開發(fā)致密油我們準備好了.doc

開發(fā)致密油我們準備好了 編者按：近年來，致密油已成為繼頁巖氣之后全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的新熱點，被稱為非常規(guī)油氣革命的“生力軍”。xx年5月，一個激動人心的消息從中國石油傳來：長慶油田日前在陜北姬塬發(fā)現(xiàn)我國第一個億噸級大型致密油田新安邊油田，提交致密油探明地質(zhì)儲量1億噸。這個消息再次將致密油攪動成了中國能源勘探開發(fā)的熱點。那么，致密油到底是怎么一回事，我國致密油的大規(guī)模開發(fā)還要等多久？有哪些技術(shù)問題需要解決？本刊將制作兩期專題帶您一同走近致密油。 王大銳趙霞 “致密油”（tightoil）最早的定義出現(xiàn)在20世紀40年代的美國石油地質(zhì)家學(xué)會會刊（AAPGBulletin）上，隨著人們認識的深入，這個概念一直在不斷地在修改、完善著。目前，致密油已經(jīng)成為一個專門術(shù)語，代表一種非常規(guī)油氣資源。xx年9月，美國國家石油委員會（NPC）在其發(fā)布的北美地區(qū)油氣資源評價中將致密油表述為：“一般來說，致密油蘊藏在那些埋藏很深、不易開采的沉積巖層中，這些巖層具有極低的滲透率”；加拿大非常規(guī)資源協(xié)會(CSUR)對致密油定義更廣，明確把在已發(fā)現(xiàn)常規(guī)油田周邊的含油區(qū)因為儲層致密而未納入常規(guī)油田產(chǎn)區(qū)的區(qū)域歸屬于致密油范疇，稱之為“haloplay”（邊緣區(qū)帶），在這些邊緣區(qū)帶，石油通過應(yīng)用水平井、水壓裂等新技術(shù)得以開采。 認識致密油 人們對致密油的認識是隨著北美地區(qū)頁巖氣的成功開發(fā)和地質(zhì)理論研究的發(fā)展而展開并深入的暗色頁巖及其共生的致密儲層發(fā)育豐富的微米納米級孔隙，可以大量成烴、運烴和儲烴，形成自生自儲型油氣富集，致密油就是其中之一。 2000年以來，美國相繼在威利斯頓盆地泥盆系的Bakken組、德克薩斯州南部的EagleFord組、德克薩斯州北部的Fortworth盆地獲得致密油勘探開發(fā)的重大突破，xx年美國致密油產(chǎn)量突破3.0107t，使美國持續(xù)24年的石油產(chǎn)量下降的趨勢首次得以扭轉(zhuǎn)，到xx年底，美國境內(nèi)致密油生產(chǎn)井超過2000口，平均單井產(chǎn)油12t/d。預(yù)計2020年全美致密油的產(chǎn)量將達到1.5108t，使美國原油總產(chǎn)量增加1/3，大大減小了對外依存度，很大程度上改變了世界能源格局。 在致密油地質(zhì)理論的研究中，致密油的形成與富集機理備受人們關(guān)注，尤其是大面積分布的微孔隙系統(tǒng)（微米納米級孔隙系統(tǒng)）中流體滲流規(guī)律、運移和富集機理，是致密油地質(zhì)理論研究的核心。進一步研究表明，在微孔隙系統(tǒng)中，相對于孔隙度和滲透率，孔喉尺寸大小和分布（即孔喉網(wǎng)絡(luò)體系）是決定儲集層儲集能力和滲流能力更直接更有效的參數(shù)，而且，不同類型的孔喉系統(tǒng)對應(yīng)不同的流體流動規(guī)律，它控制著致密油的形成、運移和富集，因此，加快致密油微米納米多尺度孔喉網(wǎng)絡(luò)體系、流體非線性流動聚集機理研究，是目前致密油研究的重中之重，具有重大理論與現(xiàn)實意義，亟待加強。 作為一類極為重要且潛力巨大的非常規(guī)油氣資源，我國致密油地質(zhì)理論研究還處于準備或起步階段，極大地制約了我國致密油勘探開發(fā)進程。目前，石油地質(zhì)學(xué)和全球油氣勘探目標(biāo)具有從毫米微米孔的圈閉油氣領(lǐng)域逐漸向納米孔喉的源儲共生連續(xù)型油氣富集新領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能“納米效應(yīng)”。納米油氣是指用納米技術(shù)研究和開采富集在納米級孔喉儲集系統(tǒng)中的油氣，包括頁巖油和氣、致密油和氣等，一般儲集層以納米孔喉為主，局部發(fā)育微米毫米級孔隙。致密砂質(zhì)巖油存在介于400900nm的納米級孔隙中。納米油氣的主要特征是：（1）源儲共生，致密儲集層與油氣連續(xù)分布；（2）源內(nèi)滯留或短距離運移；（3）以擴散作用、分子作用、異常高壓（排烴壓力）等為主，非浮力富集；（4）一般單井無自然工業(yè)產(chǎn)量，需研發(fā)納米系列技術(shù)。納米級孔隙的發(fā)現(xiàn)豐富了孔隙類型，使儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征研究精度大大提高，為解決非常規(guī)儲層孔隙特征、連續(xù)型油氣富集機理提供了重要研究思路與方法，對推動致密油、致密氣、頁巖油、頁巖氣、納米油氣的工業(yè)開采具有重要科學(xué)意義。 針對我國致密油特殊形成條件，通過對四川盆地中北部侏羅系油藏特征研究，我國學(xué)者提出致密油概念和特征致密油是一種特殊類型的大面積非常規(guī)油聚集，沒有明顯圈閉界限；沒有明顯邊、底水及油水界面，浮力與重力分異不明顯，缺少大規(guī)模二次運移，源內(nèi)或近源聚集；儲層具有特低孔滲、雙重介質(zhì)特征，連續(xù)分布在斜坡及凹陷區(qū)，不受局部構(gòu)造控制而受巖性控制。并認為致密油是致密儲層油的簡稱，是指覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1mD的砂質(zhì)巖、灰?guī)r等儲集油層、石油經(jīng)過短距離運移而富集的非常規(guī)油氣資源。xx年，考慮到鄂爾多斯盆地石油勘探開發(fā)實際,我國學(xué)者又將儲集層地面空氣滲透率小于0.3mD，賦存于油頁巖及其互層共生的致密砂巖儲層中,石油未經(jīng)過大規(guī)模長距離運移的油藏稱為致密油,包括致密砂巖油和頁巖油兩大類。 經(jīng)過近幾年深入研究，我國石油地質(zhì)學(xué)者從機理上進一步將致密油特征歸結(jié)為：（1）大面積源儲共生，圈閉界限不明顯；（2）微孔隙流體流動，非浮力富集，水動力效應(yīng)不明顯；（3）油水分布復(fù)雜，異常壓力，裂縫高產(chǎn)；（4）非達西滲流為主；（5）短距離運移為主；（6）納米級孔喉連通體系為主，并認為納米級孔喉連通系統(tǒng)是致密油運移富集機理的根本。 近幾年來，非常規(guī)連續(xù)型油氣富集理論的發(fā)展和致密儲層中納米孔隙系統(tǒng)及其中賦存石油的重大發(fā)現(xiàn)，都為非常規(guī)致密砂、灰?guī)r油氣的開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。它突破了常規(guī)圈閉和常規(guī)儲層高部位富集和找油的理論，為今后非常規(guī)油氣資源的勘探和開發(fā)奠定了十分重要的理論基礎(chǔ)。這些研究不僅規(guī)范和加深了對致密油特征的認識，而且也逐漸明確了微米納米孔喉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在致密油運聚富集中的至關(guān)重要的作用。 致密油開發(fā)面臨的挑戰(zhàn) 世界公認，致密油在美國的勘探開發(fā)取得了重大突破，主要取決于其勘探開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新，而美國人在致密油成藏研究方面的報道很少。現(xiàn)已證實，致密油儲層中，納米級孔隙占據(jù)總體孔隙主體，決定了其低孔-超低滲的物性及特殊的流體運聚成藏機理。但遺憾的是，目前這種極為重要和特殊的流體運聚成藏機理尚未得到有效的揭示，極大制約了致密油勘探開發(fā)進程，是目前亟待解決的重大理論與現(xiàn)實問題。致密油成藏機理涉及的重要問題較多，首要解決的一個關(guān)鍵問題就是儲層致密與油氣成藏的關(guān)系，即儲層先成藏后致密、先致密后成藏還是邊成藏邊致密，目前尚未公認觀點。 近年來，盡管我國一些學(xué)者研究了致密儲層超微觀孔隙空間中流體運移的動力、流動方式、運移途徑、流動狀態(tài)等流動規(guī)律，取得了一些重要成果，比如認識到致密儲層與常規(guī)油氣儲層不同。致密油儲層儲集空間以低孔特低滲透系統(tǒng)的納米級孔隙結(jié)構(gòu)為主，毛細管壓力大，浮力不起主要作用，流體運移主要靠源儲壓力差（烴源巖中由于熱力生烴增壓作用、欠壓實、黏土脫水等產(chǎn)生的異常高壓與儲層中的毛細管力之差）提供動力，且流體在致密儲層中流動不符合達西定律。也就是說，在致密油儲層的納米級微觀孔隙系統(tǒng)中，流體運移動力、流動方式、運移途徑、運移相態(tài)、富集場所與常規(guī)儲層的毫米級或微米級儲層空間完全不同。 在以納米孔隙為主的孔喉網(wǎng)絡(luò)體系中流體的微觀流動機理、滲流規(guī)律仍不清楚，這使得對應(yīng)于納米級孔喉儲集空間中油氣的流動機制、賦存狀態(tài)及最終可動用程度，成為致密油勘探生產(chǎn)最為關(guān)注的重大科學(xué)問題：（1）在什么樣的動力作用下，烴源巖中生成的石油為什么能夠在致密儲層超微觀的微米納米孔喉系統(tǒng)大面積地短距離運移，并在其中大范圍地富集起來，形成連續(xù)型富集的致密油藏？其運移的動力、相態(tài)、方式、路途是什么？即石油流體在致密儲層微米納米多尺度孔喉系統(tǒng)中流動、富集的機理是什么？符合什么樣的流體滲流規(guī)律？（2）在致密儲層微米納米多尺度孔喉系統(tǒng)中是否存在阻止流體繼續(xù)流動的下限條件？如果有，那么控制致密儲層微米納米孔喉網(wǎng)絡(luò)體系中流體耦合流動下限的主要地質(zhì)因素是什么？致密油儲層中流體流動的物性下限是多少？ 由于致密油復(fù)雜的孔喉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和“神奇”的超微觀納米效應(yīng)，使得致密油研究具有很強的探索性和挑戰(zhàn)性，比如：（1）超微觀空間：致密油賦存于微米納米的超微觀孔隙空間中，使得常規(guī)的技術(shù)與手段難以有效進行致密油賦存狀態(tài)、孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉網(wǎng)絡(luò)體系等關(guān)鍵現(xiàn)象的觀察和分析，必須采用高精尖的先進納米技術(shù)； （2）難以預(yù)測的納米效應(yīng)：在納米級孔隙系統(tǒng)和孔喉網(wǎng)絡(luò)體系下，流體的流動與聚集會產(chǎn)生特殊的納米效應(yīng)，使得致密油運移聚集特征和機制充滿神秘性和不確定性，油氣在微米納米級多尺度孔喉系統(tǒng)中的生成、吸附、解析、擴散、聚集與采出等重大理論問題研究難度巨大； （3）復(fù)雜的控制因素：有復(fù)雜的宏觀地質(zhì)因素如構(gòu)造、沉積、成巖及其演化，又有復(fù)雜的微觀因素如孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉網(wǎng)絡(luò)、微觀滲流特征、流體運移動力與阻力、復(fù)雜的多相共存關(guān)系等等，使得研究的結(jié)果充滿不確定性和風(fēng)險性。 在納米級（孔喉直徑小于1m）孔喉中流體與周圍介質(zhì)之間存在巨大的黏滯力和分子作用力，一般條件下，流體不能自由流動，形成“滯留”，即使改變溫壓條件也僅能以分子或分子團的狀態(tài)進行擴散，如粉細砂質(zhì)巖、頁巖、黏土等非常規(guī)致密層的孔喉即屬該種類型，需用納米技術(shù)開采。常規(guī)油氣藏儲集體發(fā)育毫米級或微米級孔喉介質(zhì)，毛細管阻力較小，符合達西滲流規(guī)律。油氣從烴源巖排出后，經(jīng)浮力驅(qū)動發(fā)生二次運移，通過一系列輸導(dǎo)體系，在相對獨立的常規(guī)圈閉（在相對低勢區(qū)）富集成藏，具有明確的圈閉度量要素，浮力作用下油氣“滲流”或“管流”成藏是常規(guī)油氣的根本特征。而在納米級微觀孔隙系統(tǒng)中，流體的驅(qū)動力、流動方式、運移途徑、富集場所與毫米級或微米級儲層空間完全不同。 賈承造院士等研究發(fā)現(xiàn)，中國致密油主要發(fā)育納米級微觀孔喉網(wǎng)絡(luò)體系，兼具生、儲、蓋等多項功能，其形成機制明顯不同于傳統(tǒng)油氣圈閉成藏。相對于孔隙度和滲透率，孔喉尺寸大小和分布是決定儲集層儲集能力和滲流能力更直接的參數(shù)，油氣水在納米孔喉中滲流能力差，相態(tài)分異難，超微觀儲集空間體系中強大的毛管壓力限制了浮力在油氣富集中的作用，油氣被滯留吸附，主要依靠超壓驅(qū)動，油氣在源儲壓差的作用下就近發(fā)生層狀運移，運移距離短但排烴效率高。運移動力以烴源巖排烴壓力為主，受生烴增壓、欠壓實和構(gòu)造應(yīng)力等控制，富集阻力主要為毛細管壓力，二者耦合控制含油氣邊界，致密油運移以滲流擴散作用為主，借助源儲共生的地質(zhì)條件，油氣發(fā)生短距離運移。這樣，就決定了致密油大面積連續(xù)型或準連續(xù)型富集的根本特征。 致密油連續(xù)型納米孔喉油氣的提出，突破了常規(guī)儲層物性下限與傳統(tǒng)圈閉找油的理念，要尋找大面積展布的非常規(guī)儲集體，關(guān)鍵在于弄清大規(guī)模納米孔喉儲層的致密背景與油氣生成、排聚（強調(diào)全過程、連續(xù)性）過程的時空匹配。 可以說，大面積分布的微米納米級孔隙結(jié)構(gòu)和孔喉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是致密油儲層最基本特征，孔隙結(jié)構(gòu)決定致密油的儲集性能，而孔喉連通體系決定其低孔-超低滲的物性和特殊的流體運聚、富集機理，流體流動的物性下限決定了致密油運移的最大距離和聚集最大邊界；因此，研究致密油孔喉體系及其流體流動機理、流動下限具有特別重要的意義，而恒速壓汞、納米-CT及高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡技術(shù)等則是精細刻畫和系統(tǒng)表征致密油儲層微米納米級多尺度微觀孔喉結(jié)構(gòu)和孔喉系統(tǒng)及其流體非線性流動特征、流動下限最有效技術(shù)方法。 由于對致密油的研究剛剛開始，致密油儲層微米納米孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉體系及其流體流動機制的研究尚處于起步階段，對致密儲層中的流體運移、富集機制的認識多為主觀推斷，極大制約致密油理論發(fā)展與勘探開發(fā)進程，迫切需要加大研究力度。 我們準備好了嗎？ 美國致密油勘探開發(fā)的成功給我國致密勘探開發(fā)帶來啟發(fā)和希望。 由于致密油的研究起步較晚，致密油的概念近兩年才在國內(nèi)得到廣泛的接受和采用。勘探實踐證實，致密油資源在中國廣泛分布：包括鄂爾多斯盆地三疊系延長組、準噶爾盆地三疊系蘆草溝組、四川盆地中一下侏羅系、松遼盆地白堊系青山口組一泉頭組，都發(fā)現(xiàn)豐富的致密油資源。江漢、酒泉、三塘湖、泌陽等盆地或坳陷也證實存在致密油資源，據(jù)我國石油專家賈承造院士等人的預(yù)測，中國主要盆地的致密油分布面積達20104km2，地質(zhì)資源總量為106.7108111.5108t，可采資源量為1310814108t，勘探開發(fā)潛力巨大，是最具有潛力的能源接替領(lǐng)域之一，主要分布在鄂爾多斯、準噶爾、松遼、渤海灣和四川等盆地中，是未來勘探開發(fā)的重點。 針對致密油運聚成藏的非常規(guī)機理，應(yīng)該采用先進的納米科技理念來指導(dǎo)研究思路。實際地質(zhì)觀察包括野外地質(zhì)考察和室內(nèi)巖芯觀察描述兩種工作。兩者均是最直接、最方便觀察和研究致密油源儲共生關(guān)系的有利場所，通過巖芯描述和實地觀察致密油源儲地質(zhì)剖面，并進行取樣分析，可以獲得不同類型致密油源儲共生組合類型的第一手資料，為致密油源儲共生組合劃分與研究、致密油儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的分析、孔喉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總結(jié)提供依據(jù)。 微米納米級多尺度孔喉連通系統(tǒng)是致密油大面積短距離運移、富集的根本特征和原因。將納米科技的理念引入致密油的研究是致密油理論發(fā)展與實踐必然趨勢。微米-納米級孔喉連通網(wǎng)絡(luò)決定了非浮力作用下油氣原位滯留和短距離擴散運聚的機理，利用納米技術(shù)、加強油氣在納米孔喉系統(tǒng)中的生成、吸附、解析、擴散和富集能力等油氣系統(tǒng)的研究具有重要意義。納米級孔隙系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，改變了微米級孔隙是油氣儲層唯一微觀孔隙的傳統(tǒng)認識，為認識常規(guī)油氣局部富集，非常規(guī)油氣連續(xù)富集的地質(zhì)特征、研究連續(xù)型油氣富集機理、增加資源潛力具有重要的科學(xué)意義。運用納米理念進行致密油運聚成藏研究，應(yīng)該是今后致密油研究的發(fā)展方向。 分析測試手段的應(yīng)用主要是針對致密油特殊的源儲共生關(guān)系及普遍發(fā)育的微米納米孔喉系統(tǒng)，采用恒速壓汞以及先進的納米-CT三維無損掃描成像、高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡等尖端技術(shù)來系統(tǒng)刻畫和研究致密油儲層孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、致密油賦存狀態(tài)、模擬流體流動、運移動力、相態(tài)、路徑，尋找致密油儲層微米納米孔喉網(wǎng)絡(luò)體系中流體耦合流動規(guī)律，揭示流體運移、富集機理。其中壓汞毛管壓力曲線法可定性、定量的研究儲層孔隙結(jié)構(gòu)、評價儲層的儲集性能，可獲得微米納米孔喉系統(tǒng)的各類參數(shù)，包括反映孔喉大小的最大孔喉半徑、孔喉半徑中值等，反映孔喉分選性的分選系數(shù)、孔喉歪度和孔喉豐度等，反映孔喉連通性的滲透能力的排驅(qū)壓力、壓力中值和驅(qū)油效率等。納米-CT三維無損掃描成像技術(shù)可獲得致密油儲層的微米納米級孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉網(wǎng)絡(luò)、致密油賦存狀態(tài)、顆粒表面結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及物性參數(shù)等，為致密油儲層流體流動機理奠定基礎(chǔ)。 將實際地質(zhì)觀察描述與分析測試相結(jié)合，可以將宏觀地質(zhì)現(xiàn)象研究與微觀地質(zhì)特征精細刻畫有機結(jié)合起來，有助于更好地總結(jié)致密油源儲共生關(guān)系、精細刻畫儲層孔隙結(jié)構(gòu)與孔喉網(wǎng)絡(luò)特征以及流體在微米納米孔隙結(jié)構(gòu)與孔喉網(wǎng)絡(luò)體系中的耦合流動規(guī)律等。 典型實例剖析指以已證實的致密油藏為對象，開展不同類型源儲組合的致密油運移、聚集與富