石油圈
進入21世紀，以美國非常規油氣、加拿大油砂、委內瑞拉重油為代表，全球非常規油氣勘探開發取得了一系列突破性進展，已成為全球油氣生產的重要組成部分。借鑒國外經驗，大力發展中國非常規油氣成為必然的戰略選擇和必由之路。中國進入了常規與非常規油氣并重的勘探開發新時代，地質開發理論進入了非常規油氣創新的“黃金期”。隨著研究與勘探開發實踐的快速推進，非常規油氣將逐步成為中國油氣生產的重要組成部分，為國民經濟的發展提供重要保障。
2.5?非常規油氣勘探技術研究進展
2.5.1地球物理技術研究進展
針對頁巖系統致密儲層及流體的評價預測，測井技術取得較大進展，出現了“六特性”測井評價技術系列?！傲匦浴痹u價，即烴源性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應力各向異性評價，實現烴源巖品質評價、儲層品質評價和工程品質綜合評價，確定頁巖系統油氣分布的“甜點區”。除了常規測井方法外，巖性評價主要推廣應用元素俘獲測井技術，提升巖性組份計算精度；含油性評價加大應用對油氣信息敏感性較強的錄井技術，錄井技術測井與錄井結合，如將紅外光譜、巖石熱解地球化學等錄井技術與陣列聲波或偶極橫波、核磁共振等測井技術相結合，實現油氣層有效識別；物性評價由于致密儲層孔隙結構復雜，評價難度較大，現主要采用核磁共振、微電阻率等成像測井，以期建立針對性的孔隙度和滲透率模型；烴源性評價目前主要采用自然伽馬能譜測井統計、電阻率與孔隙度測井曲線重疊△lgR和核磁共振與密度測井組合的干酷根含量轉換等3種方法，主要實現對烴源巖有機質豐度的計算；脆性評價主要采用巖石組份計算和巖石彈性參數計算等2種方法，刻畫巖石的脆性特征；地應力評價主要指水平地應力（σH和σh）評價，包括方位確定、大小計算以及地應力縱橫向各向異性、地應力平面展布特征等，可借助電成像測井和陣列（或掃描）聲波測井實現。
2.5.2?“甜點區”評價研究進展
“甜點區”定義是非常規油氣分布中相對富集高產的有利區帶。評價優選“甜點區”也是非常規油氣勘探研究的核心，貫穿整個勘探開發過程。非常規油氣甜點包括“地質甜點、工程甜點、經濟甜點”。提出了油氣富集“甜點區”評價的8個指標，其中3個關鍵指標是：TOC值大于2%（其中頁巖S1>2mg/g）、孔隙度較高（致密油氣＞10%，頁巖油氣＞3%）和微裂縫發育。地質甜點著眼于炬源巖、儲集層與裂縫等綜合評價，工程甜點著眼于埋深、巖石可壓性、地應力各向異性綜合評價，經濟甜點著眼于資源規模、地面條件等評價。如當前非常規致密油和氣、頁巖油和氣的“甜點區”評價，主要著眼于烴源層、儲集層、裂縫、局部構造等地質甜點要素評價，和壓力系數、含油氣飽和度、脆度、地應力特性、埋深等工程甜點要素評價（表5）。
表5.致密油氣與頁巖油氣“甜點區”評價標準
“甜點區”評價包括5項關鍵技術：①烴源巖“甜點區”預測技術：通過巖樣測試、聲波／電阻率計算、核磁共振十密度法等綜合評價縱向烴源巖甜點分布，連井對比結合沉積相、地震相分析，明確烴源巖甜點平面分布特征。②儲集層“甜點區”預測技術：綜合巖心實測物性資料與有利目的層段的沉積相、成巖相研究，進行孔、滲分布等多圖疊合，確定儲集層甜點區。③脆性評價與預測技術：通過X—衍射等方法進行礦物組分分析，結合應力實驗及動態測井脆性分析確定有利層段，利用疊前地震屬性反演確定平面分布。④地應力評價技術：通過巖石力學實驗結合陣列聲波等測井資料，計算巖石彈性模量，提供孔隙壓力、上覆巖層壓力、最大／最小水平應力等參數，指導井眼軌跡設計、確定壓裂方式和規模。⑤“甜點區”地震屬性綜合預測技術：利用多參數交會分析與疊前彈性反演，確定巖性、孔隙度、脆性等關鍵參數的平面分布；利用疊后多屬性裂縫預測技術，預測和解釋裂縫發育區；集成巖性、物性、脆性等多參數分析，預測甜點區分布。
2.6非常規油氣開發工程技術研究進展
北美頁巖氣、致密油等非常規油氣“革命性發展”，主要得益于微地震監測、水平井壓裂鉆完井、平臺式“工廠化”生產、“人工油氣藏”開發等4項核心理論技術的重大進步。
2.6.1微地震監測技術研究進展
微地震監測技術最早于20世紀40年代由美國礦業局提出，歷經70余年發展，國外已經具備了微地震監測專有技術、軟件、設備等一體化的服務能力。我國微地震監測技術起步晚，但發展迅速，已初步具備微地震采集設計、處理解釋、油藏建模等一體化服務功能，在四川盆地南部頁巖氣勘探開發實踐中取得了一定應用效果。應用集中在六大方面：①儲層壓裂監測；②油藏動態監測；③識別可能引起儲層分區，或充當過早見水流動通道的斷層或大裂縫，描述斷層封堵性；④以裂縫為主的儲層，可以用于速度成像和橫波各向異性分析，對裂縫性儲層有關的流動各向異性進行成像；⑤對微地震波形和震源機制研究，可提供有關油藏內部變形機制、傳導性裂縫和再活動斷裂構造形態信息，及流體流動分布和壓力前緣移動情況；⑥微地震監測與其它井中地震和反射地震技術結合，可大大降低儲層監測周期和費用。
2.6.2水平井壓裂技術研究進展
水平井鉆井最早是在1863年由瑞士工程師提出，20世紀80年代是國外水平井鉆井技術快速發展、逐步完善并開始大規模應用的重要時期，特別是美國，隨著頁巖氣、致密油等非常規油氣資源的大規?？碧介_發，水平井鉆井數幾乎成指數增長，從2000年的1144口增長到2012年的17721口左右，增長了15倍多，水平井數占總井數的比例也快速升至36.7%。近年來，隨著水平井綜合能力和工藝技術的發展，特別是水平井的軌跡設計技術、隨鉆測量、隨鉆測井、旋轉導向鉆井系統、鉆井液等技術的發展，催生了多種水平井新技術出現，并逐步成為非常規油氣資源勘探開發的重要技術手段。目前，水平井鉆井技術正在向結合地質、地球物理、油層物理、工程技術等多種因素的集成系統發展。
水平井分段壓裂技術，國內外于20世紀80年代開始研究，在水力裂縫的起裂、延伸，水力裂縫條數和裂縫幾何尺寸的優化，分段壓裂施工工藝技術與井下分隔工具等方面均已取得重要進展。水力噴射壓裂技術、裸眼封隔器分段壓裂技術、限流法分段壓裂技術、體積改造技術、高速通道壓裂技術是幾種常見的壓裂工藝。
2.6.3平臺式“工廠化”生產研究進展
平臺式“工廠化”生產模式是指應用系統工程的思想和方法，集中配置人力、物力、投資、組織等要素，以現代科學技術、信息技術和管理手段，用于傳統石油開發施工和生產作業。實現多井平臺式“工廠化”生產，必須具備4個要素：①整體研究、批量布井；②模塊裝備、標準設計；③交叉施工、流水作業；④用料用水、重復利用。目前，“工廠化”作業只針對北美和中國等頁巖氣、致密油單一非常規油氣類型進行施工，該模式強調油氣生產將突破一個井場只鉆一口井、只鉆一種非常規油氣類型的傳統油氣生產方式。未來發展的趨勢是多層多井平臺式“工廠化”生產模式，是指對含油氣單元內不同層系、不同類型的常規與非常規油氣資源，按照大平臺布井方式，集中部署一批井身結構、完井方式不盡相同的井，采用標準化、模塊化的技術裝備，以流水線作業方式進行數口井的鉆井、完井、返排、生產同步作業。中國油氣資源分布區地表環境復雜，以山地、黃土塘、沙漠、海洋等為主，可供鉆探地區有限，環境脆弱，這決定了諸如四川盆地等常規與非常規油氣重疊發育區，更需要走多井平臺式“工廠化”生產模式的發展之路。
2.6.4“人工油氣藏”開發
非常規頁巖層系油氣（頁巖油氣、致密油氣）開發存在“高產難、穩產難、補充能量難”等“三難”問題，有效開發頁巖層系油氣藏，本文作者通過系統調研和試驗，提出“人工油氣藏”開發理念，即從頁巖層系油氣藏的物質基礎、流動通道、流動能量等3個要素著手，通過置換驅替，促使油氣物質基礎充分釋放，通過體積改造，構建油氣流動縫網通道，通過多輪次增加地層能量，有效補充油氣流動能量，最終實現頁巖層系油氣較高程度采出（圖14）。
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圖14. 非常規“人工油氣藏”開發流程圖
非常規“人工油氣藏”開發內涵與天然油氣藏不同。天然油氣藏開發是指，圈閉中具有統一油氣水界面的油氣，依靠自然滲透率和浮力作用，通過達西滲流，實現天然能量開采?！叭斯び蜌獠亍遍_發涵義，是指基本無滲透能力的致密地層，通過驅油壓裂、氣體壓裂、原位加熱等方法，形成裂縫型“人造滲透率”，與地下基質微納米孔喉構成油氣產出系統，實現人工能量開發?！叭斯び蜌獠亍斌w積改造，通過提高油藏改造體積、提高裂縫與油藏接觸面積、提高裂縫導流能力匹配程度、提高地層壓力等四方面提高改造效果?！叭斯び蜌獠亍斌w積改造，具有三個內因和三個外因。三個內因是指弱面（天然裂縫、層理、節理等）、水平應力差和脆度，弱面越發育、地應力差越小、巖石脆度越大，越易形成復雜裂縫；三個外因是指液體黏度、凈壓力和應力干擾，低液體黏度、高施工凈壓力、合理裂縫干擾，有利于形成復雜裂縫?！叭斯び蜌獠亍斌w積改造，可通過定量壓裂縫網進行監測，微地震監測解決縫網位置刻畫難題，微形變監測獲取地下有效改造體積，光纖監測全生命周期的改造和生產信息。新一代的壓裂技術，是實現“人工油氣藏”體積改造的利器，如LPG壓裂技術：在北美已完成1863井層，增產倍數提高1.5倍，100%回收利用。國內研發LPG壓裂液體系，耐溫105℃，黏度50mPa·s，性能達國際水平；如液態CO2壓裂技術：在北美應用1200口井，國內開始現場試驗，研發增稠劑及增稠助劑，耐溫90℃，目前最大的瓶頸是液態CO2交聯后粘度低，攜砂性能有限，長慶油田試驗1口井，吉林試驗1口井，計劃實施3口井。非常規“人工油氣藏”開發的實現，需要持續攻關壓裂形成最大縫網機理、壓裂液無傷害地層機理、改變油水界面驅油機理、控壓生產地層流動機理等關鍵問題。
需要指出的是，大型水平井體積壓裂可能并不是未來頁巖層系石油開發的主流技術，原位轉化／改質技術很可能是頁巖層系石油高程度采出的殺手锏技術，成為石油工業產生里程碑式影響的重大革新技術。原位轉化／改質技術，通過大規模體積加熱，原位改質或原地轉化，將地上煉油廠搬到地下，成為“地下煉油廠”，使原地粘稠液態烴輕質化、凝析化，同時伴生新的地下天然縫網系統、超壓和氣體，形成新的人工有效驅替系統，地面條件需要經濟發達的供熱電網、煤等熱源，實現低滲透油、致密油、頁巖油一體化開采，采收率可達到30%~60%，具有不受地質條件限制、地下轉化輕質油、較低污染等明顯技術優勢。
版權聲明|來源：《地質學報》，作者：鄒才能等，版權歸原作者所有。
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