引用本文
焦方正, 邹才能, 杨智. 陆相源内石油聚集地质理论认识及勘探开发实践[J]. 石油勘探与开发, 2020,47(6): 1067-1078.
JIAO Fangzheng, ZOU Caineng, YANG Zhi. Geological theory and exploration & development practice of hydrocarbon accumulation inside continental source kitchens[J]. Petroleum Exploration & Development, 2020,47(6): 1067-1078.  
Doi: 10.11698/PED.2020.06.01
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陆相源内石油聚集地质理论认识及勘探开发实践
焦方正1, 邹才能2, 杨智2
1.中国石油天然气集团有限公司,北京100007
2.中国石油勘探开发研究院,北京100083
联系作者简介：杨智（1980-）,男,内蒙古五原人,博士,中国石油勘探开发研究院高级工程师,主要从事非常规油气地质、常规油气风险勘探等研究工作。地址：北京市海淀区学院路20号,中国石油勘探开发研究院石油天然气地质研究所,邮政编码：100083。E-mail: yangzhi2009@petrochina.com.cn

第一作者简介：焦方正（1962-）,男,陕西三原人,博士,中国石油天然气集团有限公司教授级高级工程师,主要从事油气勘探开发科研及科技管理工作。地址：北京市东城区东直门大街9号,邮政编码：100007。E-mail: jfz@petrochina.com.cn

收稿日期: 2020-10-10 修回日期: 2020-10-20
基金项目: 国家重点基础研究发展计划（973）项目（2014CB239000）; 国家油气重大专项（2016ZX05046）
摘要

中国陆相源岩层系内石油资源丰富,是大力提升国内石油勘探开发力度和保障国家石油安全的重要战略领域。基于近两年中国石油天然气集团有限公司探区陆相源内石油地质研究和勘探开发最新进展,①提出陆相源内石油聚集及“甜点”地质内涵,源内石油聚集是指赋存于陆相富有机质页岩烃源层系内、原地滞留或源内捕获烃类而形成的富液态烃聚集,“甜点”是指整体含油的陆相烃源层系内,相对更富含油、物性更好、更易改造、具商业开发价值的有利储集层,主要包括夹层型、混积型和页岩型3类“甜点”;②研究取得咸水及淡水湖盆优质页岩可规模生烃、页岩层系多类有利储集层具规模储集能力、源内页岩层系整体含油且资源规模大、存在较多有利开发页岩层系等主要理论认识,勘探开发实践正推动形成以“甜点勘探”和“体积开发”为核心的勘探开发关键技术系列,先导试验为源内石油经济有效开发提供重要科学依据,推广应用已取得初步明显应用成效;③中国陆相源内中高成熟度富液态烃和中低成熟度富有机质两类源内石油资源潜力巨大,鄂尔多斯、松辽、渤海湾、准噶尔等盆地是主要资源赋存区。有效应对勘探开发各项理论技术挑战,将推动两类源内石油资源成为未来现实性接替石油资源和重大战略性接替石油资源。图6表1参45

关键词: 源内石油聚集; 陆相页岩油; 连续分布; 整体含油; 储集层甜点; 体积开发; 源储一体
中图分类号:TE122 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2020)06-1067-12
Geological theory and exploration & development practice of hydrocarbon accumulation inside continental source kitchens
JIAO Fangzheng1, ZOU Caineng2, YANG Zhi2
1. China National Petroleum Corporation, Beijing 100007, China
2. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China
Abstract

Continental shale strata in China are rich in petroleum resources and are an important area to strengthen domestic oil exploration and development. Based on the latest progress in geological research and exploration and development of petroleum inside continental source kitchens of China National Petroleum Corporation exploration areas in recent two years, we have achieved the following results: (1) The geological connotations of continental intra-source petroleum accumulation and “sweet spot” have been proposed. The intra-source petroleum accumulation refers to the accumulation of liquid hydrocarbons retained or captured in the continental organic-rich shale strata, and “sweet spot” refers to the favorable reservoir with higher oil content, better physical properties, easier to stimulate and higher in commercial development value in the overall oil-bearing continental source rock series, they can be divided into three types, interlayer, hybrid sediment and shale. (2) High-quality shale formations in both salt water and freshwater lacustrine basins can generate hydrocarbons on a large scale, shale strata have multiple types of favorable reservoirs with large-scale storage capacity, the intra-source shale strata are overall oil-bearing and large in resource scale, and there are multiple favorable shale series for development. The exploration and development practice is propelling the formation of a series of exploration and development key technologies with “sweet spot exploration” and “volume development” as the core. Some pilot tests of these technologies have provided an important scientific basis for the economic and effective development of intra-source petroleum accumulation, and popularization of these technologies have achieved encouraging results preliminarily. (3) Two types of continental intra-source petroleum resources in China have great potential, including medium-high maturity with liquid-rich hydrocarbons and medium-low maturity with organic-rich matter. The Ordos, Songliao, Bohai Bay and Junggar basins are the main areas of these resources. By addressing the theoretical and technical challenges in the exploration and development, the two types of resources inside continental source kitchens will become the realistic and major strategic replacement oil resources in the future.

Keyword: intra-source petroleum accumulation; continental shale oil; continuous distribution; overall oil-bearing; reservoir sweet spot; volume development; source-reservoir integration
0 引言

中国陆相湖盆页岩分布层系多、范围广, 石油资源潜力大, 大力提升源内石油勘探开发力度对保障国家石油安全具有重要战略意义[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]。近两年中国石油天然气集团有限公司（简称中国石油）通过持续加大基础科学研究和现场试验探索力度, 重点层系源内石油地质理论认识取得重要进展, 重点探区源内石油勘探开发先导试验取得重要突破, 展现出良好发展前景[1, 2, 3, 5], 正全力打造陆相源内石油理论技术、示范工程、标准规范3大体系, 努力推动陆相源内非常规石油尽快取得革命性突破, 实现规模开发。

中国石油研究团队立足中国陆相源内非常规石油最新勘探开发实践, 阐述了陆相源内石油聚集及“ 甜点” 的地质内涵、主要类型和地质特征, 总结了源内石油的主要理论认识和勘探开发关键技术, 展望了源内石油资源发展潜力及地位, 分析了面临的重大理论技术挑战和主要应对举措, 以期为推动陆相源内石油地质评价深入研究和勘探开发加快发展提供参考。

1 陆相源内非常规石油勘探开发进展

美国页岩层系油气经过近60年技术攻关和生产探索取得了认识、技术、管理和战略全方面的重大创新, 掀起了“ 页岩革命” [9]。美国页岩层系油气储产量激增, 2019年页岩层系石油产量达到3.86× 108 t, 占比总产量52%; 2019年页岩气产量达到7 174× 108 m3, 占比总产量78%; 美国实现了石油和天然气资源的有效接替, 已成为全球第一大石油和天然气生产国, 能源供应逼近独立自给[10, 11]。美国非常规页岩层系油气革命性发展模式, 为中国带来了未来最有可能借鉴的页岩层系油气发展轨迹, 中国海相页岩气已实现规模商业开采, 中国陆相页岩层系石油也取得重要突破和进展。

近年来, 中国石油加大陆相源内石油地质研究、风险勘探、整体勘探、开发试验和产能建设力度, 取得了实质性重要发现和突破[1, 2], 实现了鄂尔多斯、准噶尔、松辽、渤海湾等盆地多个探区规模建产[1, 2, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24], 并研发了水平井体积压裂等一系列关键技术, 陆相源内非常规石油加快规模发展的资源基础和技术基础正在逐步夯实（见图1）。

图1 陆相源内非常规石油勘探发现平面图

鄂尔多斯盆地持续加强“ 甜点区（段）” 评价、水平井加体积压裂提产和平台式工厂化部署探索, 勘探发现了上三叠统长71亚段、长72亚段生油层内10× 108 t级庆城大油田, 风险探井城页水平井组在长73亚段成功突破了出油关; 开展西233、庄183、宁89等井区水平井攻关试验, 初步形成了长7段长水平井体积压裂先期补充能量开发的有效动用方式。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组持续开展开发方式对比试验, 提高井间和纵向油层动用程度, 已实现规模增储上产。玛页1井通过直井多层压裂, 二叠系风城组在4 579~4 852 m井段获日产50.6 m3工业油流。

松辽盆地白垩系青山口组页岩油勘探开发取得重大突破和进展, 盆地北部古龙凹陷在古页油平1井青一段2 742~4 214 m井段、英页1H井在青一段获日产超35 m3高产工业油流, 直井缝网压裂、水平井体积压裂提产开发试验取得良好效果。盆地南部长岭凹陷乾安— 大安等页岩油也展现了效益动用潜力。

渤海湾盆地多个富油气凹陷多层系页岩油勘探开发取得重要进展。沧东凹陷官东两口水平井在古近系孔二段测试获日产60 t以上高产, C1甜点首个井组实现稳产, 孔二段页岩油实现了单井产量和井组产建突破。歧口凹陷沙三段页岩油获新发现, 4口井获工业油流。西部凹陷雷家地区沙四段、大民屯凹陷沙四段、束鹿凹陷沙三段、饶阳凹陷沙一段、南堡凹陷沙一段等页岩油勘探取得新发现和新进展。

三塘湖盆地马朗凹陷发现二叠系条湖组凝灰岩含油储集层以来, 针对性开展评价建产一体化技术攻关, 落实3 698× 104 t规模储量并实现效益动用。

四川盆地中北部侏罗系大安寨段、柴达木盆地西部英西地区古近系E32和风西地区新近系N1等源内非常规石油勘探也取得新进展。

2 陆相源内石油聚集“ 甜点” 内涵及类型
2.1 地质内涵

陆相富有机质页岩层系一般在湖盆中部大面积连续分布, 整体普遍含油, 大量钻遇的富有机质泥页岩地层, 绝大多数见到了丰富的油气显示, 证明页岩烃源层系内存在规模石油资源[25, 26, 27, 28, 29]。陆相源内石油聚集是指赋存于陆相富有机质页岩烃源层系内、原地滞留或源内捕获烃类而形成的富液态烃聚集。源内石油主要以吸附态和游离态两种赋存状态存在, 主要储集于微— 纳米级孔喉和裂缝系统中, 游离烃多沿页理面、纹层或与其平行的微裂缝分布。源内石油聚集无自然产能或低于商业石油产量下限, 需要特殊工艺技术措施才能获得商业石油产量。源内石油聚集与源外常规油藏存在明显区别, 源内石油聚集岩性较细但普遍含有机质、储集层普遍较致密但普遍含油、源储组合多样但滞留或捕获烃类概率极高、流体分异较差但地层压力普遍相对较大、资源丰度较低但资源规模更大; 源外常规油藏岩性较粗但普遍不含有机质、储集层物性普遍较好但不一定含油、圈闭类型多样但捕获烃类概率相对较低、流体分异较好但地层压力多变、资源丰度较高但资源规模相对较小。这些区别决定了源内石油聚集勘探开发比源外常规油藏具有更低的资源风险和更高的技术及管理要求。

评价和改造石油富集的源内页岩层系有利储集层“ 甜点” , 是陆相源内石油聚集勘探开发的主要任务[28, 29, 30]。陆相源内石油聚集“ 甜点” 是指在陆相页岩烃源层系内, 在整体含油背景下, 相对更富含油、物性更好、更易改造、在现有经济技术条件下具商业开发价值的有利储集层分布区（段）。“ 甜点” 评价的重要参数包括孔隙度、含油饱和度、含油量、成熟度、压力系数、气油比、页理及微裂缝发育情况、有机质丰度、脆性矿物含量、水平方向应力差等, 其中游离烃、纹理及天然裂缝密度、压力系数、气油比、可压性等是影响开发的关键指标。

2.2 主要类型及地质特征

中国源内石油聚集主体赋存于陆相湖盆页岩层系中, 岩石类型、矿物组成复杂, 形成了极具特色、类型多样的湖相页岩层系储集层“ 甜点” , 是源内捕获及原地滞留油气的有利场所。按照地质条件和沉积特征, 中国陆相页岩层系储集层“ 甜点” 大致可划分为夹层型、混积型和页岩型3类（见图2）：①夹层型储集层“ 甜点” 可以夹砂岩、灰岩、凝灰岩或者其他岩性, 砂岩甜点型是最重要类型, 呈现多层系、多类型、大面积分布特征, 石油主要是以源内薄互层“ 甜点段” 形式富集, 如鄂尔多斯盆地长7段湖盆中部砂岩型“ 甜点” 、三塘湖盆地条湖组凝灰岩型“ 甜点” 等[14, 21]; ②混积型储集层“ 甜点” 主要是受气候韵律和水动力条件变化、不同物源混积、有机质絮凝等多因素形成的纹层状混积页岩层系, 如准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组砂质云质型“ 甜点” 、渤海湾盆地沧东凹陷孔二段白云质型“ 甜点” 、四川盆地侏罗系大安寨段灰质型“ 甜点” 等[19, 20, 23, 24]; ③页岩型储集层“ 甜点” 主要是纯页岩, 具有效孔隙空间和一定渗流能力, 既是生油层也是含油层, 如松辽盆地青山口组纹层型、页理型页岩等[31, 32]。

图2 陆相源内石油聚集“ 甜点” 主要类型及地质特征

中国陆相湖盆沉积明显受区域构造、气候、水动力条件、水介质性质、生物活动等因素控制, 构造和气候是主控因素。区域构造控制湖盆空间分布和区域宏观特征的大格局, 是长尺度的; 气候控制降水量和温度, 对湖盆的塑造和影响更直接, 多为中短尺度[33, 34]。湖盆可划分为淡水湖盆和咸水湖盆。淡水湖盆多发育在湿润气候区, 水位随季节变化, 多为开口敞流湖, 沉积物主要来源于河流, 以机械沉积作用为主, 被搬运物沿搬运方向按颗粒大小依次沉积, 主要为碎屑岩沉积, 以鄂尔多斯盆地延长组沉积期湖盆、松辽盆地青山口组沉积期湖盆等为代表。咸水湖盆发育在干旱气候区, 一般为封闭湖盆, 以化学沉积作用为主, 溶液按矿物溶解度、浓度等大小顺序沉淀, 主要为碳酸盐岩、盐岩、膏盐岩等沉积, 以中国新生代沉积期渤海湾湖盆、柴达木湖盆等为代表。此外还存在过渡类型的湖盆沉积作用, 机械沉积作用和化学沉积作用均有重要影响, 形成了碎屑岩和碳酸盐岩的混合沉积, 以准噶尔盆地东部吉木萨尔凹陷芦草沟组沉积期湖盆为代表。还存在特殊类型的湖盆沉积作用, 如受火山活动强烈影响的湖盆, 形成了火山碎屑岩沉积及富凝灰质岩沉积, 以三塘湖盆地马朗凹陷条湖组沉积期湖盆为代表。

陆相湖盆沉积具有碎屑输入沉积和内生碳酸盐沉积, 对中国源内富有机质烃源层系和源内石油聚集储集层“ 甜点” 形成均有重要的控制作用, 富长英质、云灰质脆性矿物、纹层页理及微裂缝密集的层段一般为储集层“ 甜点段” 。①陆源碎屑从湖岸搬运到湖心, 从浅水区进入深水区, 水动力强度逐渐减弱, 机械沉积分异形成沉积物粒度由粗变细的岩性岩相分带。陆相富有机质页岩的沉积环境为长期下沉并为较深水体所覆盖的湖盆, 半深湖— 深湖区弱还原和还原环境利于有机质快速埋藏和陆相生油层形成, 也利于源内石油聚集形成。半深湖位于浪基面以下的深— 浅湖过渡区, 弱还原— 还原环境, 以泥页岩为主, 多为富有机质的泥页岩或粉砂质— 碳酸盐质泥页岩, 多类纹层普遍发育, 常夹有粉砂岩、碳酸盐岩的薄夹层或透镜体。深湖位于浪基面以下的安静水区, 湖盆中水体最深部位, 缺氧还原环境, 是最有利生油相带, 沉积岩性粒度细、颜色深、有机质含量高、横向分布稳定, 以纯页岩为主, 高密度页理普遍发育[35]。②内生碳酸盐岩主要赋存在咸水封闭湖盆、近海咸化碱化湖盆、㵼湖相湖盆及盐湖中[36, 37, 38]。湖相碳酸盐岩最发育的层段一般构造活动缓和、湖盆沉降与沉积作用缓慢补偿, 湖盆开阔, 水域广布, 藻类等生物大量生长和繁殖, 平面上不同相带碳酸盐岩呈连续或不连续带状环湖岸分布, 滨浅湖区相对隆起的正地形顶部或斜坡地带发育滩相和礁相灰云岩, 半深湖— 深湖区可形成泥晶灰岩和泥灰岩, 多呈薄层状夹在黑色泥页岩中。气候和沉积条件周期性频繁变化, 导致碳酸盐岩层具层数多、单层薄、岩层呈韵律性变化的特点[36]。

受气候、海侵、物源、火山作用、湖底热液等诸多因素影响, 中国陆相淡水和咸水湖盆均形成了复杂岩石类型和沉积构造。①松辽盆地早白垩世青山口组沉积期为温暖湿润气候环境的淡水— 微咸水湖盆, 纵向上各组段周期性干湿变化[34, 35, 36]。气候温暖湿润、湖盆开阔时降雨量大, 地表径流可向湖盆带入大量陆源碎屑物质和钙镁离子成分, 易于形成碎屑岩或混积岩; 而在相对干旱期, 河流受到湖水顶托, 入湖陆源碎屑迅速减少, 水体清澈, 适宜生物繁衍, 导致碳酸盐岩和生物碳酸盐岩相对发育。青山口组沉积早期大规模湖侵形成了陆源输入弱、缺氧、强还原沉积环境, 利于有机质生成、富集以及后期保存, 也促进了页岩储集层页理和粉砂、云灰质岩类纹层形成。②渤海湾盆地古近纪为封闭性咸水湖盆沉积, 各凹陷湖泊彼此分隔、连通性差, 富有机质页岩沉积期为深水微咸— 半咸水湖泊, 湖水内部密度、温度、盐度差异引起长期分层现象, 细粒沉积具有季节性, 易形成纹层状、页理型沉积构造[33, 37, 38]。

中国陆相湖盆页岩层系一般纹理丰富, 页理纹层厚度一般为微米— 毫米级, 横向连续或断续分布。湖盆沉积期气候和沉积环境变化影响水体温度、盐度、陆源碎屑含量、内碎屑碳酸盐含量变化, 物源供给沉积物变化影响沉积物成分、粒度、有机质含量等形成不同纹层, 一般具有二元或三元结构, 二元结构为粉砂与黏土/有机质或碳酸盐质与黏土/有机质高频互层, 三元结构为粉砂、黏土/有机质和碳酸盐质高频互层。陆相页岩层系粒度细, 单个孔隙很小, 几纳米到几十纳米不等, 但总孔隙大, 微小孔隙为源内石油赋存提供了聚集场所。

目前, 通过精细研究, 创新技术方法找准“ 甜点段” 、选对“ 甜点区” 、钻进“ 甜点层” 和压好“ 甜点体” , 并得益于有利地质条件、较高地层压力及适用工程工艺, 鄂尔多斯盆地延长组长7段湖盆中部中高成熟区夹薄砂层页岩层系（见图3）、准噶尔盆地东部吉木萨尔凹陷芦草沟组中等成熟区混积型页岩层系（见图4）、松辽盆地古龙凹陷青山口组一段高过成熟区纹层型及高密度页理型页岩（见图5）、渤海湾盆地沧东凹陷白云质型页岩层系等多口源内油井已获得工业油气, 源内石油聚集勘探开发取得了战略突破或展现良好发展前景。

图3 鄂尔多斯盆地长7段湖盆中部源内砂岩型源内石油聚集剖面（GR— 自然伽马, API; Rt— 电阻率, Ω · m）

图4 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组“ 下甜点段” 混积型源内石油聚集剖面（P2l— 芦草沟组; GR— 自然伽马, API; Rt— 电阻率, Ω · m; Δ t— 声波时差, μ s/m）

图5 松辽盆地古龙凹陷青山口组一段页岩型源内石油聚集综合柱状图（TOC— 总有机碳含量; S1— 游离烃含量）

3 陆相源内石油勘探开发认识及实践
3.1 陆相源内石油聚集主要理论认识

经过近年科技攻关, 陆相源内石油聚集在源储品质、资源评价、甜点参数、开发地质等基础研究方面取得重要理论认识[1, 3, 4, 5, 8, 39, 40]。

①咸水、淡水湖盆两类优质页岩大面积连续分布, 可规模生烃。二叠纪以来, 中国广泛发育大型淡水、咸水长期持续沉降的坳陷和断陷湖盆, 均可保存有机质和形成优质烃源岩, 页岩、泥岩、粉砂质岩、灰质岩、云质岩、凝灰质岩等均可含有机质, 以Ⅰ — Ⅱ 型有机质为主, 热演化程度上多处于液态石油生成阶段, 成熟区主力烃源岩层资源潜力大, 且富集大量可动资源。半深湖— 深湖相是烃源岩形成的最有利相带, 沉积有机质丰度高, 可形成高丰度的页岩有利区（段）。富有机质页岩中有机质纹层广泛存在, 有机质为无定型、不规则的微粒、凝块或絮团, 呈纹层状和条带状。

②页岩层系发育长英质、云灰质、页岩多类有利储集层, 具规模储集能力。页岩层系沉积类型多样, 主要以湖相细粒混源沉积为主, 受气候韵律和水动力条件变化、物源混积、有机质絮凝等多因素影响, 页岩层系广泛发育夹层、块状、纹层状和页理型沉积构造, 纹层状构造单层厚度一般为微米— 毫米级, 页理型构造单层厚度一般为毫米— 微米级, 相邻层成分差异较大, 岩性界面表现出突变特点。同时, 还广泛发育微— 纳米级孔喉系统的粒间孔、晶间孔和页理缝, 粒间孔主要为长英质、云灰质、黏土矿物等矿物形成的粒间孔, 晶间孔主要为黏土矿物晶间孔及次生矿物石英、长石、方解石等溶蚀后形成的晶间孔, 页理缝也是重要储集空间类型, 如青一段页岩页理缝密度可达1 000~3 000 条/m[32], 为源内石油富集提供了良好聚集空间。

③陆相页岩层系石油充注程度高、含油层系多、分布面积广, 石油资源规模大, 存在多类型局部有利储集层“ 甜点” 。近年重点探区勘探研究和初步实践证实, 中国陆相页岩层系具有烃源岩内大规模石油聚集成藏、多层系多类型大面积分布特征。源内石油聚集类型多, 岩性组合主要为大套厚层烃源岩及烃源岩内部孔隙相对发育的粉砂岩、碳酸盐岩、页岩等夹层或纹层等, 具源储共存、生烃增压充注、大规模聚集特征, 成藏不受构造控制, 局部高丰度、高含油饱和度储集层可形成高产潜能的“ 甜点区” 。

④陆相页岩层系存在较多超压、高气油比、天然裂缝及脆性夹层纹层层系, 开发潜力大。部分地区和地层页岩层系具有较好的含油性和可压性, 利于源内石油聚集稳产和有效开发, 是近期勘探开发的主要对象。这些页岩层系具有生烃母质好, 有机碳含量高, 热演化程度较高, 游离烃含量较大, 含油饱和度较高, 部分地区具有较高气油比, 原油品质较好, 可流动性强, 具有良好含油气性; 页岩层系中天然裂缝发育段及纹层页理密集段、粉砂质、钙质、凝灰质等脆性夹层或纹层发育段, 具较好可压性。此外, 页岩层段发育、热演化程度高的地区, 黏土矿物转化成伊利石, 也具有较好的脆性和可压性。

3.2 陆相源内石油勘探开发关键技术

陆相源内石油勘探开发实践, 正推动形成以“ 甜点勘探” 和“ 体积开发” 为核心的勘探开发关键技术系列[1, 2, 41, 42, 43], 推广应用已取得初步明显应用成效（见表1）。

表1 中国石油探区陆相源内石油聚集“ 甜点勘探” 和“ 体积开发” 关键技术系列

以“ 甜点” 为攻关对象, 创新研发源内勘探多尺度精细表征和评价预测的实验分析、基础地质、测井地震等技术, 正在建立完善“ 甜点勘探” 技术系列。通过一整套研发关键参数实验方法技术, 一次性取全取准取心井、测录井地质资料, 一体化采集处理解释新、老三维地震资料, 建立了有利储集层“ 甜点段” 和“ 甜点区” 刻画方法, 创新了地质、工程一体化甜点平面和纵向精细评价和地震预测技术, 开展不同地区、不同层位、不同成熟度的甜点勘探评价和部署工作, 加强重点陆相页岩层系区带整体研究和技术攻关, 有效指导了井位部署、水平井导向、压裂方案优化设计, 初步形成了一套源内石油聚集“ 储集层甜点” 勘探模式, 进一步完善可更好应用于各探区整体控制源内石油聚集空间分布和资源规模。①鄂尔多斯探区将围绕湖盆中部有利区带深入评价, 优选勘探富集区和开发建产区, 加大三维地震部署力度, 优化部署探井, 加强源内长7段砂岩型“ 储集层甜点” 评价预测, 尽快整体认识储量规模、整体开发核心区。②准噶尔探区将继续加强吉木萨尔凹陷芦草沟组上、下两套混积型“ 储集层甜点” 精细预测和开发布井, 稳步推进百万吨国家示范区建设, 推进玛湖凹陷风城组白云质型“ 储集层甜点” 整体评价和整体突破。③松辽探区将以盆地北部轻质油有利区带为重点, 兼顾盆地南部源内石油预探评价, 进一步加强青山口组下部纹层型和页理型页岩“ 储集层甜点” 精细地质评价, 尽快整体控制“ 甜点区” 和落实资源规模。④渤海湾探区将重点围绕沧东凹陷孔二段白云质型等不同层系“ 储集层甜点段” , 整体落实资源规模。⑤三塘湖探区芦草沟组、四川探区侏罗系大安寨段等页岩层系, 将针对性开展不同类型“ 储集层甜点段” 识别预测攻关, 甩开预探和评价, 力争尽快取得突破。

以“ 甜点” 为作业对象, 创新建立源内石油聚集开发方式、布井方式、压裂机理、驱油机理、开发配产、提高采收率、经济模型、后期生产等“ 体积开发” 技术体系。研发形成“ 体积开发” 工程技术系列[41], 为推进源内石油整体发展提供基本技术保障（见表1）。①长水平井、小井距、大井丛布井技术打破了常规油藏传统注水方式, 初期采用渗吸置换超前补能的开发方式, 水平段长度优化、大井丛-立体式布井可提高储量动用程度, 井距优化可提高采油速度和采收率。②丛式三维水平井优快钻完井技术, 通过集成优快钻井、强化小井场大井丛钻井和完善降摩减阻技术, 使钻井提速见到效果, 提高单平台完钻井数, 提升水平段长度。下步需继续加强水平井钻完井技术攻关, 在设计上首先实现两开两趟钻, 进一步缩短钻井周期和降低成本。③细分切割体积压裂提高单井产量技术, 历经长期探索、多次室内研究与现场实践, 已形成水平井体积压裂关键技术, 可有效提高缝控程度和单井产量。下步需加强3方面攻关试验, 一是加强水平井高效分段压裂技术攻关试验, 进一步优化压裂液配方和支撑剂、优化压裂段数和簇数、优化压裂规模, 形成适用配套的压裂技术体系, 进一步提高压裂施工效率; 二是加强不同压差的试油排采试验, 既能保证不出砂, 同时保持稳定的压力, 获得稳定的产量; 三是加强水平井裂缝监测和产液量监测技术攻关。④以平台化工厂化作业技术为核心, 通过平台化布井、批量化钻井、拉链式压裂、数字化智能化配套采油工艺, 有效提高效率, 减少地面投资, 构建项目化管理、市场化运行、平台化布井、工厂化作业、智能化管控“ 五化” 全生命周期管理体系。⑤超前研发磁导向钻井、加热系统等原位转化关键技术与装备, 为规模开发中低成熟页岩油储备技术。

先导试验是实践“ 甜点勘探” 和“ 体积开发” 的重要利器, 为源内石油规模、经济、有效开发提供重要科学依据。针对不同类型“ 储集层甜点” 优选先导试验区, 开展平台式水平井先导开发试验, 重点开展产能、经济和工艺评价, 取全取准各项基础数据, 逐步加大试验规模, 推广应用长水平段、小井距、大井丛水平井布井技术。长庆油田是中国源内非常规石油先导试验的先行者和示范者, 从2013年开始探索长7段源内石油聚集有效提高单井产量途径, 通过系统研究试验增产机理、裂缝设计、高效低成本压裂工艺及工具材料, 创新细分切割、补充能量、渗吸驱油压裂等设计, 研发平台整体压裂优化、可溶球座压裂、驱油型压裂液关键技术, 实施关键参数经济优化、多簇裂缝精细控制、工具材料自研自产等降本措施, “ 多层系、立体式、大井丛、工厂化” 探索, 先后建成西233、宁平1、庄183、宁89等源内石油聚集开发试验区, 25口水平井试油平均日产超百立方米, 集成创新以长水平井、小井距、大井丛、细分切割体积压裂为核心的5大技术系列18项配套技术, 建成了中国井数最多、井段最长的大丛式水平井组, 创造了单井段数最多、单日施工效率最高的压裂施工新记录, 规模效益开发成效明显。鄂尔多斯盆地湖盆中部长7段、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组“ 下甜点段” 、松辽盆地青一段、渤海湾盆地沧东凹陷孔二段是“ 十四五” 中国石油探区源内非常规石油增储上产的主力层系, 仍需围绕瓶颈问题, 针对性开展先导试验：①鄂尔多斯探区需针对长7段规模建产新层系新区块和地层能量补充技术, 坚持先导试验先行, 开展开发现场试验, 着力解决体积开发面临的压窜、井间干扰、储集层充分改造、主力贡献层确定、产液剖面测量、分段井间示踪剂、井下微地震、水平段动用程度、双层水平井开发等瓶颈问题, 为长7段源内石油规模有效开发提供扎实依据; ②准噶尔探区需重点加强吉木萨尔凹陷芦草沟组“ 下甜点段” 水平井组开发先导试验, 优选井区试验“ 小井距、大井丛立体交错、工厂化” 建产新模式, 同时试验CO2提采前置开发效果; ③松辽探区需重点开展古龙凹陷水平井先导试验区开发试验, 突出不同长度、井距、井深、轨迹等主体配套技术试验; ④渤海湾探区重点围绕沧东凹陷官西地区孔二段, 建设水平井与大斜度井相结合的效益建产试验区。

4 陆相源内石油资源地位、挑战及举措

中国陆相源内中高成熟度石油资源潜力大, 主要分布在鄂尔多斯、松辽、准噶尔和渤海湾等盆地, 是未来现实性接替石油资源, 勘探开发前景可期。鄂尔多斯盆地、松辽盆地和渤海湾盆地是3个50× 108 t级以上资源规模源内石油超级盆地, 准噶尔盆地和四川盆地是2个20× 108 t级以上资源规模源内石油大型盆地, 柴达木盆地、三塘湖盆地也是重要的亿吨级资源规模源内石油重要盆地（见图1）。鄂尔多斯盆地长7段, 准噶尔盆地芦草沟组、风城组, 渤海湾盆地孔二段、沙四段、沙三段、沙一段, 松辽盆地青山口组等源内石油是未来石油勘探重大领域和战略方向, 四川盆地大安寨段、三塘湖盆地芦草沟组、柴达木盆地干柴沟组等源内石油也有较大的潜力, 都将是支撑中国原油2× 108 t长期稳产的重要石油资源。此外, 中国陆相中低成熟度页岩油资源主要分布在鄂尔多斯盆地长7段、松辽盆地嫩江组等中低成熟度富有机质页岩中, 通过原位加热转化有望实现有效开采, 如能突破“ 技术关、经济关” , 将成为未来重大战略性接替石油资源。

未来陆相源内石油勘探开发仍面临诸多挑战：①地质基础研究方面, 页岩层系储集物性差, 以微纳米孔喉系统为主, 在温度场、压力场和应力场演化条件下的烃类流体与孔缝介质耦合关系尚不明确; ②评价标准和评价体系方面, 页岩层系石油资源聚集机理、富集主控因素有其自身特点, 针对“ 甜点区/段” 评价, 源内石油尚缺乏精细描述, 甜点钻遇率仍较低, 亟需建立储集性、含油性、流动性和可压性“ 新四性” 评价参数标准与方法技术; ③开发理论技术方面, 陆相源内石油聚集与海相页岩油差异明显, 不能简单照搬现有水平井+体积压裂技术, 相态判断、流动机理、开发方式、布井方式、开发配产、经济模型, 以及压裂作用机理、提高采收率技术仍需深入研究, 亟需发展针对性“ 体积开发” 技术系列; ④工程技术和工程工艺方面, 水平井钻完井速度慢、周期长, 测录井技术及水平井监测技术等还不适应, 特别是压裂改造技术还不成熟, 还面临“ 压不开、撑不住、返排低、稳产难” 的挑战; ⑤创新体制机制、有效动用开发方面, 目前仍不适应源内石油聚集低品位资源有效开发动用, 仍面临单井产量低、钻井时效差周期长、方案设计待优化等挑战; ⑥中低成熟度页岩油原位转化核心技术与装备尚未形成, 亟需建立页岩油实验室夯实研究基础、完善评价参数, 适时开展页岩油转化潜力与技术、经济可行性现场试验, 加快掌握原位转化小井眼、小井距水平井钻完井、超长时间连续加热等核心技术和关键设备。

国内外勘探开发实践表明, 陆相源内石油资源只有以非常之举、革命性措施才能实现规模效益发展[1, 5, 39, 44, 45]。依据中国石油探区源内石油地质条件和发展实际, 坚持“ 先易后难, 集中勘探规模增储, 开发试验引领效益开发” 的原则, 实施“ 集中建设、有序推进、探索准备” 发展战略, 精心谋划, 分层次推进, 最终实现中高成熟和中低成熟两类陆相源内页岩层系石油“ 体积开发” , 实现规模效益开采（见图6）。第1层次, 集中建设资源落实且开发主体技术基本成熟的鄂尔多斯盆地长7段、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷核心区芦草沟组、渤海湾盆地沧东凹陷孔二段、三塘湖盆地条湖组源内石油, 推动快速上产; 第2层次, 有序推进勘探取得突破并具备一定开发试验基础的松辽盆地青山口组、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷外围区芦草沟组、玛湖凹陷风城组源内石油, 实施一体化增储建产; 第3层次, 探索准备有前景潜力的四川盆地侏罗系、渤海湾盆地沙河街组、柴达木盆地新生界等源内石油, 做好资源评价和技术储备; 第4层次, 稳步推进中低成熟度页岩油战略部署和探索攻关。

图6 陆相源内石油聚集“ 体积开发” 模式图

5 结论

中国陆相页岩烃源层系内普遍存在规模石油资源, 源内石油聚集是原地滞留或源内捕获的烃类聚集, 资源规模大。源内整体含油背景下发育的夹层型、混积型和页岩型3类主要有利储集层“ 甜点” 相对更富含油、物性更好、更易改造, 具商业开发价值, 开发潜力大。

通过近年科技攻关, 陆相源内石油聚集源储组合、资源分布、甜点评价、开发地质等基础研究认识正逐步深入, 以“ 甜点勘探” 和“ 体积开发” 为核心的勘探开发关键技术系列正逐步形成, 先导试验将为源内石油聚集经济有效开发不断提供重要科学依据, 重点探区重点层系源内石油聚集已呈现出良好理论技术基础和勘探开发前景。

源内石油聚集的生储盖组合与常规油藏明显不同, 是一套全新的成藏体系, 目前研究和探索仍处于起步阶段, 有些地质认识可能不完全成熟, 基础研究可能还不完全深入, 如泥页岩细化细粒沉积相带、页岩层系源储耦合机制、烃类流动机理等方面研究, 技术研发可能还不完全切中要害, 如适用性开发工程技术、低成本工厂化作业、压裂液作用等。但我们坚信, 通过持续的工业实践推动, 认识将进一步深化, 技术将进一步完善, 中国的源内石油聚集终会迎来大发展。

致谢：本文在撰写和研究中得到中国石油勘探与生产分公司、科技管理部、各油气田企业和科研院所的帮助和支持, 在此一并致谢。

（编辑 王晖）

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