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摘要:页岩油勘探与开发成为国际资源开发的热点,近年来中国各盆地相继开展了对页岩油的研究。目前国内对页岩油的争议较多,本文针对国内外页岩油勘探开发现状进行了广泛的文献调研,综述当前国内外页岩油的研究内容和技术,从概念、地质特征、储层特征、资源评价方法、测井评价方法以及开发方案等角度总结了页岩油各阶段的研究成果。
关键词:页岩油;概念;综述
美国页岩气革命的成功使美国天然气产量快速增长,改变了美国能源市场,也影响了全球能源格局,受页岩气成功经验的启发和天然气价降低的影响,美国又把页岩气开发的新技术和经验引入了开发曾被认为没有商业开采价值的低渗透页岩及相关层系中的石油资源,这种石油资源被称之为页岩油。页岩油的开发在美国威利斯顿盆地巴肯组率先取得成功,并不断向其他地区扩展。
1、概念及类型
页岩油对应的英文是shale oil,在MPG Bulletin杂志中发表的文章就有出现,是指来自油页岩中的石油,属于一种人造石油。现在页岩油指的是产自致密页岩层中的石油,有广义狭义之分。通常指的是以游离和溶解方式赋存于富有机质泥页岩及其它岩性夹层中的石油,可赋存于泥页岩孔隙、裂缝及砂岩、碳酸盐岩、火山岩等夹层中
2、页岩油地质特征
尽管对页岩油及致密油的概念理解不同,但国内学者对泥页岩层系内及夹层中含油的特征都做了大量的研究。页岩油的特点是烃源岩处于生油窗,源储一体或紧邻储层且未经过二次运移,主要分布在陆相湖盆沉积体系内以中生代新生代沉积为主。
2.1地层年代与空间分布
页岩油气具多层位富集的特点,志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系等均有分布,空间分布广泛,如松辽、渤海湾、南华北、准噶尔、塔里木盆地等,在海域各盆地亦有分布。
2.2含油性
页岩含油性特征与常规砂岩油藏相比有明显的不同,除以无机孔隙为主要的储集空间外还存在于有机孔隙中,其含油性除与岩性孔隙度密切相关外,还受游离烃S1,残余有机碳百分含量TOC等地化参数制约。
张晋言在研究胜利油田页岩油含油性时,调查含油性与孔隙度地化参数之间的关系后认为,含油饱和度与和S1,TOC具有一定的相关性随S1,TOC的增大含油饱和度有增大的趋势,含油性受岩石物性和有机质丰度的共同影响,并提出了含油饱和度的计算方法。
式中,a,b为岩性系数,m为胶结系数,n为饱和度指数,S1为游离烃含量,TOC为残余总有机碳。
张金川等人低温抽提法或微机图版解释法,利用烃指数,即s1×100/TOC与Ro或Tmax交会图法,来确定泥岩生油气区间和含油量。
卢双舫等人通过对热解参数分析,认为采用地球化学参数恢复法可以较准确、方便的求取页岩油含油量。
2.3储层特征
目前储层评价的主要手段除常规的岩石薄片、X衍射等外,还针对微孔隙和有机质孔隙,增加了脉冲渗透率测试,比表面积测试以及氩离子抛光结合能谱定量和SEM确定有机质孔隙。丁文龙等人认为,影响页岩气藏储层裂缝的发育与分布因素有非构造因素和构造因素。影响页岩气藏储层裂缝发育的非构造因素包括页岩的岩性和矿物成分、岩石力学性质、有机碳含量、异常高压、页岩厚度、粘土矿物脱水收缩作用、成岩期的压实和压溶作用、热收缩作用、差异溶蚀作用以及风化剥蚀作用等。张晋言在评价页岩油储层时,提出了有利储集段的概念,引入了评价储集段质量的参数RIZ和评价储集段含油丰度FIO的参数,并提出了计算公式,在胜利油田得到了较好的应用。
3、资源评价方法
张金川基于美国海相页岩气勘探开发的经验,依据页岩TOC、Ro值,综合考虑埋深、含气量、页岩面积、厚度、地表条件、保存条件、可压裂性等因素将海相页岩油分为远景区、有利区和核心(目标)区资源3级,并利用概率体积法计算不同概率下的页岩油资源量。
卢双舫认为,烃源岩含油量与TOG关系具有“三分性”,按富集程度将页岩油气分为分散(无效)资源、低效资源和富集资源3级,结合页岩中脆性矿物的含量、页岩(层系)的厚度、埋深等,定义评价页岩油气可采性的可采性指数并建立其计算公式,以定量评价页岩油气的可采性。
4.测井评价方法
在用水平井开发页岩气时,需要确定页岩储集层多级水力压裂最优位置,BP美国公司的Dan Buller等人在套管井中用脉冲中子仪器评价测量非弹性比率模型的地层体积密度、中子孔隙度及热中子俘获横截面,通过一种非弹性光谱,得出对硅和钙的估算。这种评价页岩产层的方法在德克萨斯州3口水平井的应用,均获得了较好的生产效果。
总有机碳含量是页岩油气评价一个很重要的参数它从侧面反映含气页岩中有机质含量的多少和生烃潜力大小。
5页岩油开发方法
5.1钻井完井方式
不同于常规天然气的开采特点决定了页岩气开发具有其独特的方式。水平井的成本一般是垂直井的1-1.5倍,产量是直径的3倍。geoVISION随钻成像服务和RAB钻头附近地层电阻率仪器等LWD技术有助于在钻遇后,即时识别天然裂缝。李功玉等人提出在威远页岩地层钻井作业中发生井漏、井喷或井塌时,可采用泥浆盖帽强钻技术,据美國公布的数据最有效的水平井进尺包括造斜井段一般为914-1219m。
5.2储层改造技术
对于致密的低渗透储层,尤其是页岩油气层,需要进行必要的储层改造,目前储层改造的方式主要是压裂造缝。
裂缝的发育程度是影响页岩油气产量的主要因素,如何高效经济的压裂造缝,是开发中的关键问题。目前美国通过利用软件对页岩油气产层进行压裂效果模拟来预测裂缝发育的宽度、长度及方向进行预测,常用的模拟软件有美国Meyer&Associates公司的Meyer Fracturing Simulators,它能够预测裂缝的三维形态,并能实时监控压裂效果,辅助改进压裂措施。
目前页岩油气层常用的压裂技术有5种:多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。
关键词:页岩油;概念;综述
美国页岩气革命的成功使美国天然气产量快速增长,改变了美国能源市场,也影响了全球能源格局,受页岩气成功经验的启发和天然气价降低的影响,美国又把页岩气开发的新技术和经验引入了开发曾被认为没有商业开采价值的低渗透页岩及相关层系中的石油资源,这种石油资源被称之为页岩油。页岩油的开发在美国威利斯顿盆地巴肯组率先取得成功,并不断向其他地区扩展。
1、概念及类型
页岩油对应的英文是shale oil,在MPG Bulletin杂志中发表的文章就有出现,是指来自油页岩中的石油,属于一种人造石油。现在页岩油指的是产自致密页岩层中的石油,有广义狭义之分。通常指的是以游离和溶解方式赋存于富有机质泥页岩及其它岩性夹层中的石油,可赋存于泥页岩孔隙、裂缝及砂岩、碳酸盐岩、火山岩等夹层中
2、页岩油地质特征
尽管对页岩油及致密油的概念理解不同,但国内学者对泥页岩层系内及夹层中含油的特征都做了大量的研究。页岩油的特点是烃源岩处于生油窗,源储一体或紧邻储层且未经过二次运移,主要分布在陆相湖盆沉积体系内以中生代新生代沉积为主。
2.1地层年代与空间分布
页岩油气具多层位富集的特点,志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系等均有分布,空间分布广泛,如松辽、渤海湾、南华北、准噶尔、塔里木盆地等,在海域各盆地亦有分布。
2.2含油性
页岩含油性特征与常规砂岩油藏相比有明显的不同,除以无机孔隙为主要的储集空间外还存在于有机孔隙中,其含油性除与岩性孔隙度密切相关外,还受游离烃S1,残余有机碳百分含量TOC等地化参数制约。
张晋言在研究胜利油田页岩油含油性时,调查含油性与孔隙度地化参数之间的关系后认为,含油饱和度与和S1,TOC具有一定的相关性随S1,TOC的增大含油饱和度有增大的趋势,含油性受岩石物性和有机质丰度的共同影响,并提出了含油饱和度的计算方法。
式中,a,b为岩性系数,m为胶结系数,n为饱和度指数,S1为游离烃含量,TOC为残余总有机碳。
张金川等人低温抽提法或微机图版解释法,利用烃指数,即s1×100/TOC与Ro或Tmax交会图法,来确定泥岩生油气区间和含油量。
卢双舫等人通过对热解参数分析,认为采用地球化学参数恢复法可以较准确、方便的求取页岩油含油量。
2.3储层特征
目前储层评价的主要手段除常规的岩石薄片、X衍射等外,还针对微孔隙和有机质孔隙,增加了脉冲渗透率测试,比表面积测试以及氩离子抛光结合能谱定量和SEM确定有机质孔隙。丁文龙等人认为,影响页岩气藏储层裂缝的发育与分布因素有非构造因素和构造因素。影响页岩气藏储层裂缝发育的非构造因素包括页岩的岩性和矿物成分、岩石力学性质、有机碳含量、异常高压、页岩厚度、粘土矿物脱水收缩作用、成岩期的压实和压溶作用、热收缩作用、差异溶蚀作用以及风化剥蚀作用等。张晋言在评价页岩油储层时,提出了有利储集段的概念,引入了评价储集段质量的参数RIZ和评价储集段含油丰度FIO的参数,并提出了计算公式,在胜利油田得到了较好的应用。
3、资源评价方法
张金川基于美国海相页岩气勘探开发的经验,依据页岩TOC、Ro值,综合考虑埋深、含气量、页岩面积、厚度、地表条件、保存条件、可压裂性等因素将海相页岩油分为远景区、有利区和核心(目标)区资源3级,并利用概率体积法计算不同概率下的页岩油资源量。
卢双舫认为,烃源岩含油量与TOG关系具有“三分性”,按富集程度将页岩油气分为分散(无效)资源、低效资源和富集资源3级,结合页岩中脆性矿物的含量、页岩(层系)的厚度、埋深等,定义评价页岩油气可采性的可采性指数并建立其计算公式,以定量评价页岩油气的可采性。
4.测井评价方法
在用水平井开发页岩气时,需要确定页岩储集层多级水力压裂最优位置,BP美国公司的Dan Buller等人在套管井中用脉冲中子仪器评价测量非弹性比率模型的地层体积密度、中子孔隙度及热中子俘获横截面,通过一种非弹性光谱,得出对硅和钙的估算。这种评价页岩产层的方法在德克萨斯州3口水平井的应用,均获得了较好的生产效果。
总有机碳含量是页岩油气评价一个很重要的参数它从侧面反映含气页岩中有机质含量的多少和生烃潜力大小。
5页岩油开发方法
5.1钻井完井方式
不同于常规天然气的开采特点决定了页岩气开发具有其独特的方式。水平井的成本一般是垂直井的1-1.5倍,产量是直径的3倍。geoVISION随钻成像服务和RAB钻头附近地层电阻率仪器等LWD技术有助于在钻遇后,即时识别天然裂缝。李功玉等人提出在威远页岩地层钻井作业中发生井漏、井喷或井塌时,可采用泥浆盖帽强钻技术,据美國公布的数据最有效的水平井进尺包括造斜井段一般为914-1219m。
5.2储层改造技术
对于致密的低渗透储层,尤其是页岩油气层,需要进行必要的储层改造,目前储层改造的方式主要是压裂造缝。
裂缝的发育程度是影响页岩油气产量的主要因素,如何高效经济的压裂造缝,是开发中的关键问题。目前美国通过利用软件对页岩油气产层进行压裂效果模拟来预测裂缝发育的宽度、长度及方向进行预测,常用的模拟软件有美国Meyer&Associates公司的Meyer Fracturing Simulators,它能够预测裂缝的三维形态,并能实时监控压裂效果,辅助改进压裂措施。
目前页岩油气层常用的压裂技术有5种:多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。