俄氣石油公司非常規(guī)油氣開發(fā)面臨的挑戰(zhàn)

溫希娟(大慶油田勘探開發(fā)研究院科技戰(zhàn)略情報研究中心，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

近年來由于常規(guī)石油產(chǎn)量開始下降，俄羅斯生產(chǎn)輕質(zhì)原油的時代已經(jīng)結(jié)束，但是西西伯利亞盆地的巴熱諾夫(Bazhenov)、伏爾加－烏拉爾盆地的多馬尼克(Domanik)頁巖層等的非常規(guī)石油儲量非常豐富，引起了俄羅斯各大油氣公司的關(guān)注。

2013年，俄羅斯天然氣股份公司下屬的俄氣石油公司開始著手以巴熱諾夫組為代表的非常規(guī)油氣研究。2017年，公司成立巴熱諾夫國家級項目，旨在創(chuàng)建一套國內(nèi)技術(shù)和高科技設(shè)備，采用可盈利的技術(shù)來開采非常規(guī)油氣儲量，以及時應(yīng)對世界技術(shù)挑戰(zhàn)。

截至2020年底，俄氣石油公司巴熱諾夫項目從試點轉(zhuǎn)向運營，產(chǎn)油量大幅增加，年產(chǎn)油達到10萬噸，成本下降了一半以上，取得了里程碑式的成就。同時，公司非常規(guī)油氣開發(fā)也面臨諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下3個方面：非常規(guī)油氣系統(tǒng)評價，有效鉆井、完井和生產(chǎn)以及綜合開發(fā)規(guī)劃。

1 非常規(guī)油氣系統(tǒng)評價

非常規(guī)油氣系統(tǒng)評價是勘探開發(fā)各個階段的基本方向，可由此確定資源基礎(chǔ)開發(fā)戰(zhàn)略，以及地質(zhì)勘探開發(fā)和資產(chǎn)開發(fā)戰(zhàn)略。

1.1 非常規(guī)油氣系統(tǒng)模型的參數(shù)評價與構(gòu)建

非常規(guī)油氣系統(tǒng)的特點是：孔隙空間的結(jié)構(gòu)極其復雜(基質(zhì)-裂縫-干酪根)；存在微米、納米級的孔隙；碳氫化合物和礦物成分復雜；碳氫化合物物理-化學性質(zhì)的可變分布；機械性能的各向異性。這都需要在地球物理和實驗室研究領(lǐng)域開發(fā)新方法和技術(shù)。

目前，俄氣石油公司非常規(guī)資源的綜合靜態(tài)建模在區(qū)域建模和儲層建模方面尚未取得大的突破。因此，需要對不同規(guī)模非常規(guī)油氣進行系統(tǒng)研究、儲層特征評價技術(shù)可行性研究，以改進和完善非常規(guī)油氣系統(tǒng)的綜合靜態(tài)建模。

1.2 儲量計算方法

自1986年以來，俄羅斯石油界一直在嘗試確定巴熱諾夫組的儲量計算方法，直到2018年，研發(fā)了一種用于計算儲量的臨時方法。但該方法也存在缺陷，同一研究對象可以給出不同的結(jié)果，且相差2～5倍，需要進一步測試和改進。同時，臨時方法中未包括與多馬尼克、庫阿納姆(kuonam)、哈杜姆(hadum)等同類型的油源巖中的烴，但是此類烴的計算需求仍然很高。

因此，當前公司亟需完善地質(zhì)勘探和開發(fā)各個階段原始地質(zhì)儲量、資源量以及可采儲量計算方法的研究。

1.3 水平井儲層性質(zhì)評價

水平井儲層屬性評價是建立地質(zhì)模型、評估資源量、地質(zhì)導向和選擇水力壓裂裂縫起始點之間的重要節(jié)點。目前，由于俄羅斯國內(nèi)技術(shù)發(fā)展水平低，當前生產(chǎn)方案的信息內(nèi)容還不盡人意。水力壓裂設(shè)計難以確保設(shè)計的裂縫分布。

目前，公司關(guān)鍵研發(fā)需求集中在水平井儲層屬性評價，旨在優(yōu)化完井和增產(chǎn)，精細化地質(zhì)模型和儲量計算方法。

2 有效鉆井、完井和增產(chǎn)

有效鉆井、完井和增產(chǎn)等屬資本密集類型，同時在提高非常規(guī)資源開采效率方面具有巨大潛力。在增產(chǎn)階段，主要任務(wù)是創(chuàng)建有效增產(chǎn)儲層、真實建模和裂縫分布診斷。選擇最佳的完井、射孔和增產(chǎn)策略將使已建立的儲層發(fā)揮最大生產(chǎn)效率并降低井的成本。

2.1 復雜條件下的有效建井和完井

由于俄羅斯國產(chǎn)隨鉆測井系統(tǒng)和地質(zhì)導向系統(tǒng)發(fā)展水平低，在目標薄層條件下進行地質(zhì)導向非常困難。保持井筒穩(wěn)定性和避免漏失等復雜作業(yè)也將導致建井時間增加。

由于歐美國家的技術(shù)限制，俄羅斯目前無法使用旋轉(zhuǎn)導向技術(shù)和大功率鉆機，而非最優(yōu)化的井設(shè)計使其難以過渡到高速注入，鉆出水平井段超過1 500 m的井。此外，需要進行可靠的井段封堵并防止裂縫干擾。

因此，公司亟需提高鉆井的準確性、有效性以及初次打開地層的有效性，提高水平井鉆井的可控性，大力發(fā)展多分支壓裂井并進行最佳完井。

2.2 建立儲層有效改造體積ESRV并進行參數(shù)評價

現(xiàn)階段，俄羅斯國內(nèi)技術(shù)的發(fā)展尚不能在微地震和水力壓裂系統(tǒng)之間建立精細定量關(guān)系，這是因為缺乏將微震監(jiān)測、水力壓裂模擬和地質(zhì)力學結(jié)果整合在一起的方法。

目前，俄氣石油公司尚不能準確確定儲層的有效改造體積。這種情況對完井和水力壓裂的設(shè)計優(yōu)化以及最佳井間距的確定產(chǎn)生不利影響。由于缺乏微震監(jiān)測和實施質(zhì)量控制的監(jiān)管框架，獲得西方技術(shù)的機會也有限。此外，亟需研究其他有效改造體積診斷的替代方法，以準確評估有效改造體積并進行參數(shù)評價的綜合方法。

3 綜合開發(fā)規(guī)劃

非常規(guī)油氣系統(tǒng)綜合開發(fā)規(guī)劃旨在將所有技術(shù)解決方案相結(jié)合，形成最佳開發(fā)策略。借助綜合開發(fā)規(guī)劃，可提高石油采收率和非常規(guī)油氣田開發(fā)的盈利能力。

3.1 選擇最佳開發(fā)系統(tǒng)

俄羅斯缺乏開發(fā)非常規(guī)油氣的經(jīng)驗，對非常規(guī)油氣的解釋技術(shù)和模擬技術(shù)也很不成熟[1]，監(jiān)管方法文件不能反映非常規(guī)儲量的模擬和開發(fā)細節(jié)。在世界范圍內(nèi)非常規(guī)油氣的采收率也非常低，不超過5%～7%。

非常規(guī)油氣田的特點是，在油井開采的第一年產(chǎn)量急劇下降，最高可下降80%。開發(fā)規(guī)劃參數(shù)也存在很大的不確定性，例如儲層泄油量、井間距、井位、水平井的長度、井的類型、開采速度、最佳作業(yè)方式和方法、保持油層壓力的潛力等。因此，公司需要對非常規(guī)油氣系統(tǒng)滲流特性進行研究，評估儲層泄油量參數(shù)，確定流體動力學模擬方法和開發(fā)規(guī)劃方法。

3.2 水平井作業(yè)模式管理和地面設(shè)施優(yōu)化

向垂直深度超過2 500 m且直徑較小的長水平井(大于1 500 m)過渡時，需要評估軌跡幾何形狀對井的累計產(chǎn)量的影響。在水平井運行的第一年，井的作業(yè)參數(shù)和多相流量會動態(tài)變化。目前俄氣石油公司尚未確定水平井作業(yè)的目標技術(shù)參數(shù)。另外，由于制裁，水平井作業(yè)變得復雜，主要是氣塞、壓裂液的堆積、支撐劑殘留等。

結(jié)果，儲層的能量消耗在克服障礙上而不是石油開采上。儲層壓力的下降以及壓力維持系統(tǒng)無法補償壓力損失會導致開采中不可逆轉(zhuǎn)的損失。只有通過實施多種技術(shù)方案來控制井的流量，才能確保有效采油。因此俄氣石油公司需要選擇人工舉升開采模式并創(chuàng)建新技術(shù)，研發(fā)出有利于油氣田開發(fā)的設(shè)備。

3.3 剩余油、吸附烴和固態(tài)烴的捕獲

非常規(guī)油氣系統(tǒng)具有復雜的結(jié)構(gòu)和多種資源類型—游離烴、束縛油，以及干酪根和焦油-瀝青質(zhì)物質(zhì)的熱解潛力。頁巖油工程的主要方向是通過注入技術(shù)和增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展來提高弱連通孔隙中混合油和石油的采收率，而其他未投入開發(fā)的儲量所占的比例可以達到60%～80%。

目前，盡管有些俄羅斯頁巖公司已經(jīng)進入試點階段，但該方向仍處于發(fā)展的早期階段，并且主要集中在研發(fā)領(lǐng)域[2]。目前俄氣石油在這方面的研發(fā)需求主要體現(xiàn)在以下6個方面：

(1)非常規(guī)油氣系統(tǒng)-含干酪根巖石的科學研究及科學應(yīng)用研究。

(2)確定和研究基本自然科學標準與頁巖地層油氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)化動力學特征的相關(guān)性。

(3)確定前景技術(shù)的技術(shù)因素對油母巖的作用效果。

(4)研究創(chuàng)立、開發(fā)、設(shè)計、制造、測試設(shè)備及其零部件的技術(shù)能力，以開發(fā)油母巖。

(5)對非常規(guī)油氣系統(tǒng)產(chǎn)生技術(shù)影響的過程進行綜合數(shù)學模擬，從含干酪根的巖石中生成人造石油，并開發(fā)出IT產(chǎn)品。

(6)在有效創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)域進行全面研究和開發(fā)，以使頁巖地層的全部油氣(包括干酪根)投入開發(fā)。

4 結(jié)語

(1)由于歐美技術(shù)出口的限制，導致國外先進的水平井鉆井、地層壓裂等技術(shù)和設(shè)備不能在俄羅斯推廣應(yīng)用。俄氣石油公司需要不斷加大國內(nèi)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，加速實施進口替代戰(zhàn)略。

(2)俄氣石油公司在非常規(guī)油氣開發(fā)方面面臨重重挑戰(zhàn)，主要研發(fā)方向集中在非常規(guī)油氣系統(tǒng)評價，有效鉆井、完井和生產(chǎn)以及綜合開發(fā)規(guī)劃三個方面。

(3)俄氣石油2013年開始著手研究以巴熱諾夫組為主的非常規(guī)油氣，2017年正式啟動巴熱諾夫項目，到2020年已經(jīng)從試點轉(zhuǎn)向運營，成本大幅下降，證明了借助俄羅斯國內(nèi)技術(shù)開發(fā)巴熱諾夫組等非常規(guī)油氣的可行性。