Определение сланцевой нефти：
Сланцевая нефть относится к нефтепродуктам, хранящимся в богатых органикой сланцевых формациях с наноразмерными порами. Это сокращение от зрелой органической сланцевой нефти. Сланец является как материнской породой, так и коллектором нефти. Сланцевая нефть существует в адсорбированной и свободной формах и, как правило, имеет малый вес и низкую вязкость. Она в основном хранится в наноразмерных порах и системах трещин, распределенных вдоль или параллельно пластинкам. Богатые органикой сланцы обычно накапливаются на обширных, непрерывных участках в центре бассейна, как правило, нефтеносны и имеют большой размер ресурсов. Ключевыми факторами при оценке "hзоны ядра сланцевой нефти являются распределение пространства коллектора, индекс хрупкости коллектора, вязкость сланцевой нефти, энергия пласта и размер богатого органикой сланца. Успешная добыча сланцевого газа служит техническим ориентиром для добычи сланцевой нефти. Технологии искусственной проницаемости, такие как гидроразрыв пласта (ГРП) и повторное вскрытие пласта (ПВ), являются ключевыми для эффективной разработки сланцевой нефти. Среди ресурсов сланцевой нефти основными типами для промышленной добычи могут быть конденсатная нефть или лёгкая нефть [6,11]. Молекулы конденсата и лёгкой нефти имеют диаметр от 0,5 до 0,9 нм. Теоретически, они более текучи и извлекаемы в наноразмерных порах сланца в условиях высоких температур и давления под землёй.
Основные характеристики благоприятных районов распространения сланцевой нефти:
Сланцевая нефть существенно отличается от обычной нефти, отделенной от источника и пласта, и плотной нефти, накопившейся вблизи источника, с точки зрения механизмов накопления, пространства пласта, характеристик флюида и распределения, имея при этом больше сходства со сланцевым газом.
Интеграция источника и резервуара, удержание и накопление:
Сланцевая нефть является типичным примером накопления нефти, характеризующимся интегрированным источником и резервуаром, удержанием и накоплением, а также непрерывным распределением. Богатые органикой сланцы служат как источниками, так и резервуарами. В отличие от сланцевого газа, сланцевая нефть в первую очередь образуется во время фазы генерации жидких углеводородов эволюции органического вещества. Во время непрерывной фазы генерации нефти богатых органикой сланцев нефть удерживается и накапливается внутри сланцевого резервуара и рассеивается или мигрирует наружу только после того, как сам сланцевый резервуар насыщается. Следовательно, любой богатый органикой сланец в фазе генерации жидких углеводородов имеет потенциал для накопления сланцевой нефти. В настоящее время сланцевая нефть трещиноватости была обнаружена в морских слоях Северной Америки и континентальных слоях Китая [12], но нет никаких сообщений об открытии сланцевой нефти фундамента. Богатое органическим веществом и высокая зрелость Органическое вещество является основой того, что сланец богат нефтью. Значение Оглавление высокопродуктивных и богатых сланцевых нефтяных слоев обычно превышает 2%, а значение Ро обычно составляет от 0,7% до 2,0%, образуя легкую нефть и конденсатную нефть, что благоприятствует производству. Развитые наномасштабные поровые каналы и системы трещин Сланцы обычно развивают миллиметрово-сантиметровые слои. Наномасштабные поровые каналы широко развиты в сланцевых нефтяных резервуарах, причем диаметр пор в основном составляет от 50 до 300 нм. Поры микронного масштаба развиты локально, и типы пор включают межзерновые поры, внутризерновые поры, органические поры и межкристаллитные поры. Микротрещины также очень развиты в сланцевых нефтяных резервуарах, и их типы разнообразны. Незаполненные горизонтальные трещины напластования являются основными, за которыми следуют трещины усадки. Вертикальные или косые структурные трещины развиваются вблизи зоны разлома. Большинство сланцев имеют хорошо развитые слои, включая слои глинистых минералов, карбонатных и органических минералов, а также пирита. Сланцевая нефть широко распространена внутри этих слоев и микротрещин, параллельных плоскостям напластования.
Индекс хрупкости резервуара высокий:
Содержание хрупких минералов является ключевым фактором, влияющим на развитие микротрещин в сланце, содержание нефти и методы стимуляции трещинообразования. Чем ниже содержание глинистых минералов, таких как каолинит, монтмориллонит и гидрослюда, в сланце, и чем выше содержание хрупких минералов, таких как кварц, полевой шпат и кальцит, тем более хрупкой становится порода, что делает ее более подверженной образованию естественных и искусственных трещин под воздействием внешних сил, что облегчает добычу сланцевой нефти. Богатые органическими веществами озёрные сланцы Китая, как правило, имеют высокое содержание хрупких минералов, превышающее 40%. Например, озерный сланец в пачке Чанг 7 формации Яньчан в бассейне Ордос имеет среднее содержание хрупких минералов, таких как кварц, полевой шпат, кальцит и доломит, достигающее 41%. Содержание глинистых минералов составляет менее 50%. Сланец в пластах Чанг 72 и Чанг 73 имеет высокое содержание пирита, в среднем 9,0%.
Высокое пластовое давление и легкая нефть:
Участки с богатой сланцевой нефтью расположены в зрелых, богатых органическим веществом сланцевых формациях с обширной добычей нефти. Эти области, как правило, характеризуются высокой пластовой энергией с коэффициентом давления от 1,2 до 2,0. Некоторые формации с низким давлением, такие как формация Яньчан в бассейне Ордос, имеют коэффициент давления всего от 0,7 до 0,9. Нефть, как правило, лёгкая, с плотностью от 0,70 до 0,85 г/см³ и вязкостью от 0,7 до 20,0 мПа·с. Высокий газовый фактор способствует притоку и добыче в наномасштабных системах порово-каналовых резервуаров.
Большое, непрерывное распределение, высокий ресурсный потенциал:
Распределение сланцевой нефти не контролируется структурно и не имеет четких границ ловушек. Вместо этого диапазон ее нефтеносности контролируется распределением богатых органикой сланцев в пределах окна нефтеобразования. Сланцевая нефть в значительной степени удерживается в сланцах, как правило, составляя от 20% до 50% от общего объема произведенной нефти, что указывает на значительный ресурсный потенциал. Например, мезозойские сланцы пачки Чанг 7 в бассейне Ордос (сосредоточенные в нижней части пачки Чанг 72 и большей части пачки Чанг 73) содержат интервалы, богатые сланцевой нефтью. Предварительные оценки указывают на извлекаемые ресурсы сланцевой нефти от 10 до 15 миллионов тонн. Североамериканские морские сланцы широко распространены, имеют стабильную толщину, высокое содержание органического вещества и высокую зрелость, что благоприятствует образованию легкой и конденсатной сланцевой нефти.
Модели осадочных пород сланцевого происхождения, богатых органикой:
Сланцы могут образовываться в морских, переходных и наземных осадочных условиях. Образование богатых органикой чёрных сланцев требует двух ключевых условий: высокой продуктивности и обильного поступления органического вещества, а также условий, способствующих сохранению, накоплению и преобразованию осадочного органического вещества.
Существует четыре основные модели осадконакопления для богатых органикой черных сланцев: морская (озерная) трансгрессия, стратификация воды, пороговое значение и подъем уровня воды океаническим течением. В континентальных озерных бассейнах встречаются только три из этих моделей: трансгрессия, стратификация воды и пороговое значение. Модель трансгрессии предполагает относительное повышение уровня озера, что приводит к широко распространенным аноксическим условиям в глубоких водах. Это позволяет органическому веществу захороняться и сохраняться, образуя черные сланцы (плотные участки). Это, как правило, более распространено в котловинах. Модель стратификации воды предполагает затруднение циркуляции воды выше и ниже водосборного бассейна из-за разницы в температуре, солености или других факторах, что приводит к аноксическим условиям в локализованных низинных, застойных областях и образованию богатых органикой черных сланцев. Стратификация воды является наиболее распространенной формой образования богатых органикой сланцев. Модели порогового осадконакопления подразделяются на высокопороговые и низкопороговые, в первую очередь на основе глубины воды. Высокопороговый режим наблюдается в глубоких впадинах, таких как разломные и форландовые озёрные котловины, где пороговое значение дддхххх предотвращает воздействие внешних вод на более глубокие воды. Следовательно, стратификация воды создаёт бескислородную среду, что приводит к образованию чёрных сланцев. Низкопороговый режим наблюдается в мелководных, застойных водоёмах (например, болотах). Биодеградация потребляет большое количество кислорода, что приводит к восстановительной среде и сохранению высших органических веществ растений, что приводит к образованию угленосных сланцев. Наиболее определяющей характеристикой низкопорогового режима является отсутствие стратификации воды.
Во время периодических колебаний уровня озера глубина воды и скорость поступления осадка также периодически меняются, что приводит к регулярным колебаниям общего содержания органического углерода в осадочном профиле. Границы секвенций характеризуются мелководьем, быстрым накоплением осадка и активным окислением, что часто приводит к минимальным значениям общего содержания органического углерода в профиле. Вблизи максимальной поверхности затопления озера поступление осадка замедлено, что приводит к недостаточно компенсированной седиментации. Органическое вещество относительно обогащено, часто с максимальным содержанием общего органического углерода. Этот плотный интервал является наиболее благоприятным для образования богатых органическим веществом сланцев в секвенции. Однако плотные интервалы образуются не вблизи максимальной поверхности затопления озера во всех озерных бассейнах. Континентальные озерные бассейны различаются по типу бассейна и стадии развития, и из-за таких факторов, как небольшая площадь бассейна, множественные источники сноса и колебания уровня озера, вертикальное распределение богатых органическим веществом сланцев внутри секвенции является сложным. Плотные интервалы в разломных озерных бассейнах на востоке Китая могут встречаться в нижней части системных трактов высокого уровня моря или в пределах трансгрессивных системных трактов. Бассейны Среднего Запада в основном расположены в пределах трансгрессивных системных трактов.
Соединенные Штаты являются мировым пионером в добыче сланцевой нефти, причем сланцевая нефть в основном добывается в нескольких репрезентативных бассейнах:
Баккенский сланец: расположенный в Северной Дакоте и Монтане, он стал первой сланцевой нефтяной провинцией в США, где была начата крупномасштабная промышленная добыча. Добываемая нефть представлена преимущественно лёгкой нефтью плотностью 0,79–0,85 г/см³ и низкой вязкостью, что облегчает её добычу. Пермский бассейн, охватывающий Техас и Нью-Мексико, отличается мощными, непрерывными пластами, богатыми лёгкой нефтью и конденсатом, что делает его основным районом добычи сланцевой нефти в США.
Сланцевое месторождение Игл-Форд, расположенное на юге Техаса, известно своими высокими значениями общего содержания углерода (Оглавление) и высокой степенью зрелости. Его лёгкая нефть и высокий газовый фактор делают его пригодным для добычи методом объёмного гидроразрыва пласта (ГРП) в горизонтальных скважинах.
Сланцевая нефть в этих районах имеет схожие характеристики с нефтью в Китае:
Богатый органикой и высокозрелый (Ро обычно составляет от 0,7% до 2,0%);
Хорошо развитые наномасштабные поровые каналы и системы микротрещин, что обеспечивает хорошую непрерывность пласта;
Легкое масло и низкая вязкость, обеспечивающие легкую текучесть;
Зрелая технология стимуляции пласта с помощью гидроразрыва пласта, с горизонтальными скважинами и многоступенчатым гидроразрывом пласта в качестве основного метода добычи.
Возможность механизированной добычи сланцевой нефти:
Коллекторы сланцевой нефти состоят преимущественно из наноразмерных поровых каналов, что обуславливает низкую естественную проницаемость для нефти и газа. Поэтому для увеличения дебита скважин часто требуется искусственная добыча. Распространенные методы включают:
Штанговый глубинный насос (ШГН)
Преимущества: Отработанная технология, простота эксплуатации, подходит для скважин малого диаметра с высоковязкой жидкостью;
Недостатки: Эффективность существенно зависит от глубины и вязкости нефти, что делает ее непригодной для очень низкопроницаемых, нанопористых сланцевых пластов.
Электропогружной насос (ЭЦН) / Винтовой насос (ВН)
ЭЦН: подходит для скважин большого диаметра и высокой производительности, лучше всего работает с легкой нефтью и нефтью низкой вязкости и обеспечивает непрерывную добычу;
Шпиндельный насос: подходит для скважин со средней и низкой производительностью и высокой вязкостью, а также может работать на некоторых скважинах с высоким содержанием песка или парафина.
Для легкой сланцевой нефти США (например, сланцев Игл-Форд и Баккен) трубные насосы более подходят из-за низкой вязкости нефти, высокой производительности и пригодности корпуса насоса для горизонтальных скважин или длинных горизонтальных участков.