引用本文
赵贤正, 周立宏, 蒲秀刚, 金凤鸣, 韩文中, 时战楠, 陈长伟, 姜文亚, 官全胜, 许静, 刘学伟, 张伟, 马建英. 湖相页岩型页岩油勘探开发理论技术与实践——以渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组为例[J]. 石油勘探与开发, 2022,49(3): 616-626.
ZHAO Xianzheng, ZHOU Lihong, PU Xiugang, JIN Fengming, HAN Wenzhong, SHI Zhannan, CHEN Changwei, JIANG Wenya, GUAN Quansheng, XU Jing, LIU Xuewei, ZHANG Wei, MA Jianying. Theories, technologies and practices of lacustrine shale oil exploration and development: A case study of Paleogene Kongdian Formation in Cangdong sag, Bohai Bay Basin, China[J]. Petroleum Exploration & Development, 2022,49(3): 616-626.  
Doi: 10.11698/PED.20220065
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湖相页岩型页岩油勘探开发理论技术与实践——以渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔店组为例
赵贤正, 周立宏, 蒲秀刚, 金凤鸣, 韩文中, 时战楠, 陈长伟, 姜文亚, 官全胜, 许静, 刘学伟, 张伟, 马建英
中国石油大港油田公司,天津 300280
联系作者简介：蒲秀刚（1968-）,男,四川阆中人,博士,教授级高级工程师,主要从事非常规油气成藏、层序地层、沉积储集层综合研究和油气勘探方面的工作。地址：天津市滨海新区大港油田幸福路1278号,邮政编码：300280。E-mail：puxgang@petrochina.com.cn

第一作者简介：赵贤正（1962-）,男,浙江义乌人,博士,李四光地质科学奖、孙越崎能源大奖获得者,中国石油大港油田公司教授级高级工程师,主要从事油气勘探与开发综合研究和管理工作。地址：天津市滨海新区大港油田三号院,中国石油大港油田公司,邮政编码：300280。E-mail: xzzhao@petrochina.com.cn

收稿日期: 2022-01-17 修回日期: 2022-04-02
基金项目: 国家重点研发计划“重复可控冲击波技术现场适用性研究”（2020YFA0710504）; 中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目（2021DQ0508）; 中国石油天然气股份有限公司科技重大专项“陆相中高成熟度页岩油勘探开发关键技术研究与应用”（2019E-2602）
摘要

针对湖相页岩型页岩油高产稳产主控要素不清楚、页岩油生产规律不明确等问题,综合利用沧东凹陷古近系孔店组二段4口井700 m系统取心、十万余条分析数据和试油资料对湖相页岩型页岩油实现高产稳产的理论认识基础、勘探开发关键技术、页岩油的开发效果及生产规律等进行分析和总结。提出“三高一低”优质页岩是页岩油富集的物质基础、中偏高热演化是页岩油富集有利条件、纹层状长英质页岩是湖相页岩型页岩油最优富集层等页岩油富集理论认识。形成了富集层及富集区评价预测技术、水平井开发井网部署技术、页岩油储集层压裂工艺技术、页岩油排采制度优化技术等支撑页岩油高产稳产的勘探关键技术方法。理论认识与技术方法指导实现了沧东凹陷页岩油的高产稳产,其中4口水平井单井日产页岩油突破百吨,GY5-1-1L井日产油达208 m3;截至2022年4月,28口生产井日产油稳定在300~350 t,累产油17.8×104t。揭示了页岩油水平井自喷阶段产量呈指数递减、机械采油阶段产量呈台阶状递减后再趋于稳定的生产规律,采出页岩油轻烃类组分比例与日产油量呈正相关性且在试采进程中逐渐减少。

关键词: 湖相; 页岩型页岩油; 富集高产; 孔二段; 沧东凹陷; 黄骅坳陷
中图分类号:TE122 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2022)03-0616-11
Theories, technologies and practices of lacustrine shale oil exploration and development: A case study of Paleogene Kongdian Formation in Cangdong sag, Bohai Bay Basin, China
ZHAO Xianzheng, ZHOU Lihong, PU Xiugang, JIN Fengming, HAN Wenzhong, SHI Zhannan, CHEN Changwei, JIANG Wenya, GUAN Quansheng, XU Jing, LIU Xuewei, ZHANG Wei, MA Jianying
Dagang Oilfield Company, PetroChina, Tianjin 300280, China
Abstract

As the main factors affecting stable and high production and the production regularity of lacustrine shale oil are unclear, the theoretical understandings, key exploration and development technologies, development effect and production regularity of lacustrine shale oil have been analyzed and summarized based on 700 m cores taken systematically from Paleogene Kong 2 Member of 4 wells in Cangdong sag, over 100 000 analysis data and formation testing data. Three theoretical understandings on shale oil enrichment and high production have been reached: (1) High-quality shale with “three highs and one low” is the material base for shale oil enrichment. (2) Medium-slightly high thermal evolution degree is the favorable condition for shale oil enrichment. (3) Laminar felsic shale is the optimal shale layer for oil enrichment in semi-deep lake facies. Key exploration and development technologies such as shale oil enrichment layer and area evaluation and prediction, horizontal well pattern layout, shale oil reservoir fracturing, optimization of shale oil production regime have been established to support high and stable shale oil production. Under the guidance of these theoretical understandings and technologies, shale oil in Cangdong sag has achieved high and stable production, and 4 of them had the highest production of over 100 tons a day during formation testing. In particular, Well GY5-1-1L had a daily oil production of 208 m3. By April, 2022, the 28 wells combined have a stable oil production of 300-350 tons a day, and have produced 17.8×104t of oil cumulatively. It is found that the shale oil production of horizontal well declines exponentially in natural flow stage, and declines in step pattern and then tends stable in the artificial lift stage. Proportion of light hydrocarbons in produced shale oil is in positive correlation with daily oil production and decreases regularly during production test.

Keyword: lacustrine; shale-type shale oil; enrichment and high production; Kong 2 Member; Cangdong sag; Huanghua depression
0 引言

近年来海相页岩油的规模性商业开发助推美国原油产量快速增长, 且页岩油年产量已占其原油产量的一半以上[1, 2], 不仅实现了油气的自给自足, 而且重新塑造了全球能源格局[3, 4]。而中国湖相页岩油勘探开发起步较晚, 但得益于基础地质理论认识的深化及工程工艺技术的进步, 目前在渤海湾盆地古近系孔店组[5, 6, 7, 8, 9]和沙河街组[10, 11, 12, 13]、准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组[14]和玛湖凹陷二叠系风城组[15]、松辽盆地白垩系青山口组[16]和鄂尔多斯盆地三叠系延长组[17]等多套页岩层系中已取得了重大勘探进展, 多个盆地页岩油已进入工业化开发阶段。由于中国陆相含油气盆地构造条件复杂、地层非均质性强、成熟度差异大、原油性质变化大, 造成水平井单井产量高低不均匀、高产稳产难度大, 制约了中国湖相页岩油的进一步规模效益开发。中国页岩油资源发展战略研究报告指出, 加强湖相页岩油气勘探开发已成为保障国家能源供应安全的重要途径, 而中高成熟度页岩油是当前战略突破的重点领域[18]。

沧东凹陷属于中国东部渤海湾盆地新生代断陷湖盆, 古近系孔店组二段（简称孔二段）页岩油富集层系主要形成于湖盆的半深水— 深水沉积区, 为典型的深盆湖相纹层型页岩层系, 纵向厚度可达到400 m, 页岩油资源潜力大、前景广阔, 但也面临高产稳产主控条件不清、页岩油生产规律不明等难题。笔者以沧东凹陷孔二段为例, 利用700 m系统取心和十万余条分析化验数据、37口已投产水平井试油试采资料及测录井资料等, 重点针对深盆湖相页岩油高产稳产的关键理论和工程技术进行了总结分析, 以期为中国陆相页岩油的勘探部署和开发方案提供参考和借鉴。

1 区域地质及勘探开发概况
1.1 区域地质概况

沧东凹陷位于渤海湾盆地腹地沧县隆起、徐黑凸起及孔店凸起之间, 是古近纪区域性拉张背景下发育的断陷湖盆, 平面上划分为南皮斜坡、孔东斜坡、孔西斜坡、孔店构造带及舍女寺断鼻5个构造单元[19, 20]。湖盆主要沉积地层为孔店组, 自下而上为孔三段、孔二段和孔一段, 其中孔二段是以厚层泥页岩为主夹砂岩的孔店组湖泛期沉积, 湖盆边部发育辫状河三角洲中细砂岩为主的粗粒沉积, 湖盆中部主要为泥页岩（见图1a）。孔二段自下而上划分为4个四级层序（SQEk24— SQEk21）、10个五级层序（Ek21SQ①— Ek24SQ⑩）[21]（见图1b）, 其中SQEk23— SQEk21为厚300~500 m的高有机质丰度页岩段, 面积达1 187 km2, 进一步划分出可全区追踪对比的21个小层。

图1 沧东凹陷区域构造位置图（a）及层序地层综合柱状图（b）
（LST— 低位体系域; EST— 湖扩体系域; HST— 高位体系域）

1.2 湖相页岩油勘探开发概况

笔者曾提出页岩油“ 两类五型” 划分方案[10, 22], 即砂岩运移型和页岩滞留型两大类和“ 纹层型、混积型、夹层型、互层型、厚层型” 5种页岩油子类型, 焦方正等提出“ 夹层型、混积型和页岩型” 的页岩油划分方案[23], 其中孔二段页岩油属于滞留富集的页岩型页岩油类型。

为实现沧东凹陷该类型页岩油勘探突破, 2008— 2013年, 大港油田开展了全凹陷构造精细解释、五级层序的沉积微相精细研究, 明确了湖盆沉积圈层结构[24], 页岩油主要分布于内圈; 2014— 2016年, 钻探G108-8井并系统取全孔二段岩心达500 m, 明确了孔二段页岩油“ 七性特征” , 钻探直井G1608, 获日产油47.1 t的高产油流, 证实了孔二段页岩油勘探潜力; 2017年, 部署两口先导试验井GD1701H和GD1702H获得标志性突破, 最高日产油达68.3 t, 标志着水平井突破湖相页岩型页岩油工业油流关, 稳定生产700余天, 累产油达2.0× 104t; 2019年以来, 沧东凹陷页岩油利用8个平台完钻水平井44口, 压裂40口井, 开井37口, 超百吨井4口, 累产油已达17.8× 104t, 建成了年产10万吨级的页岩型页岩油开发示范区。

同时拓展歧口凹陷沙三段页岩油勘探, 2020年部署的B56-1H井最高日产油38.4 t, 放喷397 d, 累产油6 183 t, 返排率18.56%; 2021年歧口凹陷沙一段下亚段（简称沙一下）页岩油风险勘探再获重要突破, 部署的QY1H井最高日产油80 m3, 放喷170 d, 累产油3 919 t, 返排率13.85%。

2 湖相页岩油富集高产理论技术

经过10余年攻关研究, 创新形成了“ 成藏富集、靶层选择、井位部署、压裂工艺、开发对策” 等支撑湖相页岩油高产稳产的理论认识与勘探关键技术方法。

2.1 页岩油富集理论认识

2.1.1“ 三高一低” 优质页岩是页岩油富集的物质基础

G108-8、G19-25等井700 m系统取心和10万余条分析数据分析表明, 孔二段页岩具有高频纹层结构、高有机质丰度、高长英质等脆性矿物含量、低黏土含量的“ 三高一低” 地质特征, 是页岩油形成与富集的物质基础[5, 22]。孔二段页岩有机质类型主要为Ⅰ 型和Ⅱ 1型, TOC值为2%~6%, 平均值为4.87%, 最高可达12.92%, 烃源岩品质好, 奠定了页岩油形成的生烃基础。储集空间主要是纳米级至微米级有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔等基质孔隙和层间缝、构造缝、异常压力缝、成岩收缩缝等各类微裂缝, 是页岩油运移与聚集的重要通道与载体（见图2）。不同矿物组合形成微观“ 源储” 韵律叠置互层, 有利于页岩油的滞留和富集, 其纹层密度可达11 000层/m（见图3）。S1值为0.3~12.4 mg/g, 平均值为3.21 mg/g, 局部长英质矿物纹层含油超过18 mg/g, OSI值为23.6~735.6 mg/g, 平均值为168.6 mg/g。页岩粒径普遍小于0.062 5 mm, 其中粒径小于0.003 9 mm的矿物占比达到75%, 主要由陆源碎屑（石英、长石）、碳酸盐（方解石和白云石）、黏土及其他矿物（方沸石、黄铁矿等）组成, 陆源碎屑平均含量超过50%, 而黏土矿物平均含量仅为16%, 为页岩油高效压裂改造奠定了工程基础。

图2 沧东凹陷孔二段页岩储集空间类型
（a）GX12X1井, 2 568.86 m, 扫描电镜, 长英质页岩, 有机质孔; （b）GX12X1井, 2 571.21 m, 扫描电镜, 长英质页岩, 有机质边缘收缩缝; （c）G19-25井, 3 380.07 m, 扫描电镜, 混合质页岩, 颗粒边缘缝及晶间孔; （d）G108-8井, 2 977.18 m, 扫描电镜, 灰云质页岩, 颗粒溶蚀孔; （e）G19-25井, 3 361.26 m, 扫描电镜, 灰云质页岩, 晶间孔; （f）G108-8井, 2 978.83 m, 扫描电镜, 混合质页岩, 微裂缝; （g）GX12X1井, 2 567.96 m, 扫描电镜, 灰云质页岩, 粒间孔; （h）G108-8井, 2 980.32~2 980.40 m, 岩心, 灰云质页岩, 异常压力缝; （i）G108-8井, 3 170.23~3 170.32 m, 岩心, 长英质页岩, 层理缝

图3 沧东凹陷孔二段页岩纹层及含油特征
（a）G19-25井, 3 367.63~3 367.93 m, 长英质纹层发黄白色中亮光, 岩心荧光扫描图像; （b）G19-25井, 3 355.95 m, 长英质页岩, 长英质纹层发蓝白色中亮光, 荧光; （c）G108-8井, 3 109.86 m, 长英质页岩, 整体为白色中亮荧光, 主要为油质沥青, 沿纹层聚集, 荧光; （d）G108-8井, 3 210.03 m, 整体为白色亮荧光, 沿纹层聚集, 荧光

2.1.2 中偏高热演化是页岩油富集有利条件

笔者前期研究证实[5, 8, 22], 不同类型干酪根单位有机碳含油率均随着Ro值的增大呈现先上升后下降的趋势, 明确烃源岩热演化程度为0.7%~1.2%时, 对应埋深在3 300~4 300 m, 此区间范围页岩中滞留可动烃量相对较大, 约占总烃量的20%~60%。通过对沧东凹陷20口水平井折算为千米水平段后稳定生产180 d平均日产油与Ro关系分析证实（见图4）, Ro值为0.7%~1.1%时, 产量一般高于5 t/d, 且页岩油产量随Ro值增大而增加。中偏高热演化页岩滞留烃量大、气油比高、原油黏度低, 是页岩油高产的必要条件。

图4 折千米水平段180 d平均日产油与Ro关系

2.1.3 纹层状长英质页岩是湖相页岩型页岩油最优富集层

笔者前期将沧东凹陷孔二段页岩层系划分为纹层状长英质页岩、纹层状混合质页岩、薄层状灰云质页岩、厚层状灰云质页岩4类页岩组构相[5], 其中纹层状长英质页岩具有高长英质、高纹层频率、高TOC值及超越效应明显等特征, 纳米CT及核磁共振实验可见孔隙层状分布、连通性好, 可动流体饱和度高达46.7%[25], 微钻取样后富长英质纹层索氏抽提含油量达20 mg/g, 是页岩油的最优富集层。GD1702H井产液剖面测量分析也证实, 纹层状长英质页岩是产量的主要贡献者, 长度占总水平段的38.5%, 而产油量占全井段产量的74.8%, 百米日产油量大于3 t。纹层状长英质页岩主要发育于前三角洲— 半深湖长英质矿物输入程度较高的区域, 而长英质矿物波及程度弱的深湖区域主要发育碳酸盐纹层与黏土有机质纹层, 纹层状碳酸盐岩则成为该区域页岩油相对有利的富集层。

2.2 富集层及富集区评价预测技术

基于上述页岩油形成并滞留富集的条件, 从页岩层系的含油性、生烃特性、储集性及可压性等方面, 优选出TOC、Ro、页岩厚度、S1、OSI、脆性指数、孔隙度7项参数, 并结合长英质页岩组构相地震属性反演, 开展富集层和富集区评价预测。

2.2.1 页岩油富集层评价

烃源岩特性、储集性、含油性与可压性等是影响页岩油富集的主控因素[8, 10, 22, 25, 26]。以G108-8等井12000余块次分析联测数据为基础, 优选TOC、Ro、S1、OSI、脆性指数以及孔隙度等参数[10, 22, 25], 在中高热演化（Ro值为0.7%~1.2%）埋深区间内, 将TOC> 2%、S1> 2 mg/g、OSI> 100 mg/g、脆性指数大于50%、孔隙度大于3%且连续厚度大约10 m的页岩层确定为页岩油富集层（见表1）, 研究区钻遇井实际评价来看, 富集层厚度一般为10~40 m。在富集层内再进一步确定钻探靶层, 钻探靶层是在富集层内进一步优选出的含油性及可压性更好的钻探目的层段, 是水平井实钻入窗的标志层, 研究表明, TOC值并不是越高越好, 对于页岩型页岩油的富集且可动有一个适中区间[8, 10], 具体将TOC值为2%~4%、S1> 3 mg/g、OSI> 150 mg/g、脆性指数大于75%、孔隙度大于5%且连续厚度大于10 m的富集层优选为钻探靶层（见表1）, 研究区单个钻探靶层厚度一般10~15 m。

表1 页岩型页岩油富集层和钻探靶层评价参数及评价标准（据文献[10, 22, 25, 26]修改）

通过评价, 沧东凹陷孔二段363.6 m页岩层系识别出了8个富集小层, 在富集层内进一步优选出8个适于水平井钻探与压裂改造的靶层（见图1b）。

为进一步提高靶层钻遇率, 开展了测井约束下靶层的地震反演预测。G108-8井地层岩性与电性特征分析表明, 页岩表现为低密度、高声波时差、高电阻率的特征, 其中长英质页岩表现为高声波时差、中密度、中高电阻特征, 灰云质页岩表现为低声波时差、高密度、高电阻特征, 混合质页岩表现为低声波时差、高— 中密度、中高电阻特征, 这与砂岩、泥岩等有较为明显的差别。据此, 优选出声波时差和电阻率为纹层状长英质页岩识别的敏感参数, 在地震资料保幅拓频（主频18 Hz提高至25 Hz）的基础上, 通过电阻率拟合声波反演、速度反演分别去掉低阻泥岩、常规砂岩的地震信息, 两者融合识别岩性甜点和钻探靶层。

以上述水平井钻探靶层评价预测为指导, 实现了富集层钻遇率和单井产量的双提升（见图5）。GY5-1-1L、GY5-1-9H井钻探靶层厚9 m, 富集层钻遇率由早期的55%提高到90%以上。以GY5-1-1L井为例, 该井投产180 d平均日产油达28.3 t, 与相邻平台同层系早期完钻井GY1-1-5H井相比增加了22.4 t, 折算180 d平均百米日产油由1.4 t提高至4.0 t。

图5 沧东凹陷孔二段水平井90 d百米产油量与百米富集层钻遇率相关性

2.2.2 页岩油富集区评价

富集区评价综合地震属性预测和地质多井评价两方面。地质方面选取游离烃、有机碳含量、脆性矿物含量等参数进行测井解释[10, 25], 同时叠合热演化成熟度、构造等值线, 地震方面通过声波时差-电阻率等敏感曲线重构开展测井约束融合地震反演。以孔二段一亚段为例（见图6）, 根据构造埋深和试油情况, 通过关键地质参数叠合评价与地震融合反演评价相结合筛选出Ⅰ — Ⅲ 类甜点面积417 km2（见图6b）。其中Ⅰ — Ⅱ 类甜点地震上呈高波阻抗特征（见图6a）, 脆性矿物含量可达75%, Ro> 0.6%, TOC值平均大于2%, 埋深3 000~4 200 m, 优质甜点段厚度大于10 m, Ⅲ 类甜点一般呈中低波阻抗特征, 分布于沧东凹陷官西低斜坡区。

图6 沧东凹陷孔二段一亚段测井敏感曲线融合地震反演（a）及甜点综合评价图（b）

2.3 页岩油水平井开发井网部署技术

2.3.1 水平井间距优选

为探索最佳井距, 部署130~400 m等多种井距试验井组, 1#平台GD1702H与GY1-1-6H井距离130 m, GY1-1-6H井压裂导致GD1702H井日产油由12.00 t下降至1.85 t, 排液近11个月产量仍未恢复, 证实小井距130 m易发生压裂干扰。5#平台GY5-1-1L井、GY5-1-9H井、GY5-3-1L井等5口井井间距260~300 m, 压裂时未产生明显干扰, 投产后实现了单井日产30 t以上高产稳产, 表明水平井间距260~300 m时可有效避免井间压采干扰。37口水平井电位法、声发射等裂缝监测结果表明, 在压裂规模为砂量2.5~2.8 m3/m, 液量25~32 m3/m的情况下, 压裂裂缝平均半长约100 m, 最大半缝长主要为140~150 m[22]。综合分析认为, 目前压裂规模下300 m是比较理想的优选井距。

2.3.2 水平井方位与长度优化

沧东凹陷断裂发育, 水平井过断层后容易造成断层附近井筒套变, 为避免穿断层, 水平井尽量在一个断块内部署, 由此限制了水平段长度。数值模拟表明, 水平井井轨迹方位与最大主应力方向夹角90° 时, 累积产油量最高, 相同角度下增加水平段长, 累产油增加幅度更大。因此, 在兼顾水平井方位与最大主应力方向夹角越大越有利于体积缝网改造的同时, 尽量增加水平井段长度。正交多极子阵列声波（XMAC）及水平井压裂缝监测结果表明, 区域主应力以北东30° ~45° 为主, 现场实施过程中水平井方位与最大主应力夹角60° ~90° 范围内, 适当调整水平井方向, 增加水平井长度实现提产。例如5号井场GY5-1-9H井轨迹与最大主应力夹角73° , 声发射裂缝监测显示, 裂缝复杂、改造体积大, 最高日产油192 m3, 稳定生产420 d, 累产油10 348 t; 7号井场GY7-1-1L井轨迹与最大主应力夹角20° , 从电位法裂缝监测显示压裂裂缝顺井筒小角度延伸, 改造体积小, 目前生产503 d累产油仅470 t。

2.4 页岩油储集层压裂工艺技术

2.4.1 压裂段簇设计

本文研究提出了“ 一优控段、四高定簇、差异设计” 地质工程一体化的压裂段簇优化方法[27]。一优控段是指优先选择纹层状长英质页岩组合模式作为压裂段; 四高定簇是优选高气测、高电阻、高TOC值或S1值、高可压性的位置作为射孔压裂簇点; 差异设计是针对不同岩性、不同套变风险制定不同压裂工艺, 纹层状长英质页岩可压性好, 优选长段多簇分段方式, 单段簇数7~9簇, 单段长度70~120 m, 灰云质页岩可压性差, 优化单段簇数5~7簇, 单段长度50~80 m, 提高各簇裂缝开启程度, 保证改造效果[22]。同时在套变风险区如狗腿度突变处增大段簇间距, 控制压裂规模、防止套变。

2.4.2 压裂材料配制

为满足页岩油储集层压裂液体系造体积缝与携砂量的双重要求, 优化形成了0.1%降阻剂B+0.5%黏土稳定剂+0.3%助排剂+0.05%破胶剂的低黏滑溜水体系, 降阻率大于70%, 防膨率为85%; 研制出0.5%~0.7%降阻剂B+0.5%黏土稳定剂+0.3%助排剂+0.05%破胶剂的高黏滑溜水体系, 高速剪切75 min后变黏滑溜水压裂液的黏度仍能保持在40 mPa· s以上, 破胶液黏度为1.80 mPa· s。通过多级裂缝数值模拟, 明确一级次裂缝导流能力为1.55 μ m2· cm, 采用0.212~0.425 mm（40/70目）陶粒支撑, 二级次裂缝导流能力为0.13 μ m2· cm, 采用0.100~0.212 mm（70/140目）石英砂支撑。石英砂、陶粒比例为7︰3, 低黏滑溜水、高黏滑溜水比例为8︰2, 大幅降低原材料价格。

2.4.3 体积压裂工艺

针对纹层状长英质页岩压裂裂缝容易起裂, 裂缝对支撑剂比例敏感性低, 施工压力波动小, 加砂难度低等问题, 采用高起步连续加砂模式, 直接提升施工排量至12 m3/min, 起步砂比为10%, 逐渐提升至22%, 砂液比为10%, 提高单位液量加砂量, 提高有效裂缝支撑体积（见图7）。针对灰云质页岩压裂时起裂压力高, 难以提高施工排量, 缝内净压力不足, 裂缝缝宽小的问题, 采用逆混合+多级段塞+连续加砂压裂技术, 先利用注入高黏滑溜水造缝, 然后通过段塞加砂扩缝为支撑剂进入提供较好通道, 降低施工压力, 最后利用连续加砂支撑, 保障加砂强度（见图7）。

图7 纹层状长英质页岩（a）及层状灰云质页岩（b）典型施工曲线

2.5 页岩油排采制度优化技术

2.5.1 数值模拟确定最小焖井时间

焖井可实现油水充分渗吸置换。数值模拟表明, 初期裂缝含油饱和度随焖井时间呈逐渐升高趋势, 由焖井初期的18%上升到焖井15 d的50%, 15 d后裂缝含油饱和度趋于稳定。35口水平井井口压力监测表明, 焖井初期井口压力均下降明显, 焖井15 d后开始趋于稳定, 由此确定页岩油储集层压裂后焖井时间最少为15 d, 待井口压力连续3 d压降小于0.1 MPa/d后开井（见图8）。

图8 不同甜点水平井井口压力随焖井时间变化关系图

2.5.2 根据压降合理安排放喷制度

不同产液量井筒温度场拟合表明, 日产液大于35 m3时, 井口温度高于原油析蜡点温度, 可有效防止水平井井筒结蜡。压裂砂回流模型与井筒临界携砂流速计算表明, 日产液为23~80 m3时可减少压裂砂回流量, 预防井筒堵塞, 延长采油周期。由此确定页岩油井日产液量为35~80 m3, 可有效防止结蜡砂堵。

为实现自喷期页岩油水平井产量最大化, 多根据单位压降产量变化率及油嘴系数曲线斜率, 指导放喷阶段油嘴调整, 保障放喷产量与井口压力变化的有效匹配。当井口压力大于15 MPa时, 油嘴系数曲线斜率大于0, 压降速度过快, 宜调小油嘴; 当压力为5~15 MPa时, 油嘴系数曲线斜率小于0, 液量下降过快, 宜逐步调大油嘴; 当压力为2~5 MPa时, 油嘴系数曲线斜率等于0, 压降速度与液量达到匹配, 可保持一定时期稳产; 当压力小于2 MPa时, 可适时下泵。

2.5.3 举升工艺优化

15口已下泵生产的水平井360 d累产液与日产液量皮尔逊相关性分析表明, 泵深、泵径、工作制度是影响累产液量重要因素。为了满足页岩油流度较低、宜较大压差、控采液速度生产的需要, 优化形成泵径为38~44 mm、泵深2 200~2 500 m的小泵深抽配套技术。一是泵挂深、压差大, 可促进油相流动, 后期沉没度为200 m以上, 保持较高泵效生产; 二是排量相对较小, 给油水置换时间, 保护地层能量, 有效降低含水; 三是避免后期液量递减后频繁换小泵或检泵作业, 生产时效提高5%。

进一步结合页岩油井液量宽、液面深、高含蜡的特性, 汲取常规油藏防偏磨、防挡砂、防腐蚀成功经验, 优化形成长冲程塔架式抽油机控躺井配套模式。其最大冲程优化为7~10 m, 最大冲次3次/min, 适应液量5~66 m3/d, 较常规抽油机液量范围拓宽32%, 综合能耗较常规游梁式抽油机降低38%。2021年GY2-1-4H井和GY2-1-5H井开展长冲程智能塔架式抽油机工艺试验, 抽油机采用泵径38 mm、下泵深度2 500 m, 两口井日产油能力增加22 t。

3 湖相页岩型页岩油开发工程实践
3.1 页岩型页岩油开发效果

对比分析沧东凹陷7个井场已投产的37口井生产动态数据, 将稳定生产90 d以上含水小于50%的28口井定义为正常生产井（见图9）, 平均压裂水平段长797 m, 平均日产油17.6 t, 利用象限法建立投产初期及稳定生产阶段产量散点图版, 按照产量高低划分为Ⅰ 类、Ⅱ 类、Ⅲ 类, 其中Ⅰ 类井2口, Ⅱ 类井10口, Ⅲ 类井16口。截至2022年4月, 28口生产井日产油稳定在300~350 t, 累产油17.8× 104t。

图9 沧东凹陷正常生产井投产效果分类评价图

2021年新投产的GY5-1-1L、GY5-1-9H、GY1-1-9H、GY1-5-1H共4口井获百吨高产。其中GY5-1-1L井压裂16段945 m, 压裂液30 133 m3, 加砂2 522.6 m3, 6 mm油嘴放喷求产4 h, 折日产油208 m3, 试采226 d平均日产油24.6 t（见图10）, 截至2022年4月1日, 累产油7 361 t, 返排率9.62%, 预计该井单井EUR值为3.14× 104t。

图10 GY5-1-1L井试采曲线

3.2 页岩型页岩油生产规律

3.2.1 分阶段生产递减规律

结合已投入生产的水平井生产特征, 明确页岩油生产需要经过焖井、排液、钻塞、解堵、下泵等多环节, 经历自喷生产与机械采油两个阶段。其中自喷生产阶段产量呈指数递减, 水平段400~600 m预计自喷期4~6个月, 水平段1 000 m以上预计自喷期可达10~18个月, 折算递减60%~85%（见图11）。机械采油阶段划分为台阶状递减阶段和稳定生产阶段, 台阶状递减阶段产量达最高值后开始递减（10个月时间）, 平均递减53.7%, 月递减7.8%。当月递减小于3%时进入稳定生产阶段, 月递减1.5%~3.0%, 稳产期长（见图12）。

图11 页岩油采油稳产井自喷阶段日平均产油量变化图

图12 页岩油采油稳产井机械采油阶段月平均产油量变化图

3.2.2 采出页岩油烃类组分时移特征

在页岩油水平井试采进程中, 石油采出成分尤其是重烃构成随时间变化明显。GY5-1-9H井共化验8次原油色谱, 开采初期主要以双峰型为主, 轻质组分占比较高, 生产5个月以后原油重质组分相对含量整体呈增多趋势, 由双峰型向单峰型转变。考虑到工程作业因素的影响, 在两次作业间隔时间内原油组分呈现出规律性变化。即C1— C13轻质组分含量逐渐减少, 而C14+组分含量随时间推移相对含量比例增加（见图13）。同时C1— C8轻质组分含量比例与原油日产量呈一定的正相关关系, 轻质组分含量高, 原油产量较高（见图14）。

图13 GY5-1-9H井不同阶段原油组分C14+变化图

图14 GY5-1-9H井不同阶段原油轻质组分含量与日产油量关系图

4 结论

沧东凹陷孔店组二段页岩油是湖相页岩型页岩油的典型代表, 孔二段页岩具有高频纹层、高有机质丰度、高脆性矿物含量、低黏土含量、微纳米孔缝集群式发育的地质特征, 滞留烃富集且资源丰度高、勘探潜力大, 单井日产油最高达到208 m3, 创当前页岩型页岩油最高纪录。研究提出页岩型页岩油成藏富集理论认识和靶层评价预测、水平井开发井网部署、个性化压裂工艺、排采制度优化等技术系列, 有效指导了黄骅坳陷页岩油靶层优选、井位部署、高效压裂与合理排采, 解决了当前页岩油富集规律、开发方案、工程工艺等方面的理论和技术难题。同时揭示了页岩型页岩油自喷生产阶段产量呈指数递减、机械采油阶段产量呈台阶状递减后再趋于稳定的递减规律, 并指出采出油烃类组分比例与日产油量呈正相关性, 相关认识对下一步调整开发方案、优化排采制度和提高单井EUR起到重要的指导作用。页岩油富集高产的理论认识与技术方法对类似地质条件页岩油的勘探开发具有重要的借鉴和推广价值。

符号注释：

EUR— — 估算的最终采收量, t; GR— — 自然伽马, API; OSI— — 可动油指数, mg/g; RM2R6— — 0.61 m（2 ft）纵向分辨率、1.52 m（60 in）径向探测深度阵列感应测井电阻率, Ω · m; RM2RX— — 0.61 m（2 ft）纵向分辨率、3.04 m（120 in）径向探测深度阵列感应测井电阻率, Ω · m; SP— — 自然电位, mV; S1— — 热解游离烃含量, mg/g。

（编辑 魏玮）

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