Definisi Minyak Serpih：
Minyak serpih mengacu pada minyak bumi yang tersimpan dalam formasi serpih berpori nanoskala yang kaya organik. Ini adalah singkatan dari minyak serpih organik matang. Serpih merupakan batuan induk sekaligus batuan reservoir minyak. Minyak serpih terdapat dalam bentuk teradsorpsi dan bebas, serta umumnya ringan dan viskositasnya rendah. Minyak serpih terutama tersimpan dalam rongga pori dan sistem rekahan berskala nano, yang terdistribusi sepanjang atau sejajar dengan lamela. Serpih kaya organik umumnya terakumulasi di area yang luas dan berkelanjutan di pusat cekungan, umumnya mengandung minyak, dan memiliki ukuran sumber daya yang besar. Faktor-faktor kunci dalam mengevaluasi zona inti minyak serpih meliputi distribusi ruang reservoir, indeks kerapuhan reservoir, viskositas minyak serpih, energi formasi, dan ukuran serpih kaya organik. Ekstraksi gas serpih yang berhasil memberikan referensi teknis untuk ekstraksi minyak serpih. Teknologi stimulasi permeabilitas buatan, seperti rekahan volume sumur horizontal dan rekahan ulang, merupakan teknologi kunci untuk pengembangan minyak serpih yang efektif. Di antara sumber daya minyak serpih, minyak kondensat atau minyak ringan mungkin merupakan jenis utama untuk produksi industri [6,11]. Molekul kondensat dan minyak ringan memiliki diameter 0,5 hingga 0,9 nm. Secara teoritis, molekul-molekul tersebut lebih mudah mengalir dan tereduksi di dalam rongga pori serpih berskala nano pada suhu dan tekanan tinggi di bawah tanah.
Karakteristik Dasar Daerah Distribusi Minyak Serpih yang Menguntungkan:
Minyak serpih berbeda secara signifikan dari minyak konvensional yang dipisahkan dari sumber dan reservoirnya serta minyak ketat yang terakumulasi di dekat sumber dalam hal mekanisme akumulasi, ruang reservoir, karakteristik fluida, dan distribusi, sembari memiliki lebih banyak kesamaan dengan gas serpih.
Integrasi Sumber-Reservoir, Retensi dan Akumulasi:
Minyak serpih adalah contoh khas akumulasi minyak yang dicirikan oleh sumber dan reservoir yang terintegrasi, retensi dan akumulasi, dan distribusi yang berkesinambungan. Serpih yang kaya organik berfungsi sebagai lapisan sumber dan reservoir. Tidak seperti gas serpih, minyak serpih terutama terbentuk selama fase pembentukan hidrokarbon cair dari evolusi bahan organik. Selama fase pembentukan minyak yang berkesinambungan dari serpih yang kaya organik, minyak tertahan dan terakumulasi di dalam reservoir serpih, dan hanya tersebar atau bermigrasi keluar setelah reservoir serpih itu sendiri jenuh. Oleh karena itu, setiap serpih yang kaya organik dalam fase pembentukan hidrokarbon cair memiliki potensi untuk mengakumulasi minyak serpih. Saat ini, minyak fraktur serpih telah ditemukan di lapisan laut Amerika Utara dan lapisan benua Cina [12], tetapi tidak ada laporan penemuan minyak serpih dasar. Kaya akan bahan organik dan kematangan tinggi Bahan organik adalah dasar bagi serpih untuk menjadi kaya akan minyak. Nilai TOC lapisan minyak serpih yang kaya dan berproduksi tinggi umumnya lebih besar dari 2%, dan nilai Ro umumnya 0,7% hingga 2,0%, membentuk minyak ringan dan minyak kondensat, yang kondusif untuk produksi. Mengembangkan tenggorokan pori dan sistem rekahan berskala nano Serpih umumnya mengembangkan lamina berskala milimeter-sentimeter. Tenggorokan pori berskala nano berkembang luas di reservoir minyak serpih, dengan diameter pori terutama berkisar antara 50 hingga 300 nm. Pori berskala mikron berkembang secara lokal, dan jenis pori meliputi pori intergranular, pori intragranular, pori organik, dan pori interkristalin. Rekahan mikro juga sangat berkembang di reservoir minyak serpih, dan jenisnya beragam. Rekahan perlapisan horizontal yang tidak terisi adalah yang utama, diikuti oleh rekahan susut. Rekahan struktural vertikal atau miring berkembang di dekat zona patahan. Sebagian besar serpih memiliki lamela yang berkembang dengan baik, termasuk lamela mineral lempung, lamela karbonat, lamela organik, dan pirit. Minyak serpih terdistribusi secara luas di dalam lamela-lamela ini dan terdapat rekahan mikro yang sejajar dengan bidang perlapisan tersebut.
Indeks kerapuhan reservoir tinggi:
Kandungan mineral rapuh merupakan faktor kunci yang memengaruhi perkembangan rekahan mikro pada serpih, kandungan minyak, dan metode stimulasi rekahan. Semakin rendah kandungan mineral lempung seperti kaolinit, montmorilonit, dan hidromika pada serpih, dan semakin tinggi kandungan mineral rapuh seperti kuarsa, feldspar, dan kalsit, semakin rapuh batuan tersebut, sehingga lebih rentan terhadap pembentukan rekahan alami dan rekahan buatan di bawah gaya eksternal, sehingga memfasilitasi pemulihan minyak serpih. Serpih danau kaya organik Tiongkok umumnya memiliki kandungan mineral rapuh yang tinggi, melebihi 40%. Misalnya, serpih danau di Anggota Chang 7 Formasi Yanchang di Cekungan Ordos memiliki kandungan rata-rata mineral rapuh seperti kuarsa, feldspar, kalsit, dan dolomit, mencapai 41%. Kandungan mineral lempung kurang dari 50%. Serpih di Sub-Anggota Chang 72 dan Chang 73 memiliki kandungan pirit yang tinggi, rata-rata 9,0%.
Tekanan Formasi Tinggi dan Minyak Ringan:
Area kaya minyak serpih terletak di formasi serpih matang yang kaya organik dengan produksi minyak yang ekstensif. Area ini umumnya memiliki energi formasi yang tinggi, dengan koefisien tekanan berkisar antara 1,2 hingga 2,0. Beberapa formasi bertekanan rendah, seperti Formasi Yanchang di Cekungan Ordos, memiliki koefisien tekanan hanya 0,7 hingga 0,9. Minyaknya umumnya ringan, dengan densitas minyak mentah berkisar antara 0,70 hingga 0,85 g/cm³ dan viskositas berkisar antara 0,7 hingga 20,0 mPa·s. Rasio gas-minyak yang tinggi memfasilitasi aliran dan produksi dalam sistem reservoir pori-leher skala nano.
Distribusi besar dan berkelanjutan, potensi sumber daya tinggi:
Distribusi minyak serpih tidak terkontrol secara struktural, sehingga tidak memiliki batas perangkap yang jelas. Sebaliknya, kisaran kandungan minyaknya dikontrol oleh distribusi serpih kaya organik di dalam jendela penghasil minyak. Minyak yang dihasilkan serpih sebagian besar tertahan di dalam serpih, umumnya mencakup 20% hingga 50% dari total minyak yang dihasilkan, menunjukkan potensi sumber daya yang signifikan. Sebagai contoh, serpih Anggota Chang 7 Mesozoikum di Cekungan Ordos (terkonsentrasi di Anggota Chang 72 bagian bawah dan sebagian besar Chang 73) mengandung interval kaya minyak serpih. Perkiraan awal menunjukkan sumber daya minyak serpih yang dapat dipulihkan sebesar 10 juta hingga 15 juta ton. Serpih laut Amerika Utara terdistribusi secara luas, memiliki ketebalan yang stabil, kelimpahan bahan organik yang tinggi, dan tingkat kematangan yang tinggi, sehingga mendukung pembentukan minyak serpih ringan dan kondensat.
Model Sedimen Serpih Kaya Organik:
Serpih dapat terbentuk di lingkungan sedimen laut, transisi, dan terestrial. Pembentukan serpih hitam yang kaya organik membutuhkan dua kondisi kunci: produktivitas tinggi dan pasokan bahan organik yang melimpah; serta kondisi yang mendukung pengawetan, akumulasi, dan transformasi bahan organik sedimen.
Terdapat empat model pengendapan utama untuk serpih hitam kaya organik: transgresi laut (danau), stratifikasi air, ambang batas, dan arus laut naik. Di cekungan danau kontinental, hanya tiga dari model ini yang terjadi: transgresi, stratifikasi air, dan ambang batas. Model transgresi melibatkan kenaikan muka air danau relatif, yang mengakibatkan kondisi anoksik yang meluas di perairan dalam. Hal ini memungkinkan bahan organik terkubur dan terawetkan, membentuk serpih hitam (bagian padat). Ini biasanya lebih meluas di cekungan depresi. Model stratifikasi air melibatkan penyumbatan sirkulasi air di atas dan di bawah cekungan tangkapan air karena perbedaan suhu, salinitas, atau faktor-faktor lain, yang menyebabkan kondisi anoksik di daerah dataran rendah yang stagnan dan pembentukan serpih hitam kaya organik. Stratifikasi air adalah bentuk paling umum dari pembentukan serpih kaya organik. Pola sedimentasi ambang batas dikategorikan sebagai ambang batas tinggi dan ambang batas rendah, terutama berdasarkan kedalaman air. Pola ambang batas tinggi terjadi di cekungan dalam, seperti cekungan danau patahan dan cekungan danau tanjung, di mana ambang batas "" mencegah air eksternal memengaruhi perairan yang lebih dalam. Akibatnya, stratifikasi air menciptakan lingkungan anoksik, yang mengarah pada pembentukan serpih hitam. Pola ambang batas rendah terjadi di daerah perairan dangkal dan stagnan (seperti rawa). Biodegradasi mengonsumsi oksigen dalam jumlah besar, menghasilkan lingkungan yang reduksi dan pengawetan bahan organik tumbuhan tingkat tinggi, yang mengarah pada pembentukan serpih pembawa batubara. Karakteristik paling menentukan dari pola ambang batas rendah adalah tidak adanya stratifikasi air.
Selama fluktuasi periodik pada permukaan danau, kedalaman air dan laju masukan sedimen juga bervariasi secara periodik, yang menyebabkan variasi teratur dalam kandungan karbon organik total di seluruh profil sedimen. Batas-batas sekuen dicirikan oleh air yang lebih dangkal, akumulasi sedimen yang cepat, dan oksidasi aktif, yang seringkali mengakibatkan nilai karbon organik total minimum di seluruh profil. Mendekati permukaan banjir danau maksimum, pasokan sedimen lambat, mengakibatkan sedimentasi yang kurang terkompensasi. Bahan organik relatif kaya, seringkali dengan kadar karbon organik total maksimum. Interval padat ini merupakan interval serpih kaya organik yang paling menguntungkan dalam sekuen. Namun, interval padat tidak terbentuk di dekat permukaan banjir danau maksimum di semua cekungan danau. Cekungan danau kontinental bervariasi dalam jenis cekungan dan tahap evolusinya, dan karena faktor-faktor seperti luas cekungan yang kecil, beragam asal-usul, dan fluktuasi permukaan danau, distribusi vertikal serpih kaya organik dalam sekuen menjadi kompleks. Interval padat di cekungan danau patahan di Tiongkok timur dapat terjadi di bagian bawah traktat sistem tegakan tinggi atau di dalam traktat sistem transgresif. Cekungan di Midwest terutama terletak di dalam traktat sistem transgresif.
Amerika Serikat merupakan pelopor global dalam produksi minyak serpih, dengan minyak serpih terutama ditemukan di beberapa cekungan representatif:
Bakken Shale: Terletak di North Dakota dan Montana, Bakken Shale merupakan provinsi penghasil minyak serpih pertama di Amerika Serikat yang mencapai produksi industri skala besar. Produksi minyak utamanya adalah minyak mentah ringan dengan densitas antara 0,79–0,85 g/cm³ dan viskositas rendah, sehingga mudah diekstraksi. Cekungan Permian, yang membentang dari Texas hingga New Mexico, memiliki reservoir tebal dan kontinu yang kaya akan minyak ringan dan kondensat, menjadikannya wilayah inti produksi minyak serpih di Amerika Serikat.
Serpih Eagle Ford, yang terletak di Texas selatan, dikenal karena nilai TOC-nya yang tinggi dan tingkat kematangannya yang tinggi. Kandungan minyaknya yang ringan dan rasio gas-ke-minyak yang tinggi membuatnya cocok untuk diproduksi menggunakan rekahan volume sumur horizontal.
Minyak serpih di wilayah ini mempunyai karakteristik serupa dengan minyak serpih di Tiongkok:
Kaya organik dan sangat matang (Ro umumnya 0,7% hingga 2,0%);
Pori-pori berskala nano dan sistem rekahan mikro yang berkembang dengan baik, menghasilkan kontinuitas reservoir yang baik;
Minyak ringan dan viskositas rendah, memungkinkan aliran mudah;
Teknologi stimulasi rekahan matang, dengan sumur horizontal ditambah rekahan multi-tahap sebagai metode produksi utama.
Kelayakan Produksi Minyak Serpih dengan Pengangkatan Buatan:
Reservoir minyak serpih sebagian besar terdiri dari rongga pori berskala nano, sehingga permeabilitas alaminya rendah untuk minyak dan gas. Oleh karena itu, pengangkatan buatan seringkali diperlukan untuk meningkatkan produksi sumur. Metode-metode umum meliputi:
Pompa Batang Pengisap (SRP)
Keunggulan: Teknologi matang, operasi sederhana, cocok untuk sumur berdiameter kecil dan viskositas tinggi;
Kekurangan: Efisiensi sangat dipengaruhi oleh kedalaman dan viskositas minyak, membuatnya tidak cocok untuk formasi serpih nanopori dengan permeabilitas sangat rendah.
Pompa Submersible Listrik (ESP) / Pompa Rongga Progresif (PCP)
ESP: Cocok untuk sumur berdiameter besar dan hasil tinggi, berkinerja terbaik dengan minyak ringan dan viskositas rendah, dan memungkinkan produksi berkelanjutan;
PCP: Cocok untuk sumur dengan hasil sedang hingga rendah, viskositas tinggi, dan dapat menangani beberapa sumur dengan kandungan pasir atau lilin tinggi.
Untuk minyak serpih AS ringan (seperti minyak serpih Eagle Ford dan Bakken), pompa tabung lebih cocok karena viskositas minyaknya rendah, hasil tinggi, dan kesesuaian badan pompa untuk sumur horizontal atau bagian horizontal yang panjang.