在长水平井钻井及大型压裂方面已经具有较高的水平，但由于我国地质环境及条件相对美国差很多，且开发历程太短，因此还需要对适合经济开发的致密油藏进行评价与筛选。

目前我国一些致密油藏开发特点及不足之处主要有以下几点：①与美国微裂缝较发育相比，我国的储层微裂缝不太发育；②致密油藏中气油比较低，油藏开发弹性能量不足；③油藏储层压力系数较低，油的黏度较高；④储层连续性及连通性较差，储层隔夹层较多。

致密油开发前景

全球范围内来看，致密油资源极其丰富，资源总储量为9690亿吨。另外，经过多年不懈的努力，长水平井段钻完井技术及大型多段水平井压裂技术也在不断发展，也使致密油资源的商业开发愈发成熟。

初步预测中国陆上主要盆地致密油分布面积达50万平方公里，地质资源量大约200亿吨，技术可采资源量为20～25亿吨，此外，致密油勘探也不断取得新的突破，每年提交的探明地质储量中，致密储集层油的比例分别从不到10%提高到近60%。

随着我国经济的不断发展，人们对石油的需求将会越来越大，国内老油田原油稳产、上产面临很大难度，而致密油的商业开发也将源源不断的满足人们对“黑金”的强烈需求，因此致密油具有非常广阔的发展前景。

致密油开发面临的挑战

由于致密油储层具有喉道复杂、粒度小的特点，现有的理论和技术依然无法支持致密油大规模的商业开发。制约致密油发展的因素主要有以下4个方面：

（1）致密油藏储层致密性仍然是开发成本高、难度大的因素，具有挑战性；

（2）技术与装备的进步也具有时代特征，这依靠整个工业界的整体进步；

（3）资源量巨大的致密油藏也存在致密程度差异很大、不同黏度及重度的油的流动性差异很大、储层的平面上与纵向上孔隙分布差异大等都会带来更大的开发挑战；

（4）新能源的快速发展也对致密油藏的开发产生了较大的影响。

在20世纪末，致密油商业开发还是很遥远的事情，但到21世纪初就迎来了其开发的春天。尽管目前致密油开发由于受技术、经济以及政治的影响，还面临许多艰难险阻，但我们完全有理由相信，在不远的将来，随着科学技术的不断进步及人类认识的持续提高，将会实现致密油藏的高效开发，致密油在石油大家族中也将占据更加重要的地位。