解码致密油气

  [中国石化新闻网2020-09-09]
  走进重点实验室
  国家能源致密油气研发中心
  国家能源致密油气研发中心于2014年8月受国家能源局委托成立，由中国石油勘探开发研究院牵头，联合中国工程院、中国石油大学（北京）及中国石油大学（华东）共同建设。
  研发中心设有致密油气资源与评价、致密储层表征等5个研发部。中心通过引进纳米CT等国际先进设备以及自主研发，目前已形成了以致密油气勘探开发为核心的致密油气资源分级评价、致密储层地质建模、致密储层综合表征、页岩油勘探评价、致密油气成藏分析、致密储层改造六大技术体系。依托国家油气重大专项、国家“973”等项目，在致密油气领域形成了丰硕的成果，推动了我国8个致密油示范区及长庆第一大致密气区建设。
  “十三五”以来，研发中心获得国家级奖1项，省部级奖励14项，获授权专利77项，含国际发明专利12项；制定国家标准4件，行业标准8件。研发中心将继续聚焦国家致密油气勘探重大需求，加快平台建设，加强产学研结合，为致密油气科技攻关贡献力量。
  解码致密油气
  随着我国油气对外依存度的持续攀升及国内常规油气发现难度的不断提高，油气勘探由常规转入非常规，由源外转入源内，一场新的能源革命掀起，致密油气成为这场能源革命的先锋者。现有地质认识与技术已无法满足勘探需要，急需建立一套适用性强的地质认识体系及相关技术来推动这场新能源革命。正是在这样的背景下，2014年8月，受国家能源局委托，国家能源致密油气研发中心正式成立。
  国家能源致密油气研发中心瞄准我国致密油气攻关关键问题，创新思路，制定方针，确保研有所用，发挥对致密油气勘探的推动作用。
  致密油气涵盖范围广，研究对象复杂，包含了致密砂岩、碳酸盐岩、混积岩、泥页岩等。由于其储层结构特征复杂、孔隙度与渗透率极低、烃类流动性差等，常规的技术手段已很难客观评价这样一类特殊的资源。如何认识它，如何有效动用它是摆在石油勘探者眼前的难题。
  基于此，研发中心紧密围绕致密油气资源评价、储层微观表征、流体赋存状态及可动性评价、甜点评价及预测等关键问题，攻坚克难，通过引进纳米CT、聚焦离子束电子束扫描电镜等一批国际先进的实验设备，开发有针对性的实验技术，创新致密油气成藏富集新认识，取得了显著的成果。
  研发中心依托国家“973”及中国石油重大科技攻关项目，以勘探开发一体化思路，通过近5年攻关，已形成致密油气资源分级评价、致密储层地质建模、致密储层综合表征、页岩油勘探评价、致密油气成藏分析、致密储层改造六大技术体系多项特色技术。
  在致密油气勘探方面，实现从纳米级到米级多尺度及矿物、有机质、孔隙、裂缝、流体“五位一体”精细表征，形成富有机质页岩与致密砂岩四维孔隙结构时移表征技术；利用微米级三维立体成像X射线显微镜及充注系统，开发形成了微观三维可视油气运移模拟。在致密油气开发方面，推出了具有完全自主知识产权的非常规致密油气数值模拟软件UnTOGv1.0，创新形成了非连续、多尺度、多流态、多重介质数值模拟技术。在致密油气压裂改造方面，形成了大型水力压裂物理模拟实验新技术及缝控压裂技术，实现了致密油气的提产及高效动用。正是得益于这些研究积累，研发中心取得了多项有形化成果，获得国家级奖励1项，省部级奖励14项，获授权专利77项，其中国际发明专利12项；制定及修改国家标准4件，行业标准8件，其中2项标准获得全国石油天然气标准化技术“优秀标准奖”。
  研发中心现有120人，通过整合依托单位技术专家，吸收国内外优秀硕士、博士研究生，建立开放的人才培养与管理机制。先后与国内外知名院校、公司开展广泛交流合作。多年来持续组织科研骨干前往世界知名院校、公司学习交流，参加国内外高端学术论坛，通过各种方式培养领域内有影响力的学科带头人，打造了一支开放、高水平的创新团队。
  下一步，研发中心将继续聚焦国家致密油气勘探重大需求，加快关键技术攻关与应用平台建设，推进成果工业化应用，使之成为致密油气勘探领域理论创新、技术研发、生产服务一体化的高端科研机构，推动致密油气快速发展、引领页岩油探索突破、实现非常规油气科技创新，努力支撑我国致密油气勘探开发，为国家能源保供做出贡献。
  专家点评
  技术创新进一步推动致密油气规模生产
  □中国工程院院士赵文智
  随着社会经济的发展及能源工业的不断推进，常规能源开采已经进入相对枯竭期，我国进入非常规资源勘探关键期。我国致密油气资源丰富，如何实现致密油气规模工业化生产迫在眉睫。
  然而，现有地质认识以及开发技术手段等无法满足致密油气的勘探需要。一系列难题摆在面前，致密储层孔喉到底是怎样分布的？致密储层内流体是如何赋存及流动的？如何把微米甚至纳米级孔喉里的油气给“拿”出来？国家能源致密油气中心是在国家能源科技“十二五”规划提出的“构建‘重大技术研究、重大技术装备、重大示范工程、技术创新平台’四位一体的国家能源科技创新体系，满足能源行业发展和技术进步要求”大背景下成立的国家级研发中心，承载国家重托，使命艰巨。
  “十三五”以来，通过短短5年的努力，国家能源致密油气中心围绕致密油气资源评价、致密储层孔喉结构表征、致密油气勘探技术、致密储层压裂改造与致密油气开发等关键问题大胆探索，刻苦攻关，取得了卓有成效的科研成果，主要体现在三大方面：一是完善了中国陆相致密油气形成机理与富集理论，创新了致密油气地质认识，推动了学科发展；二是研发了一系列致密油气储层表征、流体表征、甜点评价及压裂改造等技术，实现了致密油气勘探开发技术配套，为生产提供了有效的技术手段；三是强化产学研用结合，基础成果落地，在我国重点盆地广泛试验和实践，推动了多个致密油气示范区建立，这对实现致密油气大规模产业化意义重大。
  放眼未来，国家能源致密油气研发中心虽然已经取得了丰硕的成果，但面对我国复杂的地质条件，仍然存在很多悬而未决的问题，希望研发中心继续肩负使命，创新思路、打破常规，通过不断探索、刻苦攻关，进一步完善致密油气成藏地质理论，形成更多具有自主知识产权的创新技术、专利和产品，为集团公司提质增效做贡献，为国家能源保供做贡献。
  亮点技术
  ■致密储层数字岩石表征技术
  利用先进的微观二维、三维分析设备，跨越从纳米级到米级多尺度，实现致密储层矿物、有机质、孔隙、裂缝、流体“五位一体”精细表征与评价；自主研发形成致密储层性质原位时移评价技术，实现致密砂岩、富有机质页岩等致密储层孔隙演化与流体分布的原位三维表征。
  ■致密储层成岩物理模拟技术
  模拟不同组构不同骨架颗粒成分的压实实验、不同温压及流体条件下矿物溶蚀实验及不同成岩条件下的岩石特征对比实验；通过温度、压力、流体同时供给，实现开放、半封闭、全封闭成岩环境的正演模拟，研发形成富有机质页岩与致密砂岩四维孔隙结构时移表征技术。
  ■基于微米CT的高温高压微观可视油气充注物理模拟技术
  自主研发与微米CT配套使用的耐高温高压夹持器和高温高压流体充注实验系统，形成了高温高压微观可视油气充注物理模拟实验技术，克服分辨率与耐压难题，达国际先进水平，微米CT不仅可以无损获取岩芯内部复杂的三维微观结构，还可以将孔隙中单相或多相流体的接触关系及分布特征以不同的灰度等级展示出来，呈现孔隙中油水的动态驱替过程。
  ■基于核磁共振的岩石含油量原位检测技术
  针对页岩残留液态烃饱和度测定技术难题，形成了基于核磁共振的岩石含烃量原位定量检测技术，克服了常用氯仿沥青法和岩石热解法含油量测定值偏低的不足。
  ■大型水力压裂物理模拟实验新技术
  实现1米见方大尺寸岩样压裂过程模拟，研究裂缝起裂和延伸机理。形成了固液两相泵入实验新技术，新增泵入固体材料（如纤维、模拟支撑剂）的功能，可开展挟砂与裂缝转向研究；结合主/被动声发射，形成了实时解释复杂裂缝技术，改进过去需实验后劈开岩芯观察方法，实现致密油气储层压裂复杂裂缝实时监测诊断。
  ■致密油气缝控压裂技术
  针对天然裂缝欠发育的致密油气储层，将人工裂缝的长度、间距、缝高等参数，充分与储层的物性、应力、井控储量结合，通过缝、井、藏优化匹配形成缝控基质单元提高采收率，配合低成本、高效实施技术，提高致密油气开发效益。主要包括纵横向储层的缝控优化设计、低成本、多功能液体技术、低成本支撑剂优选技术和低成本实施管理技术。
  技术应用
  ■致密油气资源分级评价技术
  起草并获批了《致密油地质评价方法》《致密砂岩气地质评价方法》等国家标准，自主研发形成致密油气资源分级评价软件系统，评价我国9个盆地致密油资源，直接推动公司8个致密油示范区建设，为鄂尔多斯、准噶尔、松辽盆地等致密油规模储量区的发现提供了技术支撑；评价我国致密气资源、技术可采资源量，推动了我国第一大气区——苏里格气田的建设。
  ■致密储层地质建模技术
  形成了“无人机平面测绘、地质雷达垂向探测、地质勘察分析测试”相结合的三维数字露头研究方法和技术，建立了不同类型沉积体系中储层组合的地球物理反射模式，为地下复杂储层研究提供了沉积模式和地震地质解释借鉴，在渤海湾、准噶尔、鄂尔多斯等盆地储层构型精细刻画中发挥了重要的指导作用。
  ■致密油气压裂改造技术
  针对陆相致密油开发技术难题，首提“缝控压裂”理念，形成缝控优化设计、低成本多功能的压裂液技术、低成本支撑剂优选技术和低成本实施管理技术体系。研究成果在三塘湖盆地、准噶尔盆地玛湖凹陷和吉木萨尔凹陷、鄂尔多斯盆地等致密油区成功推广应用。
  ■致密油气数值模拟技术
  致密油气数模技术和UnTOG软件产品在多个致密油气区块推广应用，在致密油气开发产能评价、优化设计、动态预测过程中发挥了重要作用。通过开发缝控压裂大规模液量注入时的油藏数值模拟程序，建立了地质力学和油藏渗流全耦合的缝控压裂数模方法，形成了缝控压裂一体化优化设计技术；建立了投球暂堵压裂模拟方法，提高了缝控压裂多簇裂缝开启效率。
  创新感悟
  要加强学科交叉融合与国际合作
  致密储层表征技术研发部
  当前，我国油气勘探已进入常规与非常规油气并重的阶段，非常规油气已成为勘探的重要接替领域，致密砂岩、致密碳酸盐岩、混积岩、泥页岩等成为勘探对象，非均质性极强，评价难度很大。如何准确刻画孔隙空间？如何明确油气在孔隙中的赋存特征？如何实现油气的有效动用？一道道难题需要破解。
  在不断攻关过程中，我们感受到要加强学科交叉融合与国际合作。研发中心形成了多学科交叉团队，成功将“将今论古”“纳米视角”“跨尺度融合”等理念应用于致密油气评价技术研发中。从交叉学科崭新的视角为致密油气形成过程与有效性评价提供了新的研究思路。
  在细粒沉积方面，我们加强现场研究与实验分析结合，赴国内外多个盆地在露头和岩芯取样上千块进行多种分析化验，建立了鄂尔多斯、准噶尔、松辽等重点盆地铁柱子与铁剖面，并与国际顶尖水槽实验室合作研究，应用多学科交叉的方法恢复细粒沉积岩原始沉积环境，建立不同类型湖盆细粒沉积模式，明确火山作用、热液等因素对富有机质页岩形成的影响，直接推动了细粒沉积学的发展。
  在非常规储层表征方面，我们建立了国际先进的储层多尺度孔隙—矿物—有机质—流体综合分析技术，创新开发了国际领先的储层表征及油气赋存模拟特色技术；加强原位表征技术研发，创造性完成了富有机质页岩与致密砂岩四维孔隙结构时移表征，阐明了孔隙形成、发育与保存机理，为页岩油气与致密油气等勘探目标优选提供了理论技术支撑。