国内非常规油气勘探开发技术研究现状及难点分析

龚小卫，李 玮，乔中山，朱 岩，王新胜

(1. 东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中海石油天津分公司，天津 300452； 3. 大庆油田创业集团 华谊实业公司思创服务分公司，黑龙江 大庆 163311； 4. 大庆油田有限责任公司 第五采油厂，黑龙江 大庆 163311)

国内非常规油气勘探开发技术研究现状及难点分析

龚小卫1，李 玮1，乔中山2，朱 岩3，王新胜4

(1. 东北石油大学石油工程学院，黑龙江 大庆 163318； 2. 中海石油天津分公司，天津 300452； 3. 大庆油田创业集团 华谊实业公司思创服务分公司，黑龙江 大庆 163311； 4. 大庆油田有限责任公司 第五采油厂，黑龙江 大庆 163311)

随着常规油气的不断消耗，全球油气资源的勘探开发将不断转向非常规油气。我国非常规油气具有低孔低渗低压，地质条件复杂，多发育节理、裂缝，工程地质力学具有典型的非线性和各向异性等特征。通过调研国内外文献，从非常规油气的概念、成因及特点等方面阐述了非常规油气的勘探开发技术现状及非常规油气勘探开发的难点，并对非常规油气研究的发展趋势做出了展望。

非常规油气；勘探开发；低孔低渗；各向异性

0 前 言

随着常规油气的不断开发，非常规油气的发现给整个世界带来了福音，同时也给整个石油行业提出了更高的开发技术要求。国家的发展离不开能源，油气资源的勘探开发与国家能源安全、经济发展息息相关。随着中国经济的快速发展，对油气资源的需求也日益剧增，而目前常规油气资源的勘探己基本见底。所以，非常规油气的勘探开发己成为解决当前供需矛盾的一个重要途径。中国非常规油气资源丰富，开发潜力很大。据不完全统计，非常规天然气资源量约为(188～196)×1012m3，可采资源量为45×1012m3以上，致密油可采资源量达15×108t[1]，因此加快对非常规油气的开发利用对弥补能源缺口、确保国家能源安全具有十分重要的战略意义。

1 非常规油气的概念

目前，对于非常规油气资源尚无明确定义，人们采用约定俗成的叫法，将其分为非常规石油资源和非常规天然气资源两大类。前者主要指重(稠)油、超重油、深层石油等，后者主要指低渗透气层气、煤层气、天然气水合物、深层天然气及无机成因油气。此外，油页岩通过相应的化学工艺处理后产出的可燃气和石油，也属于非常规油气资源。

国内学者邹才能，张国生[2]等于2013年提出非常规油气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储集层渗透率或流体黏度等才能经济开采、连续或准连续型聚集的油气资源。其中孔隙度(<10%)和孔喉(<1 um2)或渗透率(<1×10-3um2)是非常规油气的两个关键参数，而“油气大面积连续分布，圈闭界限不明显”和“无自然工业稳定产量，达西渗流不明显”是非常规油气的两个关键标志。主要类型有天然气水合物、煤层气、致密油和气、重油沥青、页岩油和气等(见图1[2])。

图1 常规—非常规资源黏度与自然产能鉴别

2 非常规油气的成因及特点

非常规油气主要分为天然气水合物、煤层气、页岩气、生物气、致密气、致密油、重油/沥青砂、页岩油和油页岩，而不同类型的非常规油气的成因存在明显的差别。

对于天然气水合物，狄永军[3]等于2003年在天然气水合物成因探讨中指出，生物是导致天然气水合物生成的主要成因，分别为微生物成因(甲烷的R值C1/(C2+C3)大于1 000，б13C值为-90‰～-55‰)、热解成因(甲烷的R值小于100，其б13C值为>-55‰)和混合成因(介于以上两者之间)；对于煤成气，其成因主要为热成因和生物成因两类。Law B E[4]等指出二氧化碳的还原作用、有机酸(一般为乙酸)的发酵作用和煤化作用是煤成气生成的主要原因；对于页岩气，其成因主要为热成因和生物成因两类。热成因和生物成因与页岩气的成熟度有关，随着成熟度的增加，热成因生成的气所占的比例越来越大，而在低的成熟度下，生物成因生成的气所占的比例较大。对于生物气，其生成的原因与所处的古气候、沉积环境和时间、有机质的类别和丰富度、地质作用等诸多因素相互作用有关[5]。对于致密气，大范围层状烃源岩、持续生烃与大面积致密砂岩储集体连片分布是其生成的主要条件。对于致密油，贾承造[6]等在中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景中指出，陆相盆地中存在处于生油阶段(R0：0.9%～1.3%)多套富有机质烃源岩(TOC>1%)的多个生油凹陷是致密油生成的主要条件。对于页岩油，沉积在深水环境中的厚层富有机质泥页岩为其良好的源岩(TOC>2%)，张金川[7]等在页岩油分类与评价中指出异常高的压力(压力系数0.99～1.80)、物性条件较好的基质和短距离运移或原地聚集等是形成页岩油的主要条件。对于重油/沥青砂，其形成一般为原油经历运移阶段的稠变和聚集阶段的稠变，刘亚明[8]在重油研究现状及展望中指出稠变机制为生物降解作用、水洗作用、氧化作用和蒸发分馏作用。对于油页岩，其成因可分为有机质成因和环境成因，其中有机质成因分为腐泥型(l)和腐殖型(ll)，环境成因可分为拗陷湖成油页岩、断陷湖成油页岩和断陷湖泊一沼泽油页岩3种类型[9]。

非常规油气具有以下特点：油气大面积连续分布，圈闭界限不明显；无自然工业稳定产量，达西渗流不明显；储层致密，物性较差；岩性多样性，油水关系复杂，孔隙微观结构复杂。

3 非常规油气勘探开发技术研究现状

非常规油气主要分为天然气水合物、煤层气、页岩气、生物气、致密气、致密油、重油/沥青砂、页岩油和油页岩，而不同类型的非常规油气开发方式也不一样。

对于天然气水合物，国内勘探开发起步较晚，主要勘探技术为地震勘探技术、海洋可控电磁勘探技术、地球化学勘探技术、测井及岩心分析技术及岩石物理模型等其它勘探技术。随着天然气水合物勘探技术日趋完善，地震勘探法和地球物理测井法联用将有可能成为今后一段时期全球范围内天然气水合物资源勘探和评价的关键，同时保压取芯系统的研制进一步为系统全面地研究天然气水合物提供了有效而实用的手段。对于煤层气，其勘探开发技术主要有钻完井技术、压裂增产技术、排采技术和数值模拟等技术，其中钻完井技术，已从直井发展到垂直井、水平井、丛式井，继续发展到多分支水平井、远端对接井、径向井、倾斜井以及多类型组合井；对于页岩气，由于其储层具有典型低孔低渗的物性特征，气流的阻力比传统天然气大得多，需要采取某种增产措施和特殊的钻井与完井方法进行开发，否则难以开采。当前，对于页岩气的开采主要采取压裂技术、水平井钻井技术和特殊完井方式，其中压裂技术主要包括CO2加砂压裂技术、氮气泡沫压裂、凝胶压裂、清水压裂、水力喷射压裂、水力压裂、分段压裂、重复压裂、同步压裂技术、压裂液技术、压裂效果的数值和计算机模拟预测等；完井方式主要采取桥塞完井、水力喷射射孔完井和机械式组合完井。对于生物气，与国外相比，国内的勘探开发程度较低，未来勘探开发的重点主要为寻找大中型生物气田，建立和完善适合我国非常规生物气藏的勘探技术与方法。对于致密气，其勘探开发的关键技术主要为钻井方式、布井方式、压裂技术和水平井分段压裂技术。钻井方式主要包括水平井、定向井、多分支井、小井眼技术、连续油管钻井、套管钻井、控压钻井、欠平衡钻井、复合钻井和FDP快速钻井工艺等。对于致密油，地震预测、测井评价、水平井钻探和体积压裂是致密油进行勘探和提高产量的关键配套技术[10]。对于重油/沥青砂，国内对这方面的研究不太多，当前重油勘探的重点主要是层位勘探、区带范围和盆地范围的确定[8]；沥青砂的开采主要集中于露天开采(分为热碱水溶液洗脱法、热碱水溶液结合表面活性剂洗脱法、有机溶剂抽提法和焦化法)和就地开采方法(包括热采工艺、化学工艺和冷采工艺)[11]。对于页岩油，经过近几年的发展，中国开发页岩油技术与装备取得了以下成果[12]：形成了三开完井的设计模式，及空气钻、泡沫钻、清水钻+PDC螺杆复合钻、国产油基钻井液+PDC水平段一趟钻的钻井技术系列；水平井分段压裂工艺配套技术；探索实施了工厂化作业模式以及实现了页岩油勘探开发大型压裂成套装备的关键技术突破。对于油页岩，其勘探开发是一项系统工程，除了要掌握其地质特征、成矿规律及资源量外，可靠的识别技术与评价方法，压裂与原位开采、低温干馏等工艺，综合利用和环境保护等配套措施，也十分重要，其开采方式主要由地面处理、地下处理(包括壳牌公司的地下转换处理技术、埃克森一美孚公司的电压裂处理技术、美国页岩油公司CCR技术、斯伦贝谢公司的临界流体射频技术)、地震监测和混合型处理[13]。

综上所述，可发现非产规油气勘探开发工艺较复杂、成本较高，但面对我国经济快速发展、油气供不应求这一不争的事实，作为学者，应该最大化地去研究在保证非常规油气顺利勘探开采的基础上，如何降低成本，以达到预期的开采目标，而作为决策者，更应当给予非常规油气这一重要的替代能源高度关注。

4 非常规油气勘探开发难点

由于非常规油气藏的储藏地质极其复杂、渗透性低、孔隙度低、开发难度较大等特点，传统的油气开发方式已不适用于非常规油气的勘探开发，为应对开发非常规油气遇到的问题，需要对传统的勘探开发方式不断进行创新和突破，对装备和技术进行升级。

4.1 勘探难点

非常规油气开发的最终目的是实现油气价值的最大化，降低开发成本是非常规油气经济有效开发的关键。邹才能[14]等在论非常规油气与常规油气的区别和联系中，指出非常规油气的勘探难点在于找到“甜点区”，关键是寻找大面积层状储集体，核心工作是突破“甜点区”，确定甜点区的富有机质烃源岩、有利储集体、高含油气饱和度、易于流动的流体、异常超压、发育裂缝、适中的埋藏深度等主要控制因素，确立连续型油气区边界与空间展布。总的来说，非常规油气勘探的难点在于“甜点区”的确定与评价与勘探装备。

4.2 开发难点

由于非常规油气储集体物性差，如致密油、致密气、页岩油、页岩气和煤层气储层主体孔隙度小于10%，地下渗透率小于0.1 mD，一般无自然工业产能，需要采取某种增产措施和特殊的钻井技术，而传统的开发方式是单井和直井开发，非常规油气的发现，颠覆了这种传统油气的开发方式，将由单井向平台式多井“工厂化”模式转变，比如同步压裂，拉链式压裂等技术，由直井向水平井体积压裂转变，这期间将遇到不少技术难题(比如不断提高非常规油气的采收率，不断探索低成本开采工艺与开采方式)，给整个石油行业带来了不少的挑战。

5 结 论

1) 我国拥有着丰富的非产规油气资源，开发好这类油气将对整个石油行业的稳定持续发展具有深远的意义。

2) 非常规油气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储层渗透率或流体黏度等才能经济开采、连续或准连续型聚集的油气资源。

3) 传统油气的勘探开发方式不在适用于非常规油气的开发，需针对非常规油气的储层特点、成因，开发新技术，以应对未来在非常规油气开发中遇到的难点。非常规油气若想达到规模化的生产，还需研究新技术新方法作为支撑。

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A Research Status and Difficulties of Unconventional Oil and Gas Exploration Technology in China

GONG Xiaowei1，LI Wei1，QIAO Zhongshan2，ZHU Yan3，WANG Xinsheng4

(1.InstituteofPetroleumEngineering,NortheastPetroleumUniversity,Daqing,Heilongjiang163318,China; 2.CNOOCTianjinBranch,Tianjin300452,China; 3.DaqingOilfieldVentureGroupHuaYiIndustrialCompanySichuangServiceBranch,Daqing,Heilongjiang163311,China; 4.TheFifthOilProductionPlant,DaqingOilfieldCompanyLimited,Daqing,Heilongjiang163311,China)

With continuous consumption of conventional oil and gas, the global exploration and development of oil and gas resources will shift to unconventional oil and gas. Unconventional oil and gas in our country is still in its low porosity, low permeability and low pressure, including complex geological conditions, many development joints, fractures and engineering geological mechanics. This article tries to elaborate the current study on situation and the difficulty of exploration, including the development of unconventional oil and gas from such aspects as the concept, the genesis and the feature etc. At last, the author outlines the future study trend of unconventional oil and gas.

Unconventional oil and gas; Exploration and development; Low porosity low permeability low pressure; Anisotropy

2017-04-07

“十三五”国家科技重大专项项目(2016ZX05020-002)

龚小卫(1989-)，男，江苏沭阳人，在读硕士研究生，研究方向：水力压裂，手机：15776542393，E-mail：1163157977@qq.com;通讯作者：李玮(1979-)，男，教授，博士生导师，研究方向：高效钻井破岩、水力压裂、钻井优化等方面的理论与技术研究.

P618.13

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.031