美国致密油开发现状及启示

美国致密油开发现状及启示

林森虎，邹才能，袁选俊，杨智

（中国石油勘探开发研究院）

摘要：美国页岩气勘探开发目前已进入快速发展阶段，同时也带动了页岩地层内致密油的开发。文中所指的致密油，是指以吸附或游离状态赋存于渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中的自生自储、连续分布的石油聚集。目前，美国致密油的开发集中在Bakken，Eagle Ford和Barnett页岩区带内。其中Bakken致密油资源量为230×108t，可采资源量为5.9×108t，待发现资源量为3.7×108t油及相近数量的伴生气，2000年至今累计产油约2800×104t；Eagle Ford致密油赋存于区带北部，年产油约20×104t；Barnett待发现石油平均资源量为1400×104t，待发现致密油资源量为480×104t，其北区主要产油、南区主要产气，目前拥有8000余口生产井，截至2009年底，“致密油带”累计产油量达770×104t。我国广泛发育富有机质页岩，致密油的勘探潜力较大。

关键词：页岩；致密油开发；Bakken；Eagle Ford；Barnett；启示；美国

中图分类号：TE132.2文献标识码：A

长期以来，油气开采一直以砂岩、碳酸盐岩及火山岩等为主要目标，虽在钻遇富有机质页岩层段时发现丰富的油气显示或工业油气流，但因传统地质观念而未将页岩考虑为油气储层。

随着北美地区页岩气的成功开发和地质理论研究的发展，人们逐渐认识到暗色页岩发育丰富的纳米—微米级孔隙，可以大量成烃、储烃，形成自生自储型油气聚集。通过优选核心区、实验分析、测井评价、水平井钻探、同步多级水力压裂、体积压裂等先进技术的应用，成功实现了页岩中的油气采收。

目前，页岩已成为全球油气勘探开发的新目标。页岩气和致密油的开采给世界油气勘探开发带来了重大变革，正逐渐影响着世界能源供需的格局。本文主要介绍美国致密油的基本特征和开发现状，以期为我国致密油的勘探和开发提供参考。

1致密油地质特征

致密油是指以吸附或游离状态赋存于富有机质且渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统中的自生自储、连续分布的石油聚集。页岩生成的油气除部分排出并运移至砂岩或碳酸盐岩等渗透性岩石中形成常规油气藏外，大量（高达总生烃量的50%以上）在“原地”滞留，以游离烃和吸附烃的形式赋存于纳米级孔隙或微裂缝中，形成可供商业开采的致密油（气）。

页岩储层发育2种尺度的孔隙：微孔（孔隙直径≥0.75μm）和纳米孔（孔隙直径<0.75μm），其中绝大部分为有机质颗粒内的纳米孔。页岩普遍具有较低的孔隙度和超低的渗透率，即孔隙度<4%，未压裂页岩的基质渗透率<1×10-6mD，只有在断裂或裂缝发育区的孔隙度能提高到10%，且渗透率提高到2×10-6mD。据Barnett页岩孔隙研究结果（图1）［1］，该页岩的孔隙大小是常规砂岩的1/400，大约为40个甲烷分子直径大小（甲烷分子直径为0.38nm），其孔隙度为4%～10%，渗透率为（50～1000）×10-6mD。近期的岩石学研究表明，页岩中干酪根内部发育大量连通的孔隙，可以有效储油［1-5］，例如Marcellus页岩的孔隙度为2%～16%，Eagle Ford页岩的孔隙度为8%～18%。

页岩储集层包括富有机质的暗色页岩及以薄

第23卷第4期2011年8月

岩性油气藏

LITHOLOGIC RESERVOIRS

Vol.23No.4

Aug.2011

文章编号：1673-8926（2011）04-0025-06

收稿日期：2011-04-28；修回日期：2011-06-09

基金项目：国家科技重大专项项目（编号：2011ZX05001）资助。

第一作者简介：林森虎，1986年生，男，中国石油勘探开发研究院在读硕士研究生，主要从事沉积储层方面的研究。地址：（100083）北京市海淀区学院路20号中国石油勘探开发研究院地质所。E-mail：Senhu.Lin@

岩性油气藏第23卷第4期

图2

美国致密油盆地分布与部分盆地资源量统计（据文献［2］）

Fig.2Tight oil basins of United States with estimated

oil and gas reserves

夹层状存在的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩地层。含油气盆地中，页岩储层组合形式多样，不同类型的页岩储层组合有明显不同的地质及地球化学特征。具有较好脆性与天然微裂缝发育的暗色页岩（区）是致密油有利的开发目标。致密油的开采方式与页岩气基本相同，均采用垂直井和水平井，但以水平井为主。致密油开发一般无自然产能或低产，单井生产周期长，多级水力压裂、重复压裂等储层改造技术是目前提升致密油单井产量的关键技术。

2美国致密油开发现状

目前，美国是致密油资源开发最多的地区之一，

俄罗斯、加拿大、中国等也有成功开发的范例。致密油的典型代表是北美威林斯顿盆地的Bakken 地层，2006年USGS （美国地质调查局）预测其石油地质储量达590×108t ，仅美国北达科他州和蒙大拿州的Bakken 致密油聚集就拥有技术可采储量（4.2～

6.1）×108t 。由于致密油资源潜力超出预期，开采技

术也取得突破并得到规模应用，因此美国致密油工业得到迅速发展，具有良好的经济前景（图2）［2］。笔者选取美国最具代表性的3个致密油聚集区带——

—Bakken ，Eagle Ford 和Barnett ，并分别对其基本特征

和开发现状进行介绍。

2.1Bakken 页岩区带

上泥盆系—下密西西比系的Bakken 组页岩是威林斯顿盆地内的一套重要烃源岩，同时也是一个非常规油气储层。Bakken 页岩地层跨美国与加拿

大两国，其中美国境内的覆盖范围包含了蒙大拿州局部和达科他州北部（图3）［5］，有利分布面积>

40000km 2，油层厚度一般为5～15m ，孔隙度为10%～15%，渗透率<1mD ，油质轻。

Bakken 组页岩由3个不规则但界限分明的层

段组成：上段为黑色页岩，富含有机质，最大厚度为

8m ；中段为灰褐色极细—细粒砾岩、白云质砂岩及

粉砂岩，贫有机质，最大厚度为26m ；下段为黑色页岩，最大厚度为15m 。其中上段和下段含有大量Ⅱ型干酪根，以生油为主［3］。虽然Bakken 组厚度较小，但其有机碳含量非常高，其中上段和下段的TOC 分别为12.1%和11.5%［4］。Bakken 组原始石油地质储量（OOIP ）的估计值为（280～570）×108t ①，除此之

图1

Barnett 页岩有机质颗粒内的纳米孔（据文献［1］）Fig.1

Intraparticle organic nanopores within Barnett shale

（a ）气泡状孔喉连通的椭圆形纳米孔（白色箭头），喉道直径<20nm ，2次电子图像；（b ）离散有机质颗粒中的纳米孔，呈矩形，

发育在线性排列的回旋状结构中，2次电子图像

①Price L C.Origin and characteristics of the basin -centered continuous -reservoir unconventional oil -resource base of Bakken Source System ，

Williston Basin.Unpublished manuscript ，1999：282p.Available from ：/price/.

200nm

1μm

（a ）

（b ）

绿河，巴克斯特

奈厄布拉勒莫里，希利亚德甘蒙巴肯

3.7×108

t 伊克斯洛

新奥尔巴尼

5.43×108

t

安蒂姆

（9.9～21.5）×108t

凯恩克里克

蒙特里

麦克卢尔

路易斯&曼科斯

27×108t 帕罗杜洛

巴奈特&

伍德福德伍德福德3.1×108t 皮尔

索尔

巴奈特

（7～71）×108t

伍德福德/凯尼海恩斯维尔/波西尔

74×108

t 塔斯卡卢萨费耶特维尔

11×108t 费洛伊德&孔纳萨迦

查塔努加

德文

（49～70）×108t 马塞勒斯

102×108t

600km

300页岩气致密油

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