? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
第 24卷 　 第 8期
2009年 8月
地 球 科 学 进 展
ADVANCES IN EARTH SC IENCE
Vol. 24　 No. 8
Aug. , 2009
文 章 编 号 : 100128166 (2009) 0820854211
低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 进 展 3
①
张 志 强 1 ,郑 军 卫 1, 2
(1. 中 国 科 学 院 资 源 环 境 科 学 信 息 中 心 /中 国 科 学 院 国 家 科 学 图 书 馆 兰 州 分 馆 ,甘 肃 　 兰 州 　 730000;
2. 中 国 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 ,北 京 　 100083)
摘 　 要 :通 过 对 国 内 外 低 渗 透 油 气 资 源 的 分 类 、 资 源 量 、 分 布 状 况 、 勘 探 开 发 技 术 研 究 现 状 的 分 析 ,
指 出 低 渗 透 油 气 层 的 识 别 和 改 造 技 术 、 钻 采 工 艺 技 术 是 当 前 国 际 低 渗 透 油 气 勘 探 开 发 技 术 研 究 的
热 点 。 当 前 和 未 来 国 际 低 渗 透 油 气 资 源 研 究 将 主 要 关 注 :低 渗 透 储 集 层 优 质 储 集 体 预 测 技 术 、 压 裂
技 术 、 水 平 井 和 多 分 支 井 技 术 、 小 井 眼 钻 井 技 术 、 超 前 注 水 技 术 、 层 内 爆 炸 增 产 技 术 、 微 生 物 采 油 技
术 等 技 术 领 域 。 我 国 今 后 需 要 进 一 步 发 展 超 深 井 钻 井 、 沙 漠 山 地 等 复 杂 地 表 条 件 高 分 辨 率 地 震 勘
探 和 解 释 技 术 、 复 杂 岩 性 油 气 层 测 井 技 术 、 低 渗 透 含 油 区 带 优 选 技 术 、 低 渗 透 储 层 微 观 孔 隙 结 构 研
究 技 术 、 低 渗 透 储 层 裂 缝 先 期 预 测 技 术 、 开 发 压 裂 优 化 注 采 系 统 技 术 、 水 平 井 、 复 杂 结 构 井 压 裂 技
术 、 低 渗 透 油 藏 注 气 提 高 原 油 采 收 率 技 术 、 小 井 眼 钻 井 技 术 等 。
关 　 键 　 词 :低 渗 透 油 气 资 源 ;超 低 渗 透 储 层 ;致 密 砂 岩 ;勘 探 开 发 技 术 ;储 层 改 造 ;提 高 采 收 率
中 图 分 类 号 : P618. 13; TE348　 　 　 文 献 标 志 码 : A
1　 引 　 言
随 着 世 界 油 气 工 业 的 发 展 ,那 些 规 模 大 、 储 量
大 、 资 源 丰 度 高 、 易 勘 探 、 好 开 采 的 油 气 资 源 在 整 个
剩 余 油 气 资 源 总 量 中 所 占 的 比 重 越 来 越 小 ,而 一 些
以 前 不 被 重 视 的 、 未 列 入 主 要 勘 探 目 标 的 、 开 发 效 益
相 对 较 差 、 勘 探 开 发 技 术 要 求 高 的 油 气 资 源 将 逐 步
成 为 全 球 油 气 勘 探 开 发 的 热 点 。 加 拿 大 猎 人 勘 探 有
限 公 司 ( Canadian Hunter Exp loration L td. ) Masters
等 [ 1 ]在 1979年 对 全 球 各 类 油 气 资 源 分 布 及 其 所 需
勘 探 开 发 技 术 研 究 的 基 础 上 指 出 ,可 以 用 一 个 三 角
形 图 对 全 球 油 气 资 源 进 行 描 述 。 高 、 中 品 质 容 易 开
发 的 常 规 油 气 资 源 占 据 三 角 形 上 部 面 积 较 小 区 域 ,
对 应 的 资 源 量 也 较 小 ;而 低 品 质 不 容 易 开 发 的 非 常
规 油 气 资 源 占 据 三 角 形 的 中 下 部 ,对 应 的 资 源 量 也
较 大 。 且 从 三 角 形 顶 端 到 底 部 ,油 气 资 源 开 发 所 需
技 术 和 成 本 逐 步 增 高 。 2003年 ,加 拿 大 非 常 规 天 然
气 协 会 [ 2 ] (Canadian Society for Unconventional Gas)
在 Masters等 的 油 气 资 源 三 角 图 基 础 上 进 行 了 补 充
(图 1) ,将 低 品 味 油 气 资 源 细 分 为 低 渗 透 石 油 、 致 密
砂 岩 气 、 页 岩 气 、 重 油 、 煤 层 甲 烷 、 天 然 气 水 合 物 、 油
页 岩 等 ,并 根 据 资 源 量 、 开 发 成 本 、 所 需 技 术 难 度 等
分 别 标 在 三 角 图 中 的 相 应 位 置 。 随 着 高 、 中 品 质 常
规 油 气 资 源 的 减 少 和 勘 探 开 发 技 术 的 进 步 ,低 渗 透
油 气 资 源 (低 渗 透 石 油 、 致 密 砂 岩 气 )将 成 为 常 规 油
气 资 源 的 接 替 者 和 保 障 世 界 油 气 资 源 供 应 的 主 角 。
由 于 低 渗 透 油 气 资 源 全 球 分 布 范 围 广 、 储 量
大 [ 3 ] ,用 于 对 其 进 行 勘 探 开 发 的 工 艺 技 术 与 用 于 常
规 油 气 资 源 的 技 术 存 在 密 切 联 系 ,大 部 分 用 于 常 规
油 气 资 源 勘 探 开 发 的 工 艺 技 术 也 可 同 样 适 用 于 低 渗
透 油 气 资 源 ,开 展 低 渗 透 油 气 资 源 研 究 的 重 要 性 日
益 凸 显 。
① 　 收 稿 日 期 : 2009204220;修 回 日 期 : 2009207207.
3 基 金 项 目 :中 国 科 学 院 知 识 创 新 工 程 重 要 方 向 性 项 目 “ 资 源 与 海 洋 、 生 态 与 环 境 创 新 基 地 战 略 研 究 与 科 学 评 价 ” (编 号 : KZCX22YW 2501) ;
国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 “ 21世 纪 地 球 科 学 研 究 的 十 大 科 学 问 题 ” (编 号 : 40841015)资 助 .
　 作 者 简 介 :张 志 强 (19642) ,男 ,甘 肃 定 西 人 ,博 士 ,研 究 员 ,博 导 ,主 要 从 事 地 球 科 学 与 资 源 环 境 科 学 学 科 发 展 战 略 研 究 、 生 态 经 济 学 与 区 域
可 持 续 发 展 研 究 . E2ma il: zhangzq@ lzb. ac. cn
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
本 文 通 过 对 国 内 外 低 渗 透 油 气 资 源 的 特 征 与 分
类 、 资 源 与 分 布 状 况 、 勘 探 开 发 技 术 研 究 现 状 的 分
析 ,归 纳 当 前 国 际 低 渗 透 油 气 勘 探 开 发 技 术 研 究 的
热 点 和 需 要 关 注 的 主 要 技 术 ,以 期 对 我 国 低 渗 透 油
气 勘 探 开 发 研 究 有 所 裨 益 。
图 1　 油 气 资 源 三 角 图 [ 2]
F ig. 1　 Resource tr iangle for o il and ga s
2　 低 渗 透 油 气 田 特 征 及 其 资 源 概 况
低 渗 透 油 气 田 (Low permeability reservoir/pool,
Low permeable reservoir/ pool)是 指 油 层 孔 隙 度 低 、
喉 道 小 、 流 体 渗 透 能 力 差 、 产 能 低 ,通 常 需 要 进 行 油
藏 改 造 才 能 维 持 正 常 生 产 的 油 气 田 [ 3～ 9 ]。 目 前 低 渗
透 储 层 的 岩 石 类 型 包 括 砂 岩 、 粉 砂 岩 、 砂 质 碳 酸 岩 、
灰 岩 、 白 云 岩 以 及 白 垩 等 [ 7 ] ,但 主 要 以 致 密 砂 岩 储
层 为 主 。
根 据 低 渗 透 储 层 的 孔 隙 度 和 渗 透 率 特 征 ,可 将
其 分 为 2类 :第 1类 为 高 孔 低 渗 储 层 ,该 类 储 层 主 要
由 沉 积 粒 度 比 较 细 的 粉 砂 岩 、 白 垩 等 构 成 ,该 类 储 层
的 孔 隙 度 相 对 较 高 (原 始 孔 隙 度 可 达 到 10% ～
40% ) ,但 是 由 于 颗 粒 粒 度 细 、 粒 内 和 粒 间 孔 隙 小 且
束 缚 水 饱 和 度 一 般 在 90%左 右 ,空 气 渗 透 率 很 低 ;
第 2类 为 低 孔 低 渗 储 层 ,该 类 储 层 孔 隙 度 ( 3% ～
12% )和 空 气 渗 透 率 都 很 低 ,毛 管 压 力 相 对 较 高 ,束
缚 水 饱 和 度 一 般 在 45% ～ 70%之 间 ,由 于 该 类 储 层
的 孔 隙 主 要 是 由 分 散 的 微 孔 洞 构 成 ,且 孔 洞 之 间 的
连 通 性 差 造 成 渗 透 率 低 [ 7 ]。
低 渗 透 油 气 藏 按 成 因 分 为 原 生 低 渗 透 油 气 藏 和
次 生 低 渗 透 油 气 藏 。 一 般 原 生 低 渗 透 油 气 藏 主 要 是
受 沉 积 作 用 的 影 响 ,沉 积 物 粒 度 细 ,泥 质 含 量 高 ,分
选 差 ,以 原 生 孔 为 主 ,储 层 大 多 埋 深 较 浅 ,未 经 历 强
烈 的 成 岩 作 用 改 造 ,岩 石 脆 性 低 ,裂 缝 不 发 育 ,孔 隙
度 较 高 ,而 渗 透 率 较 低 ,多 数 为 中 高 孔 低 渗 型 。 次 生
低 渗 透 油 气 藏 主 要 是 各 种 成 岩 作 用 改 造 的 结 果 ,这
类 储 层 原 是 常 规 储 层 , 但 由 于 压 实 作 用 、 胶 结 作 用
等 ,大 大 降 低 了 孔 隙 度 和 渗 透 率 ,原 生 孔 隙 残 留 较
少 ,形 成 致 密 层 。 我 国 已 发 现 的 低 渗 透 储 层 主 要 是
这 类 储 层 。
然 而 ,由 于 目 前 对 于 低 渗 透 储 层 概 念 的 认 识 还
不 完 全 一 致 ,因 此 还 未 形 成 统 一 的 针 对 低 渗 透 储 层
的 分 类 和 评 价 标 准 ,因 而 ,世 界 各 国 对 低 渗 透 油 田 和
气 田 的 划 分 标 准 也 存 在 差 异 。 前 苏 联 学 者 [ 10 ]将 渗
透 率 小 于 (50～ 100) × 10 - 3μ m2的 油 田 算 作 低 渗 透
油 田 。 美 国 联 邦 能 源 管 理 委 员 会 ( FERC)把 渗 透 率
小 于 0. 1 × 10 - 3μ m2的 储 层 称 为 致 密 储 层 [ 11 ]。 李 道
品 [ 4 ]根 据 油 层 平 均 渗 透 率 把 低 渗 透 油 田 分 为 3类 ,
即 一 般 低 渗 透 油 田 (油 层 平 均 渗 透 率 为 50 × 10 - 3 ～
10. 1 × 10 - 3μ m2 )、 特 低 渗 透 油 田 (油 层 平 均 渗 透 率
为 10. 0 × 10 - 3 ～ 1. 1 × 10 - 3μ m2 )、 超 低 渗 透 油 田 (油
层 平 均 渗 透 率 为 1. 0 × 10 - 3 ～ 0. 1 × 10 - 3μ m2 )。 唐
曾 熊 [ 5 ]建 议 按 照 数 量 级 的 差 异 作 为 划 分 各 类 渗 透
率 的 标 准 ,即 对 于 油 田 ,特 低 渗 透 率 定 为 < 10 × 10 - 3
μ m2 ,低 渗 透 率 定 为 ( 10～ 100) × 10 - 3μ m2 ,中 渗 透
率 定 为 (100～ 1 000) × 10 - 3μ m2 ,高 渗 透 率 定 为 >
1 000 × 10 - 3μ m2。 另 外 ,还 有 一 些 地 域 性 的 分 类 ,如
赵 靖 舟 等 [ 12 ]通 过 对 鄂 尔 多 斯 盆 地 三 叠 系 砂 岩 储 层
的 研 究 ,将 低 渗 透 砂 岩 储 集 层 分 为 低 渗 透 层 ( Ⅰ
类 )、 特 低 渗 透 层 (Ⅱ 类 )、 超 低 渗 透 层 (Ⅲ 类 )、 致 密
层 (Ⅳ 类 ) 4个 亚 类 。 我 国 石 油 天 然 气 行 业 标 准 SY/
T6168— 1995[ 13 ]规 定 ,气 藏 储 层 有 效 渗 透 率 > 50 ×
10 - 3μ m2为 高 渗 储 层 ,有 效 渗 透 率 为 10 × 10 - 3 ～ 50
× 10 - 3μ m2属 中 渗 储 层 ,有 效 渗 透 率 为 0. 1 × 10 - 3 ～
10 × 10 - 3μ m2属 低 渗 储 层 ,有 效 渗 透 率 ≤ 0. 1 × 10 - 3
μ m2为 致 密 储 层 。 1998年 开 始 实 施 的 我 国 石 油 天 然
气 行 业 标 准 《 油 气 储 层 评 价 方 法 》 ( SY/T6285—
1997) [ 14 ]将 低 渗 透 层 的 渗 透 率 上 限 定 为 50 × 10 - 3
μ m2 ,并 分 别 确 定 了 含 油 储 层 与 含 气 储 层 的 孔 隙 度 、
渗 透 率 评 价 分 类 标 准 。 该 标 准 将 低 渗 透 含 油 砂 岩 储
层 分 为 低 渗 透 (渗 透 率 为 50 × 10- 3 ～ 10 × 10 - 3μ m2 )、
特 低 渗 透 (渗 透 率 10 × 10- 3 ～ 1 × 10 - 3μ m2 )、 超 低 渗
透 (渗 透 率 为 1 × 10- 3 ～ 0. 1 × 10- 3μ m2 )、 非 渗 透 (渗
透 率 < 0. 1 × 10- 3μ m2 )储 层 ;将 低 渗 透 含 气 砂 岩 储 层
分 为 低 渗 透 (渗 透 率 为 10 × 10- 3 ～ 0. 1 × 10- 3μ m2 )和
特 低 渗 透 (渗 透 率 < 0. 1 × 10- 3μ m2 )储 层 。
低 渗 透 油 气 田 是 世 界 上 最 重 要 的 油 气 田 类 型 之
一 。 世 界 上 低 渗 透 油 气 资 源 十 分 丰 富 ,分 布 范 围 非
常 广 泛 ,其 在 北 美 、 中 亚 、 东 亚 和 东 南 亚 、 北 非 、 北 欧
等 地 区 都 有 广 泛 的 分 布 。 同 时 ,随 着 油 气 勘 探 开 发
时 间 的 延 长 ,小 而 复 杂 的 低 渗 透 油 田 所 占 的 比 例 越
558第 8期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 张 志 强 等 :低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
来 越 大 。 例 如 ,俄 罗 斯 近 几 年 来 在 西 西 伯 利 亚 地 区
新 发 现 的 低 渗 透 、 薄 层 等 低 效 储 量 已 占 到 其 当 年 油
气 探 明 储 量 的 50%以 上 ,低 渗 透 油 气 藏 已 成 为 俄 罗
斯 老 油 气 开 发 区 最 主 要 的 后 备 资 源 。
同 样 ,低 渗 透 油 气 田 也 是 我 国 重 要 的 油 气 田 类
型 ,其 广 泛 分 布 在 我 国 的 各 个 油 气 区 。 据 第 二 次 全
国 油 气 资 源 评 价 结 果 ,低 渗 透 油 层 资 源 量 为 210. 7
亿 t,占 全 国 石 油 总 资 源 量 (940亿 t)的 22. 4%。 根
据 中 国 石 油 天 然 气 集 团 公 司 第 三 次 油 气 资 源 评 价 结
果 ,我 国 陆 上 主 要 盆 地 可 探 明 的 重 稠 油 、 低 渗 透 、 特
低 渗 透 石 油 资 源 量 约 215. 9 × 108 t,占 可 探 明 石 油
资 源 量 的 49. 8% ,其 中 重 油 31. 1 × 108 t,低 渗 透 和
特 低 渗 透 石 油 184. 8 × 108 t[ 12 ]。
截 至 2005年 ,我 国 低 渗 透 油 田 探 明 储 量 为 63
亿 t,约 占 探 明 总 储 量 的 28%。 近 5年 新 增 探 明 储
量 中 低 渗 透 油 储 量 的 比 重 已 增 至 50% ～ 60% ,剩 余
石 油 资 源 中 低 渗 透 油 田 储 量 也 占 到 76. 5%。 在 低
渗 透 石 油 资 源 中 ,探 明 储 量 大 于 2亿 t的 油 区 有 大
庆 、 吉 林 、 辽 河 、 大 港 、 新 疆 、 长 庆 、 吐 哈 、 胜 利 、 中 原 等
9个 油 区 。 全 国 陆 上 天 然 气 资 源 量 为 30. 23万 亿
m3 ,低 渗 透 气 层 资 源 量 约 为 12万 亿 m3 ,占 总 资 源 量
的 40% ,目 前 我 国 天 然 气 产 量 近 1 /3产 自 低 渗 透 气
层 。 鄂 尔 多 斯 、 松 辽 、 柴 达 木 、 准 噶 尔 四 大 盆 地 低 渗
透 天 然 气 储 量 比 例 均 在 85%以 上 。 截 止 2008年
底 [ 15 ] ,全 国 累 计 探 明 低 渗 透 石 油 地 质 储 量 141亿 t,
低 渗 透 天 然 气 地 质 储 量 4. 1万 亿 m3 ,分 别 占 全 国 石
油 和 天 然 气 储 量 的 49. 2%和 63. 6%。 2008年 ,全
国 低 渗 透 原 油 产 量 为 0. 71亿 t,占 总 产 量 的 37. 6% ;
低 渗 透 天 然 气 产 量 达 320 亿 m3 , 占 总 产 量 的
42. 1% [ 15 ]。
3　 国 内 外 低 渗 透 油 气 资 源 研 发 现 状
近 年 来 对 低 渗 透 油 气 田 的 有 效 勘 探 和 经 济 开 发
问 题 已 成 为 国 际 油 气 科 技 领 域 重 要 的 研 究 内 容 ,国
内 外 油 田 公 司 和 科 研 单 位 在 低 渗 透 油 气 田 的 勘 探 开
发 方 面 都 开 展 了 相 应 的 研 究 ,取 得 了 一 定 的 成 效 。
如 :国 外 在 高 分 辨 率 地 震 技 术 、 多 分 量 地 震 勘 探 技
术 、 四 维 地 震 勘 探 技 术 、 裂 缝 识 别 、 压 裂 新 技 术 、 装 备
和 软 件 、 水 平 井 和 复 杂 结 构 井 井 下 随 钻 测 量 和 控 制
技 术 、 小 井 眼 钻 井 工 艺 、 蛇 形 钻 井 工 艺 、 注 气 驱 油 气
工 艺 等 技 术 方 面 取 得 突 破 ;我 国 则 在 油 藏 精 细 描 述 、
储 层 微 观 孔 隙 结 构 研 究 、 富 集 区 优 选 、 超 前 注 水 、 开
发 压 裂 和 集 成 组 合 技 术 等 方 面 形 成 优 势 。 目 前 ,国
际 上 已 经 实 现 了 对 渗 透 率 大 于 0. 5 × 10 - 3μ m2的 低
渗 透 油 气 田 的 有 效 开 发 ,但 渗 透 率 小 于 0. 5 × 10 - 3
μ m2的 低 渗 透 油 气 资 源 量 仍 然 很 大 ,需 要 通 过 科 技
进 步 来 不 断 拓 展 低 渗 透 油 气 田 有 效 勘 探 开 发 的 下
限 。
3. 1　 国 外 低 渗 透 油 气 资 源 研 发 现 状
虽 然 国 外 低 渗 透 油 藏 开 发 时 间 长 ,美 国 1871
年 [ 16 ]即 发 现 了 著 名 的 布 拉 德 福 德 油 田 (B radford O il
Field) ,但 由 于 开 发 难 度 大 、 经 济 效 益 差 ,国 外 在 特 、
超 低 渗 透 油 气 田 勘 探 开 发 的 研 究 力 度 和 应 用 规 模 上
都 比 较 小 。 然 而 在 一 些 单 项 技 术 上 ,与 我 国 相 比 国
外 一 些 跨 国 石 油 公 司 仍 具 有 很 大 优 势 。
3. 1. 1　 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 技 术 研 发 现 状
迄 今 在 国 外 低 渗 透 油 气 资 源 仍 不 是 油 气 勘 探 的
主 要 目 标 ,因 而 对 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 技 术 的 研 究
与 常 规 油 气 勘 探 技 术 的 研 发 是 结 合 在 一 起 的 ,绝 大
多 数 技 术 都 是 通 用 的 。 近 年 来 ,国 外 在 油 气 资 源 勘
探 方 面 的 技 术 进 步 主 要 表 现 为 : ① 在 油 气 勘 探 理 论
方 面 ,国 外 提 出 的 盆 地 动 态 模 拟 与 油 气 系 统 分 析 技
术 [ 17, 18 ]、 高 精 度 层 序 地 层 学 [ 19 ]和 资 源 目 标 一 体 化 技
术 等 对 油 气 勘 探 技 术 都 具 有 重 要 的 引 领 作 用 ; ② 在
非 地 震 勘 探 技 术 方 面 ,对 地 表 化 探 、 卫 星 遥 感 、 重 磁
电 法 勘 探 以 及 微 电 磁 等 低 成 本 的 综 合 应 用 对 盆 地 早
期 评 价 具 有 重 要 作 用 ; ③ 在 地 震 勘 探 方 面 ,高 分 辨 率
地 震 技 术 、 多 分 量 地 震 勘 探 技 术 、 四 维 地 震 勘 探 技
术 、 三 维 地 震 可 视 化 解 释 技 术 [ 20 ]、 叠 前 深 度 偏 移 技
术 、 油 藏 地 震 描 述 技 术 、 裂 缝 预 测 与 裂 缝 建 模 技 术 、
时 移 地 震 检 测 技 术 等 的 迅 速 发 展 ,极 大 地 提 高 了 新
区 油 气 勘 探 的 成 功 率 和 老 区 剩 余 油 气 的 描 述 水 平 ;
④ 在 测 井 技 术 方 面 ,成 像 测 井 、 核 磁 共 振 成 像 测 井 、
井 间 电 磁 成 像 测 量 和 随 钻 测 井 技 术 等 的 进 步 ,大 大
提 高 了 油 气 层 识 别 的 成 功 率 。 此 外 一 些 综 合 地 球 物
理 勘 探 技 术 也 得 到 了 很 大 的 发 展 ,如 近 年 来 在 地 震
资 料 和 测 井 资 料 综 合 解 释 方 面 取 得 了 重 大 突 破 ,利
用 各 种 测 井 曲 线 合 成 的 地 震 记 录 不 仅 保 留 了 原 测 井
曲 线 在 垂 向 上 的 高 分 辨 率 ,同 时 也 吸 收 了 地 震 记 录
在 水 平 方 向 覆 盖 面 大 的 优 点 ,达 到 了 提 高 勘 探 成 功
率 的 目 的 。
3. 1. 2　 低 渗 透 油 气 资 源 开 发 技 术 研 发 现 状
国 外 在 低 渗 透 油 气 资 源 开 发 方 面 的 技 术 进 步 首
先 体 现 在 先 进 的 钻 井 和 完 井 技 术 ,主 要 包 括 :水 平
井 、 老 井 重 钻 、 复 杂 结 构 井 钻 井 完 井 技 术 ,深 井 、 超 深
井 钻 井 技 术 ,大 位 移 井 钻 井 完 井 技 术 ,空 气 钻 井 、 膨
胀 管 钻 井 、 连 续 柔 管 及 套 管 钻 井 技 术 ,蛇 形 钻 井 [ 21 ]、
小 井 眼 钻 井 及 欠 平 衡 钻 井 技 术 等 。 美 国 能 源 部 提 出
658 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 地 球 科 学 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 24卷
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
21世 纪 钻 井 技 术 发 展 的 方 向 是 钻 得 更 快 (钻 进 速 度
更 快 ,钻 井 周 期 更 短 ,钻 井 效 率 更 高 )、 更 深 (所 钻 井
的 井 深 更 深 ,以 及 海 上 钻 井 的 水 深 更 深 )、 更 廉 价
(吨 油 成 本 中 钻 井 的 成 本 更 低 )、 更 清 洁 (钻 井 过 程
中 对 油 层 的 保 护 更 好 ,对 环 境 的 污 染 更 小 )。 国 外
在 小 井 眼 钻 井 先 进 技 术 研 究 和 发 展 方 面 的 趋 势 为 :
带 顶 部 驱 动 的 小 井 眼 钻 机 、 小 尺 寸 大 功 率 井 下 动 力
钻 具 、 采 用 高 灵 敏 度 井 控 专 家 系 统 控 制 和 预 防 井 喷 、
采 用 连 续 取 芯 钻 机 进 行 小 井 眼 取 芯 作 业 、 采 用 高 强
度 固 定 齿 的 新 型 钻 头 等 。 并 且 朝 着 更 小 尺 寸 配 套 的
方 向 发 展 ,目 前 国 外 已 有 可 用 于 76. 2 mm井 眼 的 全
套 钻 井 和 井 下 配 套 工 具 ,以 及 多 种 连 续 取 芯 钻 机 和
混 合 型 钻 机 [ 22 ]。 国 外 在 低 渗 透 油 气 资 源 开 发 方 面
的 技 术 进 步 ,还 体 现 在 裂 缝 识 别 、 压 裂 新 技 术 、 注 气
技 术 、 数 字 油 田 技 术 、 聪 明 油 田 技 术 ( smart oil
field) [ 21 ]、 以 及 相 关 装 备 和 软 件 等 方 面 。 如 国 外 在
低 渗 透 油 气 田 天 然 裂 缝 识 别 方 面 已 发 展 了 配 套 的 系
列 技 术 ,包 括 定 向 取 心 、 岩 心 地 应 力 测 试 、 微 电 阻 率
扫 描 成 像 测 井 、 地 应 力 场 数 值 模 拟 、 人 工 裂 缝 识 别 、
压 裂 过 程 中 微 地 震 信 息 对 人 工 裂 缝 进 行 三 维 监 测 等
技 术 。
3. 1. 3　 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 现 状
通 常 ,得 到 优 先 勘 探 和 开 发 的 是 那 些 规 模 大 、 易
于 发 现 、 易 于 开 采 、 经 济 效 益 高 的 中 高 渗 油 气 资 源 ,
而 将 那 些 品 位 低 、 规 模 小 、 开 发 难 度 大 、 开 发 效 益 低
的 油 气 资 源 作 为 后 备 资 源 ,只 有 在 油 气 资 源 短 缺 或
技 术 、 经 济 条 件 允 许 的 条 件 下 才 进 行 探 明 和 开 采 。
目 前 总 体 来 看 ,由 于 开 发 难 度 大 、 技 术 水 平 要 求 高 ,
国 外 对 低 渗 透 油 气 资 源 开 发 的 规 模 还 不 是 很 大 [ 23 ] ,
多 数 产 油 国 的 油 气 勘 探 开 发 的 主 要 目 标 仍 是 中 高 渗
产 层 。 美 国 、 加 拿 大 、 俄 罗 斯 、 澳 大 利 亚 等 是 除 中 国
以 外 世 界 上 为 数 不 多 的 几 个 开 发 低 渗 透 油 气 藏 的 国
家 ,目 前 这 些 国 家 开 发 的 低 渗 透 储 层 的 渗 透 率 下 限
基 本 在 1. 0 × 10 - 3μ m2以 上 。 如 美 国 就 在 二 叠 盆 地
( Perm ian Basin)开 采 渗 透 率 在 1. 0 × 10 - 3μ m2左 右
的 油 藏 ,单 井 平 均 产 油 量 约 为 0. 5～ 1. 0 t/d。 在 低
渗 透 气 藏 开 发 方 面 ,典 型 的 有 加 拿 大 阿 尔 伯 达 盆 地
(A lberta Basin) ,在 盆 地 西 部 最 深 坳 陷 的 深 盆 区 ,发
现 了 20多 个 低 渗 透 产 气 层 段 ,主 要 储 层 为 白 垩 系 致
密 砂 岩 层 系 ,总 含 气 面 积 达 62 160 km2 ,孔 渗 最 低 处
孔 隙 度 小 于 10% ,渗 透 率 低 于 0. 5 × 10 - 3μ m2。 美
国 落 基 山 地 区 也 是 低 渗 透 气 藏 开 发 较 多 的 地 区 ,该
地 区 西 侧 以 逆 掩 断 层 带 开 始 ,向 北 与 加 拿 大 阿 尔 伯
达 盆 地 西 侧 逆 掩 带 对 应 ,向 东 、 向 南 依 次 散 布 着 20
多 个 盆 地 ,储 气 层 段 以 透 镜 状 致 密 砂 岩 为 特 征 ,一 般
为 多 层 同 时 饱 含 天 然 气 ,埋 藏 深 度 一 般 在 1 500 m
以 深 。 气 藏 储 层 的 孔 隙 度 一 般 介 于 7% ～ 15%之
间 ,渗 透 率 通 常 为 (0. 13～ 1. 5) × 10 - 3μ m2 ,以 低 孔 、
低 渗 的 透 镜 状 砂 岩 体 为 基 本 特 征 。 俄 罗 斯 则 在 西 伯
利 亚 地 区 的 贝 斯 特 林 油 田 、 西 苏 尔 古 特 油 田 、 东 苏 尔
古 特 油 田 、 罗 斯 金 油 田 和 费 德 罗 夫 油 田 等 的 低 渗 透
油 气 资 源 开 发 中 积 累 了 丰 富 的 经 验 。
3. 2　 我 国 低 渗 透 油 气 资 源 研 发 现 状
虽 然 我 国 发 现 低 渗 透 油 气 田 的 历 史 也 较 早
(1907年 安 塞 低 渗 透 油 田 开 始 开 发 ) ,但 由 于 受 技 术
条 件 等 的 限 制 ,规 模 性 勘 探 开 发 的 时 间 却 不 长 。
3. 2. 1　 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 技 术 研 发 现 状
我 国 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 技 术 的 发 展 也 是 与 常
规 油 气 勘 探 技 术 结 合 在 一 起 的 。 虽 然 我 国 在 技 术 原
创 性 方 面 与 国 外 还 存 在 明 显 差 距 ,但 在 引 进 、 吸 收 、
消 化 国 外 技 术 的 基 础 上 结 合 自 身 复 杂 的 地 质 、 地 貌
特 征 ,形 成 了 一 些 特 色 技 术 。 如 在 油 气 藏 评 价 方 面 ,
在 引 入 国 外 海 相 层 序 地 层 学 评 价 技 术 的 基 础 上 ,结
合 我 国 陆 相 盆 地 的 特 点 ,在 陆 相 层 序 地 层 系 统 研 究
方 面 做 了 很 多 工 作 ,已 初 步 建 立 了 三 角 洲 、 扇 三 角
洲 、 冲 积 扇 、 曲 流 河 、 辫 状 河 沉 积 模 式 [ 22 ] ,目 前 正 在
尝 试 构 建 陆 相 层 序 地 层 学 系 统 。 在 油 气 藏 精 细 描 述
方 面 ,我 国 针 对 陆 相 油 气 藏 特 点 发 展 了 一 系 列 储 层
表 征 技 术 和 方 法 ,如 精 细 沉 积 微 相 研 究 技 术 、 微 构 造
研 究 技 术 、 储 层 综 合 预 测 技 术 、 相 控 地 质 建 模 技 术 、
薄 互 层 解 释 技 术 等 。 此 外 ,我 国 在 复 杂 地 表 条 件 下
高 分 辨 率 地 震 资 料 采 集 、 地 震 资 料 校 正 处 理 、 地 震 信
息 解 译 、 储 层 反 演 、 含 油 气 性 检 测 等 方 面 [ 23 ] ,已 经 形
成 了 独 具 特 色 的 复 杂 山 地 、 丘 陵 、 沙 漠 、 黄 土 塬 等 地
表 条 件 地 震 资 料 的 采 集 、 处 理 方 法 。
3. 2. 2　 低 渗 透 油 气 资 源 开 发 技 术 研 发 现 状
近 年 来 ,我 国 适 用 于 低 渗 透 油 气 资 源 开 发 的 钻
井 和 完 井 技 术 得 到 了 快 速 发 展 ,如 在 定 向 丛 式 钻 井 、
油 气 层 保 护 、 钻 井 泥 浆 研 制 等 技 术 方 面 取 得 重 大 进
展 ,在 超 深 井 钻 探 方 面 也 有 很 大 进 步 ,目 前 除 在 塔 里
木 盆 地 完 成 了 井 深 8 408 m的 塔 深 1井 的 钻 探 外 ,
宝 鸡 石 油 机 械 厂 已 研 制 成 功 并 可 工 业 生 产 钻 深 达
12 000 m的 超 深 钻 用 石 油 钻 机 [ 24 ] ,所 有 这 些 都 为 我
国 低 渗 透 油 气 资 源 的 开 发 提 供 了 重 要 保 障 。 但 与 世
界 上 钻 井 技 术 领 先 的 美 国 相 比 ,我 国 的 差 距 主 要 表
现 在 钻 井 周 期 较 长 、 钻 井 技 术 整 体 较 落 后 、 钻 井 新 技
术 推 广 应 用 较 慢 。
虽 然 在 单 项 技 术 方 面 我 国 与 国 外 存 在 很 大 差
758第 8期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 张 志 强 等 :低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
距 ,但 在 集 成 组 合 技 术 方 面 处 于 领 先 地 位 。 “ 九 五 ”
期 间 ,长 庆 、 大 庆 、 华 北 、 新 疆 等 油 区 经 过 反 复 试 验 ,
不 断 创 新 ,发 展 应 用 了 一 套 适 应 低 渗 、 低 产 油 田 特 点
的 新 型 简 化 油 气 集 输 流 程 ,包 括 简 化 油 井 计 量 和 联
合 站 处 理 工 艺 及 简 化 配 套 公 用 工 程 的 实 用 新 技 术 ,
在 降 低 油 田 开 发 生 产 建 设 投 资 和 减 少 生 产 操 作 费 用
上 发 挥 了 显 著 作 用 。 在 油 田 开 发 方 面 ,近 年 来 重 点
在 微 观 孔 隙 结 构 定 量 表 征 、 渗 流 理 论 、 裂 缝 识 别 与 压
裂 开 发 等 学 科 方 面 取 得 较 大 进 展 。 通 过 地 震 、 测 井
综 合 研 究 裂 缝 识 别 技 术 ,对 油 田 的 高 效 开 发 布 井 起
到 了 重 要 作 用 ;采 用 真 实 砂 岩 微 观 模 型 直 接 观 察 和
描 述 油 水 驱 替 过 程 中 的 油 水 两 相 运 动 规 律 和 剩 余 油
分 布 规 律 ,指 导 油 田 开 发 ,取 得 了 显 著 成 效 ;应 用 核
磁 共 振 理 论 与 技 术 解 释 低 渗 透 储 层 可 动 油 的 定 量 分
析 ,并 成 功 地 应 用 于 多 个 低 渗 油 田 ;在 启 动 压 力 梯
度 、 吸 渗 驱 油 、 油 水 相 对 渗 透 率 特 征 及 储 层 伤 害 机 理
等 问 题 上 ,取 得 了 新 的 认 识 ;在 压 裂 整 体 开 发 理 论 特
别 是 矩 形 井 网 与 人 工 裂 缝 的 合 理 配 置 的 研 究 与 应 用
上 也 取 得 了 进 展 [ 8, 9, 25～ 30 ]。
如 长 庆 油 田 公 司 在 安 塞 油 田 开 发 中 ,应 用 特 低
渗 透 储 层 微 观 孔 隙 结 构 和 渗 流 机 理 理 论 ,以 沉 积 微
相 描 述 、 平 面 及 纵 向 非 均 质 性 以 及 开 发 流 动 单 元 为
基 础 ,提 出 分 类 型 、 分 层 位 、 分 流 动 单 元 的 “ 三 分 法 ”
注 采 调 控 模 式 [ 31 ]。 大 庆 油 田 公 司 在 外 围 “ 三 低 ” 油
藏 (低 渗 、 低 产 、 低 丰 度 )开 发 实 践 中 , 发 展 了 油 藏 综
合 描 述 技 术 、 优 化 井 网 设 计 、 注 水 开 发 综 合 调 整 技 术
和 多 种 开 采 方 式 新 技 术 ,提 高 了 储 量 动 用 程 度 和 油
田 采 收 率 [ 30 ]。 延 长 油 田 公 司 在 低 渗 透 油 藏 开 发 中 ,
针 对 低 渗 、 低 产 特 征 ,广 泛 采 用 了 一 系 列 有 效 的 新 技
术 (如 丛 式 井 、 压 裂 、 注 水 等 技 术 ) ,提 高 了 单 井 产
量 ,压 缩 了 钻 井 投 资 [ 32 ]。
3. 2. 3　 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 现 状
由 于 我 国 主 要 发 育 陆 相 沉 积 盆 地 和 古 老 的 海 相
沉 积 盆 地 ,油 气 资 源 品 位 低 ,低 渗 透 油 气 资 源 所 占 比
例 较 大 ,近 年 来 许 多 科 研 单 位 和 油 气 田 企 业 已 将 低
渗 透 油 气 资 源 的 勘 探 开 发 技 术 室 内 实 验 研 究 和 野 外
实 地 研 究 列 为 攻 关 目 标 。 目 前 我 国 长 庆 、 大 庆 、 塔 里
木 、 吉 林 、 大 港 、 浙 江 等 油 田 公 司 都 开 展 了 低 渗 透 油
气 资 源 勘 探 开 发 。 如 长 庆 油 田 公 司 在 鄂 尔 多 斯 盆 地
特 低 渗 、 超 低 渗 油 气 田 的 勘 探 开 发 方 面 获 得 了 重 要
技 术 突 破 ,已 能 成 功 开 发 渗 透 率 为 0. 5 × 10 - 3 ～ 1. 0
× 10 - 3μ m2的 低 渗 透 油 藏 ,且 单 井 产 油 量 达 到 3～ 4
t/d。 由 于 这 一 技 术 的 进 步 ,使 得 鄂 尔 多 斯 盆 地 的 石
油 资 源 量 从 此 前 的 40 × 108 t增 加 到 85. 88 × 108 t,
翻 了 一 番 多 。 吉 林 油 田 则 在 裂 缝 性 砂 岩 低 渗 透 油 藏
开 发 方 面 取 得 了 技 术 突 破 ,积 累 了 丰 富 的 经 验 。 目
前 ,以 长 庆 油 田 公 司 、 延 长 石 油 公 司 等 企 业 正 致 力 于
渗 透 率 0. 3 × 10 - 3 ～ 0. 5 × 10 - 3μ m2的 低 渗 透 油 藏 的
勘 探 开 发 技 术 研 究 。
4　 国 际 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术
发 展 趋 势
4. 1　 低 渗 透 储 集 层 优 质 储 集 体 预 测 技 术
低 渗 透 储 层 基 质 孔 隙 度 和 渗 透 率 都 很 低 ,如 果
存 在 裂 缝 就 可 大 大 提 高 流 体 的 渗 流 能 力 ,对 油 气 井
的 产 能 有 直 接 的 影 响 ,决 定 了 基 质 的 泄 油 能 力 和 油
井 的 供 油 面 积 。 同 时 ,在 低 渗 透 储 层 中 ,随 岩 石 致 密
程 度 增 加 ,岩 石 的 强 度 和 脆 性 加 大 ,在 构 造 应 力 场 的
作 用 下 ,岩 石 会 不 同 程 度 地 产 生 裂 缝 ,形 成 裂 缝 性 低
渗 透 储 层 。 因 而 ,对 低 渗 透 储 集 层 优 质 储 集 体 的 预
测 主 要 是 对 低 渗 透 储 集 层 中 天 然 裂 缝 的 识 别 和
预 测 。
低 渗 透 储 层 裂 缝 定 量 分 布 预 测 研 究 及 评 价 处 于
油 气 地 质 学 研 究 的 前 沿 领 域 ,已 经 形 成 很 多 富 有 特
色 的 研 究 方 法 。 如 20世 纪 60年 代 , Price[ 33 ]就 提 出
裂 缝 的 发 育 程 度 与 岩 石 中 的 弹 性 应 变 能 成 正 比 ;
1984年 , Narr等 [ 34 ]提 出 在 一 定 层 厚 范 围 内 ,单 组 裂
缝 的 平 均 间 距 与 裂 缝 发 育 的 岩 层 厚 度 比 值 成 线 性 函
数 关 系 ;我 国 学 者 王 仁 [ 35 ]、 曾 锦 光 等 [ 36 ]从 构 造 应 力
场 入 手 ,根 据 岩 石 破 裂 准 则 开 展 了 定 量 预 测 裂 缝 分
布 规 律 的 数 值 模 拟 方 法 的 探 讨 等 。
近 年 来 ,随 着 测 井 和 地 震 技 术 的 飞 速 发 展 ,国 内
外 利 用 测 井 和 地 震 等 地 球 物 理 资 料 对 裂 缝 进 行 识 别
及 预 测 有 了 很 大 进 展 。 在 测 井 方 面 ,传 统 的 “ 三 低
两 高 一 大 ” 的 测 井 识 别 及 评 价 方 法 已 远 不 能 满 足 油
气 勘 探 开 发 迅 猛 发 展 的 需 要 。 近 年 来 各 种 成 像 测 井
技 术 的 应 用 使 人 们 对 裂 缝 及 裂 缝 性 油 气 藏 有 了 更 直
观 的 认 识 ,利 用 成 像 测 井 不 但 可 以 识 别 裂 缝 ,也 能 更
直 观 地 对 裂 缝 面 的 倾 斜 角 度 、 方 位 、 开 度 和 密 度 等 进
行 解 释 。 在 地 震 方 面 ,主 要 有 横 波 地 震 勘 探 检 测 裂
缝 、 转 换 横 波 探 测 裂 缝 、 VSP法 、 纵 波 地 震 勘 探 、 多 波
多 地 震 勘 探 等 识 别 裂 缝 技 术 [ 26, 37 ] ,尤 其 是 纵 波 地 震
勘 探 识 别 及 定 量 预 测 裂 缝 发 育 的 方 位 及 密 度 方 面 有
了 很 大 进 展 。 由 于 储 层 裂 缝 的 存 在 ,会 造 成 多 种 属
性 (振 幅 、 层 速 度 、 时 差 、 方 位 、 方 位 AVO梯 度 、 方 位
层 频 率 、 层 频 率 差 、 叠 加 振 幅 及 振 幅 方 位 差 等 )的 变
化 ,测 量 这 些 变 化 可 以 识 别 及 预 测 裂 缝 。 另 外 ,多 波
多 分 量 勘 探 地 震 对 裂 缝 在 地 下 造 成 的 强 烈 非 均 质 性
858 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 地 球 科 学 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 24卷
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
有 很 好 的 敏 感 性 ,但 这 项 技 术 目 前 还 处 于 探 索 性 阶
段 。 基 于 天 然 裂 缝 发 育 的 主 要 控 制 因 素 ,探 索 地 质
数 理 统 计 关 系 ,在 地 质 认 识 指 导 下 定 性 (或 半 定 量 )
地 研 究 预 测 裂 缝 分 布 ,是 当 今 研 究 裂 缝 的 主 要 方 法
和 手 段 。
4. 2　 微 观 孔 隙 结 构 分 析 技 术
低 渗 透 油 气 储 集 层 的 性 质 在 很 大 程 度 上 取 决 于
其 微 观 孔 隙 结 构 (包 括 孔 隙 大 小 及 其 分 布 ,孔 隙 空
间 的 几 何 形 态 ,孔 隙 间 的 连 通 性 等 ) ,要 实 现 对 低 渗
透 油 气 资 源 的 有 效 开 发 就 必 须 加 强 对 储 层 微 观 孔 隙
结 构 的 研 究 。 目 前 进 行 油 气 储 层 微 观 孔 隙 结 构 分 析
的 技 术 主 要 有 :真 实 砂 岩 微 观 模 型 驱 替 实 验 技 术 、 核
磁 共 振 可 动 流 体 分 析 技 术 、 恒 速 压 汞 孔 喉 分 析 技 术
和 CT扫 描 技 术 等 [ 38～ 40 ]。
在 低 渗 透 油 藏 注 水 开 发 中 ,驱 替 程 度 是 影 响 实
际 开 发 效 果 的 重 要 因 素 。 真 实 砂 岩 微 观 模 型 驱 替 实
验 是 近 年 来 发 展 起 来 的 一 项 新 的 研 究 方 法 ,其 主 要
利 用 真 实 砂 岩 的 微 观 模 型 研 究 水 驱 油 过 程 中 注 入 水
在 喉 道 和 裂 缝 中 的 微 观 水 驱 油 机 理 、 残 余 油 形 成 机
理 和 裂 缝 对 驱 油 效 率 的 影 响 。
核 磁 共 振 成 像 可 以 对 岩 心 进 行 三 维 观 察 ,得 到
不 同 角 度 、 不 同 转 向 、 任 意 切 片 方 向 、 任 意 切 片 厚 度
的 图 像 。 通 过 图 像 可 以 观 察 到 裂 缝 、 小 孔 洞 、 溶 洞 在
岩 心 内 部 的 分 布 特 征 ,测 量 缝 隙 ﹑ 微 裂 缝 宽 度 及 小
孔 洞 、 溶 洞 直 径 的 大 小 ,直 观 地 观 察 裂 缝 、 小 孔 洞 、 溶
洞 之 间 的 连 通 性 ,判 断 连 通 性 的 好 坏 。 三 维 图 像 可
以 分 别 绕 X轴 、 Y轴 、 Z轴 旋 转 ,可 在 各 轴 向 动 态 观
察 岩 心 内 部 缝 洞 的 分 布 特 征 和 连 通 性 ,并 可 随 时 截
取 任 意 时 刻 的 三 维 图 像 进 行 观 察 ﹑ 处 理 ﹑ 计 算 。
恒 速 压 汞 能 够 将 岩 样 内 部 的 喉 道 与 孔 隙 区 分
开 ,分 别 给 出 每 个 岩 样 内 的 有 效 喉 道 体 积 、 有 效 喉 道
个 数 、 有 效 喉 道 半 径 分 布 、 有 效 孔 隙 体 积 、 有 效 孔 隙
个 数 、 有 效 孔 隙 半 径 分 布 及 有 效 孔 喉 半 径 比 分 布 等 ,
并 由 此 对 岩 样 的 孔 喉 发 育 特 征 (喉 道 、 孔 隙 、 孔 喉 半
径 比 )进 行 细 致 分 析 。
与 以 往 的 岩 心 分 析 技 术 相 比 , CT扫 描 技 术 可
以 在 不 改 变 岩 心 的 外 部 形 态 和 内 部 结 构 的 条 件 下 ,
在 几 秒 钟 内 就 观 测 到 整 块 岩 心 的 内 部 结 构 、 矿 物 分
布 以 及 液 流 状 况 等 。 CT装 置 的 这 些 突 出 优 点 使 其
已 经 成 为 油 层 物 理 和 油 藏 工 程 研 究 的 有 力 武 器 。
4. 3　 压 裂 技 术
水 力 压 裂 是 低 渗 透 油 藏 开 发 中 最 早 使 用 也 是 目
前 最 常 使 用 的 技 术 。 水 力 压 裂 处 理 的 目 的 是 建 立 能
提 供 很 大 表 面 积 的 长 而 窄 的 裂 缝 。 裂 缝 的 半 长 可 以
在 30. 5～ 305 m这 一 数 量 级 ,开 度 在 0. 25 cm这 一
数 量 级 。 成 功 压 裂 处 理 的 真 正 度 量 标 准 是 是 否 增 加
了 产 量 或 注 入 能 力 。 水 力 压 裂 的 首 要 目 的 是 改 善 储
层 与 井 眼 之 间 的 流 体 连 通 。 近 年 来 取 得 的 进 展 包
括 :粘 弹 性 表 面 活 性 剂 压 裂 液 、 限 流 压 裂 完 井 等 [ 22 ]。
粘 弹 性 表 面 活 性 剂 压 裂 液 的 优 点 是 易 于 准 备 、
没 有 地 层 损 害 和 支 撑 剂 充 填 体 仍 有 很 高 的 传 导 性 。
这 种 压 裂 液 通 过 在 盐 水 中 混 合 足 够 量 的 粘 弹 性 表 面
活 性 剂 来 制 备 。 由 于 不 需 要 聚 合 物 水 化 ,因 此 进 入
盐 水 中 的 表 面 活 性 剂 浓 缩 物 就 可 以 连 续 地 计 量 。 不
需 要 交 联 剂 、 破 胶 剂 或 其 他 化 学 添 加 剂 。
限 流 压 裂 完 井 技 术 就 是 选 择 压 裂 所 需 的 射 孔 直
径 和 射 孔 数 量 ,以 使 预 期 的 注 入 速 率 产 生 足 够 的 流
速 ,在 井 眼 与 水 力 裂 缝 之 间 建 立 数 十 万 Pa的 压 差 。
这 种 做 法 可 以 保 证 流 体 流 入 所 有 炮 眼 ,即 使 裂 缝 内
各 个 炮 眼 之 间 的 压 力 变 化 很 大 。 即 使 在 地 层 应 力 变
化 范 围 为 几 十 万 Pa的 情 况 下 ,这 项 技 术 也 能 保 证 每
个 炮 眼 都 将 压 裂 液 传 送 到 水 力 裂 缝 中 。 大 部 分 专 业
人 员 都 假 设 所 有 炮 眼 的 大 小 和 形 状 是 均 匀 的 并 以 相
同 的 速 率 接 受 流 体 。 多 年 来 ,在 低 渗 透 油 田 的 开 发
中 已 增 加 了 大 斜 度 或 水 平 井 眼 的 钻 井 以 获 得 长 生 产
井 段 。 但 在 大 斜 度 井 或 水 平 井 的 应 用 中 要 有 效 了 解
次 生 水 力 裂 缝 面 [ 22, 41～ 43 ]。
除 水 力 压 裂 技 术 外 ,连 续 油 管 分 层 压 裂 技 术 、 相
渗 调 节 压 裂 液 ( RPM ) 增 产 工 艺 技 术 、 多 裂 缝 压 裂
技 术 、 重 复 压 裂 技 术 、 水 平 井 压 裂 技 术 等 也 是 近 期 压
裂 工 艺 技 术 发 展 的 重 要 方 向 。
4. 4　 水 平 井 和 多 分 支 井 技 术
20世 纪 40～ 70年 代 ,美 国 和 前 苏 联 等 钻 了 一
批 水 平 井 试 验 井 。 70年 代 后 ,美 国 、 加 拿 大 、 法 国 等
相 继 开 展 了 水 平 井 开 发 油 气 藏 的 研 究 ,进 入 80年
代 ,该 项 技 术 开 始 大 规 模 工 业 化 推 广 应 用 。 水 平 井
作 为 开 发 低 渗 透 油 气 田 的 一 项 成 熟 技 术 已 在 各 国 油
田 中 得 到 广 泛 应 用 [ 41, 44 ]。 从 低 渗 透 油 田 开 发 的 角
度 来 讲 ,水 平 井 水 平 段 在 油 层 中 的 位 置 、 延 伸 长 度 和
延 伸 方 向 是 决 定 水 平 井 产 能 的 关 键 因 素 ,因 此 在 水
平 井 的 建 井 过 程 中 必 须 应 用 能 保 证 水 平 井 以 最 佳 井
身 轨 迹 钻 进 的 新 工 艺 。 俄 罗 斯 利 用 地 震 声 学 X射
线 层 析 成 像 法 以 高 精 确 度 确 定 产 层 在 不 同 方 位 上 产
层 的 深 度 和 含 油 厚 度 ,作 为 最 佳 井 身 轨 迹 设 计 的 依
据 ;美 国 则 研 制 出 地 质 导 向 工 具 ,可 测 得 离 钻 头 1～
2 m范 围 内 的 方 位 、 地 层 电 阻 率 、 伽 玛 射 线 、 转 速 和
井 斜 等 ,并 把 这 些 钻 头 附 近 的 数 据 传 到 随 钻 测 量 系
统 ,以 便 更 好 地 引 导 钻 头 穿 过 薄 层 和 复 杂 地 层 。
958第 8期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 张 志 强 等 :低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
多 分 支 井 钻 井 技 术 是 利 用 单 一 井 眼 (主 井 筒 )
钻 出 若 干 个 支 井 的 钻 井 新 技 术 。 20 世 纪 50 年 代 ,
前 苏 联 率 先 开 展 了 多 分 支 井 技 术 研 究 和 实 践 。 20
世 纪 多 分 支 井 钻 井 技 术 在 俄 罗 斯 、 英 国 、 荷 兰 、 美 国 、
加 拿 大 等 得 到 广 泛 应 用 ,并 逐 步 推 广 到 中 东 、 南 美 、
欧 洲 与 亚 洲 。 目 前 ,国 外 常 用 的 多 分 支 系 统 主 要 有
非 重 入 多 分 支 系 统 、 双 管 柱 多 分 支 系 统 、 分 支 重 入 系
统 和 分 支 回 接 系 统 等 [ 45 ]。 分 支 井 的 连 接 技 术 是 分
支 井 所 特 有 的 ,支 井 眼 与 主 井 眼 的 密 封 连 接 问 题 是
目 前 分 支 井 完 井 作 业 技 术 难 度 最 大 的 ,因 此 分 支 井
研 究 的 主 要 方 面 集 中 在 分 支 井 完 井 中 的 主 、 支 井 眼
连 接 技 术 。 近 年 来 国 外 一 些 公 司 已 在 这 一 方 面 取 得
一 些 进 展 ,如 Sperry公 司 研 制 的 可 回 收 分 支 井 系 统
和 分 支 回 接 器 、 Baker公 司 研 制 的 根 部 系 统 、 Sperry2
San公 司 研 制 的 多 管 柱 完 井 系 统 。
4. 5　 小 井 眼 钻 井 技 术
低 渗 透 油 藏 的 油 井 产 量 都 很 低 , 日 产 液 量 只 有
几 立 方 米 到 几 十 立 方 米 ,从 作 业 上 能 否 做 到 低 成 本
是 决 定 能 否 开 发 这 类 油 藏 的 关 键 。 使 用 小 井 眼 钻 井
技 术 可 以 大 幅 度 降 低 钻 井 投 资 ,提 高 低 渗 透 油 田 的
经 济 效 益 。 小 井 眼 钻 井 技 术 采 用 的 抽 油 机 、 油 管 、 抽
油 杆 、 抽 油 泵 和 简 易 防 盗 采 油 树 都 比 常 规 的 采 油 设
备 小 ,因 此 称 为 “ 五 小 ” 采 油 技 术 [ 22, 23 ]。
钻 井 系 统 对 小 井 眼 钻 井 成 本 影 响 最 大 ,运 用 先
进 的 钻 井 系 统 可 显 著 降 低 小 井 眼 钻 井 成 本 ;一 些 研
究 机 构 估 计 ,成 本 节 约 可 高 达 40% ～ 60%。 小 尺 寸
钻 头 和 井 下 马 达 是 小 井 眼 钻 井 系 统 的 重 要 组 成 部
分 , Hughes Christensen公 司 对 小 尺 寸 钻 头 做 了 大 量
改 进 ,提 高 了 小 井 眼 钻 井 效 率 。 运 用 小 井 眼 钻 井 技
术 时 ,如 何 选 择 小 尺 寸 钻 杆 ,使 这 项 技 术 的 成 本 效 益
不 致 于 因 为 小 尺 寸 钻 杆 钻 压 效 率 低 、 钻 杆 机 械 损 坏
可 能 性 大 等 缺 点 而 被 抵 消 ,也 是 一 项 关 键 技 术 。 与
常 规 井 眼 环 空 相 比 ,小 井 眼 环 空 几 何 尺 寸 小 ,显 著 增
大 了 钻 井 液 当 量 循 环 密 度 。 在 法 国 研 究 院 、 Forasol
及 DBS公 司 共 同 实 施 的 欧 洲 小 井 眼 计 划 中 ,深 入 研
究 了 小 井 眼 环 空 水 力 学 特 性 ,专 门 建 立 了 一 套 模 型 ,
运 用 该 模 型 可 以 调 整 流 动 参 数 和 流 体 流 变 学 特 性 ,
以 此 来 优 化 环 空 水 力 流 动 ,降 低 当 量 循 环 密 度 ,改 善
环 空 内 的 流 速 分 布 。
国 外 小 井 眼 钻 井 研 究 发 展 的 先 进 技 术 研 究 和 发
展 趋 势 有 :带 顶 部 驱 动 的 小 井 眼 钻 机 、 小 尺 寸 大 功 率
井 下 动 力 钻 具 、 采 用 高 灵 敏 度 井 控 专 家 系 统 控 制 和
预 防 井 喷 、 采 用 连 续 取 心 钻 机 进 行 小 井 眼 取 心 作 业 、
采 用 高 强 度 固 定 齿 的 新 型 钻 头 等 ,并 朝 着 更 小 尺 寸
配 套 的 方 向 发 展 。 目 前 国 外 已 有 可 用 于 76. 2 mm
井 眼 的 全 套 钻 井 和 井 下 配 套 工 具 ,以 及 多 种 连 续 取
心 和 混 合 型 钻 机 [ 22 ]。 近 几 年 来 我 国 在 大 庆 、 吉 林 等
油 田 钻 了 一 小 批 小 井 眼 井 ,统 计 的 钻 井 费 用 较 常 规
井 降 低 了 15%。
除 小 眼 井 技 术 之 外 ,无 油 管 采 油 技 术 、 车 载 抽 油
技 术 等 也 是 近 年 来 发 展 起 来 的 节 约 钻 采 成 本 的
技 术 。
4. 6　 超 前 注 水 技 术
超 前 注 水 ( advanced water injection)是 指 注 水 井
在 采 油 井 投 产 前 投 注 ,油 井 投 产 时 其 泄 油 面 积 内 含
油 饱 和 度 不 低 于 原 始 含 油 饱 和 度 ,地 层 压 力 高 于 原
始 地 层 压 力 并 建 立 起 有 效 驱 替 系 统 的 一 种 注 采 方
式 。 早 注 水 可 以 使 地 层 压 力 保 持 在 较 高 的 水 平 ,相
应 可 使 油 田 在 一 个 较 高 的 水 平 上 稳 产 [ 22, 46, 47 ]。
超 前 注 水 技 术 开 发 有 如 下 特 点 : ① 可 建 立 有 效
的 压 力 驱 替 系 统 ,单 井 获 得 较 高 的 产 量 ; ② 降 低 因 地
层 压 力 下 降 造 成 的 渗 透 率 伤 害 ; ③ 有 利 于 提 高 油 相
相 对 渗 透 率 ; ④ 超 前 注 水 有 利 于 提 高 最 终 采 收 率 。
长 庆 油 田 公 司 在 安 塞 、 西 峰 等 油 田 注 水 开 发 中 实 施
早 期 强 化 注 水 、 不 稳 定 注 水 、 同 步 或 超 前 注 水 、 沿 裂
缝 注 水 、 高 含 水 区 提 高 采 液 指 数 、 改 变 渗 流 场 、 加 密
调 整 、 调 整 注 水 剖 面 、 调 整 产 液 剖 面 等 技 术 ,从 而 提
高 了 单 井 产 能 及 最 终 采 收 率 ,提 高 了 整 体 开 发 效 益 。
同 步 或 超 前 注 水 能 使 地 层 避 免 或 少 受 伤 害 ,超 前 注
水 能 尽 快 建 立 起 压 力 驱 替 系 统 。
2001年 在 安 塞 油 田 开 展 了 12个 超 前 注 水 井 组
(王 窑 7个 ,杏 河 5个 ) ,对 应 油 井 47口 ,动 用 含 油 面
积 3. 87 km2。 12个 井 组 先 后 于 5～ 8月 份 投 注 。 王
窑 西 南 7 口 注 水 井 平 均 日 注 量 41 m3 ,注 水 强 度 达
到 2. 0 m3 / ( d· m ) ;杏 河 西 南 5口 注 水 井 平 均 日 注
水 量 39 m3 ,注 水 强 度 2. 74 m3 / ( d· m ) ,尽 快 建 立
起 有 效 的 压 力 驱 替 系 统 。 通 过 超 前 注 水 技 术 的 实
施 ,单 井 产 能 得 到 一 定 程 度 的 提 高 ,有 效 地 减 缓 了 油
田 递 减 ,最 终 采 收 率 得 到 提 高 [ 22 ]。
此 外 ,吉 林 油 田 分 公 司 松 辽 盆 地 木 头 油 田 、 吐 哈
油 田 分 公 司 吐 哈 盆 地 牛 圈 湖 油 田 低 渗 透 油 藏 开 发 中
也 都 应 用 了 此 项 开 发 技 术 [ 47 ]。
4. 7　 层 内 爆 炸 增 产 技 术
爆 炸 技 术 引 入 石 油 行 业 已 有 100多 年 的 历 史 ,
大 规 模 的 工 业 应 用 也 有 二 三 十 年 的 历 史 ,在 低 渗 透
油 藏 的 增 产 方 面 ,已 发 展 的 技 术 很 多 ,如 井 内 爆 炸 技
术 、 核 爆 炸 技 术 、 高 能 气 体 压 裂 、 爆 炸 松 动 等 , 但 目
前 应 用 前 景 较 广 的 为 层 内 爆 炸 增 产 技 术 [ 48, 49 ]。
068 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 地 球 科 学 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 24卷
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
层 内 爆 炸 增 产 技 术 就 是 利 用 水 力 压 裂 技 术 将 适
当 的 炸 药 压 入 岩 石 裂 缝 ,点 燃 那 里 的 炸 药 ,从 而 在 主
裂 缝 周 围 产 生 大 量 裂 缝 ,达 到 提 高 地 层 渗 透 率 的 目
的 。 炸 药 释 放 能 量 有 3种 形 式 :爆 轰 、 爆 燃 (二 者 统
称 为 爆 炸 )和 燃 烧 。 深 部 地 层 造 缝 的 特 征 是 压 力
高 、 能 量 大 、 加 载 空 间 狭 窄 ,同 时 ,根 据 力 学 原 理 可 知
静 水 压 力 再 大 也 不 能 压 裂 岩 石 ,只 有 偏 应 力 足 够 大
才 能 压 裂 岩 石 。 水 力 压 裂 技 术 满 足 这 些 特 征 ,爆 破
工 程 经 验 表 明 ,炸 药 爆 炸 也 能 满 足 这 些 基 本 特 征 。
研 究 认 为 地 层 深 部 水 力 压 裂 形 成 的 缝 宽 约 2～
3 mm,裂 缝 容 积 约 2～ 3 L /m2 ,可 注 入 约 2～ 3 kg炸
药 。 爆 破 工 程 中 爆 轰 破 碎 单 位 体 积 岩 石 的 耗 药 量 约
1 kg/m3 ,按 此 估 计 ,“ 层 内 爆 炸 ” 在 爆 轰 时 可 破 碎 约
2～ 3 m3岩 石 ,耗 药 量 显 著 低 于 核 爆 法 。 由 于 爆 轰 压
力 上 升 太 快 且 远 大 于 岩 石 强 度 ,可 能 使 岩 石 产 生 密
实 圈 (即 应 力 笼 ) ,而 爆 燃 压 力 即 大 于 岩 石 强 度 ,压
力 上 升 快 慢 又 适 度 ,因 此 选 择 爆 燃 作 为 “ 层 内 爆 炸 ”
炸 药 释 放 能 量 的 主 要 形 式 较 为 合 适 。 用 爆 燃 形 式 进
行 层 内 爆 炸 ,只 会 在 岩 石 中 造 成 多 条 分 支 裂 缝 ,且 分
支 裂 缝 向 主 裂 缝 两 侧 延 伸 的 长 度 大 于 2 m,如 果 岩
石 破 碎 新 增 表 面 耗 能 大 体 为 常 数 ,则 岩 层 开 裂 体 积
至 少 会 大 于 2 m3。
“ 层 内 爆 炸 ” 压 裂 的 实 验 研 究 表 明 ,井 筒 内 瞬 态
压 力 不 超 过 100 MPa时 不 会 损 毁 井 筒 ;同 时 ,造 成 的
剪 切 裂 缝 两 侧 岩 石 有 不 可 恢 复 的 错 动 ,压 裂 缝 内 因
存 在 岩 屑 而 有 自 支 撑 效 应 。 根 据 这 些 经 验 ,“ 层 内
爆 炸 ” 要 把 井 筒 内 瞬 态 压 力 控 制 在 100 MPa量 级 ,
并 且 可 以 依 靠 自 支 撑 效 应 维 持 油 气 层 的 渗 透 能 力 。
目 前 ,小 规 模 模 拟 实 验 已 取 得 了 成 功 。 实 验 结
果 表 明 ,层 内 爆 炸 通 过 热 传 导 实 现 点 火 并 传 爆 ,爆 燃
的 过 程 缓 慢 。 通 过 模 拟 实 验 ,至 少 找 到 了 一 组 层 内
爆 炸 用 特 种 火 药 基 本 配 方 :在 200 mm和 1 000 mm
尺 度 上 实 现 了 特 种 火 药 的 挤 注 、 点 火 和 爆 燃 的 基 本
过 程 ,其 峰 值 压 力 在 100 MPa左 右 。 该 特 种 火 药 的
经 济 、 安 全 可 达 到 生 产 要 求 ,从 而 证 实 层 内 爆 炸 原 理
基 本 可 行 。 产 出 液 后 处 理 安 全 性 问 题 也 得 到 了 解
决 [ 48, 49 ]。
4. 8　 微 生 物 采 油 技 术
微 生 物 采 油 技 术 (M icrobial enhanced oil recov2
ery)是 指 利 用 微 生 物 (主 要 是 细 菌 )或 其 代 谢 产 物 提
高 原 油 产 量 和 采 收 率 的 技 术 。 微 生 物 采 油 方 法 包
括 :微 生 物 单 井 吞 吐 、 微 生 物 驱 替 、 微 生 物 调 剖 堵 水 、
微 生 物 除 蜡 以 及 利 用 生 物 工 程 生 产 生 物 表 面 活 性 剂
和 生 物 聚 合 物 ,作 为 化 学 驱 的 注 入 剂 的 方 法 。 这 些
方 法 可 以 单 独 使 用 ,也 可 以 与 其 他 方 法 结 合 应
用 [ 50～ 52 ]。
微 生 物 采 油 技 术 特 别 适 合 于 低 渗 透 油 田 。 目
前 ,美 国 、 俄 罗 斯 、 英 国 、 加 拿 大 和 挪 威 等 国 非 常 重 视
微 生 物 采 油 技 术 的 研 究 , 研 究 的 投 入 也 在 不 断 增
加 。 近 20年 来 ,美 国 能 源 部 (DOE)共 支 持 了 47个
微 生 物 采 油 研 究 项 目 ,其 中 有 8个 项 目 正 在 进 行 之
中 。 2009年 4月 ,在 尼 日 利 亚 召 开 的 “ 世 界 石 油 微
生 物 技 术 大 会 ” ,讨 论 了 微 生 物 采 油 技 术 的 发 展 [ 53 ]。
近 十 多 年 来 ,我 国 微 生 物 采 油 技 术 得 到 了 快 速
发 展 ,目 前 已 在 吉 林 、 大 港 、 大 庆 、 新 疆 、 胜 利 、 辽 河 等
油 田 都 进 行 了 现 场 工 业 化 应 用 并 见 到 了 较 好 的 初 步
效 果 [ 51, 52 ]。
5　 结 　 语
低 渗 透 油 气 资 源 日 益 成 为 一 种 重 要 的 油 气 资 源
类 型 ,其 在 全 球 分 布 非 常 广 泛 ,几 乎 在 所 有 发 现 油 气
的 国 家 或 地 区 都 存 在 低 渗 透 油 气 资 源 ,我 国 低 渗 透
油 气 资 源 也 很 丰 富 ,开 展 低 渗 透 油 气 勘 探 开 发 是 我
国 油 气 能 源 工 业 进 一 步 发 展 的 必 由 之 路 。 但 在 低 渗
透 油 气 资 源 勘 探 开 发 中 还 存 在 油 气 藏 识 别 难 、 油 气
层 判 别 难 、 油 层 孔 喉 小 、 比 表 面 积 大 、 渗 透 率 低 、 具 启
动 压 力 梯 度 、 利 用 天 然 能 量 开 采 压 力 和 产 量 下 降 快 、
油 井 注 水 效 果 缓 慢 、 见 水 后 产 液 指 数 下 降 快 、 沿 裂 缝
方 向 水 窜 和 水 淹 严 重 等 制 约 因 素 ,因 而 低 渗 透 油 气
资 源 的 开 发 主 要 依 赖 于 勘 探 开 发 技 术 的 进 步 。
国 外 在 高 分 辨 率 地 震 技 术 、 多 分 量 地 震 勘 探 技
术 、 四 维 地 震 勘 探 技 术 、 裂 缝 识 别 、 压 裂 新 技 术 、 装 备
和 软 件 、 水 平 井 和 复 杂 结 构 井 井 下 随 钻 测 量 和 控 制
技 术 、 小 井 眼 钻 采 工 艺 、 蛇 形 钻 井 工 艺 、 注 气 等 技 术
方 面 取 得 突 破 ;我 国 则 在 油 藏 精 细 描 述 、 微 观 孔 隙 结
构 研 究 、 富 集 区 优 选 、 超 前 注 水 、 开 发 压 裂 等 一 些 特
色 领 域 以 及 勘 探 开 发 技 术 的 集 成 应 用 方 面 形 成 了 自
己 的 优 势 。 国 际 上 已 经 实 现 了 对 渗 透 率 大 于 0. 5 ×
10 - 3μ m2的 低 渗 透 油 气 田 的 有 效 开 发 ,但 渗 透 率 小
于 0. 5 × 10 - 3 μ m2的 低 渗 透 油 气 资 源 量 仍 然 很 大 ,
需 要 通 过 科 技 进 步 来 不 断 拓 展 低 渗 透 油 气 田 有 效 勘
探 开 发 的 下 限 。
低 渗 透 储 集 层 优 质 储 集 体 预 测 技 术 、 压 裂 技 术 、
水 平 井 和 多 分 支 井 技 术 、 小 井 眼 钻 井 技 术 、 超 前 注 水
技 术 、 层 内 爆 炸 增 产 技 术 、 微 生 物 采 油 技 术 等 将 是 国
际 低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 的 主 要 发 展 方 向 。
低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 涉 及 多 学 科 联 合 研 究
和 高 精 尖 技 术 的 综 合 应 用 ,我 国 今 后 需 要 进 一 步 发
168第 8期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 张 志 强 等 :低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
展 低 渗 透 含 油 区 带 优 选 技 术 、 低 渗 透 储 层 裂 缝 先 期
预 测 技 术 、 开 发 压 裂 优 化 注 采 系 统 技 术 、 水 平 井 、 复
杂 结 构 井 压 裂 技 术 、 低 渗 透 油 藏 注 气 提 高 原 油 采 收
率 技 术 、 小 井 眼 钻 井 技 术 等 。
致 谢 :西 北 大 学 地 质 学 系 孙 卫 教 授 、 中 国 地 质 科
学 院 地 质 力 学 研 究 所 周 新 桂 研 究 员 、 中 国 石 化 石 油
勘 探 开 发 研 究 院 刘 全 有 高 级 工 程 师 、 中 国 石 油 勘 探
开 发 研 究 院 郝 明 强 博 士 、 孙 德 强 博 士 、 位 云 生 博 士 等
审 阅 本 文 并 提 出 修 改 建 议 ,谨 致 谢 忱 !
参 考 文 献 ( References) :
[ 1 ]　 Masters J A. Deep basin gas trap, western Canada[ J ]. AA PG B ul2
letin, 1979, 63 (2) : 1522181.
[ 2 ]　 Anon. Resource triangle [ EB /OL ]. http∥ www. centreforenergy.
com /AboutEnergy/CanadianEnergy/Pricing/CrudeO il. asp? page
= 2. 2009201212.
[ 3 ]　 Shanley K W , Cluff R M, Robinson J W. Factors controlling p ro2
lific gas p roduction from low2permeability sandstone reservoirs: Im2
p lications for resource assessment, p rospect development, and risk
analysis[ J ]. AA PG B ulletin, 2004, 88 (8) : 1 08321 121.
[ 4 ]　 L i Daop in, Luo D iqiang, L iu Yufen, et al. Development Technolo2
gy for Low2permeability Sandstone Reservoirs[M ]. Beijing: Petro2
leum Industry Press, 1997. [李 道 品 ,罗 迪 强 ,刘 雨 芬 ,等 . 低 渗
透 砂 岩 油 田 开 发 [M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 , 1997. ]
[ 5 ]　 Tang Zengxiong. Exp loration Descrip tion and Classification of O il
& Gas Reservoirs[M ]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1994.
[唐 曾 熊 . 油 气 藏 的 开 发 分 类 及 描 述 [M ]. 北 京 :石 油 工 业 出
版 社 , 1994. ]
[ 6 ]　 Stephen A H. Tight gas sands[ J ]. SPE Journal, 2006, (1) : 862
93.
[ 7 ] 　 Spencer C W. Review of characteristics of low2permeability gas
reservoirs in W estern United States[ J ]. AAPG B ulletin, 1989, 73
(5) : 6132629.
[ 8 ]　 Dong Xiaoxia, Mei L ianfu, Quan Yongwang. Types of tight sand
gas accumulation and its exp loration p rospect[ J ]. N atural Gas Ge2
oscience, 2007, 18 ( 3) : 3512355. [董 晓 霞 ,梅 廉 夫 ,全 永 旺 . 致
密 砂 岩 气 藏 的 类 型 和 勘 探 前 景 [ J ]. 天 然 气 地 球 科 学 , 2007, 18
(3) : 3512355. ]
[ 9 ]　 L iu Jiyu, Ma Zhixin, Sun Shuyan. Present research situation and
p rospects of tight gas sands[ J ]. N atural Gas Geoscience, 2008, 19
(3) : 3162319. [刘 吉 余 ,马 志 欣 ,孙 淑 艳 . 致 密 含 气 砂 岩 研 究
现 状 及 发 展 展 望 [ J ]. 天 然 气 地 球 科 学 , 2008, 19 ( 3 ) : 3162
319. ]
[ 10 ]　 Petro2Kazakhstan Corporation. North American O il & Gas Confer2
ence Data[ C ]. Toronto: Petro2Kazakhstan Corporation, 2004.
[ 11 ]　 Law B E. Geologic characterization of low2permeability gas reser2
voirs in selected wells, Greater Green R iver Basin, W yom ing,
Colorado, and U tah[ C ]∥ AAPG Studies in Geology, 1986, 24:
2532269.
[ 12 ]　 Zhao Jingzhou,W u Shaobo,W u Fuli. The classification and eval2
uation criterion of low permeability reservoir: An examp le from
O rdos Basin[ J ]. L ithologic R eservoirs, 2007, 19 ( 3) : 28231. [赵
靖 舟 ,吴 少 波 ,武 富 礼 . 论 低 渗 透 储 层 的 分 类 与 评 价 标 准 — — —
以 鄂 尔 多 斯 盆 地 为 例 [ J ]. 岩 性 油 气 藏 , 2007, 19 ( 3 ) : 282
31. ]
[ 13 ]　 Tian Xinyi, Sun Zhidao. Peop le′ s Republic of China Natural Gas
Industry Standards: Gas Reservoir Classification ( SY/T6168—
1995) [ S]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1996. [田 信 义 ,
孙 志 道 . 中 华 人 民 共 和 国 天 然 气 行 业 标 准 :气 藏 分 类 ( SY/
T6168— 1995) [ S]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 , 1996. ]
[ 14 ]　 Zhao Chenglin, Hu A imei, Chen B iyu, et al. Peop le’s Republic
of China Natural Gas Industry Standards: O il2Gas Reservoir Eval2
uation ( SY/ T6285— 1997) [ S ]. Beijing: Petroleum Industry
Press, 1998. [赵 澄 林 ,胡 爱 梅 ,陈 碧 珏 ,等 . 中 华 人 民 共 和 国
石 油 天 然 气 行 业 标 准 :油 气 储 层 评 价 方 法 ( SY/ T6285—
1997) [ S] . 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 , 1998. ]
[ 15 ]　 Dong Yunlong. Resources in low2permeability oil and gas will be
the mainstream of the development of future [ EB /OL ]. http: ∥
news. cnpc. com. cn / system /2009 /03 /26 /001230359. shtm l.
2009203231. [董 云 龙 . 低 渗 透 资 源 将 是 中 国 未 来 油 气 发 展 的
主 流 [ EB /OL ]. http: ∥ news. cnpc. com. cn / system /2009 /03 /
26 /001230359. shtm l. 2009203231. ]
[ 16 ]　 Newby J B, Torrey P D, Fettke C R, et al. B radford oil field,
McKean county, Pennsylvania, and Cattaraugus county, New
York [ C ] ∥ AAPG. Structure of Typ ical American O il Fields,
Volume II, 1929.
[ 17 ]　 USGS. The US Geological Survey Energy Resources Plan 52Year
Plan[ R ]. 2005.
[ 18 ]　 DOE. Basic Research Needs for Geosciences: Facilitating 21 st
Century Energy System s[ R ]. 2007.
[ 19 ]　 Posamentier H W , W eimer P. Siliciclastic sequence stratigraphy
and petroleum geology— W here to from here? [ J ]. AA PG B ulle2
tin, 1993, 77 (5) : 7312742.
[ 20 ]　 Anon. Technology drives today’s petroleum industry [ J ]. O il &
Gas Journal, 2006, 106 (3) : 426.
[ 21 ]　 Shell. Shell Technology Report: The Power of Innovation [ R ].
2007.
[ 22 ]　 W ei Yim ing, Fang Zhaoliang, L i Jingm ing, et al. Chinese Up2
stream O il and Natural Gas Industry and Technology Policy Re2
search Report[M ]. Beijing: Science Press, 2006. [魏 一 鸣 ,方 朝
亮 ,李 景 明 ,等 . 中 国 石 油 天 然 气 工 业 上 游 技 术 政 策 研 究 报 告
[M ]. 北 京 :科 学 出 版 社 , 2006. ]
[ 23 ]　 Zheng Junwei, Zhang Zhiqiang. Enhanced oil recovery: An effec2
tive way to saving oil resources from the source— Advance in high
water2cut oil field, low2permeability oil field and heavy oil recov2
ery technology at home and abroad[ J ]. Science N ewsletter, 2007,
(2) : 34236. [郑 军 卫 ,张 志 强 . 提 高 原 油 采 收 率 :从 源 头 节 约
石 油 资 源 的 有 效 途 径 — — — 国 内 外 高 含 水 油 田 、 低 渗 透 油 田 以
及 稠 油 开 采 技 术 发 展 趋 势 [ J ]. 科 学 新 闻 , 2007, (2) : 34236. ]
[ 24 ]　 Baoji Petroleum Machinery Co. , L td. Introduce of p roducts[ EB /
OL ]. http: ∥ top100. mei. gov. cn /2008baiqiang/ bqqy/2bj/ 1.
268 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 地 球 科 学 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 24卷
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
asp. 2008210228. [宝 鸡 石 油 机 械 有 限 责 任 公 司 . 企 业 产 品
[ EB /OL ]. http: ∥ top100. mei. gov. cn /2008baiqiang/bqqy/
2bj/1. asp. 2008210228. ]
[ 25 ]　 Dai Q iang, Duan Yonggang, ChenW ei, et al. Present state of low
permeability reservoir percolation study [ J ]. Special O il & Gas
Reservoirs, 2007, 14 (1) : 11214. [戴 强 ,段 永 刚 ,陈 伟 ,等 . 低 渗
透 气 藏 渗 流 研 究 现 状 [ J ]. 特 种 油 气 藏 , 2007, 14 (1) : 11214. ]
[ 26 ]　 Hao M ingqiang, Hu Yongle, L iu Xiangui. An overview on charac2
teristics of low2permeability fractured reservoirs[ J ]. Special O il &
Gas Reservoirs, 2007, 14 (3) : 12215. [郝 明 强 ,胡 永 乐 ,刘 先 贵 .
裂 缝 性 低 渗 透 油 藏 特 征 综 述 [ J ]. 特 种 油 气 藏 , 2007, 14 ( 3) :
12215. ]
[ 27 ]　 He Yongm ing, Fan Zhonghai, Sun Shangru. Advance in low per2
meability reservoir percolation study[ J ]. Petroleum Geology and
Engineering, 2008, 22 (3) : 527. [何 勇 明 ,樊 中 海 ,孙 尚 如 . 低
渗 透 储 层 渗 流 机 理 研 究 现 状 与 展 望 [ J ]. 石 油 地 质 与 工 程 ,
2008, 22 (3) : 527. ]
[ 28 ]　 W ang Changcheng, Shi Zejin, Chang Jinghui. Method and app li2
cation of compacted clastic rock reservoir p rediction [ J ]. Journal
of Guilin U niversity of Technology, 2008, 28 (2) : 1842187. [王 长
城 , 施 泽 进 , 常 景 慧 . 致 密 碎 屑 岩 储 层 预 测 方 法 及 其 应 用
[ J ]. 桂 林 工 学 院 学 报 , 2008, 28 (2) : 1842187. ]
[ 29 ]　 Jiang Jinbao, L in Yingsong, Ruan Xinfang, et al. Development of
low permeability reservoir imp rovement[ J ]. D rilling & P roduc2
tion Technology, 2005, 28 ( 5) : 50253. [蒋 金 宝 ,林 英 松 ,阮 新
芳 ,等 . 低 渗 透 油 藏 改 造 技 术 的 研 究 及 发 展 [ J ]. 钻 采 工 艺 ,
2005, 28 (5) : 50253. ]
[ 30 ]　 L i L i, Han Dejin, Zhou Xisheng. Development technique of outly2
ing low permeability pools of Daqing oilfield[ J ]. Petroleum Geolo2
gy & O ilfield D evelopm ent in D aqing, 2004, 23 ( 5) : 85287. [李
莉 , 韩 德 金 , 周 锡 生 . 大 庆 外 围 低 渗 透 油 田 开 发 技 术 研 究
[ J ]. 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2004, 23 (5) : 85287. ]
[ 31 ]　 W ang Daofu, Fu Jinhua, Lei Q ihong, et al. Exp loration technolo2
gy and p rospect of low permeability oil2gas field in O rdos Basin
[ J ]. L ithologic Reservoirs, 2007, 19 ( 3) : 1262130. [王 道 富 ,付
金 华 ,雷 启 鸿 ,等 . 鄂 尔 多 斯 盆 地 低 渗 透 油 气 田 勘 探 开 发 技 术
与 展 望 [ J ]. 岩 性 油 气 藏 , 2007, 19 (3) : 1262130. ]
[ 32 ]　 Shen Hao. Across from the development of innovation in the re2
form: 30 th anniversary of reform and opening up in Yanchang
O ilfield[ J ]. M odern Enterprise, 2008, ( 11 ) : 8210. [沈 浩 . 发 展
于 改 革 跨 越 来 自 创 新 — — — 延 长 石 油 改 革 开 放 30周 年 回 顾 与
发 展 [ J ]. 现 代 企 业 , 2008, (11) : 8210. ]
[ 33 ]　 Price N J. Fault and Joint Development in B rittle and Sem i2brittle
Rock[M ]. London: Pergamon Press, 1966.
[ 34 ]　 NarrW , Lerch IA. Method for estimating fracture density in core
[ J ]. AAPG B ulletin, 1984, 68 (5) : 6372648.
[ 35 ]　 W ang Ren, D ing Zhongyi, Yin Youquan. The Basis of Solid Me2
chanics[M ]. Beijing: Geological Publishing House, 1979. [王
仁 ,丁 中 一 ,殷 有 泉 . 固 体 力 学 基 础 [M ]. 北 京 :地 质 出 版 社 ,
1979. ]
[ 36 ]　 Zeng Jinguang, Luo Yuanhua, Chen Taiyuan. A method for the
study of reservoir fracturing based on structural p rincipal curva2
tures[ J ]. Acta M echanica S inica, 1982, 2 ( 2) : 2022206. [曾 锦
光 ,罗 元 华 ,陈 太 源 . 应 用 构 造 面 主 曲 率 研 究 油 气 藏 裂 缝 问 题
[ J ]. 力 学 学 报 , 1982, 2 (2) : 2022206. ]
[ 37 ] 　 Zhou Xingui, Zhang L inyan, Fan Kun. Methods for quantitative
p rediction of tectonic fractures in compact reservoirs in petrolifer2
ous basins and a case study[ J ]. N atural Gas Geoscience, 2007,
18 (3) : 3282333. [周 新 桂 ,张 林 炎 ,范 昆 . 含 油 气 盆 地 低 渗 透
储 层 构 造 裂 缝 定 量 预 测 方 法 和 实 例 [ J ]. 天 然 气 地 球 科 学 ,
2007, 18 (3) : 3282333. ]
[ 38 ] 　 Hao M ingqiang, Hu Yongle, L iu Xiangui. Research p rogress on
m icrocosm ic configuration and porous flow of fractured low per2
meability reservoirs[ J ]. X injiang O il & Gas, 2007, 3 ( 1) : 8213.
[郝 明 强 ,胡 永 乐 ,刘 先 贵 . 裂 缝 性 低 渗 透 油 藏 微 观 结 构 与 渗
流 理 论 研 究 进 展 [ J ]. 新 疆 石 油 天 然 气 , 2007, 3 (1) : 8213. ]
[ 39 ]　 Sun W ei. Research on formation mechanism of a m icroscop ic re2
sidual oil[ J ]. Scientia Geolgoica S inica, 2000, 9 (1) : 1172121.
[ 40 ] 　 Yang Zhengm ing, Jiang Hanqiao, L i Shutie, et al. Characteristic
parameters of m icroscop ic pore structures of low permeability gas
reservoirs— By using Sulige and D ina low permeability gas reser2
voirs for examp le[ J ]. Journal of O il and Gas Technology, 2007,
29 (6) : 1082110. [杨 正 明 ,姜 汉 桥 ,李 树 铁 ,等 . 低 渗 气 藏 微
观 孔 隙 结 构 特 征 参 数 研 究 — — — 以 苏 里 格 和 迪 那 低 渗 气 藏 为
例 [ J ]. 石 油 天 然 气 学 报 , 2007, 29 (6) : 1082110. ]
[ 41 ]　 Bettam Y, Tiab D, Zerzar A. Interp retation ofMulti2Hydraulically
Fractured Horizontal W ells in Naturally Fractured Reservoirs
[ R ]. SPE 95535, Kuala Lumpav, Malaysia, 2005.
[ 42 ]　 EPR I. Enhanced O il Recovery Scoop ing Study[ R ]. TR113836,
1999.
[ 43 ]　 Yu Yongbo. Imp rovement method for the fracturing technique of
the low permeable oilfields in theW est of Daqing Placanticle[ J ].
Petroleum Geology & O ilfield D evelopm ent in D aqing, 2005, 24
(1) : 68269. [于 永 波 . 大 庆 长 垣 西 部 低 渗 透 油 田 压 裂 工 艺 的
改 进 方 法 [ J ]. 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2005, 24 (1) : 68269. ]
[ 44 ]　 Hao M ingqiang, L i Shutie, Yang Zhengm ing, et al. An overview of
multi2lateral well technology [ J ]. Special O il & Gas R eservoirs,
2006, 13 ( 3) : 427. [郝 明 强 ,李 树 铁 ,杨 正 明 ,等 . 分 支 水 平 井
技 术 发 展 综 述 [ J ]. 特 种 油 气 藏 , 2006, 13 (3) : 427. ]
[ 45 ]　 W ang Guangying. The multi2branch well drilling technical over2
view and latest p rogress[ J ]. O ffshore O il, 2006, 26 ( 3 ) : 1002
104. [王 光 颖 . 多 分 支 钻 井 技 术 综 述 与 最 新 进 展 [ J ]. 海 洋 石
油 , 2006, 26 (3) : 1002104. ]
[ 46 ]　 W ang Jianhua. Low permeable oilfield to run before to note the
research of water [ J ]. Fault2block O il & Gas F ield, 2005, 12
(3) : 53254. [王 建 华 . 低 渗 透 油 田 超 前 注 水 研 究 [ J ]. 断 块 油
气 田 , 2005, 12 (3) : 53254. ]
[ 47 ]　 Che Q ijun, Lei Jun′ an, Ran Yuxia, et al. Effects of advanced wa2
terflooding in extra2permeability oilfield development[ J ]. Petrole2
um Geology & O ilfield D evelopm ent in D aqing, 2003, 22 (1) : 202
22. [车 起 君 ,雷 均 安 ,冉 玉 霞 ,等 . 超 前 注 水 提 高 特 低 渗 透 油
田 开 发 效 果 [ J ]. 大 庆 石 油 地 质 与 开 发 , 2003, 22 ( 1 ) : 202
22. ]
[ 48 ]　 D ing Yansheng, Zhang Shengzong, Xie Xie, et al. On the stimula2
368第 8期 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 张 志 强 等 :低 渗 透 油 气 资 源 勘 探 开 发 技 术 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　
? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.    http://www.cnki.net
tion with“ exp loding in fractures” in low Permeability reservoirs
[ J ]. Petroleum Exploration and D evelopm ent, 2001, 28 ( 2 ) : 902
96. [丁 雁 生 ,张 盛 宗 ,谢 燮 ,等 . 低 渗 透 油 气 田 “ 层 内 爆 炸 ” 增
产 技 术 研 究 [ J ]. 石 油 勘 探 与 开 发 , 2001, 28 (2) : 90296. ]
[ 49 ]　 Chen Hong. A new technology for low Permeability reservoirs ex2
p loration with“ exp loding in fractures” [ J ]. Chinese and Foreign
Scientific and Technical Inform ation, 2003, ( 18) : 2842287. [陈
弘 . 用 “ 层 内 爆 炸 ” 方 法 开 采 低 渗 透 油 藏 的 新 技 术 调 研 简 介
[ J ]. 中 外 科 技 情 报 , 2003, (18) : 2842287. ]
[ 50 ]　 Van Hamme J D, Singh A, W ard O P. Recent advances in pe2
troleum m icrobiology[ J ]. M icrobiology and M olecularB iology R e2
views, 2003, 67 (4) : 5032549.
[ 51 ]　 Ren Houyi,W u Xiufang. Advances in m icrobial enhanced oil re2
covery[ J ]. S INO PEC, 2008, ( 10 ) : 36238. [任 厚 毅 ,吴 秀 芳 .
微 生 物 采 油 技 术 发 展 综 述 [ J ]. 中 国 石 化 , 2008, ( 10 ) : 362
38. ]
[ 52 ]　 Dou Q ilong, Chen Jianfa,W ang Jie, et al. Advances in researches
and outlook for m icrobial enhanced oil recovery[ J ]. N atural Gas
Geoscience, 2004, 15 (5) : 5592563. [窦 启 龙 ,陈 践 发 ,王 杰 ,等 .
微 生 物 采 油 技 术 的 研 究 进 展 及 展 望 [ J ]. 天 然 气 地 球 科 学 ,
2004, 15 (5) : 5592563. ]
[ 53 ]　 International Conference, Workshop, and Exhibition on B iotech2
nologies for Imp roved Production of O il and Gas in the Gulf of
Guinea [ EB /OL ]. http: ∥ www. goingtomeet. com /conventions/
view /20090401. 2009204210.
Advances in Exploration and Exploitation Technologies of
Low2permeability O il and Gas
ZHANG Zhiqiang1 , ZHENG Junwei1, 2
(1. The Scientific Inform ation Center for R esources and Environm ent / The L anzhou B ranch of
the N ational S cience L ibra ry, Chinese A cadem y of Sciences, L anzhou　 730000, China;
2. R esea rch Institute of Petroleum Exploration & D evelopm en t, PetroChina, B eijing　 100083, China)
Abstract: The classification, abundance, distribution, exp loration and exp loitation technologies of low2perme2
ability oil and gas resources at home and abroad were systematically investigated. It has become an international hot
research field for the technologies of low2permeability reservoir identification and adap tation, and the drilling tech2
nologies. The current and future focus of the low2permeability oil and gas resources will be concerned as follows:
low permeability reservoir quality p rediction, fracturing, horizontal well, multi2branch wells, slim hole, advanced
injection, exp losion layer p roduction, m icrobial enhanced oil recovery, etc. It is necessary for China to further de2
velop the ultra2deep drilling technique, high2resolution seism ic exp loration and interp retation techniques on comp lex
surface conditions ( i. e. desert mountain) , comp lex lithologic logging layer technique, low2permeability oil2bearing
zone op tim ization technique, m icro2pore structure technique for low2permeability reservoir, p re2fissure p rediction
technique for low2permeability reservoirs, development and fracturing op tim ized injection2p roduction system tech2
nique, horizontal wells, fracturing technique for comp lex structure well, gas injection enhanced oil recovery tech2
nique for low2permeability reservoirs, and slim hole technique.
Key words: Low2permeability oil and gas resources; U ltra2low permeability reservoir; Tight sand reservoir;
Exp loration and exp loitation technologies; Reservoir reconstruction; Enhanced oil recovery.
468 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 地 球 科 学 进 展 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 第 24卷