油气地质勘探技术

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一个油田或气田从勘探、发现，到全方位地进行油气田的开发与开采，常常要经历3年、5年，或者10年甚至更长时期。

作者 | 郭永峰

进入2019年以来，国内各地发现新的油气田捷报频传，包括渤海渤中19-6区块的千亿方大气田（2019年2月）、南海西部乐东深水区块（2019年9月）、甘肃庆城鄂尔多斯盆地10亿吨级大油田（2019年9月）以及四川盆地的长宁——威远与昭通地区的万亿方页岩气大气区（2019年9月）。

事实上，在捷报频传的背后，是漫长的拼搏过程。一个油田或气田从勘探、发现，到全方位地进行油气田的开发与开采，常常要经历3年、5年，或者10年甚至更长时期。而一个油气田正式外输油气的准备时间越长，前期工作越细致，正式生产后的油气田开采效率越高，整体运行质量越好，油气田的开采周期越长。

国际上近10年来兴起一个有关油气田发现到生产的全新理论，称之为“油气田生产生命周期（Production life cycle of oil and gas fields）”理论。这个理论告诉我们，一个油气田从发现到生产过程，与机械制造生产厂有本质的不同。油气田的成长过程，更像一个自然界“鲜活”的生命体，有其自身成长、壮年与衰竭的过程。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

今天的文章我们将介绍开发一个新的油气田，需要经历哪些准备阶段，并在其中完成哪些技术与生产程序。

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01. 油气勘探评价

什么是油田“勘探”？“勘探”就是在某一个地域钻井找石油，或者在一个初步认定有石油的地域，通过钻若干口井，以确定有石油的地域面积有多大。

石油工作者要将一个经过初步勘探、已经证实为一个新的油气田的区域，建设成为可以正常与连续对外输出原油或天然气的标准油气田，所做的第一件事，就是对这块区域进行“油气勘探评价”，即为编制油气田勘探计划与开展相关作业。石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

在建设新油气田的“油气勘探评价”阶段，石油工作者主要进行3个步骤：

一是进行油气田的勘探决策，包括编制“中长期”油气勘探规划；

二是油气田的勘探方案的科学与工艺研究；

三是主持油气田的勘探作业，例如在新的油气田地域，为勘探目的而开展钻井作业与完井作业等。

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油气田勘探决策

在石油工作者的油气田勘探决策阶段，有2个重要概念，即“勘探”与“评价”。

所谓油气“勘探”，类似于通过钻一口井，以证实地层是否存在油气资源；而油气“评价”，则是通过钻井，证实这一新发现的油气田，其边缘位置在何处，这一新发现的油气田的确实面积为多少？

石油工作者进行油气田勘探决策，主要是通过履行油气田的“探矿权”管理程序，以及油气田的“储量”管理程序，落实油气田的油气资源“战略选区”目标，从而制定年度或者中长期的油气“勘探”计划，以及油气“评价”计划。

1）“探矿权”,即地下油气资源的开采权

从世界范围说，除了美国之外，西方国家绝大多数国家的地下地层的油气资源的“探矿权”，即国家领土内的所有地下资源，无论地面建筑设施的归属结构如何，全部属于国家所有。

美国则是在“地面土地，包括建筑的权益归谁所有，则地下资源归谁所有”的法律原则下，执行“探矿权”相关法律。美国政府管理“探矿权”的部门也比较多，对美国本土的油气资源有“探矿权”法定管理权的政府部门，包括美国内政部，农业部，能源部，环保署，国防部，美国国家基金会等。

中国实行的地下资源归属形式，与世界上多数国家一致。国家的地下地层的油气资源的“探矿权”，即国家领土内的所有地下资源，无论地面建筑设施的归属结构，全部属于国家所有。

2）实行油气田的“储量”管理。

即根据《中华人民共和国矿产资源法》第16条，对于石油与天然气等特种矿产资源的储量管理，为经过国务院授权的有关部门进行审批。其中储量管理方面，需要经过国务院矿产储量审批机构审批。

1999年国家“矿产资源储量评审中心石油天然气专业办公室”，简称“油气储量评审办公室”，挂靠中国石油天然气集团公司；业务上直接受国土资源部储量司领导，主要承担全国石油、天然气，以及煤层气的储量报告的评审工作。

3）油气资源“战略选区”。全国“油气资源战略选区”是国家财政投入，由国土资源部组织实施的公益性、基础性、先导性前期的油气资源战略调查工作。主要任务是对于陆地和海域油气资源调查程度低的新区域、新层系，采用新技术与新方法，通过实施“地球物理勘探”，以及钻探“科学探索井”等实际工作，优选新的地质目标区和勘探接续区，促进国家油气重大突破和新发现。

在进行新的油气田建设时，需要借鉴国家“油气资源战略选区”项目获得的技术成果，甚至有可能经过论证获得国家“油气资源战略选区”项目的财政支持。

4）制定年度油气“勘探”计划

石油工作者编制年度油气勘探计划，主要强化油气田的油气资源评价。方法是在勘探技术可行性与经济评价的基础上，运用各种方式进行勘探目标的优选。

具体说来，在编制年度油气勘探计划过程中，主要精力放在精心优选勘探目标，以及制定勘探方案，以确保实现勘探目标的可实施性与经济性。此外，还要合理部署本年度的勘探工作量，以及规划完成勘探储量的进度，以确保油气田管理公司的勘探效益的稳步增长。

5）制定年度油气“评价”计划

在建设新的油气田过程中，勘探领域的钻井类型有2种，一是地质“发现井”，二是地质“评价井”。

地质发现井是在原本不是油气田的领域，钻井后发现新的油气田。而“评价井”则是在“发现井”已经获得成果基础上，沿着油气田可能的边缘，或者重要部位，钻若干口“勘探井”，以基本搞清此油气田的面积与大致储量。

美国地质调查局（USGS, United States Geological Survey）从1879年成立以来，负责美国本土油气资源评价工作。从上世纪70年代开始，美国地质调查局 (USGS)每5年或者6年就进行一次全国性油气资源评价工作。相关技术成果提供给各油气田参考或使用。

所以，在美国建设一个新的油气田，所进行的勘探评价工作量较少，因为相对来说，美国石油与天然气行业的各类数据开放性程度较高，着手建设新的油气田时，可以减少部分数据收集工作量。

6）进行勘探井的“井位”论证

勘探井的“井位”论证是一个复杂过程。在新的油气田建设中，是否能够获得优选与合适的勘探井井位，是提高油气田勘探与开发效率与水平的关键因素之一。

进行井位论证时，需要参照同一地区已经进行的钻井作业、测井作业、试油与试采作业、地球物理勘探的成果与数据，以及室内的化验与分析数据与资料。还要考虑“井位”目标区的构造、储层、油气水的地层分布与油气产能等因素。

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油气田勘探的相关科学与工艺研究

石油工作者要建设一个新的油气田，需要进行一系列与“勘探”相关的科学研究，以及作业工艺研究。

首先，进行石油地质研究，包括地质学的“盆地”油气评价，地质学的“区带（play assesent）”油气评价，开展地质学的“圈闭”油气评价，开展地质学的“油藏”评价。

1) 开展地质学的“盆地”油气评价

“盆地”是地球岩石圈表面，相对长时期沉降的区域，因整个地形外观与盆子相似而得名。

2) 开展地质学的“圈闭”油气评价

“圈闭”是一种能阻止油气继续运移，并能在其中聚集的场所。

3) 开展地质学的“区带（play assesent）”油气评价

“区带”介于“盆地”与“圈闭”之间的地质构造。

4) 开展地质学的“油藏”评价

“油藏”是指油在单一圈闭中具有同一压力系统的基本聚集。

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其次，还要开展石油工程研究，具体说来，包括制定物探钻探方案，进行地震处理解释，测井解释，制定试油试采方案等。

1) 制定“物理勘探”的钻探方案

2) 进行地震处理解释，测井解释等

3) 制定试油试采方案

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油气田勘探作业

石油工作者要建设一个新的油气田，需要在现场进行系列实地施工与作业。

这些作业，包括进行野外地质勘察，开展物探作业。在地质研究与物探结果分析的基础上，确定勘探井与评价井的井位。

石油工作者在确定勘探井与评价井的井位之后，进行作业现场的钻井作业。在钻井作业期间，开展录井作业，测井作业。钻井作业结束之后，开始试油作业。除此之外，还要进行实验室内各种地质样品测试与试验。

1) 野外地质勘察

2) 油气田勘探的物探作业

“物探”是地球物理勘探的简称。是指用物理的方法，对地球进行勘探的学科。其功能包括寻找矿藏，即包括油气藏，煤，金属等。

以物探手段用以勘探油气藏的方式，有陆海三维地震、二维地震、二维高分辨地震、重磁测量等。此外，还有浅地层剖面调查、侧扫声纳扫测、多波束水深测量，以及地形测绘、地震数据处理等服务。

3) 勘探井与评价井的井位部署

4) 油气田勘探的钻井作业

5) 油气田勘探的录井作业

6) 油气田勘探的测井作业

7) 油气田勘探的试油作业

8) 实验室内地质样品试验

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02. 油田开发建设

什么是油田“开发”？“开发”就是在某一个已经过“勘探”确定有石油的地域，研究打几口井，在哪些地方打井，或者以哪种方式打井，能够以最小的成本，将地下石油全部采到地面上来。

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石油工作者要将一个经过初步勘探，已经证实为一个新的油气田的区域，建设成为可以正常与连续对外输出原油或天然气的标准油气田，所做的第二个件事，就是对这块区域进行“油田开发建设”，详细说来即为编制油气田开发计划与开展相关作业。

在建设新油气田的“油气开发建设”阶段，石油工作者主要进行3个步骤：

一是进行进行油气田的开发决策，包括编制“中长期”油气开发规划等；

二是开发油气田的开发方案的科学研究；

三是主持油气田的开发生产作业，例如在新的油气田地域，为开发目的而开展钻井作业与完井作业等。

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油气田开发决策

石油工作者在建设一个新的油气田过程中，需要进行采矿权的管理，以及油气层储量复核。除此之外，还要进行“中长期”油气田开发规划的制定，年度产能建设计划制定，还要进行油气田开发方案论证。

1) 进行采矿权管理

2) 进行油气层储量复核

3) 制定中长期油气田开发规划

4) 制定年度油气产能建设计划

5) 进行油气田开发方案论证

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油气田开发的相关科学与工艺研究

石油工作者在筹备一个新油气田的过程中，还要开展一系列与油气田开发相关科学与工艺研究。

例如，开展油气田的油藏地质研究，油气田的油藏工程研究，油气田的采油工程研究，开展油气田地面工程研究。

在此基础上，石油工作者还要开展油气田的地质情况解释，油气藏的评价，精细油气藏的描述工作。最后，启动重要的油气田开发方案编制工作。

通常在必要时候，根据油气田开发的进展情况，还要对已经编制的油气田开发方案进行微调。

1) 开展油气田的油藏地质研究

“油藏地质”研究是利用地质学方法，探讨“油藏”形成过程的研究。其研究目的是获取地层内油气运移与存贮机理，为提高油气开采效率打下基础。

2) 开展油气田的油藏工程研究

“油藏工程”研究，是利用油层物理、油气层渗流力学，探讨油藏开发过程中油、气、水的运动规律和驱替机理的研究。其研究目的是拟定相关工程措施，以求合理地提高油气开采速度与采收率。

3) 开展油气田的采油工程研究

采油工程（oil extraction engineering）是油田开采过程中，针对地下油藏所采取的各项工程技术措施的总称。对采油工程研究的目的，是实现油气开采的基本过程，并取得采收效率的最大化。

4) 开展油气田地面工程研究

油气田地面工程包括与石油与天然气开采的工程项目与机械装备，例如，采油站，注水站等工程设施，或者油气分离器，电潜泵，抽油泵等机械装备。

油气田地面工程有4方面的功能，一是实现油气井的产能建设目标；二是体现油气开发技术水平；三是记录油气开发数据；四是实现油气产品外输。

5) 地质解释

所谓“地质”是地层构造与演变历史的总称。而地质解释则是通过各种不同方法，研究与解释地层的物质组成、构造变动、发展历程等。

仅就石油行业来说，地质解释广泛用来寻找不同地质结构中油气资源的生成、运移与贮存规律，从而为提高油气开采成功率，以及提高油气采收率打下理论基础。

6) 油藏评价

所谓“油藏评价”，是对油气藏形成的可能性、特性、储量、质量等各种形态特征，适时作出定量的概率分析，以及进行工程、经济方面的定性评价的工作与过程。

7) 精细油藏描述

所谓“精细油藏描述”，是利用各种近代与现代的科学方法，对于油气田的地下储层，进行定量化和精细化研究。

特别是针对油气田开发的“中后期”阶段的储层逐步枯竭的条件，进行精细研究，以挖潜剩余油气资源，提高油气田的整体与最终采收率。

8) 编制油气田开发方案

“油气田开发方案”的主要内容，是在指定的油气田的油气蕴藏面积内，按照一定的开发井网、开发程序、开采方法，将（石）油或（天然）气由地下采出到地面全过程，或者称为开发工程的总体方案。

“油气田开发方案”是油气田开发的总体规划，以及具体实施的全面系统的计划、部署，同时也是油气田的油藏项目的投入开发的基础原则和经济计算依据。

9) 开发方案微调

“油气田开发方案”微调，是在油气田开发的实际进程中，根据油气田开发活动的技术与工艺信息反馈，对原来编制的“油气田开发方案”进行非原则性修改与补充。

油气田的生产过程较为复杂，石油工作者对于地下储层的认识难以一次完成。随着开发过程中地下油藏状态的变化，及作业者对储层认识程度的加深，难免出现原有开发方案不符合地下储层状况的情况。

因而石油工作者对于原有油气田开发方案进行个别调整与补充，也称为开发方案的微调，或者“开发调整方案”。

“开发调整方案”内容包括调整原因、调整基础、调整依据的论证，以及调整内容、调整方法、调整结果的阐述。

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油气田开发生产

石油工作者在开创一个新油气田的工作中，还要开展油气田开发生产活动，即有关油气田开发的具体施工部署。

在油气田开发生产活动中，还包括油气田开发方面的物探作业。技术人员在地质研究与物探结果分析的基础上，确定油气田新增加的钻井井位。

确定油气田开发井的井位之后，进行作业现场的钻井作业。此外还开发录井作业，测井作业。在钻井作业结束之后，开始试油作业。

此外，还需要开展系列油气田开发的地面工程建设。

1) 油气田开发的部署

2) 油气田钻井作业

包括陆地油田与海上油田的钻井作业。

3) 油气田开发录井作业

“录井作业”是在钻井过程中，用岩矿分析、地球物理、地球化学等方法，观察、采集、收集、记录、分析随钻过程中的固体、液体、气体等井眼返出物信息，以此建立录井地质剖面、发现油气显示、评价油气层，并为石油工程建设提供钻井信息服务。

4) 油气田开发测井作业

5) 油气田开发完井作业

6) 油气田开发试油作业

7) 油气田开发中新井投产

8) 油气田开发的地面工程建设

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03. 油气生产作业

什么是油气田“生产”？“生产”就是在某一个已经过“勘探”确定有石油，并且经过制定“开发”方案确定如何获取石油的地域，研究以什么速度“采出”石油，从而提高此油田的最终石油采收率，或者说最终尽可能多地将地下石油“采到”地面上来。

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石油工作者要将一个经过初步勘探，已经证实为一个新的油气田的区域，建设成为可以正常与连续对外输出原油或天然气的标准油气田，所做的第三个件事，就是对这块区域进行“油气生产作业”，详细说来即为编制油气生产作业计划与开展相关作业。

在建设新油气田的油气生产作业阶段，石油工作者主要进行3个步骤：

一是进行油气田生产决策，包括编制“中长期”油气勘探规划；

二是开展油气田的生产措施科学研究；

三是主持油气田的油气生产运营。

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油气田生产决策

石油工作者在建设一个新油气田的工作中，还要开展油气田生产活动，即提出有关油气田生产的具体作业措施决策。

在油气田制定生产方式与生产措施活动中，石油工作者要制定油气田生产生命周期战略，作出油气田阶段性运营计划，提出油气田年度生产计划，其中包括配产、配注等具体指标与作业工艺。

此外，石油工作者还要开展油气田开发调整论证，油气田油藏地质研究，油气田油藏工程研究，油气田采油工艺研究，以及油气田的增产措施研究等。

1) 油气田生产生命周期战略

“生产生命周期（Production life cycle）”概念是1974年英国皇家测量师学会专家A. Gordon提出，2011年美国全国石油委员会 (NPC, The National Petroleum Council)发布有关“油气田生产生命周期（Production life cycle of oil and gas fields）”的专门研究报告。

英美专家研究中发现，油气田生产过程与制造工厂车间的生产的不同表现在：

① 油气田生产的对象是不可再生的地下资源；

② 油气田是在地面实施开采作业，而油气藏本身的压力和渗流速度始终变化与衰减着；

③ 油气田要增加新产能，弥补产量的自然递减以保持稳产，即用“扩大再生产”的办法去维持“简单再生产”；

④ 油气田的成本越来越高，最终达到作业者承受的经济极限。此时油气田尚有相当部分油气未被采出,然而此油气田也必须关闭。

这一过程类似于生物的生命周期，故称为油气田的生命期。

油气田的“生命期”分为：快速增长期，相对稳产期，快速下降期，衰亡期。油气田作业者可以采取相应措施，改变油气田某一期产量变化速度，以延长或缩短油气田生存时间。但不能改变其生命发展过程的总趋势。

提出油气田生命周期理论意义，是奠定油气田开发方案的编制基础，以及提供油气田产量预测的依据。

2) 油气田阶段性运营计划

3) 油气田年度生产计划（配产、配注等）

“配产”是“配置地下储层的油气产能”的简称，而“配注”则是“配置地下储层的注水能量”的简称。

所谓油气田的年度“配产”，就是优化某油藏的未来一年油气产出能力。

所谓油气田的年度“配注”，就是为实现,配注是为实配油气田的年度“配产”效果，而实施的油气田的地下储层的注水能量的配置。

4) 油气田开发调整论证

5) 油气田油藏地质研究

6) 油气田油藏工程研究

7) 油气田采油工艺研究

8) 增产措施研究

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油气田生产的相关科学与工艺研究

石油工作者在创建一个新油气田的过程中，还要开展一系列与油气田生产相关科学与工艺研究。例如，油气田生产中的动态分析，油气田生产中的精细油藏描述，油气田开发效果评价，油气田增产措施，以及油气田调整方案。

1) 油气田动态分析

“油气田动态分析”，是利用油气田生产数据和各种监测方法，将采集到的地下油藏资料进行分析。用以研究地层水运动规律，以及发展变化。除此之外，还用以检验开发方案及其有关措施可行性，并且预测油气田开发效果。

油气田动态分析，包括“开发动态分析”，“生产动态分析”。油气田“生产动态分析”，也称“单井分析”，包括“油气井动态分析”和“注水井动态分析”。

2) 油气田精细油藏描述

3) 油气田开发效果评价

4) 油气田增产措施

“油气田增产措施”有压裂、酸化、油井解堵、油井化学堵水、注水井调驱调剖、注水井降压增注、注水井挤堵等。

5) 油气田调整方案

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油气田生产运营

石油工作者在建设一个新的油气田时，还要从事系列油气田的生产运营工作。

具体来说，包括各种与油气田生产相关的管理，作业与油气采收措施。例如，油气田生产运行与调度指挥，油气田的产量管理，油气田的采油工艺管理，油气田作业措施管理，油气田的“三次采油”管理，油气田的生产测试，以及油气田的实验室化验。

1) 油气田生产运行与调度指挥

2) 油气田产量管理

3) 油气田采油工艺管理

4) 油气田作业措施管理

5) 油气田“三次采油”管理

油气田的“三次采油”是利用物理、化学和生物等新技术提高最终原油采收率的重要油气开采技术。

主要内容是利用各种方式与介质，从地下储层驱油到地面上来，以提高油气田产量。主要驱替类型，有烃类驱、化学驱、热驱、CO2驱等。

6) 油气田生产测试

“油气田生产测试”是动态监测油气田地下储层的重要手段。是深入认识与正确评价油气藏的基本方法之一。

“油气田生产测试”主要有2大类，生产测井与生产测试。其中生产测井，例如油气井的产出与注入测井，饱和度测井等；生产测试，例如压力测试等。

7) 油气田实验室化验

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04. 启示

进入2019年以来，国内各地发现新的油气田捷报频传，国内民众被我国的陆海石油行业的新成就所鼓舞，更加增强建设国家，再创新的业绩的信心。然而，通过我们回顾全世界油气行业开发油气田的全套程序，可以得到以下启示。

（1） 勘探与开发一个完整成熟的油气田，是一项长期、艰苦与细致的工作。开发一个油气田，需要千万与油气勘探开发有关的专业人士默默与耐心工作，才可能完成。

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（2）勘探与开发一个完整成熟的油气田，必须遵守其独特运营规律。一个完整成熟的油气田，具有类似于自然界个体生命周期那样的演变历程，而与多数工业界的制造工厂与车间进化历程不相同。即世界上各处的油气田具有单独特殊的“生产生命周期”。这是1970年代由英国专家提出，2011年由美国石油全国委员会（NPC）提出专门报告，近年来才逐渐引起我国石油行业工作者重视的“油气田生命周期”理论。

这种理论指出，所发现的油气田的生命周期，与世界上的生物生命周期有些类似，而不同于多数机械设备制造工厂的“建设与运营周期”。

比如，某国家在某地建设一个年产30辆台汽车的工厂，几年后在另一处建设年产50辆台汽车的工厂；这样，此国家的总的汽车生产能力为80万台。

而某国原来发现一个年产1亿吨油田，后来又发现一处年产3000万吨油田，却不能说这个国家年产原油能力为1.3亿吨。因为原有的老油田有产量递减。也许新发现的3000万吨油田，正好将老油田的产量递减抵销了。所以，对于油气田开发来说，不能使用简单加减法评估业绩，而要实行“具体问题，具体分析”。

（3）勘探与开发一个完整成熟的油气田，要有专业齐全，分工精细，服务到位的油田服务队伍。开发一个大中型陆地或海上油田，需要近100个专业的油田服务队伍协同合作，共同努力，才能最终达到经济与技术工艺目标，为人类社会获得利益。所以，开发一个大中型油气田，实际上是动员全社会力量，运用全人类的智慧，来向大自然索要财富。团结与协作，奋斗与奉献，则是建设与开发一个完整成熟的油气田主要途径之一。

我们坚信，国内石油工作者将继续发挥实事求是，勇于探索，艰苦奋斗，继往开来的创新精神，充分利用当今世界先进科学与工艺技术，为祖国的经济繁荣与发展，寻找更多的油气田，贡献更多能源。

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