2017, Vol. 39
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2. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580
2. School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266580, China
致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的又一新热点，被石油工业界誉为“黑金”[1]。美国借鉴页岩气开发技术与模式，成功实现了致密油勘探开发突破，已发现Williston、Gulf Coast 和FortWorth 等近20 个盆地，Bakken、Eagle Ford、Barnett、Woodford 等多套致密油产层[2]，2010 年，美国致密油产量突破3 000×104 t，逆转了该地区石油产量下降的趋势；2013 年，美国致密油产量1.41×108 t，占石油总产量的28%；2014 年，美国致密油产量2.09×108 t，占石油总产量的36%。俄罗斯也在西伯利亚盆地致密油地层实现了商业性开发，2013 年致密油日产量为12.0×104 bbl（1 bbl=159 L），占俄罗斯石油总产量的1.0%[3]。这引起了中国石油勘探家对致密油资源的高度重视[2, 4-10]。
中国具有非常大的致密油资源潜力，并已在多个盆地获得突破，是比较现实的非常规油气资源[11]。中国致密油勘探在准噶尔盆地芦草沟组、松辽盆地泉头组三、四段、渤海湾盆地沙河街组、鄂尔多斯盆地延长组七段、柴达木盆地干柴沟组等盆地/层系初见规模产能。中国致密油资源勘探开发起步较晚，总体勘探程度与地质认识程度低，在致密油基础地质理论、致密油评价标准、控制因素、资源潜力及勘探方向等方面仍然存在很多问题[1]，尤其是致密油地质资源量和可采资源量还无法准确评价。为加强中国致密油资源潜力和可采资源量研究的合理性，应积极开展对国外致密油成熟探区的解剖工作，为中国致密油勘探开发实践提供借鉴和参考。
西加盆地Dodsland 油田Viking 组具有非常大的致密油资源潜力，并取得了工业产能。2007 年，在Dodsland 油田Viking 组致密储层部署了第一口多段压裂水平井，Viking 组内砂岩及周边泥质页岩和粉砂岩中的轻质油采收效果较好；2011 年，研究区Sasktchewan 省Viking 组非常规油日产量为1.1×104 bbl。目前，该区已有1 000 多口压裂水平井，单井首月平均日产量45.0 bbl，首年递减率为52%，单井EUR（Estimated Ultimate Recovery，评估最终可采储量）是平均为6 009.54 t。根据Dodsland油田Viking 组致密油成熟探区具备埋藏深度浅、工业油流井多、单井EUR 具备统计规律性的特征，开展了Dodsland 油田Viking 组致密油刻度区解剖，剖析了致密油成藏地质条件和成藏特征，评价了Viking 组致密油资源量和可采资源量，揭示了可采系数和资源丰度两项关键参数。以期为国内致密油资源潜力、单井EUR 和可采系数研究提供借鉴。
1 Dodsland 油田概况西加盆地位于美洲大陆北部、加拿大西部落基山以东，是目前全球已知的石油资源最丰富的沉积盆地之一。该盆地垂向上由两大套地层组成，下部为一套沉积在稳定地台上的古生界碳酸盐岩，上部为一套前陆中新生界碎屑岩；平面上由西部的阿尔伯塔盆地和东南部的威利斯顿盆地两个次级盆地组成[12]。加拿大的致密油主要产于西加拿大沉积盆地的阿尔伯塔省、萨斯喀彻温省和马尼托巴省，自2005 年斯喀彻温省东南部及马尼托巴省西南部的Bakken 地层获得商业开发以来，阿尔伯塔省、萨斯喀彻温省和马尼托巴省内致密油生产井数和产量逐渐增加（图 1a）；2011 年，西加盆地致密油日产量超过16.0×104 bbl，2014 年阿尔伯塔致密油日产量将达到17.0×104 bbl。其中，Bakken 组致密油产量最高，约占40%；其次为Cardium、Beaverhill Lake、Viking、Lower Shaunagvon（图 1b）。
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| 图1 西加拿大沉积盆地致密油分布、产量情况 Fig. 1 Tight oil distribution and production situation of the western Canada Sedimentary Basin |
Dodsland 油田位于西加盆地萨斯喀彻温省境内，位于该省Saskaton 西部100 km，Regina 西北约320 km 处，西部邻接阿尔伯塔省边界（图 2）。Dodsland油田于1957 年被发现[13]，常规油地质储量23.0×108 bbl，是阿尔伯塔盆地Viking 组中最大的油田。油区内常规垂直生产井达6 500 口，但常规开采方法和直井的开采率极低，仅5%～15%，平均采收率为9%，常规的可采储量为2.1×108 bbl。近年来，水平井多段压裂技术的应用使得Dodsland 及周边Viking 组地层致密砂岩、泥质砂岩和粉砂岩中的油气资源被重新定义。致密油产于Viking 组细砂岩、泥质砂岩和粉砂岩等致密岩性储层中，为非常规轻质油，含油气面积为1 425.96 km2。
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| 图2 Dodsland 刻度区位置图 Fig. 2 Locations of calibration area of Dodsland Field |
西加盆地主要发育前寒武系，古生界的寒武系、泥盆系、石炭系和二叠系，中新生界的三叠系、侏罗系、白垩系，古近系、新近系和第四系。Viking 组位于阿尔伯塔盆地Colorado 群底部下白垩统，平面上主要分布在阿尔伯塔省中部和南部、萨斯喀彻温省东部和西南部，由薄层砂岩、砾岩和粉砂岩夹层组成。Viking 组下伏地层为Joli Fou 组，上覆地层为Westgate 组，为上、下两套海相泥页岩夹持（图 3）。
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| 图3 刻度区地层柱状图 Fig. 3 The stratigraphic column of calibration area |
Viking 组内包括上、下两部分，Viking 组上部发育滨岸线砂岩，主要是常规碎屑岩油藏，常规油气资源一般产于孔隙度大于12%、渗透率大于10.00 mD细砂储层；下部发育泥质砂岩和粉细砂岩，主要形成非常规致密油藏，非常规油气资源产于孔隙度一般小于12%、渗透率在0.01～10.00 mD 的细砂岩、泥质砂岩等致密砂岩。Dodsland 油田Viking 组埋藏深度600～700 m，浅埋深导致钻井、完井成本较低，但也导致地层压力低和液体产率低。
2.1.2 烃源特征研究区主力烃源岩为下伏Second WhiteSpebs组页岩和上覆First White Specks 组页岩，为海相II 型干酪根。Second White Specks 组页岩有机质丰度高，平均有机碳含量在2.5% 左右，最高值达12.0%；氢指数在300 mg/g 左右，最大值达560 mg/g；Tmax主要在440 ℃左右，进入成熟阶段。First White Specks组页岩平均有机碳含量在6.0% 左右，最高值达10.5%；氢指数在350 mg/g 左右，最大值达590 mg/g；Tmax 主要在410～420 ℃，尚未进入大规模生油气阶段（表 1，图 4）。
| 表1 西加盆地白垩纪Colorado 群泥岩岩石热解分析结果 Table 1 Results of pyrolysis analysis of shale rock in cretaceous Colorado group of West Basin |
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| 图4 Colorado 群First 和Second White Specks 泥页岩热解分析有机碳含量、氢指数与Tmax 的关系 Fig. 4 Results of pyrolysis analysis of shale rock in Colorado group,Cretaceous |
Second White Specks 组页岩是Viking 组致密油藏形成的物质基础。Second White Specks 组页岩分布范围广，从西部的阿尔伯塔盆地到东边的Williston 盆地均有分布，厚度在盆地范围内变化较大，平均厚度在50 m 左右。根据地层的埋藏深度变化，成熟度从西边前陆盆地边缘依次经深盆的生气窗口、生油窗口过渡到阿尔伯塔省东部的未熟地带（图 5）。
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| 图5 Colorado 群Second White Specks 泥页Tmax 分布图 Fig. 5 Tmax distribution of mud rock of Second White Specks of Colorado group |
Dodsland 油田Viking 组垂向上为一向上变粗的沉积序列，代表潮汐作用下滨海浅海沉积再沉积的结果[14]。沉积岩性以泥质砂岩为主，砂体大致呈东西走向，生物扰动明显。沉积相分析显示：这一砂体来自东南方向物源向北推进的浅海相沉积组合，代表粗源物质向东北端推进的产物。总体上Viking 组厚度向东北变薄，逐渐尖灭。
Dodsland 油田Viking 组上部发育常规油气藏，而下部发育非常规致密油藏。Viking 组上部发育滨岸线砂岩，厚度2～5 m，由细粗砂岩组成，形成常规碎屑岩油藏；下部发育浅海泥质砂岩、粉砂岩，孔隙类型主要为粒间孔，厚度3～12 m，主要为泥质砂岩与粉砂岩互层，形成致密油藏（图 6）。
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| 图6 Viking 组沉积特征 Fig. 6 Sedimentary characteristics of the Viking Formation |
矿物类型以石英、长石和黏土矿物为主，黏土矿物又以伊利石和蒙脱石为主（图 7）。其中，石英和长石等脆性矿物约占70%，有利于水力压裂的实施。
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| 图7 Viking 组岩石矿物成分含量 Fig. 7 Rock mineral composition content of the Viking Formation |
刻度区Dodsland 油田Viking 组致密油藏具有“三明治”式成藏特征（图 8），油源主要来自上部Second White Speckled 泥页岩。Viking 组顶部具备不整合面、断裂和砂体等近源聚集疏导条件。Viking 组夹持在上、下两套海相泥页岩中，整体上具有近源成藏的特点，岩性由薄层砂岩、砾岩和粉砂岩夹层组成的一套地层（Albian）。上部SecondWhite Speckled 泥页岩有机碳含量最大值7.0%，下部Joli Fou 组泥页岩在2.0%～3.0%。
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| 图8 Viking 组油层生储盖组合特征 Fig. 8 The reservoir and caprock characteristics of the Viking Formation |
Dodsland 油田Viking 组致密储层具有埋藏深度浅、储层厚度薄、总体向北抬升的特征。油层压力一般为正常或稍有偏高压（压力6.41 MPa，压力系数1.07，压力梯度10 MPa/km 左右），无底水，深度一般在600～700 m。
Viking 组所产原油为轻质油，其API 为37° ，密度为840 kg/m3[15]，油藏驱动方式为溶解气驱，在有气顶存在的情况下则亦有气顶膨胀驱动。含油饱和度60%，汽油比300，地面原油密度0.84 g/cm3，油藏温度20℃，原油黏度2.3 mPa·s[13]。
2.2.2 油气成藏特征Creaney and Allan 通过区域有机地球化学研究发现Colorado 群油气系统是一个近乎封闭的系统[16]，很少有Colorado 烃源岩中形成的油气在其他系统中出现。圈闭主要为上倾端岩性尖灭形成，构造对Dodsland 仅有辅助作用。
Viking 组的油气主要来自上覆Second WhiteSpecks 烃源岩，窗口内的油气通过倒灌向下运移至砂体储层中成藏（图 9）。
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| 图9 Colorado 含油气系统中油气藏生储组合及成藏模式 Fig. 9 Accumulation mode，reservoir and caprock of petroleum system of Colorado Group |
中国石油第4 次油气资源评价时根据现有的评价条件和实际需要，初步建立了3 个层次的评价方法体系，分别为快速评价（容积法和体积法）、重点评价（EUR 类比法、分级资源丰度类比法和小面元容积法）、刻度区精细评价（资源空间分布预测法和数值模拟法）。国外主要有3 大类8 种评价方法，即蒙特卡洛法、分块容积法、单井储量估算法、基于Forspan 模型的评价方法、资源密度网格法、多方法交叉评价的综合方法、基于地质统计学的条件模拟法和基于地质模型的随机模拟方法[17-18]。考虑Dodsland 油田Viking 组致密油刻度区勘探程度和资料丰度程度，优选井采用蒙特卡洛法评价Dodsland 油田Viking 组致密储层资源量5.39×108 t，采用EUR 法评价出Viking 组致密油可采资源量0.79×108 t。
3.1 Viking 组致密储层资源量评价 3.1.1 蒙特卡洛法评价资源量蒙特卡洛法评价油气资源量的基础仍然是容积法，二间的主要差别是各个参数的取值方法不同。容积法评价资源量的基本思想是以岩石体积作为评价对象，结合岩石的孔隙度、含油饱和度和原油密度等关键参数，评价致密油资源量，评价公式为
| ${{Q}_{\text{O}}}\text{=}0.01\times A\times h\times \phi \times \rho \times w$ | (1) |
式中：QO—致密油地质资源量，×104 t；
A—含油面积，km2；
h—有效储层厚度，m；
ϕ—孔隙度，%；
ρ—原油密度，g/cm3；
w—含油饱和度，%。
容积法评价资源量时，评价单元的含油面积、有效储层厚度、孔隙度、原油密度和含油饱和度5个关键参数都是定值。然而，采用蒙特卡洛法评价资源量时，根据地质参数的统计特征，赋予每个关键参数一定的概率分布，面积参数与原油密度参数属于均衡分布，有效储层厚度属于三角分布，孔隙度与含油饱和度属于正态分布（表 2）。
| 表2 西加盆地白垩纪Colorado 群泥岩岩石热解分析结果 Table 2 Results of pyrolysis analysis of shale rock in cretaceous Colorado group of West Basin |
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采用蒙特卡洛法评价出Dodsland 油田Viking组致密油最大风险（10%）资源量为7.32×108 t，最小风险（90%）资源量为3.77×108 t，期望（50%）资源量为5.39×108 t。与加拿大地质调查局（CGS）评价出的6.53×108 t（体积法算地质资源量48.9×108 bbl，按密度0.84 g/cm3 计算）相当，证实了本次评价资源关键参数选取的合理性。
3.1.2 EUR 类比法评价可采储量EUR 是单井评估最终可采储量的简称，指已经生产多年的开发井，根据产能递减规律，运用趋势预测方法，评估该井的最终可采储量[17]。EUR 是一种由已开发井的EUR（图 10）推测评价区单井平均EUR，然后计算评价区致密油资源量的方法。通过计算，Dodsland 油田Viking 组致密油单井平均EUR为1.780×104 t，单井控制面积0.320 km2；含油气面积为1 425.960 km2。由EUR 类比法计算的可采资源量为0.79×108 t。
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| 图10 刻度区水平井单井原油月产量 Fig. 10 The single well oil production of horizontal wellin calibration area |
可采系数是石油可采资源量与地质资源量的比值，其大小与石油性质（如密度）、油藏特征（如油藏地质类型、驱动类型、油藏的温度、压力等）、储层物性及其非均质性等多种因素有关。研究可采系数的目的是建立可采系数与主要地质因素（如储层物性、埋深、原油密度等）之间的统计关系模型，其最终目的是为类比评价单元地质资源量转化成可采资源量提供可采系数。
刻度区Dodsland 油田Vikinig 组致密油资源量为5.390×108 t，可采资源量为0.790×108 t，其致密油可采系数为14.7%。
3.2.2 油气资源丰度油气资源丰度是地质类比法求取类比评价单元资源量的重要参数，其值为刻度区内单位面积的资源量。用地质资源量计算的资源丰度是刻度区的地质资源丰度，用可采资源量计算的资源丰度是刻度区的可采资源丰度。
刻度区资源量为5.390×108 t，可采资源量为0.790×108 t，含油气面积为1 425.960 km2，计算出刻度区的地质资源丰度为37.799×104 t/km2，可采资源丰度为5.565×104 t/km2。
3.3 类比参数中国致密灰岩与致密砂岩油分布广泛，含油面积达20.0×104 km2，致密油资源潜力巨大，已经在鄂尔多斯延长组7 段致密砂岩，四川盆地川中侏罗系泥质灰岩，准噶尔盆地芦草沟组云质岩，松辽盆地泉头组三、四段致密砂岩，渤海湾沙河街组湖相碳酸盐岩，酒泉盆地白垩系泥灰岩等发现致密油资源[19-20]。初步预测中国致密油资源量（110.000～135.000）×108 t，技术可采资源量约为（20.000～25.000）×108 t[2]。
由于中国致密油研究仍处于准备阶段，除鄂尔多斯盆地延长组、四川盆地侏罗系大安寨组和松辽盆地白垩系泉头组外[21-22]，总体勘探程度与地质认识程度低，致密油探区的相关资料仍不完善，难以夯实致密油资源量和可采资源量。为加强致密油资源量和可采资源量研究，更应重视致密油的单井EUR、资源丰度和可采系数等关键参数评价。
本文详细研究了Dodsland 油田Viking 组致密油资源刻度区的地质条件、储层条件、烃源条件、油藏参数和资源参数（表 3），结合Viking 组油层的开发现状、油气成藏条件、油气成藏特征，评价了Viking组的致密油资源量、最终可采资源量、可采系数和油气资源丰度，以期为国内致密油资源潜力评价、刻度区解剖、单井EUR 和可采系数研究提供借鉴。
| 表3 Dodsland 油田Viking 组致密油刻度区油气地质条件基础参数表 Table 3 Basis parameter of oil-gas geological condition of tight oil calibration area in the Viking Formation of Dodsland Field |
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（1）Viking 组细砂岩、泥质砂岩等致密砂储集层孔隙度一般小于12%，渗透率0.01～10.00 mD。致密储层内所产原油为轻质油，API 为37° ，地面原油密度0.84 g/cm3，油藏驱动方式主要为溶解气驱，亦有气顶膨胀驱动（气顶存在时）；油藏压力为6.41 MPa，压力系数为1.07，压力梯度为10 MPa/km左右，含油饱和度60%，汽油比300，油藏温度20℃，原油黏度2.3 mPa·s。
（2）采用蒙特卡洛法评价出Dodsland 油田Viking 组致密油资源量为5.390×108 t，EUR法评价出Viking 组致密油可采资源量为0.790×108 t。依据致密油地质资源量（5.390×108 t）与刻度区面积（1 425.960 km2），评价出刻度区地质资源丰度为37.799×104 t/km2；依据致密油可采资源量（0.790×108 t）与刻度区面积（1 425.960 km2），评价出刻度区可采资源丰度为5.565×104 t/km2；根据致密油可采资源量（0.790×108 t）与地质资源量（5.390×108 t），评价出Dodsland 油田Viking 组致密油可采系数为14.7%。
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