中国页岩油勘探开发面临的挑战与高效运营机制研究

中国页岩油资源丰富,并在多个盆地取得重大勘探开发突破,已成为石油战略接替新领域,但页岩油勘探开发时间相对较短,顶层的战略规划与政策导向尚未明确,存在勘探突破难、开发成本高和组织运营不畅等问题。为此,调研剖析了中美页岩油经营理念、宏观环境、资源配置、生产运行、科技水平和信息化程度等现状,深入思考中国页岩油勘探开发的痛点、难点和阻点,认为当前中国页岩油勘探开发主要面临理念思路、技术能力、运营管理和绿色发展等4大挑战。围绕中国能源战略,提出了实现中国页岩油高效运营的对策建议:谋划稳中求进的页岩油发展战略,构建市场机制下多主体融合的战略合作共同体,打造多兵种协作的生产运行新模式,建立迭代式创新的科技发展新机制,建立数智化赋能的信息支撑新范式,开创绿色低碳化的产业发展新格局,营造高契合友好的外部运营新环境。

胜利济阳页岩油开发进展与攻关方向

为了实现济阳陆相断陷盆地中低演化程度页岩油的有效开发,2019年以来,依托万米系统取心、十万余块次的岩心测试,在博兴、牛庄、民丰等洼陷同时开展系统评价,单井评价及立体井组开发均取得突破。博兴洼陷开展了3层楼8口井的先导试验,建成中国石化首个10万吨级页岩油开发井组;牛庄洼陷开展了5层楼20口井大平台立体开发井组试验,已全部投产;民丰洼陷按照“大平台整体部署、小井组分步实施”的模式,整体评价、立体开发试验全面展开。樊页平1、丰页1-1HF井等28口井峰值日产油量超百吨,30口井累计产油量超万吨。基于基础研究与开发实践,提出了济阳页岩油“储-缝-压”三元储渗理论认识,攻关形成了页岩油开发实验技术、开发甜点立体精细评价技术、建模数模一体化技术、立体开发优化调控技术,初步构建了胜利特色的陆相断陷盆地页岩油立体开发理论技术体系,有效支撑了胜利济阳页岩油国家级示范区建设。

胜利油田未动储量开发技术及实践

胜利油田未动储量规模大,是油田后续建产稳产的重要接替阵地。但多年的开发实践证实,这部分储量的整体动用存在很多问题,制约着油藏效益开发和建产。针对这部分油藏品位差、动用难度大和开发效果差的特点,系统梳理了胜利油田未动储量的类型及分布特征,明确了主要的未动储量类型和重点攻关目标。结合近年来在砂砾岩、滩坝砂和深层低渗透稠油等油藏类型方面的开发实践,分析了砂砾岩油藏大斜度井大规模压裂、低渗透滩坝砂油藏压驱和深层低渗透稠油油藏降黏复合压驱等3种主要的未动储量开发技术及实践。长井段大斜度井大规模压裂技术,通过地质工程一体化实现工程甜点与地质甜点的结合,在低品位砂砾岩油层中的应用大幅提高了油藏产能;压驱注水开发技术创新开发理念,实现了低渗透滩坝砂油藏补能增产的突破;降黏复合压驱开发技术通过转变开发思路,实现了深层低渗透稠油油藏效益开发的突破。这3种油藏类型从单井提产、油藏补能和低成本开发等方面实现了未动储量的有效动用,取得了良好的开发效果。开发技术的突破、开发理念的转变是未动储量有效开发的必由之路,对胜利油田其他未动储量的开发具有非常重要的示范和指导意义。

页岩油蓄能体积压裂开发效果预测与评价方法

蓄能体积压裂(以下简称蓄压)是页岩油藏提前补充地层能量、大幅提升单井产量的主要开发方式,应用广泛。通过渗吸与驱替机理结合实际生产数据统计分析,提出了根据返排率预测蓄压开发阶段最大累计产油量方法。研究结果表明:返排率30%之后,蓄压的累计产油量与返排率对数呈强线性相关,可预测压后单井最大累计产油量;该方法已经得到其他页岩油藏实际生产数据的实证,较递减曲线分析法更加准确且更具普适性,是对储层条件、压裂规模与工艺、焖排采工作制度等主客观因素的综合评价。返排率法可进一步确定液油比和合理返排速度。蓄压排采的平均返排速度控制在6~8 m^(3)(/d·km),与渗吸排油速度相匹配,能够更加高效地利用蓄压补充的弹性能量,取得较高采收率和较低的液油比。单井压后最大可采油量的返排率预测法为蓄压的经济效益评价、生产制度优化、压裂成本控制等提供了依据,对地质-工程一体化、优化井网井距和压裂设计具有重要指导意义。

鄂尔多斯盆地庆城油田页岩油开发技术探索与实践

为解决鄂尔多斯盆地庆城油田页岩油规模开发中遇到的技术难题,将矿场实践和理论分析相结合开展技术方法探索及认识创新。针对甜点定量预测难题,创建甜点指数(I_(SI)),构建地质品质指数(G_(GQ)),形成多学科三维甜点定量优选技术;针对提高油层钻遇率难题,构建了“四个迭代”的水平井轨迹实时调整技术;针对多油层叠合储量动用难题,建立4种差异化布井模式,形成页岩油水平井一次动用立体布井技术;针对页岩油单井产量递减快,含水下降慢的问题,形成页岩油水平井差异化闷、排、采技术。通过应用以上技术,庆城油田实现年均增长产油量50×10^(4)t,2023年产油量超过200×10^(4)t。庆城油田实现规模效益开发,坚定了国内陆相页岩油规模效益开发的信心,研究成果可为国内外同类页岩油开发提供借鉴。

致密油藏水平井同井缝间驱替补能实施方案研究及现场应用——以槐树庄油区L井为例

针对槐树庄油区致密油藏存在的天然能量严重不足、地饱压差小、注水难、裂缝水窜等问题,提出在压裂后的水平井上实施同井缝间驱替补能技术。利用井组实际油藏参数和压裂参数,建立复杂裂缝网络模型并完成历史拟合,在符合地质实际的模型上对水平井同井缝间驱替补能技术的注采方式和注采参数进行优化,并对技术适应性进行评价。结果表明:同井同步注采且裂缝间隔驱替(奇注偶采、偶注奇采)的方式更易发挥缝间驱替作用;该技术在致密低能量储层,水平井水平段平行于最大渗透率方向,裂缝间距为100 m时适用效果最好。在槐树庄油区L井,通过下入磁定位封隔器实现注采缝之间的有效分隔,通过环空注水+油管采油的方式实现了同井缝间驱替补能技术的现场实施。与衰竭开发相比,实施8个月后平均日产液、平均日产油、地层压力等均有大幅提升。水平井同井注采补能技术实现了一井两用,降本增效,可大规模应用于低能致密油藏的开发。

基于CNN-GRU-LightGBM模型的单井产量预测方法

单井日产量趋势预测研究在油田生产中具有重要意义。由于油井生产工况复杂,难以准确预测日产量,建立了基于多变量时序数据的产量模型。基于卷积门控循环单元(convolutional neural network-gate recurrent unit,CNN-GRU)提取深层特征进行时序预测,基于梯度提升框架的集成模型(light gradient boosting machine,LightGBM)从回归预测角度进行预测,两者结果相互融合,进一步提高产量预测精度。同时,提出了一种可以实现多变量时序预测或回归预测模型在未知输入特征情况下准确预测产量的方法—超前参数递归预测策略。采用该方法对影响产量的重要特征进行超前预测,并将预测到的重要特征应用于预测产量的仿真测试中。仿真结果表明:本文模型与超前参数递归策略配合最好,在测试集上的预测准确度最高。相比单变量时序预测和回归预测模型,可显著提高预测精度。

纳米驱油剂相渗特征及对页岩油开发方式的影响

纳米技术在非常规油气开发中应用前景广泛,有望成为新一代颠覆性开发技术。相渗作为驱替和渗吸的重要渗流特征需要加以研究。对页岩油岩心开展纳米剂、表面活性剂等不同驱渗介质相渗等实验,并进行拟合分析,可以发现:1)纳米剂的油相相对渗透特征指数n值显著降低,有利于提高油水流度,降低注入压力;2)低浓度纳米剂水相端点相对渗透率高于地层水,反映低浓度纳米剂水溶液流动性更强;3)纳米驱油剂相渗的两相区较油水相渗增加8.8%,幅度小,需要改进开发方式以进一步提高驱油效率;4)纳米剂通过驱替与渗吸相结合可以将驱油效率从36.67%大幅度提高到74.67%;5)周期驱替还能进一步改善开发效果,驱油效率比连续驱替提高14.1%(注入体积倍数0.478 PV)。该研究成果对页岩油补能、稳产、提采的开发方式优选具有重要指导意义。

南海高温高压凝析气藏凝析水产出机理及产量预测方法

针对南海高温高压凝析气藏中凝析水产出量上升的问题,以东方气田为研究对象,采用地层水蒸发实验方法,分别在地层条件下的PVT筒和长岩心中进行水气比测试,并提出了高温高压凝析气藏凝析水产量计算方法,预测东方气田凝析水产出程度。研究表明:高温高压凝析气藏中的流体受多孔介质微小孔径以及临界性质偏移的影响,饱和蒸气压发生变化,导致凝析水产出大幅度增加。考虑水、气相间传质的数值模拟方法可以准确预测高温高压凝析气藏中凝析水产出变化。对东方气田的日产水进行模拟,设置井底流压限制为1.5 MPa,预测时间为5 a,历史产水量拟合精度大于90%,能够很好地模拟凝析水产出情况。研究成果对高温高压凝析气藏制订合理开发方案,改善油藏开发效果具有重要指导意义。

大宁–吉县区块深部煤层气多轮次转向压裂技术及应用

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气资源丰度高,煤储层天然裂缝与煤自身割理裂隙发育、煤体结构好、机械强度高、顶底板封盖能力强,为大规模体积压裂缝网的形成提供了有利条件。超大规模压裂改造工艺使深部煤层气单井产量获得重大突破,但示踪剂监测结果显示,水平井各压裂段产气效果贡献不均一、资源动用存在盲区、综合效益未达预期。指出深部煤储层形成超大规模有效缝网面临两类主要挑战:(1)深部煤层裂缝扩展规律认识不清;(2)现有压裂技术存在过度改造及改造不充分区域。基于此问题,提出适合深部煤储层改造的多轮次转向缝网弥合压裂技术。首先,分析深部煤层超大规模缝网形成的可行性;其次结合现场压裂数据与微地震监测结果,分析地层曲率、倾角等对压裂裂缝扩展的影响;最后建立应力场计算方法,以此为依据,进行多轮次转向工艺优化及现场试验。在大宁-吉县区块现场进行试验验证,井周微应力场非均匀区域水力裂缝实现了较为均匀的扩展,增大了裂缝整体改造体积,单井产气效果较周边井有明显提升,其中DJ55井5轮次压裂,储层改造体积达到243.6×10^(4)m^(3),生产340 d累产气量970.5×10^(4)m^(3),平均日产气量2.85×10^(4)m^(3),日产量和压力均保持稳定,改造效果较好,预计采收储量(EUR)大于3000×10^(4)m^(3),产气潜力较大;JS8-6P05井第1-7段采用2~3轮次压裂,压后日产气量8.59×10^(4)m^(3),相比各段均采用单轮次压裂的JS8-6P04井加砂规模降低41.9%、压裂费用降低21%,但2口井水平段千米日产气量相当。试验效果表明,多轮次压裂工艺在一定程度上解决了水平井两侧应力差异而导致的裂缝单侧扩展问题,促进井筒两侧压裂裂缝趋于均匀扩展,极大程度上保障了深部煤储层资源动用程度和压后产量,是深部煤层气压裂工艺降本增效的主要技术途径。

岩心力学实验刻度弹性参数的页岩脆性评价方法改进

页岩储层的规模动用关键在于水力压裂造缝,复杂缝网形成的地质因素取决于天然裂缝、水平应力差及脆性,高脆性是压裂形成缝网的必要条件之一。针对现有弹性参数脆性指数评价方法中杨氏模量和泊松比权重系数占比不清的问题,在岩心三轴力学测试和全岩样品分析的基础上,提出基于应力-应变曲线的脆性评价指标,通过统计交会分析,明确杨氏模量和泊松比对岩石脆性敏感程度,并且根据脆性评价指标和杨氏模量及泊松比的相关系数,采用等比例方式进一步刻度杨氏模量和泊松比的权重系数,改进了现有的弹性参数脆性指数评价方法。东部盆地页岩层系应用实例表明,岩心力学实验刻度后的弹性参数脆性评价方法更加合理有效,能更好地反映页岩储层脆性分布特征。

薄层砂岩边底水油藏空气辅助内源微生物驱油技术

针对边底水油藏“双高阶段”零散分布剩余油如何有效动用、低成本高效微生物驱油体系如何研发、微生物驱效果评价及配套技术攻关等难题,建立微生物驱筛选图版并评价了油藏微生物驱的适应性;利用微生物分子生态学技术全面解析了油藏微生物群落结构,筛选了乳化效果好的采油功能菌株H3;通过对主要营养成分碳源、氮源、磷源的筛选,开展单因素实验和正交实验,确定了可实现原油乳化分散和抑制硫酸盐还原菌生长的复合粉激活体系;研究了底水油层“船底形”剩余油富集特征,形成了“微生物乳化+空气提效+稠化剂封堵”提高采收率驱油模式,明确了提高采收率幅度与注入菌体浓度、注入孔隙体积倍数正相关。将研究成果应用于准噶尔盆地陆梁油田薄层砂岩边底水油藏,实施“4注20采”微生物驱提高采收率矿场先导试验,注入微生物激活剂0.13倍孔隙体积,2017至2023年阶段增油5.6×104 t,采收率提高4.0个百分点,增油效果好的井主要分布在总菌浓度高、石油地质储量大、构造高部位、油层厚度大、底水薄、采出程度较高的区域。研究成果对丰富微生物驱提高采收率技术序列具有借鉴作用。

水平井体积改造井距和簇间距优化研究

为研究页岩油水平井最优井距和簇间距的工程问题,针对鄂尔多斯盆地长7储层地质特征,采用地质工程一体化工作流程,建立三维地质模型和地质力学模型,模拟不同簇间距条件下的复杂缝网扩展,依据全缝长频率分布优化井距。采用非结构化数值模型预测水平井的生产动态,确定产量最高的分段分簇方案。数值模拟分析表明,采用缝长累积频率分布中P90值对应的缝长作为水平井井距,有助于提高复杂缝网对储量的控制程度,簇间距缩小到3∼5 m时建议水平井井距为200 m左右;簇间距从15 m缩小到3 m,支撑裂缝总表面积提高108%,同时体积改造程度提高142%;对于目标储层,簇间距从15 m缩小到3 m,投产3 a累产油量增加75.91%;采用3 m簇间距方案无法满足经济效益的需求,建议以5 m作为簇间距。

国家示范工程陆相湖盆夹层型页岩油高效开发技术

鄂尔多斯盆地长7地层发育一套典型的内陆坳陷淡水湖盆页岩油,资源潜力巨大,随着开发的深入,油藏进入稳产阶段,配套的油藏稳产技术政策和管理手段相对缺乏,无法满足生产需求。针对庆城油田管理人员少的特点,通过数字化建设,实现了线上资料录取、管线泄漏监控、设备运行线上监控、异常工况报警等功能,形成了页岩油智能化管理模式;针对长7储层致密、非均质性强、开发难度大的特点,通过应用二氧化碳前置压裂、精准分段酸化等工艺以及实施单井、平台、油藏差异化管理,推动了地质工程一体化和差异化精细管理;针对长7页岩油单井产量高、气量大的特点,创新大平台布站模式,通过橇装化、集成化、数智化,探索“油气水综合利用、全系统资源共享、多功能高效集成、全过程智能管控”的页岩油大平台至联合站一级布站地面建设模式。通过上述技术的推广应用,庆城油田长7页岩油各项生产参数逐渐向好,页岩油水平井自然递减由16.6%下降至15.9%;地层供液能力充足,流饱比基本保持稳定(1.0~1.2);单井产量较2022年实现了大幅提升;完全成本降低至51.33美元/桶,已经实现规模效益开发。探索、攻关形成的高效开发关键技术,助推庆城页岩油实现规模效益开发,也对我国陆相页岩油规模效益开发起到了良好的引领示范作用。

底水油藏水侵量计算新方法

针对底水油藏的开发,在缺乏试井数据的情况下采用常规油藏物质平衡法以及试井分析方法均难以确定水驱控制储量,进而无法获得水体参数和特征来计算油田的水侵量。为了更加准确的预测水驱油田水侵量,结合生产动态资料,选择符合的水驱特征曲线计算水驱控制储量。在此基础上,考虑油环油、溶解气、水体等因素,建立物质平衡方程,通过亏空体积曲线法计算获得水侵量。利用Fetkvoitch拟稳态模型,采用试错法,优化计算水体体积和水侵系数,保证Fetkvoitch拟稳态模型求解的水侵量和亏空体积曲线法求解的水侵量最接近,得到最优的水体体积和水侵系数对未来生产动态中水侵量进行预测。运用油藏数值模拟软件建立的模型与本文提出两种的计算方法拟合结果对比可知的水体体积的误差为2.6%、水侵指数的误差为2.2%,计算结果准确,为底水油藏计算水侵量提供了可靠的依据,并为预测水侵量提供了新的方法。

耐温抗盐类聚合物驱研究现状及展望

随着我国常规油藏的开采逐渐进入后期阶段,原油的产量缓慢减少,所以对于页岩油、重油、高温高盐等非常规油藏的开发开采以及提高原油产量越来越受到关注,因此,优化石油开采技术与提高原油开采率依然是研究的重点。化学驱是三次采油继续开采储层中未被驱替的剩余油和残余油的一种重要方法,可用于水驱后剩余油的开采。在化学驱提高采收率技术中,聚合物具有成本低、种类多等优点,应用较为广泛。对聚合物驱的基础理论、最新研究成果以及各类耐温耐盐的聚合物的发展趋势进行概括,并对其在矿场的应用效果进行了总结,展望了聚合物驱在复杂油气藏条件下的未来研究趋势。

天然气水合物储层微波加热能量补充装置设计

针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微波天线的结构参数对储层内平均电场强度的影响,优化了微波天线的结构参数;并针对优化后的结构参数,分析了不同微波参数下微波加热10 h后储层的升温效果。模拟结果表明:微波天线的最优结构参数为槽口形状为椭圆形槽口,槽口周期长度为187 mm,长轴为50 mm,短轴为11 mm,槽口角度为19°;微波频率为1.5 GHz、微波输入功率为3 kW时,微波加热10 h后水合物储层半径1 m范围内的平均温度为10.43℃,升高约5℃。所设计的微波加热能量补充装置能为水合物的分解提供驱动力。研究结果可使微波加热技术应用在水合物开采中,为天然气水合物的高效开发提供了一种新的方案。

临兴气田致密砂岩储层可动流体分布特征及主控因素

针对鄂尔多斯盆地临兴地区储层微观孔隙结构复杂、可动流体分布特征及控制因素不明等问题,综合利用低场核磁共振、场发射扫描电镜、X射线衍射分析、核磁共振成像以及CT扫描等手段,对临兴气田上石盒子组和太原组可动流体饱和度特征进行定量刻画,分析了孔隙度、渗透率、岩石矿物组成、微观孔隙连通性与可动流体饱和度之间的关系。结果表明:临兴地区石盒子组储层平均可动流体饱和度为58.05%,太原组储层平均流体饱和度为48.60%,石盒子组储层平均流体饱和度明显高于太原组;渗透率及孔隙连通百分比是影响致密砂岩储层可动流体饱和度的重要因素。研究结果可为临兴致密砂岩储层渗流规律认识及开发方案编制提供有力支撑。

醚类助溶剂在超临界二氧化碳中的浊点压力及对二氧化碳-C_(16)混相压力的影响

助溶剂和CO_(2)对提高原油采收率有着协同增效作用。研究超临界CO_(2)-助溶剂体系的浊点压力和与原油的混相压力,对于CO_(2)提高原油采收率及CO_(2)埋存有着重要意义。使用改进的CO_(2)相平衡实验装置,采用根据光敏原理改进的测量方法,研究了3种助溶剂二乙二醇二甲醚(DDME)、三乙二醇二甲醚(TEDM)、四乙二醇二甲醚(TGDE)在CO_(2)中的浊点压力,考察了温度、助溶剂加量、助溶剂类型的影响;然后将这3种醚类助溶剂和常见的助溶剂乙醇对比,研究其降低CO_(2)-C_(16)混相压力的效果。结果表明,随着温度的升高,DDME、TEDM、TGDE的浊点压力逐渐升高,且呈现出低临界会溶温度(LCST)相行为。随着加量的增大,DDME、TEDM、TGDE的浊点压力逐渐升高,但增幅较小。DDME、TEDM、TGDE的极性越来越大,其与CO_(2)之间的分子间作用力逐渐减弱,导致浊点压力依次升高。在3种结构相似的醚类助溶剂中,DDME的浊点压力最低,TGDE的浊点压力最高。当DDME的质量分数为3.0%、温度为60℃时,浊点压力仅为10.14 MPa。DDME降低CO_(2)-C_(16)混相压力的效果最好,在50℃时,1.0%DDME可使混相压力的降幅达到11.25%,高于乙醇的10.62%。在温度低于50℃时,TEDM的作用效果优于乙醇,但高温下乙醇效果略优于TEDM和TGDE。DDME具有较低的浊点压力和较好的降低混相压力的能力,与CO_(2)具有较好的配伍性,也适用于地层压力较低的油藏。

能源转型背景下油气工程技术发展新方向

在能源转型背景下,能源市场已经开始向低碳和新能源方向发生根本性改变。为了保证油气在能源行业的竞争性,油气公司坚守油气主营业务,实施“油气+低碳、负碳技术”的能源转型路径,油气工程技术作为支撑油气和新能源高效开发的重要手段,机遇与挑战并存。在总结能源转型发展形势及其对油气工程技术创新影响的基础上,分析了油气工程技术创新发展新方向;结合我国油气行业发展面临的挑战,提出了技术研发由经济效益驱动向价值驱动转变、持续加强降本增效技术推广应用力度、强化低碳油气工程技术研发、分类施策推动油气与新能源的深度融合和注重技术创新管理模式的探索等发展建议。这对于尽快形成我国油气工程新型技术创新与管理创新体系、提升油气行业竞争力具有一定的指导意义。