常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”理論認(rèn)識及實(shí)踐意義

鄒才能，楊 智，張國生，侯連華，朱如凱，陶士振，袁選俊，董大忠，王玉滿，郭秋麟，王 嵐，畢海濱，李登華，武 娜

（中國石油勘探開發(fā)研究院）

常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”理論認(rèn)識及實(shí)踐意義

鄒才能，楊 智，張國生，侯連華，朱如凱，陶士振，袁選俊，董大忠，王玉滿，郭秋麟，王 嵐，畢海濱，李登華，武 娜

（中國石油勘探開發(fā)研究院）

在分析全球常規(guī)-非常規(guī)油氣發(fā)展態(tài)勢、梳理中國近10年油氣地質(zhì)理論與技術(shù)創(chuàng)新成果基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”內(nèi)涵，指出常規(guī)油氣供烴方向有非常規(guī)油氣共生、非常規(guī)油氣外圍空間可能有常規(guī)油氣伴生，強(qiáng)調(diào)常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展，找油思想從“源外找油”深入到“進(jìn)源找油”。非常規(guī)油氣甜點(diǎn)著眼于烴源性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應(yīng)力各向異性“六特性”匹配評價(jià)，以頁巖氣為例，中國有利頁巖氣TOC大于2%，紋層狀硅質(zhì)鈣質(zhì)或鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖，孔隙度3%～8%，脆性礦物含量50%～80%，含氣量2.3～4.1 m3/t，壓力系數(shù)1.0～2.3，天然裂縫發(fā)育；北美有利頁巖氣TOC大于4%，硅質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖或泥灰?guī)r，孔隙度4%～9%，脆性礦物含量40%～70%，含氣量2.8～9.9 m3/t，壓力系數(shù)1.30～1.85，天然裂縫發(fā)育。重點(diǎn)論述了“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)、平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式等方法與技術(shù)：提出非常規(guī)油氣富集“甜點(diǎn)區(qū)”8項(xiàng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其中3項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)是TOC大于2%（其中頁巖油S1大于2 mg/g）、孔隙度較高（致密油氣大于10%，頁巖油氣大于3%）和微裂縫發(fā)育；闡述了多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)內(nèi)涵及其實(shí)施需要具備“批量布井、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、流水作業(yè)、重復(fù)利用”4要素；通過地下含油氣地層各方向水平井體積壓裂，形成大型人工縫網(wǎng)系統(tǒng)“人造油氣藏”。圖6表7參67

非常規(guī)油氣；有序聚集；協(xié)同發(fā)展；“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)；平臺式“工廠化”生產(chǎn)；“人造油氣藏”；致密油；頁巖油；頁巖氣；致密氣；“進(jìn)源找油”

0 引言

世界一次能源正邁入石油、天然氣、煤炭、新能源“四分天下”的時(shí)代，未來30年油氣仍將保持能源消費(fèi)主體的地位[1-10]。據(jù)美國能源信息署（EIA）2013年預(yù)測，2040年全球一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，石油將占28%、天然氣占23%、煤炭占27%、核能及可再生能源占22%[11]。全球油氣資源潛力巨大，常規(guī)與非常規(guī)油氣資源總量約5×1012t，二者比例約為2∶8，目前常規(guī)油氣資源采出程度僅為25%，非常規(guī)油氣資源采出程度還微不足道，石油工業(yè)生命還可延長150 a以上[2]。北美“非常規(guī)油氣革命”引發(fā)的石油工業(yè)科技革命，正推動世界油氣工業(yè)從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣跨越，非常規(guī)油氣的地位與作用將越顯重要，預(yù)計(jì)世界非常規(guī)油氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例將由目前的10%升至2030年的20%以上[6,8,11]。

筆者在系統(tǒng)調(diào)研全球常規(guī)與非常規(guī)油氣勘探開發(fā)進(jìn)展、理論技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，立足中國石油工業(yè)較長時(shí)期內(nèi)發(fā)展大趨勢，結(jié)合國內(nèi)油氣勘探開發(fā)試驗(yàn)最新成果與經(jīng)驗(yàn)啟示，系統(tǒng)闡述了常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”內(nèi)涵，總結(jié)出常規(guī)油氣和非常規(guī)油氣的評價(jià)方法、評價(jià)步驟、關(guān)鍵技術(shù)和開采模式，基于實(shí)例解剖研究了非常規(guī)油氣“六特性”核心評價(jià)要素，重點(diǎn)論述了常規(guī)-非常規(guī)油氣“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法、平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式，倡導(dǎo)非水壓裂的“頁巖油革命”，提出了常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展新思路。

1 研究背景

目前全球已進(jìn)入常規(guī)油氣穩(wěn)定上產(chǎn)、非常規(guī)油氣快速發(fā)展階段，正在形成2大陸上常規(guī)油氣規(guī)模生產(chǎn)區(qū)、4大深水常規(guī)油氣重要發(fā)現(xiàn)區(qū)、2大非常規(guī)油氣戰(zhàn)略突破區(qū)的格局。全球油氣勘探呈現(xiàn)出“發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)在深水、發(fā)展亮點(diǎn)在非常規(guī)、突破難點(diǎn)在深層、爭奪焦點(diǎn)在北極”4大趨勢，4大勘探領(lǐng)域也將成為未來油氣科技創(chuàng)新發(fā)展的4大制高點(diǎn)。據(jù)IHS統(tǒng)計(jì)，2000—2012年，全球共新增探明油氣儲量1 100×108t以上，其中來自陸地深層油氣儲量約占16%，主要分布在中東、中亞—俄羅斯地區(qū)，目前，中國最深的油氣發(fā)現(xiàn)均在塔里木盆地，最深油井金躍102井，井深7 350 m，日產(chǎn)油65 m3，最深氣井克深9井，井深逾7 445 m，日產(chǎn)氣46×104m3；來自海洋深水油氣儲量約占28%，主要分布在巴西、澳大利亞、西非、墨西哥灣4大深水區(qū)；北極地區(qū)新發(fā)現(xiàn)油氣田81個(gè)，主要分布在挪威巴倫支海，格陵蘭島西部巴芬灣首次獲得油氣發(fā)現(xiàn)[12]。

目前，全球基本形成中東、中亞—俄羅斯兩大常規(guī)油氣生產(chǎn)區(qū)格局。全球約2/3常規(guī)油氣剩余可采儲量與待發(fā)現(xiàn)可采資源量分布在中東、中亞—俄羅斯地區(qū)，其中石油占全球總量的63%，天然氣占全球總量的67%。中東、中亞—俄羅斯兩大常規(guī)油氣生產(chǎn)區(qū)油氣產(chǎn)量比例持續(xù)上升，石油產(chǎn)量比例已由2000年的43%增長到2012年的50%，天然氣產(chǎn)量比例已由2000年的34%增長到2012年的43%[6,12]。

全球也正在形成西半球的美國、東半球的中國兩大非常規(guī)油氣戰(zhàn)略突破區(qū)。非常規(guī)油氣勘探開發(fā)在致密氣、煤層氣、頁巖氣、致密油等領(lǐng)域相繼獲得重大突破，非常規(guī)油氣產(chǎn)量占總產(chǎn)量的比例快速升至10%以上[6,8,11]。以“頁巖氣革命”為代表的理論技術(shù)創(chuàng)新，正推動世界石油工業(yè)新的科技革命。高分辨率三維地震、水平井體積壓裂已成為油氣勘探開發(fā)兩大核心技術(shù)，多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)成為油氣低成本開采的管理新模式。

近10年成為美國頁巖氣、致密油“革命性發(fā)展的黃金十年”，頁巖氣由南部地區(qū)的巴內(nèi)特，到海恩斯維爾，再到東部地區(qū)的馬塞勒斯，連續(xù)獲得重大突破，成為非常規(guī)油氣發(fā)展熱點(diǎn)，2012年頁巖氣產(chǎn)量2 710× 108m3，約占美國天然氣總產(chǎn)量的40%；致密油由北部地區(qū)的巴肯，到南部地區(qū)的鷹灘，再到西部地區(qū)的蒙特利和東部地區(qū)的尤蒂卡，連續(xù)獲得重大突破，成為非常規(guī)油氣發(fā)展亮點(diǎn)，2012年致密油產(chǎn)量0.97×108t，約占美國石油總產(chǎn)量的22%[11-13]。頁巖氣、致密油等非常規(guī)油氣的快速發(fā)展使得美國油氣對外依存度大幅下降，2012年美國天然氣對外依存度已降至6%、石油對外依存度降至40%[6]。

近10年成為中國致密氣、致密油“開創(chuàng)性發(fā)展的探索十年”。致密氣已成為天然氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域，近10年平均新增探明致密氣地質(zhì)儲量3 110×108m3，約占同期探明天然氣總儲量的52%；2012年致密氣產(chǎn)量300×108m3左右，約占全國天然氣總產(chǎn)量的28%；發(fā)現(xiàn)了目前全國最大的蘇里格致密氣區(qū)，2012年探明和基本探明地質(zhì)儲量3.5×1012m3，年產(chǎn)量169×108m3[13]。致密油在鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等盆地發(fā)現(xiàn)多個(gè)（5～10）×108t級儲量規(guī)模區(qū)，在松遼、渤海灣、四川等盆地也獲重要突破。煤層氣初步建成沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣兩個(gè)地面生產(chǎn)基地，頁巖氣在四川盆地南部海相頁巖中多口井獲工業(yè)氣流，工業(yè)化試驗(yàn)區(qū)建設(shè)也取得重大進(jìn)展[14-16]。當(dāng)前，致密油、致密氣已成為中國非常規(guī)油氣發(fā)展第一重點(diǎn)，煤層氣、海相頁巖氣將實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

中國未來油氣勘探主要集中在4大領(lǐng)域，即常規(guī)的砂巖油藏與碳酸鹽巖氣藏、非常規(guī)的致密油氣與頁巖油氣。近年來，中國學(xué)者大力開展常規(guī)與非常規(guī)油氣勘探理論技術(shù)研究，在烴源、成藏、鉆井等方面取得一系列新認(rèn)識，找油思想也從“源外找油”深入到“進(jìn)源找油”[1-2,13-40]（見表1）。

表1 近10年中國常規(guī)與非常油氣理論技術(shù)新進(jìn)展

2 常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”內(nèi)涵

2.1 常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”概念

常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”是指含油氣單元（盆地、坳陷或凹陷）內(nèi)，富有機(jī)質(zhì)烴源巖熱演化生排烴與不同類型儲集體儲集空間隨埋深演化，全過程耦合（見圖1），油氣在時(shí)間域持續(xù)充注、空間域有序分布，常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣有親緣關(guān)系，成因上關(guān)聯(lián)、空間上共生，形成統(tǒng)一的常規(guī)-非常規(guī)油氣聚集體系。據(jù)此普遍規(guī)律可尋找不同類型油氣在空間上的分布位置，一般發(fā)現(xiàn)常規(guī)油氣，預(yù)示供烴方向有非常規(guī)油氣共生；發(fā)現(xiàn)非常規(guī)油氣，預(yù)示外圍空間可能有常規(guī)油氣伴生（見圖2）。“有序”體現(xiàn)在時(shí)間演化、形成序次、聚集機(jī)理、空間分布和找油思想5層含義，不同階段烴源巖與儲集層的演化有序，不同非常規(guī)到常規(guī)油氣資源形成親緣關(guān)系的先后有序，不同孔徑儲集空間控制油氣的類型有序，不同類型常規(guī)-非常規(guī)油氣空間的分布有序，不同階段找油思想從“源外找油”向“進(jìn)源找油”的發(fā)展有序。突破了傳統(tǒng)只專注常規(guī)或只專注非常規(guī)油氣研究、勘探開發(fā)的思路。

“進(jìn)源找油”是進(jìn)入或逼近生油層系中，尋找源內(nèi)滯留的頁巖油和氣、近源分布的致密油和氣、未熟油頁巖油、煤層氣等資源，打破圍繞烴源巖找圈閉的思想，突破傳統(tǒng)尋找經(jīng)過二次運(yùn)移、圈閉油氣聚集的“源外找油”方法。“進(jìn)（近）源找油”使油氣勘探的研究思路、技術(shù)方法、開發(fā)方式等發(fā)生了一系列改變。

圖1 烴源巖熱演化與不同類型儲集層儲集空間演化模式圖

圖2 常規(guī)-非常規(guī)油氣平面有序分布模式圖

不同類型富有機(jī)質(zhì)烴源巖的熱演化生排烴軌跡亦不同，圖1a為Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根演化實(shí)例；不同類型儲集體深埋演化過程中，具有不同的儲集空間演化軌跡，圖1b為碎屑巖儲集層演化實(shí)例。常規(guī)-非常規(guī)油氣空間域“有序聚集、有序共生”分布規(guī)律見圖2。

常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”，揭示出不同類型油氣資源“有序聚集”形成分布規(guī)律，展示出含油氣單元（盆地、坳陷或凹陷）內(nèi)常規(guī)與非常規(guī)油氣資源應(yīng)“同步研究、同步部署、同步勘探”，可采用多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式，對不同層系、不同類型油氣“同步開采”，加快勘探開發(fā)節(jié)奏，提高資源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。如美國近10年來，強(qiáng)力推進(jìn)頁巖氣、致密氣、致密油、煤層氣等非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展，常規(guī)天然氣與非常規(guī)天然氣產(chǎn)量的比例約1∶3，常規(guī)石油與非常規(guī)石油產(chǎn)量的比例約3∶1[6]（見圖3）。

圖3 北美地區(qū)常規(guī)與非常規(guī)油氣資源主要類型評價(jià)分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[11]修改）

與“含油氣系統(tǒng)”相比[41]，常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”有較大區(qū)別：①烴源巖不僅包括有效烴源巖，也包括油頁巖等潛在烴源巖，聚焦所有富有機(jī)質(zhì)巖石；②儲集體不僅包括聚集終端的甜點(diǎn)儲集體，也包括生烴層系、運(yùn)移路徑上的儲集體，聚焦供烴范圍內(nèi)的所有儲集空間；③油氣資源不局限于常規(guī)圈閉油氣、部分非常規(guī)天然氣等，而是關(guān)注全類型的常規(guī)、非常規(guī)烴類資源，包括頁巖氣、頁巖油、致密油等；④不局限于“從烴源巖到圈閉”的視角（重點(diǎn)解決油氣資源評價(jià)有利單元和有利聚集區(qū)帶預(yù)測2個(gè)關(guān)鍵問題），而是從“源儲耦合、有序聚集”的新視角，油氣生運(yùn)聚全過程分析，油氣資源全類型發(fā)現(xiàn)，勘探、開發(fā)、工程、集輸全板塊整合，整體研究評價(jià)，立體勘探開發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)含油氣單元內(nèi)常規(guī)-非常規(guī)油氣最大限度的經(jīng)濟(jì)性采出。

2.2 常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣評價(jià)核心要素對比

常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣在分布特征、儲集層特征、源儲組合、聚集單元、運(yùn)移方式、聚集機(jī)理、滲流特征、流體特征、資源特征等方面有顯著區(qū)別。常規(guī)油氣找圈閉，靠天然滲透率生產(chǎn)；非常規(guī)油氣找“甜點(diǎn)”，靠人工壓裂滲透率生產(chǎn)。隨理論認(rèn)識深化和工程技術(shù)進(jìn)步，可推動非常規(guī)油氣向常規(guī)油氣轉(zhuǎn)化。

2.2.1 常規(guī)油氣“六要素”評價(jià)

常規(guī)油氣著力研究“圈閉是否成藏”，核心評價(jià)“生、儲、蓋、圈、運(yùn)、?！?要素及其匹配關(guān)系[1-2,42-55]，大慶長垣油田和克拉2氣田是典型實(shí)例（見表2）。

表2 松遼盆地大慶長垣油田和塔里木盆地克拉2氣田主要地質(zhì)要素

2.2.2 非常規(guī)油氣“六特性”評價(jià)

非常規(guī)油氣著力研究“儲集層是否含油氣”，核心評價(jià)“烴源性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應(yīng)力各向異性”六特性及其匹配關(guān)系[13]（見表3、表4）。烴源性評價(jià)，旨在尋找高有機(jī)質(zhì)含量區(qū)；巖性評價(jià)，旨在尋找有效儲集層發(fā)育區(qū)；物性評價(jià)，旨在篩選孔滲性（含裂縫）相對較好的甜點(diǎn)；脆性評價(jià)，旨在優(yōu)選利于規(guī)模壓裂的高脆性儲集層；含油氣性評價(jià)，旨在優(yōu)選含油性好的儲集層；應(yīng)力各向異性評價(jià)，旨在沿地應(yīng)力最小方向鉆水平井，利于儲集層改造。

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組“六特性”評價(jià)優(yōu)越，是準(zhǔn)噶爾盆地致密油突破方向：烴源巖條件好，TOC平均值為5%～6%，Ro值為0.5%～1.0%，Ⅱ型干酪根，烴源巖厚度大于200 m范圍面積達(dá)800 km2；云質(zhì)粉細(xì)砂巖等優(yōu)質(zhì)儲集層發(fā)育；儲集層物性較好，基質(zhì)孔發(fā)育，孔隙度6%～20%，滲透率整體小于1×10-3μm-2，微細(xì)孔喉為主，連通性好；含油性較好，含油飽和度一般大于70%，原油密度0.88～0.92 g/cm3，基本不含水；儲集層脆性較好，脆性礦物含量高，脆性指數(shù)大于50%，彈性模量大于1.0×104MPa，泊松比小于0.35；水平地應(yīng)力差值較小，一般小于6 MPa，利于體積壓裂。

鄂爾多斯盆地中生界長7致密油和上古生界致密氣“六特性”甜點(diǎn)區(qū)，也是勘探開發(fā)突破區(qū)（見表5）。

四川南部威遠(yuǎn)、長寧和富順—永川區(qū)塊志留系龍馬溪組“六特性”評價(jià)優(yōu)越，是頁巖氣優(yōu)先勘探開發(fā)的有利區(qū)（見表3）：富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育，TOC值大于2%，自然伽馬值大于130 API；紋層狀硅質(zhì)鈣質(zhì)頁巖和紋層狀鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖等有利儲集層發(fā)育；頁巖儲集層物性較好，總孔隙度3%～8%，含氣孔隙度2%～5%，基質(zhì)滲透率（10-5～100）×10-3μm2；含氣性較好，平均總含氣量2.3～4.1 m3/t；高脆性儲集層發(fā)育，脆性指數(shù)大于40，彈性模量一般大于1.3×104MPa，泊松比小于0.29；水平地應(yīng)力差值較小，一般小于20 MPa，易形成復(fù)雜縫網(wǎng)，有利于提高單井產(chǎn)量。

需要指出，細(xì)粒沉積學(xué)基礎(chǔ)研究在非常規(guī)油氣地質(zhì)評價(jià)中非常重要。細(xì)粒沉積巖是指粒徑小于0.1 mm的顆粒含量大于50%的沉積巖，主要由黏土和粉砂等陸源碎屑顆粒組成，也包含少量的盆地內(nèi)生的碳酸鹽、生物硅質(zhì)、磷酸鹽等顆粒，占全球沉積巖的75%以上。“細(xì)粒沉積學(xué)”就是通過對細(xì)粒沉積巖組成與結(jié)構(gòu)特征的解剖，揭示富有機(jī)質(zhì)頁巖、致密儲集層形成主控因素與分布模式，進(jìn)而為非常規(guī)油氣勘探提供指導(dǎo)的學(xué)科（見圖4）。在此基礎(chǔ)上，需要創(chuàng)建“非常規(guī)儲集層地質(zhì)學(xué)”，即重點(diǎn)研究非常規(guī)儲集層微—納米級孔喉系統(tǒng)形成機(jī)制、分布特征、體積規(guī)模與評價(jià)方法，為致密油氣與頁巖油氣等提供理論支撐。

2.3 常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”實(shí)例

四川盆地發(fā)育震旦系—中三疊統(tǒng)的海相地層與上三疊統(tǒng)—始新統(tǒng)的陸相地層，發(fā)現(xiàn)21套含油氣層系，有3類常規(guī)與3類非常規(guī)油氣“有序聚集”。3類常規(guī)氣為震旦系燈影組碳酸鹽巖縫洞型氣藏、寒武系龍王廟組和石炭系孔隙型白云巖氣藏、二疊系—三疊系碳酸鹽巖礁灘型氣藏，3類非常規(guī)油氣為志留系龍馬溪組與寒武系筇竹寺組頁巖氣、上三疊統(tǒng)須家河組致密氣、侏羅系致密油。四川盆地發(fā)育的震旦系—志留系組合，常規(guī)-非常規(guī)天然氣空間“有序聚集、共生分布”（見圖5），二者可分別形成萬億方級儲量規(guī)模，震旦系—寒武系常規(guī)氣受“古裂陷槽、古老烴源、古巖溶儲集層、古原油裂解、古隆起富集”等控制，志留系、寒武系等非常規(guī)頁巖氣主要受深水陸棚富有機(jī)質(zhì)、高硅鈣質(zhì)等頁巖相控制。

3 評價(jià)方法與技術(shù)

3.1 評價(jià)方法及關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 評價(jià)方法及步驟

常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”建立了統(tǒng)一的油氣有序共生體系，但常規(guī)油氣、非常規(guī)油氣的評價(jià)方法與步驟存在較大差別，應(yīng)考慮實(shí)際情況分別對待。

表5 鄂爾多斯盆地中生界致密油和上古生界致密氣“六特性”評價(jià)參數(shù)

圖4 陸相細(xì)粒沉積分布模式圖

圖5 四川盆地震旦系—志留系常規(guī)-非常規(guī)天然氣“有序聚集”分布圖

常規(guī)油氣發(fā)育在斷陷盆地大型構(gòu)造帶、前陸沖斷帶大型構(gòu)造、被動大陸邊緣以及克拉通大型隆起等正向構(gòu)造單元，二級構(gòu)造單元控制油氣分布。油氣聚集于構(gòu)造高點(diǎn)，平面上呈孤立的單體式分布；或聚集于巖性圈閉、地層圈閉中，平面上呈較大規(guī)模的集群式分布。常規(guī)油氣勘探重點(diǎn)評價(jià)“生、儲、蓋、圈、運(yùn)、保”6要素及最佳匹配關(guān)系，關(guān)鍵是尋找有效聚油圈閉，核心是預(yù)探獲取發(fā)現(xiàn)，評價(jià)確定圈閉邊界。

非常規(guī)油氣主要分布于前陸盆地坳陷—斜坡、坳陷盆地中心及克拉通向斜部位等負(fù)向構(gòu)造單元，油氣分布并不局限于二級構(gòu)造單元，而是涵蓋了盆地中心及斜坡，呈大面積連續(xù)型或準(zhǔn)連續(xù)型分布。非常規(guī)油氣勘探，重點(diǎn)評價(jià)烴源性、巖性、物性、脆性、含油氣性與地應(yīng)力各向異性“六特性”及匹配關(guān)系，評價(jià)“生油氣能力、儲油氣能力、產(chǎn)油氣能力”，勘探尋找油氣連續(xù)分布邊界與“甜點(diǎn)區(qū)”。①區(qū)域評價(jià)優(yōu)選“甜點(diǎn)區(qū)”，包括優(yōu)選富油凹陷與主力生油氣層段、確立含油氣邊界、系統(tǒng)取心分析、“六特性”評價(jià)等工作。②水平井體積壓裂技術(shù)探索，包括井眼軌跡選擇、優(yōu)化水平段長度、優(yōu)選壓裂規(guī)模與壓裂液、開展“L”曲線試采等工作。③多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)試驗(yàn)，包括優(yōu)化井場井?dāng)?shù)、同步管理與交叉壓裂、全過程降低成本管理方法等工作，形成經(jīng)濟(jì)效益開發(fā)體系。

3.1.2 關(guān)鍵技術(shù)對比

針對儲集層致密、儲量豐度低、勘探開發(fā)難度大的特點(diǎn)，除了常規(guī)油氣勘探常用的技術(shù)之外，非常規(guī)油氣還采用高分辨率二維與三維地震、高分辨率層序地層學(xué)、疊前地震儲集層預(yù)測、地震疊前流體檢測、成巖相定量評價(jià)、微地震監(jiān)測、水平井體積壓裂增產(chǎn)等特殊勘探開發(fā)技術(shù)。

3.1.3 開采模式

非常規(guī)油氣主要采用水平井規(guī)模壓裂技術(shù)、平臺式“工廠化”生產(chǎn)、納米技術(shù)提高采收率等方式開采。目前非常規(guī)油氣一般以一次與二次開發(fā)為主，通常采用水平井、多分支井等鉆井技術(shù)，最大限度鉆揭儲集層；水平井多級多段體積壓裂改造技術(shù)，最大限度提高儲集層壓裂改造的范圍與規(guī)模，最大限度提高單井產(chǎn)量；平臺式工廠化開采技術(shù)，最大限度開發(fā)利用地下資源?！叭嗽鞚B透率”為核心的水平井體積壓裂技術(shù)創(chuàng)新、平臺式“工廠化”低成本開發(fā)模式創(chuàng)新，使非常規(guī)油氣資源得以大規(guī)模經(jīng)濟(jì)有效勘探開發(fā)。

頁巖氣主要靠滑溜水壓裂生產(chǎn)，頁巖油可能主要靠氣體壓裂生產(chǎn)。針對尚未突破的頁巖油，需加強(qiáng)非水氣體壓裂等技術(shù)攻關(guān)，如臨界氣體（二氧化碳、烴類氣、氮?dú)?、空氣等）壓裂液等工業(yè)化試驗(yàn)，改變石油在頁巖地層的溫壓參數(shù)、賦存狀態(tài)、流動性能等。借鑒頁巖氣成功的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)選準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、松遼等盆地開展頁巖油工業(yè)化試驗(yàn)探索，如在壓裂時(shí)，加入氣體到頁巖油地層，使頁巖油部分變成凝析油或輕質(zhì)油，提高地層壓力，形成高氣油比和自然流動能力，可能實(shí)現(xiàn)頁巖油的商業(yè)規(guī)模開采。

3.2 核心方法與技術(shù)

3.2.1 資源儲量評價(jià)方法

非常規(guī)油氣與常規(guī)油氣在地質(zhì)控制因素、成因機(jī)理、分布規(guī)律等方面存在較大差異，需采用不同油氣資源評價(jià)方法[56-57]（見表6）。目前中國已初步建立了3個(gè)層次的非常規(guī)油氣資源評價(jià)方法體系。①快速評價(jià)：資料少、地質(zhì)認(rèn)識程度低的地區(qū)，采用容積法和體積法，該方法可用于7種非常規(guī)資源的快速評價(jià)。②重點(diǎn)評價(jià)：資料相對較多、地質(zhì)認(rèn)識程度較高的地區(qū)，采用EUR（Estimated Ultimate Rate，單井預(yù)測最終累計(jì)產(chǎn)量）類比法、資源豐度類比法和小面元法，可用于致密油、致密氣和頁巖氣的重點(diǎn)評價(jià)。③刻度區(qū)精細(xì)評價(jià)：資料較多、地質(zhì)認(rèn)識程度較高的地區(qū)，采用資源空間分布預(yù)測法和數(shù)值模擬法，可用于致密油、致密氣和頁巖氣的重點(diǎn)評價(jià)。其中，容積法、體積法、EUR類比法和資源豐度類比法只能評價(jià)資源規(guī)模，不能預(yù)測資源分布；小面元法、資源空間分布預(yù)測法和數(shù)值模擬法可預(yù)測“甜點(diǎn)區(qū)”。

表6 常規(guī)與非常規(guī)油氣資源的地質(zhì)特征和評價(jià)方法差異

非常規(guī)油氣在儲集層特征、生產(chǎn)動態(tài)特性、評估單元劃分等方面均具有特殊性，不能沿用或簡單套用常規(guī)油氣儲量評價(jià)規(guī)范和流程，借鑒美國非常規(guī)油氣儲量評價(jià)經(jīng)驗(yàn)，亟需形成適用于中國不同類型非常規(guī)油氣的儲量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法。

3.2.2 非常規(guī)油氣“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)方法

非常規(guī)油氣“甜點(diǎn)區(qū)”，是指在源儲共生頁巖層系發(fā)育區(qū)，具有優(yōu)越烴源巖特征、儲集層特征、含油氣特征、脆性特征和地應(yīng)力特征配置關(guān)系，并結(jié)合試油試采產(chǎn)量和油氣井生產(chǎn)動態(tài)關(guān)系，可優(yōu)選進(jìn)行勘探開發(fā)的非常規(guī)油氣富集目標(biāo)區(qū)。評價(jià)優(yōu)選“甜點(diǎn)區(qū)”也是非常規(guī)油氣勘探研究的核心，貫穿整個(gè)勘探開發(fā)過程。非常規(guī)油氣甜點(diǎn)包括“地質(zhì)甜點(diǎn)、工程甜點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)”。提出油氣富集“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)的8個(gè)指標(biāo)，其中3個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是：TOC值大于2%（其中頁巖油S1＞2 mg/g）、孔隙度較高（致密油氣大于10%，頁巖油氣大于3%）和微裂縫發(fā)育。地質(zhì)甜點(diǎn)著眼于烴源巖、儲集層與裂縫等綜合評價(jià)，工程甜點(diǎn)著眼于埋深、巖石可壓性、地應(yīng)力各向異性綜合評價(jià)，經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)著眼于資源規(guī)模、地面條件等評價(jià)。如當(dāng)前非常規(guī)致密油和氣、頁巖油和氣的“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)，主要著眼于烴源層、儲集層、裂縫、局部構(gòu)造等地質(zhì)甜點(diǎn)要素評價(jià)，和壓力系數(shù)、脆度、地應(yīng)力特性、埋深等工程甜點(diǎn)要素評價(jià)（見表7）。

“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)包括5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：①烴源巖“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測技術(shù)：通過巖樣測試、聲波/電阻率計(jì)算、核磁共振+密度法等綜合評價(jià)縱向烴源巖甜點(diǎn)分布，連井對比結(jié)合沉積相、地震相分析，明確烴源巖甜點(diǎn)平面分布特征。②儲集層“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測技術(shù)：綜合巖心實(shí)測物性資料與有利目的層段的沉積相、成巖相研究，進(jìn)行孔、滲分布等多圖疊合，確定儲集層甜點(diǎn)區(qū)。③脆性評價(jià)與預(yù)測技術(shù)：通過X-衍射等方法進(jìn)行礦物組分分析，結(jié)合應(yīng)力實(shí)驗(yàn)及動態(tài)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(yīng)力評價(jià)技術(shù)：通過巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合陣列聲波等測井資料，計(jì)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(yīng)力等參數(shù)，指導(dǎo)井眼軌跡設(shè)計(jì)、確定壓裂方式和規(guī)模。⑤“甜點(diǎn)區(qū)”地震屬性綜合預(yù)測技術(shù)：利用多參數(shù)交會分析與疊前彈性反演，確定巖性、孔隙度、脆性等關(guān)鍵參數(shù)的平面分布；利用疊后多屬性裂縫預(yù)測技術(shù)，預(yù)測和解釋裂縫發(fā)育區(qū)；集成巖性、物性、脆性等多參數(shù)分析，預(yù)測甜點(diǎn)區(qū)分布。

表7 致密油氣與頁巖油氣“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展

4.1 常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展內(nèi)涵

常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展，是指遵循常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”規(guī)律，利用二者油氣生產(chǎn)特征的差異性與互補(bǔ)性，對含油氣單元（盆地、坳陷或凹陷）內(nèi)不同層系、不同類型的油氣資源，采用“立體勘探、協(xié)同開發(fā)”模式進(jìn)行勘探開發(fā)。

中國大地構(gòu)造演化具有小克拉通、多旋回拼合特點(diǎn)，發(fā)育海相、陸相、煤系3大類烴源巖，陸相砂巖、海相碳酸鹽巖、火山巖、變質(zhì)巖等多種類型儲集層，含油氣層系從太古宇到新近系均有油氣分布，常規(guī)與非常規(guī)油氣資源均較豐富。中國油氣勘探以中淺層中新生界陸相碎屑巖地層為主，儲產(chǎn)量均占有絕對優(yōu)勢；深層超深層寒武系—震旦系含膏鹽海相碳酸鹽巖層系勘探程度很低，石油探明率僅7.4%、天然氣探明率僅6.5%[32,58-66]，將是未來油氣勘探重大接替領(lǐng)域。針對塔里木、鄂爾多斯、四川等海陸相疊合盆地，需整體考慮深淺層、海陸相常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展。

中國海相碳酸鹽巖形成地質(zhì)條件復(fù)雜，具有分布廣、時(shí)代老、烴源巖熱演化程度高、儲集層埋藏深等特點(diǎn)[32,58-66]。與美國相比，中國南方海相頁巖氣更具有特殊性，主要表現(xiàn)在：①中國海相頁巖構(gòu)造改造強(qiáng)烈，頁巖儲集層受多次改造，斷裂發(fā)育，天然裂隙發(fā)育；美國構(gòu)造活動簡單，斷裂稀少，頁巖儲集層形成時(shí)間晚、受后期改造作用弱、儲集層保存較完好。②中國海相頁巖沉積時(shí)代老，多為震旦系—二疊系，總有機(jī)碳含量相對較低，Ro值普遍大于2.0%；美國海相頁巖以泥盆系、石炭系為主，總有機(jī)碳含量相對較高，Ro值一般在1.1%～2.0%。③中國頁巖氣儲集層埋藏深度較大，如塔里木盆地為5 000～8 000 m，地表多為山地等復(fù)雜條件；美國頁巖氣儲集層埋藏較淺，地表多為平原。

4.2 平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式

目前國內(nèi)外普遍使用的多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式，主要是指在地質(zhì)條件相似地區(qū)，或地下地質(zhì)情況基本清楚的條件下，按照大平臺布井方式，集中部署一批相似井，進(jìn)行多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)。在地下形成以水平井長度為體積單元、人工壓裂縫網(wǎng)為流動通道的“人造油氣藏”。目前，“工廠化”作業(yè)只針對北美和中國等頁巖氣、致密油單一非常規(guī)油氣類型進(jìn)行施工。

要實(shí)現(xiàn)多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)，必須具備4個(gè)要素。①整體研究、批量布井：強(qiáng)調(diào)整體綜合研究，在確定作業(yè)區(qū)內(nèi)油氣聚集基本特征的基礎(chǔ)上，對地質(zhì)條件相似、地表?xiàng)l件許可的地區(qū)，仿照“工廠化”方式均勻部署鉆井平臺，進(jìn)行鉆井平臺標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，實(shí)施大批量、標(biāo)準(zhǔn)化布井。既可以最大限度共用地面設(shè)施、降低生產(chǎn)與集輸費(fèi)用，又可以最大限度擴(kuò)大泄油氣范圍、提高儲量動用程度與采收率。②模塊裝備、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)：強(qiáng)調(diào)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，裝備的小型化、大功率化，這是在有限平臺空間上同時(shí)進(jìn)行鉆井、完井、返排、生產(chǎn)作業(yè)的前提，也是確保作業(yè)安全的基本要求。③交叉施工、流水作業(yè)：強(qiáng)調(diào)流水作業(yè)，一旦一口井鉆好，鉆機(jī)就會滑向同一鉆井平臺另一個(gè)井眼繼續(xù)鉆進(jìn)，而前一口井正進(jìn)行完井作業(yè)。這樣，在同一個(gè)平臺上可以同時(shí)進(jìn)行鉆井、完井、返排、生產(chǎn)作業(yè)。整個(gè)平臺從開鉆到最初生產(chǎn)的時(shí)間縮短，運(yùn)營資金得以減少。④用料用水、重復(fù)利用：強(qiáng)調(diào)重復(fù)利用，要求最大限度實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程耗材、液體的循環(huán)重復(fù)利用，是減少耗材用量、控制污染排放、降低作業(yè)成本的重要一環(huán)。

本文闡述的多層多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式，是指對含油氣單元（盆地、坳陷或凹陷）內(nèi)不同層系、不同類型的常規(guī)與非常規(guī)油氣資源，按照大平臺布井方式，集中部署一批井身結(jié)構(gòu)、完井方式不盡相同的井，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的技術(shù)裝備，以流水線作業(yè)方式進(jìn)行數(shù)口井的鉆井、完井、返排、生產(chǎn)同步作業(yè)（見圖6）。內(nèi)涵延伸到整個(gè)常規(guī)-非常規(guī)油氣聚集體系，它是應(yīng)用系統(tǒng)工程的思想和方法，集中配置人力、物力、投資、組織等工業(yè)化要素，以油氣現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)、管理手段，用于油氣快速施工和高效生產(chǎn)的新方式[67]?！岸嗑笔?個(gè)平臺鉆探幾口乃至幾十口井，“平臺式”是按照地面條件形成一個(gè)大井場，“工廠化”是批量部署多口井后流水線、協(xié)同化進(jìn)行油氣大生產(chǎn)，具有“整體性、系統(tǒng)性、集成性、流水性、批量化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化、效益最大化”等8大特征，實(shí)現(xiàn)常規(guī)、非常規(guī)油氣高效發(fā)展或二者同步整體經(jīng)濟(jì)開發(fā)。

圖6 常規(guī)-非常規(guī)油氣多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式圖

多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式既可以大幅減少土地占用、節(jié)約耗材用量、控制污染排放、縮短作業(yè)周期、降低作業(yè)成本，還可以大幅集合地面設(shè)施、降低生產(chǎn)成本，同時(shí)在含油氣層多口井控制范圍內(nèi)，實(shí)施同步壓裂或交叉壓裂，可以整體產(chǎn)生更為復(fù)雜的裂縫網(wǎng)絡(luò)體系，大幅度增加油氣層改造體積，提高初始產(chǎn)量和最終采收率，為實(shí)現(xiàn)常規(guī)-非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展提供了高效運(yùn)行模式。

中國油氣資源分布區(qū)地表環(huán)境復(fù)雜，以山地、黃土塬、沙漠、海洋等為主，可供鉆探地區(qū)有限，環(huán)境脆弱，這決定了諸如四川、鄂爾多斯盆地等常規(guī)與非常規(guī)油氣重疊發(fā)育區(qū)，更需要走多井平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式的發(fā)展之路。

4.3 協(xié)同發(fā)展工業(yè)價(jià)值

常規(guī)與非常規(guī)油氣資源加快開發(fā)利用，至少需在6個(gè)方面“協(xié)同發(fā)展”。①勘探方式的協(xié)同：整體研究、整體部署、整體勘探；②開發(fā)方式的協(xié)同：不同層系、不同類型的協(xié)同采出；③地面建設(shè)的協(xié)同：整體研究、整體規(guī)劃、整體建設(shè)；④作業(yè)模式的協(xié)同：不同資源類型的多井平臺式“工廠化”同步作業(yè)；⑤政策支持的協(xié)同：制定常規(guī)剩余難動用儲量與非常規(guī)油氣的開發(fā)補(bǔ)貼激勵機(jī)制；⑥人才培養(yǎng)的協(xié)同：石油院校本科常規(guī)油氣人才與研究生非常規(guī)人才的連續(xù)培養(yǎng)，為常規(guī)與非常規(guī)油氣工業(yè)發(fā)展提供人才保障，形成石油工業(yè)協(xié)同體系。

5 結(jié)論

闡述常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”理論認(rèn)識，揭示含油氣單元（盆地、坳陷或凹陷）內(nèi)不同類型油氣資源“有序聚集”規(guī)律，指出常規(guī)油氣供烴方向有非常規(guī)油氣共生、非常規(guī)油氣外圍空間可能有常規(guī)油氣伴生，從遠(yuǎn)源“圈閉找油”與近源“圍源找油”，深入到源內(nèi)“進(jìn)源找油”，常規(guī)與非常規(guī)油氣資源“立體勘探、同步開采”，加快油氣發(fā)現(xiàn)速度和勘探開發(fā)節(jié)奏和效益。

常規(guī)-非常規(guī)油氣“有序聚集”強(qiáng)調(diào)選用適用評價(jià)方法和工程技術(shù)，推動常規(guī)油氣與非常規(guī)油氣協(xié)同發(fā)展。非常規(guī)油氣著力研究“儲集層是否含油氣”，核心評價(jià)“烴源性、巖性、物性、脆性、含油氣性與應(yīng)力各向異性”六特性及其匹配關(guān)系。另外還重點(diǎn)論述了“甜點(diǎn)區(qū)”評價(jià)、平臺式“工廠化”生產(chǎn)模式等評價(jià)方法與技術(shù)。

未來常規(guī)-非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用需建立勘探方式、開發(fā)方式、地面建設(shè)、作業(yè)模式、政策支持、人才培養(yǎng)等六方面“協(xié)同發(fā)展”的石油工業(yè)新體系。揭示地下多種能源礦藏“有序聚集、空間共生”的規(guī)律，對尋找和開采固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等各種礦藏具有重要意義。

致謝：本文得到了趙文智、杜金虎、楊華、況軍、徐春春、胡素云、李建忠、楊濤、吳松濤、白斌、楊帆、喆趙、黃金亮等的大力幫助，在此一并表示感謝！

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Conventional and unconventional petroleum “orderly accumulation”: Concept and practical significance

Zou Caineng, Yang Zhi, Zhang Guosheng, Hou Lianhua, Zhu Rukai, Tao Shizhen, Yuan Xuanjun, Dong Dazhong, Wang Yuman, Guo Qiulin, Wang Lan, Bi Haibin, Li Denghua, Wu Na
(PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China)

Based on the latest global conventional-unconventional petroleum development situation and the conclusion of petroleum geology theory and technology innovation in recent 10 years, the connotation of conventional and unconventional petroleum “orderly accumulation” is formulated. This concept indicates that, unconventional petroleum occurs in the hydrocarbon supply direction of conventional petroleum, and conventional petroleum may appear in the outer space of unconventional petroleum. Proper evaluation methods and engineering technology are important to push the conventional-unconventional petroleum co-development, and the petroleum finding thought from outer-source into inner-source. Unconventional petroleum evaluation focuses on source rocks characteristics, lithology, physical property, brittleness, oil-gas possibility and stress anisotropy. Taking shale gas for examples, in China, these six properties are TOC＞2%, laminated silicious calcareous shale or calcareous silicious shale, porosity 3%-8%, brittle minerals content 50%-80%, gas content 2.3-4.1 m3/t, pressure coefficient 1.0-2.3, natural fractures; in north America, these six properties are TOC＞4%, silicious shale or calcareous shale or marl, porosity 4%-9%, brittle minerals content 40%-70%, gas content 2.8-9.9 m3/t, pressure coefficient 1.30-1.85, natural fractures. “Sweet spot area” assessment, “factory-like” operation pattern and other core methods and technologies are discussed. And 8 key elements of unconventional “sweet spot area” are proposed, 3 of them are TOC＞2% (for shale oil S1＞2 mg/g), higher porosity (for tight oil&gas ＞10%, shale oil&gas ＞3%), and microfractures. Multiple wells “factory-like”operation pattern is elaborated, and its implementation needs 4 elements, i.e. batch well spacing, standard design, flow process, and reutilization. Through horizontal well volume fractures in directions, “man-made reservoirs” with large-scale fracture systems can be formed underground.

unconventional petroleum; “orderly accumulation”; co-development; “sweet spot area” assessment; “factory-like” operation pattern; “man-made reservoir”; tight oil; shale oil; shale gas; tight gas; petroleum exploration into source rocks

TE122.2

A

鄒才能（1963-），男，重慶江北人，博士生導(dǎo)師，李四光地質(zhì)科學(xué)獎獲得者，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、常規(guī)巖性-地層油氣藏與大油氣區(qū)等地質(zhì)理論技術(shù)研究及勘探生產(chǎn)實(shí)踐等工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院院辦，郵政編碼：100083。E-mail: zcn@petrochina.com.cn

2013-09-22

2013-11-28

（編輯 黃昌武 繪圖 劉方方）

1000-0747(2014)01-0014-14

10.11698/PED.2014.01.02

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2014CB239000）；國家油氣重大專項(xiàng)“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評價(jià)”（2011ZX05001）