俄气石油公司非常规油气开发面临的挑战

温希娟(大庆油田勘探开发研究院科技战略情报研究中心，黑龙江 大庆 163712)

0 引言

近年来由于常规石油产量开始下降，俄罗斯生产轻质原油的时代已经结束，但是西西伯利亚盆地的巴热诺夫(Bazhenov)、伏尔加－乌拉尔盆地的多马尼克(Domanik)页岩层等的非常规石油储量非常丰富，引起了俄罗斯各大油气公司的关注。

2013年，俄罗斯天然气股份公司下属的俄气石油公司开始着手以巴热诺夫组为代表的非常规油气研究。2017年，公司成立巴热诺夫国家级项目，旨在创建一套国内技术和高科技设备，采用可盈利的技术来开采非常规油气储量，以及时应对世界技术挑战。

截至2020年底，俄气石油公司巴热诺夫项目从试点转向运营，产油量大幅增加，年产油达到10万吨，成本下降了一半以上，取得了里程碑式的成就。同时，公司非常规油气开发也面临诸多挑战，主要表现在以下3个方面：非常规油气系统评价，有效钻井、完井和生产以及综合开发规划。

1 非常规油气系统评价

非常规油气系统评价是勘探开发各个阶段的基本方向，可由此确定资源基础开发战略，以及地质勘探开发和资产开发战略。

1.1 非常规油气系统模型的参数评价与构建

非常规油气系统的特点是：孔隙空间的结构极其复杂(基质-裂缝-干酪根)；存在微米、纳米级的孔隙；碳氢化合物和矿物成分复杂；碳氢化合物物理-化学性质的可变分布；机械性能的各向异性。这都需要在地球物理和实验室研究领域开发新方法和技术。

目前，俄气石油公司非常规资源的综合静态建模在区域建模和储层建模方面尚未取得大的突破。因此，需要对不同规模非常规油气进行系统研究、储层特征评价技术可行性研究，以改进和完善非常规油气系统的综合静态建模。

1.2 储量计算方法

自1986年以来，俄罗斯石油界一直在尝试确定巴热诺夫组的储量计算方法，直到2018年，研发了一种用于计算储量的临时方法。但该方法也存在缺陷，同一研究对象可以给出不同的结果，且相差2～5倍，需要进一步测试和改进。同时，临时方法中未包括与多马尼克、库阿纳姆(kuonam)、哈杜姆(hadum)等同类型的油源岩中的烃，但是此类烃的计算需求仍然很高。

因此，当前公司亟需完善地质勘探和开发各个阶段原始地质储量、资源量以及可采储量计算方法的研究。

1.3 水平井储层性质评价

水平井储层属性评价是建立地质模型、评估资源量、地质导向和选择水力压裂裂缝起始点之间的重要节点。目前，由于俄罗斯国内技术发展水平低，当前生产方案的信息内容还不尽人意。水力压裂设计难以确保设计的裂缝分布。

目前，公司关键研发需求集中在水平井储层属性评价，旨在优化完井和增产，精细化地质模型和储量计算方法。

2 有效钻井、完井和增产

有效钻井、完井和增产等属资本密集类型，同时在提高非常规资源开采效率方面具有巨大潜力。在增产阶段，主要任务是创建有效增产储层、真实建模和裂缝分布诊断。选择最佳的完井、射孔和增产策略将使已建立的储层发挥最大生产效率并降低井的成本。

2.1 复杂条件下的有效建井和完井

由于俄罗斯国产随钻测井系统和地质导向系统发展水平低，在目标薄层条件下进行地质导向非常困难。保持井筒稳定性和避免漏失等复杂作业也将导致建井时间增加。

由于欧美国家的技术限制，俄罗斯目前无法使用旋转导向技术和大功率钻机，而非最优化的井设计使其难以过渡到高速注入，钻出水平井段超过1 500 m的井。此外，需要进行可靠的井段封堵并防止裂缝干扰。

因此，公司亟需提高钻井的准确性、有效性以及初次打开地层的有效性，提高水平井钻井的可控性，大力发展多分支压裂井并进行最佳完井。

2.2 建立储层有效改造体积ESRV并进行参数评价

现阶段，俄罗斯国内技术的发展尚不能在微地震和水力压裂系统之间建立精细定量关系，这是因为缺乏将微震监测、水力压裂模拟和地质力学结果整合在一起的方法。

目前，俄气石油公司尚不能准确确定储层的有效改造体积。这种情况对完井和水力压裂的设计优化以及最佳井间距的确定产生不利影响。由于缺乏微震监测和实施质量控制的监管框架，获得西方技术的机会也有限。此外，亟需研究其他有效改造体积诊断的替代方法，以准确评估有效改造体积并进行参数评价的综合方法。

3 综合开发规划

非常规油气系统综合开发规划旨在将所有技术解决方案相结合，形成最佳开发策略。借助综合开发规划，可提高石油采收率和非常规油气田开发的盈利能力。

3.1 选择最佳开发系统

俄罗斯缺乏开发非常规油气的经验，对非常规油气的解释技术和模拟技术也很不成熟[1]，监管方法文件不能反映非常规储量的模拟和开发细节。在世界范围内非常规油气的采收率也非常低，不超过5%～7%。

非常规油气田的特点是，在油井开采的第一年产量急剧下降，最高可下降80%。开发规划参数也存在很大的不确定性，例如储层泄油量、井间距、井位、水平井的长度、井的类型、开采速度、最佳作业方式和方法、保持油层压力的潜力等。因此，公司需要对非常规油气系统渗流特性进行研究，评估储层泄油量参数，确定流体动力学模拟方法和开发规划方法。

3.2 水平井作业模式管理和地面设施优化

向垂直深度超过2 500 m且直径较小的长水平井(大于1 500 m)过渡时，需要评估轨迹几何形状对井的累计产量的影响。在水平井运行的第一年，井的作业参数和多相流量会动态变化。目前俄气石油公司尚未确定水平井作业的目标技术参数。另外，由于制裁，水平井作业变得复杂，主要是气塞、压裂液的堆积、支撑剂残留等。

结果，储层的能量消耗在克服障碍上而不是石油开采上。储层压力的下降以及压力维持系统无法补偿压力损失会导致开采中不可逆转的损失。只有通过实施多种技术方案来控制井的流量，才能确保有效采油。因此俄气石油公司需要选择人工举升开采模式并创建新技术，研发出有利于油气田开发的设备。

3.3 剩余油、吸附烃和固态烃的捕获

非常规油气系统具有复杂的结构和多种资源类型—游离烃、束缚油，以及干酪根和焦油-沥青质物质的热解潜力。页岩油工程的主要方向是通过注入技术和增产技术的发展来提高弱连通孔隙中混合油和石油的采收率，而其他未投入开发的储量所占的比例可以达到60%～80%。

目前，尽管有些俄罗斯页岩公司已经进入试点阶段，但该方向仍处于发展的早期阶段，并且主要集中在研发领域[2]。目前俄气石油在这方面的研发需求主要体现在以下6个方面：

(1)非常规油气系统-含干酪根岩石的科学研究及科学应用研究。

(2)确定和研究基本自然科学标准与页岩地层油气系统转化动力学特征的相关性。

(3)确定前景技术的技术因素对油母岩的作用效果。

(4)研究创立、开发、设计、制造、测试设备及其零部件的技术能力，以开发油母岩。

(5)对非常规油气系统产生技术影响的过程进行综合数学模拟，从含干酪根的岩石中生成人造石油，并开发出IT产品。

(6)在有效创新技术领域进行全面研究和开发，以使页岩地层的全部油气(包括干酪根)投入开发。

4 结语

(1)由于欧美技术出口的限制，导致国外先进的水平井钻井、地层压裂等技术和设备不能在俄罗斯推广应用。俄气石油公司需要不断加大国内技术的研发和应用，加速实施进口替代战略。

(2)俄气石油公司在非常规油气开发方面面临重重挑战，主要研发方向集中在非常规油气系统评价，有效钻井、完井和生产以及综合开发规划三个方面。

(3)俄气石油2013年开始着手研究以巴热诺夫组为主的非常规油气，2017年正式启动巴热诺夫项目，到2020年已经从试点转向运营，成本大幅下降，证明了借助俄罗斯国内技术开发巴热诺夫组等非常规油气的可行性。