石油圈
进入21世纪，以美国非常规油气、加拿大油砂、委内瑞拉重油为代表，全球非常规油气勘探开发取得了一系列突破性进展，已成为全球油气生产的重要组成部分。借鉴国外经验，大力发展中国非常规油气成为必然的战略选择和必由之路。中国进入了常规与非常规油气并重的勘探开发新时代，地质开发理论进入了非常规油气创新的“黄金期”。随着研究与勘探开发实践的快速推进，非常规油气将逐步成为中国油气生产的重要组成部分，为国民经济的发展提供重要保障。
2.5 非常规油气勘探技术研究进展
2.5.1地球物理技术研究进展
针对页岩系统致密储层及流体的评价预测，测井技术取得较大进展，出现了“六特性”测井评价技术系列。“六特性”评价，即烃源性、岩性、物性、脆性、含油气性与应力各向异性评价，实现烃源岩品质评价、储层品质评价和工程品质综合评价，确定页岩系统油气分布的“甜点区”。除了常规测井方法外，岩性评价主要推广应用元素俘获测井技术，提升岩性组份计算精度；含油性评价加大应用对油气信息敏感性较强的录井技术，录井技术测井与录井结合，如将红外光谱、岩石热解地球化学等录井技术与阵列声波或偶极横波、核磁共振等测井技术相结合，实现油气层有效识别；物性评价由于致密储层孔隙结构复杂，评价难度较大，现主要采用核磁共振、微电阻率等成像测井，以期建立针对性的孔隙度和渗透率模型；烃源性评价目前主要采用自然伽马能谱测井统计、电阻率与孔隙度测井曲线重叠△lgR和核磁共振与密度测井组合的干酷根含量转换等3种方法，主要实现对烃源岩有机质丰度的计算；脆性评价主要采用岩石组份计算和岩石弹性参数计算等2种方法，刻画岩石的脆性特征；地应力评价主要指水平地应力（σH和σh）评价，包括方位确定、大小计算以及地应力纵横向各向异性、地应力平面展布特征等，可借助电成像测井和阵列（或扫描）声波测井实现。
2.5.2 “甜点区”评价研究进展
“甜点区”定义是非常规油气分布中相对富集高产的有利区带。评价优选“甜点区”也是非常规油气勘探研究的核心，贯穿整个勘探开发过程。非常规油气甜点包括“地质甜点、工程甜点、经济甜点”。提出了油气富集“甜点区”评价的8个指标，其中3个关键指标是：TOC值大于2%（其中页岩S1>2mg/g）、孔隙度较高（致密油气＞10%，页岩油气＞3%）和微裂缝发育。地质甜点着眼于炬源岩、储集层与裂缝等综合评价，工程甜点着眼于埋深、岩石可压性、地应力各向异性综合评价，经济甜点着眼于资源规模、地面条件等评价。如当前非常规致密油和气、页岩油和气的“甜点区”评价，主要着眼于烃源层、储集层、裂缝、局部构造等地质甜点要素评价，和压力系数、含油气饱和度、脆度、地应力特性、埋深等工程甜点要素评价（表5）。
表5.致密油气与页岩油气“甜点区”评价标准
“甜点区”评价包括5项关键技术：①烃源岩“甜点区”预测技术：通过岩样测试、声波／电阻率计算、核磁共振十密度法等综合评价纵向烃源岩甜点分布，连井对比结合沉积相、地震相分析，明确烃源岩甜点平面分布特征。②储集层“甜点区”预测技术：综合岩心实测物性资料与有利目的层段的沉积相、成岩相研究，进行孔、渗分布等多图叠合，确定储集层甜点区。③脆性评价与预测技术：通过X—衍射等方法进行矿物组分分析，结合应力实验及动态测井脆性分析确定有利层段，利用叠前地震属性反演确定平面分布。④地应力评价技术：通过岩石力学实验结合阵列声波等测井资料，计算岩石弹性模量，提供孔隙压力、上覆岩层压力、最大／最小水平应力等参数，指导井眼轨迹设计、确定压裂方式和规模。⑤“甜点区”地震属性综合预测技术：利用多参数交会分析与叠前弹性反演，确定岩性、孔隙度、脆性等关键参数的平面分布；利用叠后多属性裂缝预测技术，预测和解释裂缝发育区；集成岩性、物性、脆性等多参数分析，预测甜点区分布。
2.6非常规油气开发工程技术研究进展
北美页岩气、致密油等非常规油气“革命性发展”，主要得益于微地震监测、水平井压裂钻完井、平台式“工厂化”生产、“人工油气藏”开发等4项核心理论技术的重大进步。
2.6.1微地震监测技术研究进展
微地震监测技术最早于20世纪40年代由美国矿业局提出，历经70余年发展，国外已经具备了微地震监测专有技术、软件、设备等一体化的服务能力。我国微地震监测技术起步晚，但发展迅速，已初步具备微地震采集设计、处理解释、油藏建模等一体化服务功能，在四川盆地南部页岩气勘探开发实践中取得了一定应用效果。应用集中在六大方面：①储层压裂监测；②油藏动态监测；③识别可能引起储层分区，或充当过早见水流动通道的断层或大裂缝，描述断层封堵性；④以裂缝为主的储层，可以用于速度成像和横波各向异性分析，对裂缝性储层有关的流动各向异性进行成像；⑤对微地震波形和震源机制研究，可提供有关油藏内部变形机制、传导性裂缝和再活动断裂构造形态信息，及流体流动分布和压力前缘移动情况；⑥微地震监测与其它井中地震和反射地震技术结合，可大大降低储层监测周期和费用。
2.6.2水平井压裂技术研究进展
水平井钻井最早是在1863年由瑞士工程师提出，20世纪80年代是国外水平井钻井技术快速发展、逐步完善并开始大规模应用的重要时期，特别是美国，随着页岩气、致密油等非常规油气资源的大规模勘探开发，水平井钻井数几乎成指数增长，从2000年的1144口增长到2012年的17721口左右，增长了15倍多，水平井数占总井数的比例也快速升至36.7%。近年来，随着水平井综合能力和工艺技术的发展，特别是水平井的轨迹设计技术、随钻测量、随钻测井、旋转导向钻井系统、钻井液等技术的发展，催生了多种水平井新技术出现，并逐步成为非常规油气资源勘探开发的重要技术手段。目前，水平井钻井技术正在向结合地质、地球物理、油层物理、工程技术等多种因素的集成系统发展。
水平井分段压裂技术，国内外于20世纪80年代开始研究，在水力裂缝的起裂、延伸，水力裂缝条数和裂缝几何尺寸的优化，分段压裂施工工艺技术与井下分隔工具等方面均已取得重要进展。水力喷射压裂技术、裸眼封隔器分段压裂技术、限流法分段压裂技术、体积改造技术、高速通道压裂技术是几种常见的压裂工艺。
2.6.3平台式“工厂化”生产研究进展
平台式“工厂化”生产模式是指应用系统工程的思想和方法，集中配置人力、物力、投资、组织等要素，以现代科学技术、信息技术和管理手段，用于传统石油开发施工和生产作业。实现多井平台式“工厂化”生产，必须具备4个要素：①整体研究、批量布井；②模块装备、标准设计；③交叉施工、流水作业；④用料用水、重复利用。目前，“工厂化”作业只针对北美和中国等页岩气、致密油单一非常规油气类型进行施工，该模式强调油气生产将突破一个井场只钻一口井、只钻一种非常规油气类型的传统油气生产方式。未来发展的趋势是多层多井平台式“工厂化”生产模式，是指对含油气单元内不同层系、不同类型的常规与非常规油气资源，按照大平台布井方式，集中部署一批井身结构、完井方式不尽相同的井，采用标准化、模块化的技术装备，以流水线作业方式进行数口井的钻井、完井、返排、生产同步作业。中国油气资源分布区地表环境复杂，以山地、黄土塘、沙漠、海洋等为主，可供钻探地区有限，环境脆弱，这决定了诸如四川盆地等常规与非常规油气重叠发育区，更需要走多井平台式“工厂化”生产模式的发展之路。
2.6.4“人工油气藏”开发
非常规页岩层系油气（页岩油气、致密油气）开发存在“高产难、稳产难、补充能量难”等“三难”问题，有效开发页岩层系油气藏，本文作者通过系统调研和试验，提出“人工油气藏”开发理念，即从页岩层系油气藏的物质基础、流动通道、流动能量等3个要素着手，通过置换驱替，促使油气物质基础充分释放，通过体积改造，构建油气流动缝网通道，通过多轮次增加地层能量，有效补充油气流动能量，最终实现页岩层系油气较高程度采出（图14）。
图14. 非常规“人工油气藏”开发流程图
非常规“人工油气藏”开发内涵与天然油气藏不同。天然油气藏开发是指，圈闭中具有统一油气水界面的油气，依靠自然渗透率和浮力作用，通过达西渗流，实现天然能量开采。“人工油气藏”开发涵义，是指基本无渗透能力的致密地层，通过驱油压裂、气体压裂、原位加热等方法，形成裂缝型“人造渗透率”，与地下基质微纳米孔喉构成油气产出系统，实现人工能量开发。“人工油气藏”体积改造，通过提高油藏改造体积、提高裂缝与油藏接触面积、提高裂缝导流能力匹配程度、提高地层压力等四方面提高改造效果。“人工油气藏”体积改造，具有三个内因和三个外因。三个内因是指弱面（天然裂缝、层理、节理等）、水平应力差和脆度，弱面越发育、地应力差越小、岩石脆度越大，越易形成复杂裂缝；三个外因是指液体黏度、净压力和应力干扰，低液体黏度、高施工净压力、合理裂缝干扰，有利于形成复杂裂缝。“人工油气藏”体积改造，可通过定量压裂缝网进行监测，微地震监测解决缝网位置刻画难题，微形变监测获取地下有效改造体积，光纤监测全生命周期的改造和生产信息。新一代的压裂技术，是实现“人工油气藏”体积改造的利器，如LPG压裂技术：在北美已完成1863井层，增产倍数提高1.5倍，100%回收利用。国内研发LPG压裂液体系，耐温105℃，黏度50mPa·s，性能达国际水平；如液态CO2压裂技术：在北美应用1200口井，国内开始现场试验，研发增稠剂及增稠助剂，耐温90℃，目前最大的瓶颈是液态CO2交联后粘度低，携砂性能有限，长庆油田试验1口井，吉林试验1口井，计划实施3口井。非常规“人工油气藏”开发的实现，需要持续攻关压裂形成最大缝网机理、压裂液无伤害地层机理、改变油水界面驱油机理、控压生产地层流动机理等关键问题。
需要指出的是，大型水平井体积压裂可能并不是未来页岩层系石油开发的主流技术，原位转化／改质技术很可能是页岩层系石油高程度采出的杀手锏技术，成为石油工业产生里程碑式影响的重大革新技术。原位转化／改质技术，通过大规模体积加热，原位改质或原地转化，将地上炼油厂搬到地下，成为“地下炼油厂”，使原地粘稠液态烃轻质化、凝析化，同时伴生新的地下天然缝网系统、超压和气体，形成新的人工有效驱替系统，地面条件需要经济发达的供热电网、煤等热源，实现低渗透油、致密油、页岩油一体化开采，采收率可达到30%~60%，具有不受地质条件限制、地下转化轻质油、较低污染等明显技术优势。
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