鄂尔多斯盆地长7 页岩油勘探开发新进展及前景展望.pdf

2023 年 9 月第 28 卷第 5 期中 国 石 油 勘 探CHINA PETROLEUM EXPLORATION鄂尔多斯盆地长 7 页岩油勘探开发新进展及前景展望付金华1 王龙1,2 陈修1,2 刘江艳1,2 惠潇1,2 程党性1,2（1低渗透油气田勘探开发国家工程实验室；2中国石油长庆油田公司勘探开发研究院）摘要：页岩油是国内外普遍关注的重大勘探领域，是重要的石油接替资源。经过长期的矿场实践，鄂尔多斯盆地长 7 页岩油勘探开发和研究认识取得了重大突破和长足进展：（1）夹层型页岩油在前期勘探突破、探明我国首个整装10 亿吨级的庆城大油田基础上，进一步实现了规模效益开发，建成了百万吨国家级页岩油开发示范区。（2）纹层型页岩油勘探首次将细粒沉积复合体分为砂质纹层、凝灰质纹层、高 TOC 泥质纹层、中低 TOC 泥质纹层 4 种纹层类型，通过评价其发育规模、储集性能、含油性、可动性和原油性质等，明确砂质纹层与中低 TOC 泥质纹层组合是纹层型页岩油最优甜点段；针对甜点段，应用MN交会法等测井评价新方法实现了复杂岩性的精细解释，通过定向射孔和穿层立体压裂技术实现了水平段井筒周围三维甜点立体沟通，形成了纹层型页岩油甜点的有效识别、预测和改造技术，风险勘探获重大突破，首次提交预测储量 2.05108t。（3）页理型页岩油可分为两类，中高成熟度页岩可采用水平井攻关，较高的 TOC（4%14%）和高S1含量是控制甜点目标的关键参数；中低成熟度有机质页岩是开展原位转化攻关的最有利对象。鄂尔多斯盆地长7陆相页岩油领域的战略性突破，在中国石油勘探开发历史上具有里程碑意义，但仍面临不小挑战。夹层型页岩油已实现规模效益开发，整体形势较好，但在甜点预测、储层提产提效和提高采收率等方面需要进一步攻关；与夹层型页岩油相比，纹层型页岩油具有完全不同的沉积背景、岩性组合、储集空间和工程品质，面临的难题更多，效益动用的难度更大，要以储量品质和可动用性为重点，持续深化成藏富集规律研究，强化配套技术体系攻关；页理型页岩油目前勘探和认识程度均比较低，需要稳步推进基础理论研究和先导性攻关试验。关键词：鄂尔多斯盆地；页岩油；延长组；长 7 段；勘探开发；新进展中图分类号：TE122.11 文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2023.05.001 Progress and prospects of shale oil exploration and development in the seventh member of Yanchang Formation in Ordos BasinFu Jinhua1,Wang Long1,2,Chen Xiu1,2,Liu Jiangyan1,2,Hui Xiao1,2,Cheng Dangxing1,2(1 National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields;2 Research Institute of Exploration&Development,PetroChina Changqing Oilfield Company)Abstract:As an important replacement resource,shale oil is a major exploration field widely concerned at home and abroad.The long-term exploration and development practice enabled to make significant breakthrough and progress in the exploration,development and research of shale oil in the seventh member of Yanchang Formation(Chang 7 member)in Ordos Basin:(1)On the basis of exploration breakthrough in the interlayered type shale oil and discovery of the first integral one-billion-ton level Qingcheng Oilfield,the large-scale and benefit development has been achieved,and a million-ton level national shale oil development demonstration zone has been constructed.(2)In the exploration of the laminated type shale oil,four types of laminated type have been classified of the fine-grained sedimentary complex for the first time,i.e.,sandy lamina,tuffaceous lamina,high TOC argillaceous lamina,and medium-low TOC argillaceous lamina.The combination of sandy lamina and medium-low TOC argillaceous 基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（2016ZX05050）；中国石油天然气集团有限公司前瞻性基础性研究重大科技项目“鄂尔多斯盆地页岩油勘探开发理论与关键技术研究”(2021DJ1806)。第一作者简介：付金华（1963-），男，湖北黄冈人，博士，2004 年毕业于西北大学，教授级高级工程师，现从事油气勘探开发研究和管理工作。地址：陕西省西安市未央区未央路 151 号，邮政编码：710018。E-mail:fjh_通信作者简介：王龙（1990-），男，甘肃会宁人，博士，2019 年毕业于中国地质大学（北京），高级工程师，现从事沉积学和油气勘探开发研究工作。地址：陕西省西安市未央区未央路 151 号，邮政编码：710018。E-mail:收稿日期：2023-06-27；修改日期：2023-09-08引用：付金华,王龙,陈修,等鄂尔多斯盆地长 7 页岩油勘探开发新进展及前景展望 J.中国石油勘探,2023,28(5):1-14.Fu Jinhua,Wang Long,Chen Xiu,et al.Progress and prospects of shale oil exploration and development in the seventh member of Yanchang Formation in Ordos BasinJ.China Petroleum Exploration,2023,28(5):1-14.中 国 石 油 勘 探22023 年第 28 卷lamina is the optimal“sweet spot”interval of the laminated shale oil by evaluating their development scale,reservoir performance,oil-bearing property,movability,and crude oil properties.For the sweet spot interval,new logging evaluation methods such as M-N cross plot are used to finely interpret the complex lithology,and the directional perforation and cross-layer stereoscopic fracturing technology enable to achieve the spatial communication of sweet spots around the wellbore in horizontal section,forming technologies for the effective identification,prediction of sweet spots and reconstruction of the laminated type shale oil,and achieving a major breakthrough in risk exploration,with the primarily submitted predicted shale oil reserves of 2.05108 t.(3)The laminar type shale oil is subdivided into two categories.The medium-high maturity organic shale can be developed by horizontal well,and relatively high TOC(4%-14%)and high S1 content are key indicators for screening favorable sweet spots.While the medium-low maturity organic shale is the most favorable target for in-situ transformation research.The strategic breakthrough has been made in the exploration of continental shale oil in Chang 7 member in Ordos Basin,which is a milestone in Chinas petroleum exploration and development history,but it still faces great challenges.For example,the large-scale and benefit development has been achieved of the interlayered type shale oil,but further research should be conducted on the prediction of sweet spots,production increase and efficiency improvement,and enhanced oil recovery.The laminated type shale oil is facing more challenges and greater difficulty in benefit utilization due to the completely different sedimentary settings,lithologic combination,reservoir space,and engineering quality from the interlayered type shale oil.Therefore,by focusing on the reserve quality and oil movability,hydrocarbon accumulation law should continuously be studied and the research on supporting technology should be strengthened.While for the laminar type shale oil with relative low level of exploration and understanding,the theoretical research and pilot test should steadily be promoted.Key words:Ordos Basin,shale oil,Yanchang Formation,seventh member of Yanchang Formation,exploration and development,progress0 引言页岩油是赋存于富有机质页岩层系中的石油聚集，储层致密、微米纳米级孔喉系统发育，原生源储、滞留成藏，是经人工压裂才形成的“人工油气藏”1。国外（尤其是北美）勘探实践表明，全球源内非常规石油资源量远大于源外常规石油资源量，随着地质认识的提高和勘探开发技术的飞速发展，页岩油产量快速增长，正在重塑世界原油格局1-2。鄂尔多斯盆地长 7 页岩油资源丰富，是长庆油田持续发展的重要战略接替领域。近年来，通过地质理论创新和关键技术攻关3，以块状细砂岩为主要产层的夹层型页岩油勘探开发取得重大进展，探明了我国首个整装 10 亿吨级的庆城大油田，建成了百万吨国家级开发示范区，页岩油年产量达 221104t。2022年，以薄砂泥互层为主的纹层型页岩油水平井（LY1H井试油获 116.8t/d 高产油流）风险勘探取得重大突破，2023 年纹层型页岩油首口直井获百吨油流（B76井试油获 107.53t/d 高产），勘探再获突破，展现出巨大的发展潜力。截至目前，鄂尔多斯盆地长 7 页岩油预测储量 7.66108t，探明储量 12.55108t，增储上产空间巨大，对我国源内非常规油气勘探开发具有重要的战略意义和引领示范作用。针对鄂尔多斯盆地长 7 页岩油的沉积环境、富集机理及勘探潜力，前人做了大量研究并取得丰硕成果4-12。但相关研究主要集中在长 7 段大型坳陷湖盆的成因、“面广水深”的沉积格局，以及深水区广泛发育的砂质沉积构成的页岩油甜点即长 71+2夹层型页岩油等方面，针对长 7 段不同类型页岩油勘探开发整体性的梳理和思考较少。本文系统梳理和总结了长 7 段不同类型页岩油的勘探开发现状、研究新进展和面临的瓶颈问题，尤其是近两年来，通过对纹层型页岩油复杂岩性的精细解释、甜点区的精准识别、水平段的精细压裂改造等，实现了在烃源岩段获得工业油流甚至高产油流，这为传统石油成藏理论认识的突破提供了具体的地质实例，并为鄂尔多斯盆地及国内外其他盆地页岩油高效可持续发展提供了借鉴和启示。1 长 7 页岩油概况1.1 基本地质特征鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，晚三叠世印支运动使扬子板块和华北板块发生挤压碰撞，形成一个典型的内陆坳陷多旋回克拉通盆地4-5。三叠系延长组发育一套内陆河流三角洲湖泊相碎屑岩系，地层厚度超过 1000m8。延长组长 7 段沉积期为湖盆的最大湖泛期，半深湖深湖面积为 6.5104 km2，水深 60120m，发育一套大面积分布的泥页岩和粉细砂岩沉积，为页岩油发育提供了物质基础（图 1a）9。长 7 段厚度约为 110m，自下而上可划分为长 73、长 72、长 71 3 个亚段（图 1b）。其中长 73亚段以黑色泥页岩为主，尤以底部最为发育，被称为“张家滩页岩”，是区域对比的标志层，上部夹薄层粉细砂岩；长 72、长 71亚段则主要发育三角洲前缘水下分流河道、重力流砂体和湖相泥页岩8,10-11。整体而言，鄂尔多斯盆地长 7 段富有质泥页岩与粉细砂岩互层叠置，石油赋存于烃源岩层系内，为典型的陆相页岩油（图 1）。付金华等：鄂尔多斯盆地长 7 页岩油勘探开发新进展及前景展望3第 5 期1.2 长 7 页岩油分类国内外学者将赋存于泥页岩及其上下邻近或其内部夹持相对细粒、具有一定厚度、物性相对较好的砂岩、碳酸盐岩互层或夹层中，有工业开发价值的石油富集段称为“甜点”13-18。但由于每个盆地的地质条件差异大，目前国内外对页岩油分类尚未形成统一的标准，根据国内外学者的划分方案，结合鄂尔多斯盆地地质条件和沉积特征，本文将长 7 页岩油划分为两大类四小类（表 1）8,10,19-20。深湖半深湖三角洲前缘长7段剥蚀区水下分流河道重力流分流河道地名粉砂岩泥质粉砂岩细砂岩含中粒细砂岩(b)长7段地层特征(a)长73亚段沉积相分布泥页岩泥岩0204060km盐池定边靖边吴起志丹安塞延安甘泉华池环县彭阳庆城合水庆阳镇原平凉泾川宁县长武正宁黄陵洛川富县旬邑地层GR/API深度/m19802000202020402060岩性剖面50180岩性描述泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩黑色泥页岩黑色泥页岩粉细砂岩夹薄层状泥页岩粉细砂岩夹薄层状泥页岩黑色泥页岩夹薄层状砂岩含中粒细砂岩含中粒细砂岩含中粒细砂岩含中粒细砂岩代表油田长6段安塞油田庆城油田西峰油田长71亚段长72亚段长73亚段长8段图 1鄂尔多斯盆地长 7 段沉积相图及地层柱状图Fig.1 Sedimentary facies map and stratigraphic column of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin表 1 鄂尔多斯盆地长 7 页岩油类型划分表（据文献 10,19 修改）Table 1 Classification of shale oil reservoirs in the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin (Modified after references 10,19)类型岩性示意图岩性组合砂地比/%单砂体厚度/m开发方式勘探现状代表区域夹层型重力流型半深湖深湖泥页岩夹多薄层叠置砂岩20（一般小于 30）12水平井为主，水力压裂规模效益开发，建成百万吨示范区庆城油田中 国 石 油 勘 探42023 年第 28 卷夹层型页岩油以富有机质泥页岩夹多期块状细砂岩为特征，单砂体厚度一般小于 10m（陇东地区重力流型砂体厚度一般为 12m，陕北地区三角洲前缘型砂体厚度为 210m），以长 71、长 72亚段为主，长 73亚段局部发育（图 2a）；纹层型页岩油为毫米厘米级具有纹层结构的粉细砂岩和泥页岩复合体，单砂体厚度为 0.010.6m，以长 73亚段为主（图 2b）；页理型页岩油以发育页理结构、富含有机质的页岩为主，砂体基本不发育，主要在长 73亚段底部（图 2c）。类型岩性示意图岩性组合砂地比/%单砂体厚度/m开发方式勘探现状代表区域夹层型三角洲前缘型三角洲前缘多期叠置厚层细砂岩夹泥岩一般小于 30210水平井为主，水力压裂落实规模含油富集区陕北地区页岩型纹层型半深湖深湖厚层泥页岩夹薄层粉细砂岩150.010.6水平井，水力压裂风险勘探战略性突破LY1H 井区页理型半深湖深湖黑色页岩为主15m非甜点甜点厚度05m甜点厚度510m甜点厚度1015m图 11 陇东三维区长 7 纹层储集体甜点分布图Fig.11 Distribution of sweet spot reservoirs of the laminated type shale oil in the seventh member of Yanchang Formation in 3D seismic area in Longdong area3.3 优化形成了多纹层页岩的立体改造及排采技术纹层型页岩油在储层物性、孔喉结构、岩石力学等方面与夹层型页岩油存在较大差异，为此开展了以“纵向穿层、差异布缝、有效支撑、驱油防垢”为核心的立体改造技术探索。首先，针对储集体纵向多岩性交互叠合、层理发育特征，开展水力压裂物模实验和现场测试，明确了裂缝纵向穿层的工艺参数界限，形成了“高黏液造缝高+低黏液造缝长”的设计模式，裂缝与储层接触面积提高 1.52 倍，建立了纵向穿层压裂参数设计模式。结合三维地震资料，剖析水平段轨迹和空间储集体相对关系，针对“隐蔽性甜点”，通过定向射孔、穿层立体压裂技术，实现水平段井筒周围三维甜点立体沟通（图 12），同时配套示踪剂，挖掘并评价其增产潜力。其次，优化了裂缝系统有效支撑方式，形成了多段少簇细分切割体积压裂工艺，研发了纳米变黏多功能压裂液。针对纵向夹层应力高、缝宽窄，支撑剂充填难度大的问题，采用 70/140 目小粒径石英砂，可进 1mm 以下微缝，配套升级高承压管材（55MPa 70MPa），保障大排量携砂，实现缝网有效支撑，支撑缝长提高 15%，导流能力提高 20%。中 国 石 油 勘 探122023 年第 28 卷针对纹层型页岩油水平两向应力差大、脆性指数低，难以形成复杂裂缝，通过水平段差异化布缝、可溶球座体积压裂，裂缝密度由 5.4 条/100m 增加为 6.2条/100m、加砂强度由 2.1t/m 增加到 3.5t/m，缝控改造体积提高 35%。针对纹层型页岩油孔喉降至纳米级、黏土矿物含量高、生产井筒易结垢，研发了具有“渗吸、防膨、防垢”的多功能压裂液，渗吸驱油效率由 10%提升到 37%，LY1H 井应用该体系，返排率仅 1.1%即见油。最后，创建了科学精细的排采管理制度。以延长自喷生产、保障长期稳产、实现 EUR 最大化为目的，按照“焖、控、采”生产模式，形成个性化排采方案，优化合理焖井时间（目前以30天左右为宜）、412mm 油嘴逐级控制井口压力 24MPa 放喷、分阶段采用宽幅电泵和采油机排采，预测单井 EUR 为2.8104t。轨迹位置改造思路水平段甜点甜点分类强化改造甜点顶部向上射孔充分改造夹层部位夹层小于3m立体改造甜点底部向下射孔充分改造油层变薄适度改造或不改造图 12 长 7 纹层型页岩油三维甜点精细压裂方案设计思路Fig.12 Design concept of fracturing scheme for sweet spots of the laminated type shale oil in the seventh member of Yanchang Formation4 面临的挑战及攻关方向鄂尔多斯盆地长 7 页岩油勘探开发取得了重大突破和长足进展，但仍然存在许多科学与技术问题亟待攻关解决，找准问题和方向，坚持不懈的基础研究和持续的科技进步是页岩油革命成功的关键。4.1 夹层型页岩油经过多年探索，夹层型页岩油已实现规模效益开发，整体形势较好，但在砂岩甜点预测、储层提产提效和提高采收率等方面仍面临挑战。一是鄂尔多斯盆地长 7 段不同沉积体系、不同区带岩性组合、储层品质及差异富集机理、区带优质甜点评价有待进一步攻关；二是陆相页岩层系沉积相变快、储层非均质性强，薄储层刻画精度不够，提升优质储层钻遇率难，储量动用难度大；三是对断裂系统及人工裂缝形态认识不深，裂缝耦合渗流机理不明确，对储层改造和后期开发带来了较大挑战；四是页岩油水平井体积压裂准自然能量开发渗流机理尚未明确，不同开发阶段油水相互作用的动力学特征和影响因素不清楚，中后期补充能量难，降递减难度大，有效补充能量方式仍需探索；五是长 7 页岩油和上覆长 6 段及下伏长 8 段都是主力含油层系，长 6 段和长 8 段多以注水开发为主，与长7 页岩油叠合区面积大，整体开发效果差，针对叠合区水窜问题，需进一步强化断裂系统精细识别、预测裂缝分布，探索叠合区有效勘探开发方式。4.2 纹层型页岩油与夹层型页岩油相比，纹层型页岩油具有完全不同的沉积背景、岩性组合、储集空间和工程品质，面临的难题更多，效益动用的难度更大，且无法借鉴夹层型页岩油已有的勘探开发经验。为实现鄂尔多斯盆地延长组长73纹层型页岩油新类型的高效勘探开发，要以储量品质和可动用性为重点，持续深化成藏富集规律研究，强化配套技术体系攻关：一是多种细粒岩性复合发育的沉积机理和形成机制不明确，需要明确不同纹层组合类型的沉积机制与岩相分布；二是不同岩性烃类赋存状态、成烃成储成藏等耦合作用不清楚，需要明确不同纹层组合页岩的生排烃过程；三是不同类型岩相储集性能和有效储层成因不清楚，付金华等：鄂尔多斯盆地长 7 页岩油勘探开发新进展及前景展望13第 5 期需要明确甜点主控因素；四是高精度岩石物理和测井精细识别技术有待建立，储量关键参数有待评价；五是纹层型页岩的岩性非均质性强、脆性弱，需要攻关形成压裂方案及增能驱油新技术。4.3 页理型页岩油页理型页岩油目前勘探和认识程度都比较低，需要稳步推进基础理论研究和先导性攻关试验。其中中高成熟度页岩分布区是目前风险勘探的重要目标，中低成熟度页岩分布区是原位转化攻关试验的主要目标，有望落实百亿吨以上资源潜力。目前尤其要针对富烃页岩成因机制、油藏赋存状态与成藏富集规律、资源评价方法及勘探潜力开展深入研究；另外针对页岩裂缝扩展机理不清等难题，需要明确原位环境下页理纹层力学特性与页岩力学各向异性，重点探索压裂提产、驱油补能一体化提产新途径，形成配套勘探技术系列。5 结语（1）鄂尔多斯盆地长 7 段广泛发育富有机质泥页岩夹薄层砂岩，长 7 页岩油赋存于烃源岩内，自生自储、源内成藏，是我国陆相盆地典型的页岩油，叠合分布面积为 2.35104km2，其中长庆探区面积为1.75104km2，是实现我国陆相页岩油革命的战略接替资源。（2）夹层型页岩油是鄂尔多斯盆地近期长时间内增储上产的现实目标，也是目前该盆地页岩油勘探开发的主要对象，近年来通过加强庆城油田外围勘探，陇东地区长 71+2夹层型页岩油储量规模不断扩大，同时积极拓展陕北地区三角洲前缘夹层型页岩油新领域，开拓新的含油富集区，目前已提交三级储量18.15108t，需要通过关键技术持续攻关实现资源向储量、储量向产量的快速转化。（3）2022 年以来，随着 LY1H、MY1H 水平井及 B76 直井相继在长 73亚段获得高产油流，纹层型页岩油新类型勘探获得战略性突破，成为继夹层型页岩油之后的又一重要接替领域。要以储量品质和可动用性为重点，持续深化成藏富集规律研究，强化配套技术体系攻关，落实规模储量和实现效益动用。（4）页理型页岩油目前勘探和认识程度都比较低，但资源潜力极其巨大，一旦突破将成为陆相页岩油革命主体，需要稳步推进基础理论研究和先导性攻关试验。参考文献1 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 kitchensJ.Petroleum Exploration and Development,2020,47(6):1067-1078.2 贾承造.论非常规油气对经典石油天然气地质学理论的突破及意义 J.石油勘探与开发，2017,44(1):1-11.Jia Chengzao.Breakthrough and significance of unconventional oil and gas to classical petroleum geological theoryJ.Petroleum Exploration and Development,2017,44(1):1-11.3 石道涵，张矿生，唐梅荣，等.长庆油田页岩油水平井体积压裂技术发展与应用 J.石油科技论坛，2022,41(3):10-17.Shi Daohan,Zhang Kuangsheng,Tang Meirong,et al.Development and application of shale oil horizontal well 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