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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(三)

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(三)

上两期石油圈介绍了石油工程技术对油气勘探的支撑作用(点击阅读)和油气勘探面临的主要挑战(点击阅读),本期石油圈将继续介绍未来油气勘探主要领域与工程技术攻关需求部分。

未来油气勘探主要领域与工程技术攻关需求

根据剩余资源潜力、已有勘探成果、油气分布规律、油气勘探技术准备等综合分析和评价优选研究,“十三五”期间,中国石化油气勘探发展方向主要集中在陆相隐蔽油气藏、海相碳酸盐岩、致密碎屑岩、山前带、火成岩、海域及非常规油气资源等7大领域,其中陆相隐蔽油气藏、海相油气藏、致密碎屑岩油气藏是“十三五”期间的重点增储领域,山前带、火成岩油气藏、海域及非常规油气资源将是未来的突破、接替领域。

陆相隐蔽油气藏领域

陆相隐蔽油气藏领域以东部陆相断陷盆地中新生代为代表,东部陆相断陷盆地是我国主要石油生产区,已相继在松辽、渤海湾等盆地发现一批特大型油田。东部陆相断陷盆地勘探始于1955年,目前在油气成藏认识、勘探部署思路、技术方法等方面已相对成熟,断陷盆地探明程度超过50%,已由构造圈闭勘探进入隐蔽油气藏勘探阶段,但仍具有年均新增石油储量1.0×108t的潜力,是“十三五”期间中国石化石油增储的重点领域。陆相隐蔽油气藏重点增储领域主要为断陷盆地斜坡带、洼陷带、复杂断块以及潜山。

陆相隐蔽油气藏的主要勘探难点为:1)勘探目标更加隐蔽复杂。以济阳坳陷为例,在富油凹陷内仍存在大面积的储量空白区,获得油气发现的可能性极高,但该空白区多处于构造结合部、沉积相变带、地层超剥复杂区域,现有勘探技术难以满足需求。2)勘探目的层不断加深。济阳、东濮、苏北等地区断陷盆地勘探已转向斜坡带、洼陷带岩性、地层圈闭以及潜山,深层地震面临着进一步提高地震资料空间分辨率、成像精度方面的技术挑战。3)储量品位下降、技术经济性变差。中低渗透储层、薄砂体岩性地层以及地层-岩性圈闭占有较大比例,针对低渗透复杂地质体精细描述和评价、大幅度提高油气产能的井筒关键技术急需攻关。

陆相隐蔽油气藏工程技术主要攻关方向为:1)针对深部地层复杂地质体三维地震采集、处理解释技术;2)复杂岩性区、复杂断块区、复杂超剥区的精细地质建模和储层预测技术;3)复杂断块、薄互层砂体及大位移井随钻地质导向与精细控制技术;4)低渗透、致密砂岩储层改造及油层保护综合配套技术;5)滩海区复杂储层改造及试油工艺技术。

海相碳酸盐岩油气藏领域

我国海相碳酸盐岩分布面积约450×104km2,根据新一轮油气资源评价,海相碳酸盐岩储层油气资源量为380×108t油气当量,占我国油气资源量的34%。我国在海相碳酸盐领域已连续发现了塔河、塔中、轮古、哈拉哈塘、任丘等亿吨级油田,以及靖边、普光、元坝、安岳等千亿方级气田。截至2014年,我国在海相碳酸盐领域累计石油探明储量25.7×108t,占全国石油探明储量的7.5%,累计天然气探明储量2.95×1012m3,占全国天然气探明储量的27%。海相碳酸盐岩领域油气探明率仅为15%,油气勘探仍有较大潜力。

中国石化海相碳酸盐岩领域油气资源量为193×108t油当量,其中石油81×108t、天然气11.2×1012m3,“十三五”期间具备年均新增石油储量(3000~5000)×104t、天然气储量(500~1000)×108m3的潜力。塔里木、四川、鄂尔多斯西部三大盆地深层广泛分布的海相地层是油气勘探的重点,南盘江、黔南桂中、楚雄、青藏等海相地层分布区是进一步探索的地区。

海相碳酸盐岩领域主要勘探难点为:1)勘探目的层埋藏深,勘探成本高,周期长。我国海相碳酸盐岩的时代老,主要以下古生代为主。塔里木、鄂尔多斯、四川和渤海湾盆地的目的层埋深多超过6000m,在现有技术条件下钻井周期长,成本高。例如,塔中北坡地区钻井成本高达1.7万元/m,单井投资均在1亿元以上。2)经历多期构造改造,储层非均质性强,储层目标识别难。中国大陆是由多个小陆块组成,从古生代至今,已经历了多期碰撞、拼合。古老的海相碳酸盐岩地层经历了多期构造叠加,也经历了多期、多类型的成岩改造作用,导致储层类型多,非均质性强,现有的地震识别技术难以满足勘探需求。3)高温、高压环境对钻井、测井、储层改造、测试技术提出更高要求。以塔中的顺托地区为例,勘探目的层奥陶系埋深达到6000~8000m,地层压力172MPa,地层温度207℃,现有的测井、测试设备已经难以满足需求。

海相碳酸盐岩油气藏领域工程技术攻关方向为:1)复杂地区超深层碳酸盐岩高精度三维地震采集、处理和解释技术;2)超深层定向井、水平井优快钻井技术;3)高温、高压、易漏、易窜地层高效固井技术;4)高温、高压条件下测井、测试技术;5)高温、高压条件下储层酸化改造技术。

致密碎屑岩油气藏领域

我国拥有丰富的致密碎屑岩油气资源,根据2010年全国动态资源评价结果,我国四川、鄂尔多斯、松辽、渤海湾、塔里木、柴达木、准噶尔等盆地致密碎屑岩有利勘探面积32×104km2,致密砂岩气可采资源量(9~12)×1012m3、致密油可采资源量(9.8~12.0)×108t。中国石化拥有致密砂岩气资源2.85×1012m3,主要分布在四川、鄂尔多斯、塔里木等盆地,已探明致密砂岩气储量中,地层渗透率<1.0mD的探明储量为1.5×1012m3,地层渗透率<0.1mD的探明储量为2512.54×108m3;拥有致密砂岩油资源51.6×108t,主要分布在松辽、渤海湾、塔里木、准噶尔、南襄、江汉和苏北等盆地,已探明地层渗透率<5.0mD的致密砂岩油储量为8.0×108t,探明程度较低。随着勘探开发技术进步,“十三五”期间致密砂岩油气资源将成为中国石化重要的增储上产领域。

致密碎屑岩油气藏的主要勘探难点为:1)储层非均质性强,“甜点”识别技术尚未成熟。我国致密碎屑岩储层多为海陆过渡相、湖相三角洲、陆相河道、冲积扇沉积,具有砂体厚度相对较薄、横向变化快的特点。同时我国致密砂岩发育区多经历晚期构造运动,致密储层甜点主要为砂体与裂缝发育的叠加区,相关的裂缝预测、薄砂体识别技术等针对性“甜点”识别技术须进一步攻关。2)砂体厚度小,横向变化快,需确保水平井眼能准确的在厚度小、横向变化快的砂体中穿行,这对水平井井眼轨迹控制技术提出了更高要求。3)油气藏压力、气水关系复杂对测井识别技术带来挑战。我国致密碎屑岩油气压力系数变化大,存在超压、负压情况,且油气水分布复杂,砂体中普遍含水。如何准确识别油气层,是当前测井面临的主要难题。4)深层致密砂岩储层改造难度大。例如,川西须家河组致密砂岩油气藏由于位于龙门山前带,地层处于异常高压区,储层岩性以致密石英砂岩为主,地层破裂压力高,储层改造难度大。

致密碎屑岩油气藏领域工程技术攻关方向为:1)致密砂岩油气藏的地球物理“甜点”识别技术;2)陆相致密砂岩水平井、定向井井眼轨迹控制技术;3)致密砂岩定向井、水平井优快钻井技术;4)深层高破裂压力、复杂致密储层改造技术;5)低成本直井多层压裂技术、低成本水平井分段加砂压裂技术及酸化压裂技术。

山前带油气藏领域

我国中西部地区发育山前冲断带15个,石油资源量78.7×108t、天然气资源量9.8×1012m3。自1998年发现克拉2气田、青西油田等大型油气田以来,陆续在库车、塔西南、准西、吐哈北缘、柴西、川北、川西等山前冲断带取得重要油气勘探进展,累计石油探明储量约20×108t(探明率25%)、天然气探明储量1.1×1012m3(探明率11%)。近期中国石化在准西北缘哈山地区、龙门山等山前带雷口坡组地层取得重大油气发现,展示了良好的勘探前景。“十三五”期间主要勘探领域为龙门山、准北缘、米仓-大巴、天山南及准南缘等山前带地区。

山前带油气藏的主要勘探难点为:1)如何获取高质量地震成像资料是制约山前带勘探突破的关键。由于山前带往往处于山区,地形条件复杂,地震波场十分复杂,地震资料信噪低,成像质量差,因此地震技术攻关是山前带油气勘探突破的核心。在已经取得勘探突破的山前带地区,均为通过地震技术攻关取得了高质量的地震成像资料,为圈闭的准确识别奠定了坚实基础。2)钻井面临地层产状复杂、破碎、漏失、高压等难题。3)储层改造面临高压、裂缝发育等不确定因素。4)由于地表及地下条件异常复杂,导致工程施工投资大,风险高。

山前带油气藏领域工程技术攻关方向为:1)复杂地表及地质条件下的地震采集、处理和解释技术;2)针对深层、高陡、高研磨地层的优快钻完井技术;3)针对破碎性、裂缝性及窄密度窗口地层的安全钻完井技术;4)复杂地质条件下测井评价技术;5)深层高破裂压力、复杂储层改造技术。

非常规油气资源领域

页岩气

我国拥有海相、陆相、海陆过渡相多个类型的富有机质页岩,页岩气资源丰富。2012年3月1日,国土资源部公布中国页岩气地质资源量134.42×1012m3,可采资源量25.08×1012m3。同年,中国工程院认为我国页岩气可采资源量为(10~13)×1012m3。中国石化矿权区内的页岩气可采资源量7.23×1012m3,其中四川盆地及周缘可采资源量3.97×1012m3(埋深3500m以浅页岩气可采资源量2.58×1012m3,埋深3500~4500m页岩气可采资源量1.39×1012m3),占比55%。目前,中国石化已在3500m以浅具有高地层压力系数的涪陵焦石坝地区成功实现了页岩气的商业化开发,并形成了以水平井分段压裂技术为主的配套石油工程技术体系。“十三五”期间,页岩气主要增储上产领域包括川东南、川南-川西南地区下志留统及下寒武统海相页岩,突破领域包括四川盆地陆相、海陆过渡相页岩,南方地区海相地层。与北美页岩气相比,我国海相页岩具有热演化程度高、经历多期构造改造的特点;陆相页岩具有非均质性强、有机质丰度偏低、热演化程度偏低和黏土含量偏高的特点。

页岩气的主要勘探难点为:1)盆地内地层压力系数高的海相页岩有利区多处于3500m以深的深层、超深层,与之相适应的工程技术尚需攻关;2)3500m以浅海相页岩受后期改造作用影响,保存条件相对较差,大多数地区地层压力系数为常压,页岩气产量相对较低,如采用现有工程技术,过高的成本制约了常压页岩气的勘探;3)陆相页岩非均质性强,页岩气产量递减快,目前尚未形成适应性开发技术。

页岩气领域工程技术攻关方向为:1)多类型泥页岩“地球物理甜点”预测技术;2)复杂构造条件下水平井井眼轨迹控制技术;3)深层、超深层水平井分段压裂技术;4)绿色、低成本水平井分段压裂技术;5)微地震裂缝监测等压裂监测技术。

页岩油

页岩油资源是我国未来重要的石油接替资源,我国页岩油资源主要分布在松辽、渤海湾等东部陆相断陷盆地和西部的准噶尔、四川、鄂尔多斯等大型盆地的中新生代湖相页岩,初步估算页岩油可采资源量大约为(30~60)×108t。中国石化探区初步估算页岩油地质资源量为85.43×108t,可采资源量6.44×108t,主要分布在东部断陷盆地中新生代和四川盆地中生代地层。“十二五”期间,中国石化应用水平井分段压裂技术对泌阳凹陷、东营凹陷等地区的页岩油资源进行开发,但尚未取得商业性发现。“十三五”期间,中国石化页岩油重点勘探领域为泌阳凹陷核3段、沾化凹陷(沙1下、沙3下)及东营凹陷(沙3下、沙4上)湖相页岩。

页岩油的主要勘探难点为:1)湖相泥页岩非均质性强,黏土矿物含量高;2)有机质成熟度较低,原油密度高、黏度大;3)采用现有水平井分段压裂技术进行开发,初期有较高产量,但产量递减快,难以取得规模性商业发现;4)适应湖相页岩油开发的配套工程技术还有待进一步攻关。

页岩油工程技术攻关方向为:1)页岩油“地球物理甜点”综合预测技术;2)低成本水平井分段压裂技术;3)无水压裂等新型压裂技术;4)原油原位降黏技术。

火成岩油气藏领域

勘探实践表明,紧邻沉积盆地生烃凹陷受裂缝、风化等作用改造的火成岩储层,具备有利成藏条件,是油气勘探的重要领域。我国火成岩油气勘探历史已超过50年,先后在渤海湾盆地辽河东部凹陷、松辽盆地深层、准噶尔盆地发现了徐深、克拉美丽等一批亿吨级规模的油气田。研究认为,我国火成岩分布面积广,预测有利勘探面积为36×104km2,火山岩总的油气资源量在60×108t油当量以上。目前我国火成岩勘探领域有准噶尔盆地石炭系—二叠系、松辽盆地侏罗系—白垩系、三塘湖盆地石炭系—二叠系和渤海湾盆地侏罗系—古近系火山岩;接替领域有塔里木盆地二叠系、吐哈盆地石炭系—二叠系和四川盆地二叠系火山岩等。在中国石化矿权区内,松南深层、准噶尔、渤海湾、塔里木盆地都存在火成岩储层发育的有利区,是未来油气勘探重要的接替领域。

火成岩油气藏的主要勘探难点为:1)火山爆发类型多,火山岩相及火山岩储层叠置方式十分复杂。通过地球物理技术攻关,目前可以较好地识别火成岩体的轮廓,但是火成岩体内部储层变化规律描述、储层物性预测、裂缝及孔隙发育区预测、含油气富集区预测等技术还没有完全突破。2)火成岩类型多,岩石结构、构造复杂,储集空间多样化,有效储层测井评价技术尚未成熟。3)火成岩储层岩石坚硬、可钻性差,钻井提速难度大。4)火成岩储层岩石抗压、抗拉强度大,储层孔、洞、缝的发育程度和连通程度差别大,火成岩储层改造存在施工压力高、流体滤失量大、砂堵概率高等难题。

火成岩油气藏领域工程技术攻关方向为:1)火成岩体储层地震、非震综合地球物理识别技术;2)火成岩体裂缝识别技术;3)火成岩有效储层测井评价技术;4)火成岩快速钻井技术;5)火成岩储层改造技术。

海域

中国海域拥有各类沉积盆地26个,面积为161×104km2,具有广阔的油气勘探前景。我国海域油气勘探始于20世纪50年代,至今已发现商业性油气田163个,累计探明石油地质储量约40×108t,探明率为20.4%;累计探明天然气地质储量8365×108m3,探明率为7.3%;初步估算我国天然气水合物远景资源量为116×1012m3,主要分布在东海、南海地区。

中国石化海域探区主要分布在东海陆架、琼东南、北部湾、南黄海等盆地,面积达到10×104km2,近期在北部湾、东海陆架取得了油气新发现,展示了海域探区良好的油气勘探前景。“十三五”期间,中国石化海域油气勘探重点增储地区为东海盆地西湖凹陷及北部湾,重点突破地区为琼东南,重点准备地区为东海南部及南黄海等。海洋油气勘探开发具有高风险、技术密集等诸多特点,勘探装备和技术对勘探发现和效益起着至关重要的作用。

海域油气勘探的主要难点为:1)中国石化在滩海、浅海技术装备拥有一定能力,但需进一步完善配套;2)海域油气勘探正在由浅水向中、深水拓展,对勘探设备、技术提出了更高要求;3)天然气水合物等新型资源勘探技术尚未形成。

海域油气勘探工程技术攻关方向为:1)配套、完善滩海、浅海领域装备、技术体系;2)形成具有中、深水勘探能力配套技术与装备;3)开展天然气水合物勘探配套技术的前期预研究。

结束语

全球石油工业的发展表明:工程技术的每一次革命,都伴随着全球油气产量和储采比的一个大的飞跃。近年来高精度三维地震、水平井分段压裂等工程技术的进步,正在引领全球第四次石油技术革命,并促进了勘探思维大转变。当前油气勘探正呈现出8大转变:从储油气层到生油气层,从局部圈闭到大面积、全盆地,从构造、岩性油气藏到常规、非常规油气聚集,从高点找油气到下凹(洼)勘探,从优质储层到多类型储层,从中、深层目标到中、深层、超深层目标,从高、中品位油气资源到高、中、低品位油气资源,从滩浅海、中深水域到浅海、中深水域乃至深海等。石油工程技术将是实现转变的重要保障,面对中国石化未来油气勘探开发的诸多难题,亟需消化吸收先进石油工程技术并重点开展以下3方面的技术攻关:

1)物探技术。主要包括提高地震勘探精度的高密度、宽方位、宽频带地震采集技术,面向复杂地表、复杂构造、复杂储层的偏移成像处理技术,满足致密砂岩、碳酸盐岩礁滩相和缝洞储层的识别与评价技术,针对地层物性和流体预测的多波多分量三维地震勘探技术、时延地震技术、井中地球物理技术,面向非常规页岩气勘探的岩石物理测定与分析技术、“甜点”预测技术和微震压裂监测技术。

2)井筒技术。主要包括面向非常规油气藏及低效市场的高效钻完井及改造技术,针对断块、薄互层及大位移井的随钻地质导向与精细控制技术,针对破碎性、裂缝性及窄密度窗口地层的井筒信息一体化融合的安全钻完井技术,针对深层、高陡、高研磨地层的优快钻完井技术,针对高温、高压、易漏、易窜地层的高效固井技术,中深水钻完井技术,针对深层、超深层碳酸盐岩储层的高效、环保压裂酸化技术,超深层、超高温高压条件下的测试与解释技术。

3)测井、录井技术。主要包括针对超高温、超高压、特殊钻井工艺等复杂井况条件的测井技术,具备实时性和较强地层评价能力的随钻测井技术,满足复杂储层探测和描述的成像测井以及井间剩余油动态监测技术,基于井旁特征评价、流体性质识别、产能评价的综合评价技术及智能软件,满足储层改造需求的高效清洁射孔技术系列,针对非常规油气藏等复杂地质体的岩性、流体参数采集评价技术,基于综合解释评价技术的一体化软件平台,集随钻地层压力评估、流体分析、工程监测于一体的高端综合录井仪。

上述工程技术攻关,不仅是中国石化,也是国际油气勘探中面临的亟需解决的工程技术难题。不断扩大深层、非常规、深水等油气勘探开发新领域,实现降本增效和绿色低碳是石油工程技术面临的新要求和发展新趋势。与此同时,通用科学技术飞速发展,新材料、新工艺、新技术不断涌现,信息、制造、材料、控制等学科的技术成果消化吸收—移植应用—有机融合于石油工程领域,为石油工程技术创新提供了捷径。石油工程技术正在向信息化、实时化、智能化、集成化和绿色化方向发展,为未来油气勘探新领域不断拓展继续发挥重要技术支撑作用。

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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