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石油工程技术对油气勘探的支撑与未来攻关方向思考—以中国石化油气勘探为例(一)

石油工程技术对油气勘探的支撑与未来攻关方向思考—以中国石化油气勘探为例(一)

石油天然气作为我国重要的战略资源,直接关系到国家安全和社会稳定。石油天然气工业的发展史,也是一部石油工程技术的振兴史,每一次石油工程技术的跨越,都带来了油气储量及产量的快速增长。

近年来,由于水平井分段压裂等工程技术的突破性进展,突破了长久以来油气商业开采的储层下限,实现了油气工业由常规油气向非常规油气的重大跨越,正在深刻地改变着世界能源的格局。截至2014年底,中国石化在全国拥有近四分之一的油气勘查区块,此外还有约6.5×104km2页岩气矿权区。矿权区块具有数量多、面积小、优质资源区块少、分布广而散的特点,位于富油气大盆地的矿权区块面积仅占盆地面积的27.9%,并且大多数分布在盆地的边缘与腹部,其他矿权区多位于油气地质条件较差的西部中小盆地和高演化程度的南方地区。

“十二五”期间,中国石化围绕陆相断陷盆地隐蔽油气藏、海相碳酸盐岩油气藏及致密碎屑岩油气藏3大油气勘探领域,依靠理论研究及工程技术进步,在涪陵焦石坝地区、川西海相雷口坡组、塔中北坡顺托地区、准噶尔盆地西北缘、鄂尔多斯盆地南部(以下简称鄂南)及东海西湖深层获得一系列重大的油气勘探突破,并在东部富油凹陷、塔里木盆地和四川盆地获得13个油气新发现,确保了东部硬稳定、西部快上产,石油产量持续稳定,天然气快速发展,非常规油气获得大突破。在油气勘探突破与发现过程中,石油工程技术的不断创新与进步,发挥了至关重要的支撑作用。

石油工程技术对油气勘探的支撑作用

“十二五”以来,面对异常复杂的油气勘探开发对象,中国石化按照针对目标发展适用技术、针对难点攻克关键技术的思路,注重自主创新,强化攻关研究,加大推广应用,进一步加强了关键技术与配套技术的攻关集成。通过技术攻关,形成了高精度三维地震勘探技术,复杂地表、复杂构造地震勘探技术,复杂储层预测技术,超深层、高温高酸性钻完井及测试技术,3500m以浅页岩气勘探开发技术等一系列特色工程技术,并在石油工程关键装备及工具研制方面取得了重要进展,有力地支撑了中国石化油气增储上产。

地震勘探技术

东部油区高精度三维地震技术实现工业化生产

东部油区勘探始于1955年,至今已走过了60多年的勘探历程,整体达到较高勘探程度阶段,油气资源探明程度超过50%。油气勘探由构造油气勘探转向隐蔽油气藏勘探,岩性地层油气藏等已占新增储量的60%以上。针对东部油区圈闭目标小、储层薄、地质体复杂的特点,发展形成了“健全波场、全过程保幅”的高精度三维地震技术,并在东部油区进行了推广应用,油气勘探取得了明显效果。“十二五”期间,东部油区高精度三维地震勘探面积累计达8404km2,新增探明储量和控制储量19.6×108t,为东部老油区的产量“硬稳定”起到了关键性支撑作用。

通过应用高精度三维地震技术,济阳坳陷地震资料频带拓宽8~23Hz,分辨率明显提高,深层地质目标成像更加清晰,带动了地震资料解释精度的不断提高:储层预测深度误差由5.00‰~10.00‰减小至3.75‰;储层厚度预测误差由10%~20%减小至10%以下;河流相砂体预测吻合率由79%提高到87%;浊积砂体符合率提高了20%;滩坝砂岩钻探成功率达93%。岩性地层及复杂小断块等隐蔽油气藏领域相继获得10个规模商业发现,发现5个5000×104t规模增储区。

苏北盆地通过应用高精度三维地震技术,实现了从常规勘探向高精度立体勘探转变、从构造高带向两侧和外缘拓展、从整装富集油藏向断块群规模油藏转移、从热点地区向有利的低勘探程度地区转移的局面,岩性上倾尖灭、湖底扇等隐蔽油气藏勘探取得重大发现,相继发现了邵伯、俞垛-华庄、曲塘等6个千万吨级储量区块。

黄土塬三维地震勘探技术取得突破

鄂尔多斯盆地是我国西部地区的富油气盆地,中国石化在鄂南地区中生界拥有石油资源量达15×108t左右。由于地处黄土塬地区,表层巨厚的黄土干燥疏松,激发和接收条件差,地震波衰减严重,地震成像质量差。为此,开展了以黄土塬区高效激发技术为核心的黄土塬三维地震勘探技术攻关,建立了黄土塬区地震采集与处理技术体系方法与流程,形成了以黄土塬区精细静校正、叠前保幅去噪技术为代表的黄土塬地震处理技术体系,获得了主频38Hz以上、满足15m厚度砂体预测要求的地震数据资料,有效支撑了鄂南致密油的高效勘探开发。“十二五”期间,中国石化在鄂南多层系取得石油勘探重大突破,发现了中国石化最大的低渗透致密油田—红河油田,新增探明、控制储量3×108t以上。

准噶尔盆地北缘山前带三维地震勘探技术

取得新进展山前带油气勘探具有地表及地下构造复杂的特点。为此,在准噶尔盆地北缘的哈山地区,在地震采集方面,通过充分调研地表条件,按照“分片激发方式一致”、“可操作”和“单炮记录高质量”三原则,因地制宜选择激发方式,最大程度地发挥井炮和可控震源的各自优势,提高资料品质,发展形成了井震联合激发技术。在地震处理方面,形成了基于特征层约束的融合层析建模和多GPU协同的叠前逆时深度偏移高效处理2项技术,即针对复杂地下构造解释难题,形成多元标定明结构、断裂识别定格架、理论指导建模式、正演模拟搞优化和综合手段建模型的解释方法。通过复杂山前带三维地震技术攻关,在哈山地区的浅层超剥带、中深层冲断带、外来推覆体连续取得勘探重大突破,落实了亿吨级石油储量,相继发现了春晖和阿拉德油田,打破了该地区10多年来油气勘探停滞不前的局面。

储层识别、描述与预测技术取得积极进展

“十二五”期间,中国石化在四川盆地礁滩相勘探中借鉴发现普光气田的经验,在开江-梁平陆棚西侧发现元坝气田。元坝地区长兴组、飞仙关组礁滩相目的层埋深达7000m,比普光气田深1000~2000m,具有沉积微相变化快,礁滩相储层横向展布复杂多变,储层厚度相对较薄的特点。针对上述特点,中国石化进行了技术攻关并取得重要进展:突破了超深弱反射层地震采集处理技术瓶颈,有效提高超深层反射能量和分辨率;形成了“井震互馈、微相建模、等时约束、多元优化”的地震微相和沉积微相精细刻画技术;首创了基于孔缝双元结构模型的孔构参数反演技术,用于预测常规反演无法识别的超深层礁滩相“低孔高渗高速”Ⅲ类储层,大幅度提高了超深储层预测精度;形成了超深生物礁储层高精度气水识别技术,较好地解决了超深层礁滩相储层气水识别难题。部署在预测高产富集带内的10口探井试产均获日产百万方高产天然气流,探井、评价井成功率高达92.3%。

在塔里木盆地,随着勘探向塔河油田西部地区拓展,针对非均质性极强的缝洞型碳酸盐岩储层,在前期研究与应用的基础上,进一步完善了地震缝洞储层预测技术方法,包括模型正演、振幅变化率技术、相干体技术、地震反射特征分析技术、地震测井联合反演技术、古水系古地貌分析技术、趋势面技术和多属性叠合分析技术等,并创新了叠前时间偏移处理、分频混色和多属性叠合技术。在此基础上,认识到塔河油田西部地区碳酸盐岩储层预测方法存在南北差异性,实现了缝洞空间展布、有效储集空间和溶洞充填性质的有效识别,提高了储层预测精度及钻探成功率,为塔河油田西部地区勘探突破和规模增储起到了关键支撑作用。

针对川西陆相致密砂岩气藏的地质与地球物理特征,按照“相控找砂、砂中找优、优中找富”的技术思路开展储层预测研究。相控找砂,即应用多域多属性相带空间刻画技术精细刻画河道边界,落实优势相带;砂中找优,即应用叠后多属性非均质刻画和地质统计学反演储层定量预测技术实现相控下的优质储层预测;优中找富,即应用叠后吸收衰减与叠前弹性参数反演流体识别技术开展含气性检测,并结合“储层条件、疏导条件、保存条件”综合预测油气富集区。建立了从宏观到微观、从定性到定量、相带-储层-含气性-甜点逐步逼近的地球物理气藏综合预测技术体系,在此基础上优选储层厚度大、物性好、含气性好区域,通过随钻高精度反演和时深转换实现井眼轨迹全程动态调控,大幅提高了储层钻遇率和钻井成功率。

超深井钻完井与测试技术

塔里木、四川盆地海相碳酸盐岩油气藏是中国石化油气增储的重要领域,其目的层埋深均超过6000m,目的层上覆岩层岩性多变,既有坚硬的石英砂岩,又有流动性快的盐膏层和高压盐水层;地质构造条件复杂,岩层产状变化快;存在高温、多套压力系统等复杂环境。如何能够优质、安全、快速钻至目的层,并能完成储层改造、测试任务是勘探获得发现的关键。“十二五”期间,中国石化开展了超深井钻完井及测试技术攻关,为塔河外围、塔中北坡、四川盆地元坝、川西海相油气资源的突破发现与探明提供了关键技术支撑。

超深井钻井提速显著,钻井成功率明显提高

在塔里木盆地,针对超深钻井存在的高地应力及膏泥岩蠕变引起井壁失稳导致钻井复杂时效长,奥陶系碳酸盐岩地层易漏失导致钻井时效短,沙井子组含砾砂岩、开派兹雷克组火山岩等地层钻井速度慢等技术难题,经过技术攻关与实践,形成以井身结构优化为核心,以PDC钻头优化技术、“PDC钻头+螺杆”钻井技术、深井固井技术、深井钻井液技术为配套的超深井优快钻井技术,并研发了高效堵漏材料及防漏堵漏技术。与“十一五”末超深井钻井相比,平均钻井周期缩短15.2%,机械钻速提高18.9%。

在四川盆地元坝、川西地区,针对超深(7000m)、高温(155℃)、高压(70MPa)、高含硫(平均5.77%)、平面和纵向上物性差异大、完井经济性和安全性矛盾突出的问题,首创特种井身结构、发展非常规井身结构,有效解决了多压力系统地层、复杂地层的封隔难题,并对超深井大井眼气体钻井、高温高压大位移井等钻井技术进行集成创新,有效提高了超深井钻井速度和成功率。川东北地区钻井成功率达到100%,直井平均井深7024m,定向井平均水平位移1000m。

超深井测试技术取得进展

针对超深探井储层埋藏深、温度高、破裂压力高、高含硫、测试风险高的难点,通过技术攻关,形成了超深、高温碳酸盐岩储层改造技术,主要包括:针对破裂压力梯度大于2.2MPa/100m储层改造的高破裂压力储层改造技术;通过“水力压裂+酸压”复合改造提高高闭合压力储层长期导流能力的高效复合酸压技术;研制了密度为1.8g/cm3的抗硫加重酸液体系,大幅提高了压裂后产能;研发出整体式、耐高压FF级采气井口及地面安全联动装置,确保安全环保。

水平井分段压裂技术

借鉴北美页岩气勘探开发的成功经验,2009年以来,中国石化在开展页岩气地质评价研究的同时,开展了以水平井分段压裂技术为核心的工程技术的引进与核心技术自主攻关。通过技术攻关,水平井分段压裂技术取得重大突破,形成了3500m以浅页岩气勘探开发技术系列,并拥有了一批行业标准与技术专利。在水平井分段压裂技术方面,形成了水平井簇射孔、可钻式桥塞、电缆泵送桥塞、连续油管钻塞等配套工艺,实现长水平段缝网压裂,并创出一系列施工纪录:最长水平段2130m,最多压裂段数26段,最大入井液量50783m3,最大加砂量1366m3。在水平井优快钻井技术方面,形成了空气钻、泡沫钻、清水钻、“PDC钻头+螺杆”复合钻等技术,钻完井速度不断加快,涪陵地区单井完井周期已由2013年的平均95d缩短至45d;同时,针对中国山地特点,形成了丛式井批量钻井,同步交叉压裂等“井工厂”作业模式,与单井施工相比,施工效率提高50%。在装备工具自主研发方面,研制了适应山地“井工厂”作业环境的步进式、轨道式整体运移钻机、以3000型压裂泵车为代表的配套压裂设备以及各式桥塞等系列井下工具,打破了国外垄断,降低了生产成本。上述技术攻关成果为中国石化成功实现北美以外地区首个页岩气田—涪陵页岩气田的发现、探明和成功商业开发提供了重要的技术支撑。

测井录井技术

“十二五”期间,针对日益复杂的勘探开发目标,中国石化不断加强测井、录井资料地质应用的攻关研究,已形成泥页岩、碳酸盐岩、火成岩、致密砂砾岩等复杂储层测井、录井评价技术。在装备自主研发方面,研制了抗高温小直径井下测井仪、电成像仪和脉冲中子能谱仪等关键装备,研发了系列综合录井仪和开发井录井仪,初步搭建起井场信息综合平台。仅2014年,中国石化完成探井测井解释12451层,录井解释32802m(共计4958层),为准确、及时提供地下地质信息,及时评价、发现油气层及储量申报提供了技术支撑,为老区稳产、新区碳酸盐岩和页岩油气勘探开发突破发挥了重要作用。

本期石油圈介绍了石油工程技术对油气勘探的支撑作用,下两期石油圈将继续介绍油气勘探面临的主要挑战及未来油气勘探主要领域与工程技术攻关需求部分(点击阅读)。

版权声明 | 来源:《石油钻探技术》,作者: 马永生等,版权归原作者所有。

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白矾
石油圈认证作者
毕业于中国石油大学(华东),油气井工程硕士,长期聚焦国内外石油行业前沿技术装备信息,具有数十万字技术文献翻译经验。

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