注CO₂驱提高原油采收率及温室气体地质埋存前景广阔。回顾国内外CO₂驱发展历程及简况,分析CO₂非混相驱及CO₂吞吐发展现状,总结了CO₂驱相态、驱油机理评价以及CO₂驱油藏工程优化设计技术,CO₂驱油藏工程设计重点在于提高驱油效率和波及效率,控制黏性指进和气体突破,实现混相或近混相驱,结合油藏特征优化井网和注入参数。指出CO₂近混相驱和提高波及体积是CO₂驱发展趋势。水气交替、泡沫驱、裂缝封堵及局部重力驱是防气窜的重要手段。在总结国内外目前CO₂驱技术及现场经验基础上,针对不同类型油藏特征做好CO₂驱与CO₂地质埋存相结合的顶层设计。

通过对近年来深层页岩气突破井的总结,提出了深层页岩气的4个地质特点：①深、浅层页岩基本评价参数相似,但深层页岩含气量和孔隙度一般都要高于中深层;②深层页岩水平应力差远大于中深层;③盆地内深层页岩气普遍表现为超压,压力系数普遍在1.9~2.1,盆地边缘复杂构造区则表现为常压;④正向构造依然是深层页岩气获得高产的主要因素。根据Haynesville和Barnett页岩气田单井生产曲线递减特征分析和四川盆地深层页岩气地质特点,指出了深层页岩气存在的理论认识创新、工程工艺适用性、成本与效益开发3个主要方面问题及其相应的攻关对策。

碳酸盐岩缝洞型油藏是塔里木盆地勘探开发的主要油气藏类型之一,资源潜力大,前景广阔。近年来,中国石化西北油田分公司持续在塔里木盆地北部塔河油田开展碳酸盐岩缝洞型油藏勘探开发实践,在碳酸盐岩缝洞型油藏基础地质理论研究、缝洞体地震精细识别、高效开发、工程工艺等方面取得了多项认识和突破,逐步创建了较完善的碳酸盐岩油藏地质和油藏工程方法技术系列,并创新发展了多项相适应的工程工艺特色技术,实现了塔河油田碳酸盐岩油藏持续增储上产和高效开发,展现了良好的勘探开发前景,可为国内外同类油藏的勘探开发提供借鉴和参考。但如何持续效益开发碳酸盐岩缝洞型油藏,仍面临理论创新、工艺技术突破等问题和挑战,亟待开展缝洞结构描述、剩余油定量表征、井周储量动用以及稠油开采等技术的攻关突破,以期持续推动碳酸盐岩缝洞型油藏高效高质开发。

通过地质工程一体化的技术研究与应用,北美取得了页岩革命的胜利,美国实现了能源独立,并主导全球能源格局。北美页岩革命的发展历程及经验,对我国油气资源的勘探开发具有重要启示作用。中国石化探区油气资源丰富,有利目标类型多,加快勘探开发对改善我国能源结构和保障国家能源安全具有重要意义。四川盆地海相页岩气通过地质工程一体化已实现效益开发,围绕超深层海相碳酸盐岩、致密砂岩和页岩等重点领域的高效勘探开发,需要加强隐蔽油气藏精细描述和勘探开发适应性压裂技术攻关,加强超深层碳酸盐岩储层预测和优快钻井技术体系攻关,利用大数据对致密砂岩气藏开展高效调整和优化完井方式,发展海相页岩油气多层系立体开发技术,开展向深层、常压、陆相页岩油气领域攻关。中国石化将持续加强地质理论基础研究与工程技术攻关,加强技术装备升级,坚持地质工程一体化发展思路,建立一体化运行协同机制,加强项目全过程一体化管理,切实推进各油气田降本增效,实现高质量勘探和高效益开发。

随着我国对石油的需求量不断增加,对油气田的进一步挖潜显得至关重要。化学驱技术是提高采收率的重要技术之一,而聚合物驱作为最主要的化学驱提高采收率方法,在矿场上已经得到了广泛应用,并取得良好的驱油效果。该文通过对聚合物驱的基本原理以及各种驱油用聚合物的发展现状进行综述,对聚合物驱的矿场应用效果进行总结,展望了聚合物驱在高温高盐等苛刻油藏环境下的发展方向。通过综述可以看出,虽然耐温抗盐共聚物、速溶聚合物、两亲聚合物等功能型聚合物已成功研发,但应用于矿场的聚合物类型仍然有限,如何将新型聚合物的研发成果应用于现场提高采收率是重点发展方向。随着不同聚合物类型的研发,对聚合物驱油机理的研究需要继续深入。

机器学习是一种通用的数据驱动分析方法,也是一个重要的油气大数据分析利用手段。油气勘探开发作为具有悠久历史和庞大数据基础的重要领域,具有很大的数据挖掘潜力。利用油气田大数据分析技术可以帮助决策者进行投资分析、风险评估、生产优化,带来巨大的经济效益。机器学习方法早已被研究人员尝试应用于油气领域相关研究,随着机器学习算法的发展,许多应用场景被不断提出,但针对具体场景的通用方案仍在探索中。笔者从最基本原理着手介绍了机器学习的建模过程,梳理了用于油气田大数据分析的3类主要机器学习方法的发展历史,结合油气田大数据的特点,讨论了油气田大数据分析利用的核心内容、目标及优势,分析了机器学习在油气领域的主要应用场景,总结了目前典型油气产量预测中存在的问题及对策。

页岩油藏孔隙结构非均质性较强且具有多尺度特征,既有纳米级有机质粒内孔隙、纳米—微米级非有机粒间孔隙,还发育微裂缝。页岩低孔低渗特征导致岩心流动物理实验开展较为困难,无法测量不同尺度孔隙介质内的页岩油渗流参数,难以准确认识不同尺度孔隙介质内的页岩油流动能力。为解决该问题,提出基于数字岩心的页岩油储层孔隙结构表征与流动能力计算方法。首先建立考虑纳微尺度运移机制、赋存状态的页岩油纳米孔隙流动数学模型,分析了孔隙表面的物理化学性质、孔隙尺寸对页岩油流动规律的影响。进一步拓展至三维多孔介质,建立孔隙网络页岩油流动数学模型,结合不同尺度下的页岩油储层岩心扫描成像结果,构建了不同介质内的数字岩心,提取孔隙网络模型,研究了页岩油储层多尺度孔隙结构特征与油相流动能力。研究结果表明,孔隙半径在5 nm以下时,页岩油渗透率主要取决于吸附相渗透率;晶间型孔隙介质主导页岩油流动能力,微尺度效应对页岩油储层油相渗透率影响较小,可忽略不计;有机质孔隙介质内页岩油流动微尺度效应较强,滑移现象较为明显,对页岩油储层流动能力贡献取决于有机质内部孔隙联通性。

目前页岩气井间压窜问题突出,严重干扰邻井生产。以威远页岩气示范区某区块为研究对象,根据压窜后母井生产特征,提出以母井产量恢复速度为核心的压窜影响程度量化评价指标,并采用灰色关联分析法评价了10项地质、工程影响因素。结果表明,井间距离、母井生产时间、平均单簇用液规模、天然裂缝与压窜程度的灰色关联度较高。在此基础上,评价了子母井位置关系、母井生产时间、单簇用液规模、天然裂缝对压窜程度的影响规律。评价结果表明：①井间压窜以巷道平行模式为主,巷道错位/相对模式压窜次之;②随着母井生产时间增长,母井产量恢复速度、恢复程度趋于降低,建议子井压裂时间控制在母井生产300 d以内;③随着平均单簇用液规模增加,压窜影响程度趋于增强,建议根据母井生产时间和井间位置关系,针对性优化单簇用液规模;④对于贯穿型天然裂缝发育的井段,在设计和施工过程中需要严格控制用液规模、优化射孔参数和施工排量,避免压窜。现场试验表明,该研究成果对页岩气减小井间压窜影响具有指导意义。

常压页岩气是中国页岩气勘探开发的主要类型之一,资源潜力大,发展前景广阔。近年来,中国石化华东油气分公司持续在渝东南盆缘构造复杂带南川—武隆地区开展常压页岩气勘探开发实践,在常压页岩气基础地质理论研究、低成本工程工艺技术攻关、绿色矿山建设等方面取得积极进展,建立了常压页岩气“三因素控气”富集高产地质理论、页岩储层分类评价标准和目标评价体系,创新低密度三维地震勘探、“二开制”井身结构完井、“投球转向、连续加砂”、“三阶梯”压裂加砂、电动压裂、高效排水采气6项常压页岩气低成本工程工艺技术,初步形成常压页岩气开发技术策略,探索一体化绿色勘探开发模式,实现常压页岩气勘探多点突破和高效开发,常压页岩气展现良好的勘探开发前景。但中国常压页岩气勘探开发尚处于起步和探索阶段,仍面临理论创新、技术突破、效益开发等诸多挑战,因此,对中国常压页岩气产业发展提出了5点对策：①深化页岩气富集高产主控因素研究,强化目标评价;②加快优快钻完井配套技术攻关研究,进一步提速、提效;③加强高效压裂改造工艺技术研究,增产、降本、增效;④加强常压页岩气生产规律研究,制定效益开发技术策略;⑤全面推行页岩气地质工程最优化决策体系建设,管理提质创效。以期加快推动我国常压页岩气产业发展。

世界范围内CCUS（CO₂捕集、利用与埋存）产业发展迅速,并且逐渐从单环节项目向全产业项目发展;捕集对象从电厂和天然气处理,扩展到钢铁、水泥、煤油、化肥及制氢等行业。目前,产业驱动方式主要有5种:政府及公共基金、国家激励政策、税收、强制性减排政策及碳交易等。我国规模集中排放CO₂的企业主要以电厂、水泥、钢铁和煤化工为主,其排放量约占总量的92 %。按浓度划分,以低浓度的电厂、水泥、钢铁及炼化行业为主,高浓度的煤化工、合成氨、电石及中浓度的聚乙烯行业排放源相对较少。CO₂来源成本由捕集、压缩及运输3部分构成,这3项成本均受捕集规模的影响,而捕集成本还与排放源浓度密切相关,高浓度排放源以压缩成本为主,低浓度排放源以捕集成本为主。多数油田对CO₂成本的承受力低于其来源成本,这之间的差距需要寻求技术、政策及市场等方面的途径来填补。

扫描电镜图像处理后得到的面孔率结果能够有效反映页岩有机质孔隙的发育程度,在统计样本足够大的前提下能够相对准确地定量表征有机质孔隙的规模大小。由于受扫描电镜绝对分辨率的限制,面孔率结果在小于2 nm的孔径范围内低估了有机孔含量,需要通过吸附法得到的孔径分布结果进行校正,再结合TOC和有效孔隙度来计算页岩有机质孔隙度,从而间接得到有机孔和无机孔比例。渝东南地区4口页岩气井的数据表明武隆和东胜地区以有机孔为主,底部①至②小层的有机孔比例高,最高可达85.89 %;彭水地区受有机碳控制,有机孔比例不高于20 %;平桥地区有机孔比例在20 %~30 % ,层理缝及纹层构造相对发育,尤其是纹层构造中碎屑颗粒与泥质互层间可能存在的裂隙或粒缘缝对无机孔的贡献较大。有机孔比例主要受有机质丰度与有机质孔隙发育程度的影响,有机孔比例与TOC含量在纵向上的变化规律高度一致。

页岩气实验地质评价技术进步是美国页岩气勘探开发成功的关键要素之一。从页岩的含气性、赋存性和可压性三个方面,总结了页岩气实验地质评价技术方面所取得的进展,重点介绍针对中国南方海相页岩热演化程度高的特征,开发的超显微有机岩石学、地层孔隙热压生—排烃模拟及孔隙表征等技术,探讨了页岩气实验地质评价技术未来发展方向,指出多尺度孔隙结构有效性及连通性、成岩演化过程中有机—无机孔协同表征、可压性动态评价是页岩气地质评价技术的关键攻关方向。

川南深层页岩气井采用测-采-输一体化作业模式,实现了降成本、减排放、快投产、早收益的开发目标,但在一体化作业实施中大量采用矿场经验做为决策依据,缺乏通用指导性。针对压后焖井、返排制度及排采对策三方面内容开展了覆压核磁共振渗吸、渗透率应力敏感及气液两相渗流实验,模拟计算了井筒流态及压力剖面分布,并开展了现场30余口气井排采效果评价。研究结果表明：压裂液渗吸进入储层有利于提高页岩裂缝复杂程度,川南页岩气井最优焖井参考周期为4~10 d;形成6阶段返排优化方案,建立了压后排采指导图版。确定以流态转变时机为下油管及人工举升工艺介入时机,油管最佳下入位置为井斜70°~85°,提出了排水采气对策。研究结果对于指导深层页岩气井压后生产管理及排采技术具有较好的指导意义。

经典油气成藏理论认为,油气总是聚集在圈闭的高部位,而油田实际勘探开发过程中,油水界面差异现象时有发生。渤海W油田位于渤海辽中凹陷中段的凹中反转带上,属于复杂断块油藏,针对该油田走滑转换带中部署的开发井,围绕该井钻后出现的高部位未钻遇到油层而出现油水界面差异现象的成因进行了分析研究,在进行小层划分与对比基础上,重点从构造、成藏及储层三个方面进行原因分析论证,认为油水界面差异是由于油气溢散成藏条件不佳以及砂体叠置不连通所造成,并且根据砂体刻画追踪及沉积规律研究,认为该井区东三段表现为退积现象,东二段表现为进积现象。经统计,东二段砂地比高于东三段,东三段泥岩较发育,纵向封隔性相比较好,而进积和退积模式对应着不同砂体的叠置关系,从而形成了油水界面差异现象。

以CO₂排放为核心的气候变化和以石油资源紧缺为核心的能源安全是制约我国社会经济可持续发展的两个重大难题。胜利油田针对CO₂捕集和大幅度提高低渗透油藏采收率的技术瓶颈开展攻关研究,形成了CO₂捕集、长距离安全输送、油藏工程优化设计、注采工艺设计、地面集输设计和驱油与环境监测等配套技术,建成了工业规模的燃煤电厂烟气CO₂捕集、驱油与地下封存全流程示范工程。工业化测试表明,开发的基于新型多氨基CO₂捕集溶剂（MSA）的捕集技术比传统的乙醇胺CO₂捕集溶剂（MEA）捕集技术成本降低35 %,高89-1区块累计注入液态CO₂ 31×10⁴ t,累增油8.6×10⁴ t,封存CO₂ 28×10⁴ t,中心井区已提高采收率9.5 %,预计提高采收率可达到17.2 %。

页岩油在世界范围内资源丰厚,具有广阔的开采前景。然而水平井以及大量水力压裂措施使得成本大大提高。大量的实验和数值模拟结果表明,通过注气能极大提高页岩油采收率,目前还没有将这一技术商业应用的成功案例,因此页岩油注气提高采收率是否可行还存在争论。通过对比页岩岩心气驱实验、页岩油注气数值模拟及矿场试验三个方面的研究,发现实验条件及数值模拟模型与实际页岩储层存在较大差异。结合李传亮提出的页岩储层微型岩性圈闭构造理论,得出只有在压裂改造,或建立正交水平井井网缩短井距的条件下进一步注气,才能达到提高页岩油采收率的目的。这对于我国乃至世界页岩油采收率的提高具有重要指导意义。

中江气田沙溪庙组气藏高效开发面临着河道精细刻画、高产富集模式建立、开发技术政策制定、工程压裂改造技术配套4大难点。针对窄河道砂采用多域多属性精细刻画及储层精准预测技术,对多期叠置河道砂空间展布特征刻画效果较好,实现了最薄8 m、最窄50 m河道砂的刻画,且河道砂的沉积时间顺序也非常清晰,采用基于射线参数域的改进三参数叠前反演技术实现了薄层高精度定量预测,储层厚度、孔隙度预测误差均低于10 %;通过建立烃源岩断层与河道砂有效搭配模式,古今构造高或古构造高、今构造低,同时储层物性好的区域有望获得气井高产、稳产;采用井组立体部署、井型优选及水平井优化设计等技术,极大提升了窄河道致密砂岩气藏储量动用程度,同时节约了投资成本;采用地质工程一体化水平井分段压裂改造技术,单井测试产气量稳步提升,改造效果提高至实施前的10.6倍。所形成的窄河道致密砂岩气藏高效开发技术实现了中江气田的高效勘探开发,建成了年产气量超10×10⁸ m³的中国石化川西第一大气田。

研究支撑剂在裂缝中的运移规律对于指导压裂设计和压裂评价具有重要意义,目前对于支撑剂运移规律的研究主要集中在排量、支撑剂类型、压裂液黏度等问题上,而在不同支撑剂组合对于支撑剂运移规律的影响方面的研究则较少。设计了不同支撑剂组合对支撑剂运移规律影响的实验方案,采用自主设计的可视化平行板装置进行支撑剂运移实验研究。结果显示,粒径较小的支撑剂在裂缝中的铺置更均匀,而大粒径的支撑剂更容易在入口处沉降;不同比例的中等粒径与大粒径的支撑剂组合时,其形成的砂堤平衡高度之间差异较小,而砂堤高度的非均匀性差异却较大,此时大量支撑剂沉降在裂缝入口端,裂缝深部支撑剂充填量较小,未能形成足够长、有导流能力的有效充填裂缝;而不同比例的中等粒径与小粒径组合时,支撑剂能获得比中等粒径与大粒径的支撑剂组合更远的铺置距离,且形成的砂堤高度较为理想,不同比例之间砂堤高度的非均匀性差异也更大。

彭水区块属于典型的常压页岩气藏,原始地层压力系数偏低,压裂改造后通常需借助人工举升方式进行开采。初期优选电潜泵进行排水采气,排水工艺技术单一,生产过程中地层能量逐步下降,地层供液逐步减弱且产液含砂、黏土颗粒等杂质,电潜泵工艺很难实现稳定连续排采,作业频繁、生产成本高。为了解决常压页岩气井排水采气中遇到的问题,研究应用了射流泵工艺,并对射流泵工艺参数、配套工艺进行了优化,形成了一套适合常压页岩气排水采气的射流泵工艺,从而有效指导了常压页岩气生产。

自上世纪70年代以来,CO₂驱提高采收率技术在油藏工程理念上已形成连续CO₂注入、恒定比例C-WAG（Constant Water-Alternating-Gas）注入、梯度/混合-WAG注入（Tapered/Hybrid WAG Injection）以及SWG（Simultaneous Water and Gas）或SSWG（Simultaneous Separated Water and Gas）注入等多种开发模式。CO₂之所以成为极具活力的提高采收率注入气,得益于其所特有的超临界流体特征和显著的溶剂化能力。在对CO₂主要的具有优势的驱油机理以及国内外典型CO₂驱提高采收率油藏工程理念和开发模式分析基础上,结合国内外不同类型油气藏的开发特征,特别是水平井技术、低渗油气藏体积压裂技术的成功应用经验,以及与CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）一体化的CO₂ CCUS-EOR（Carbon Capture, Utilization and Storage-Enhanced Oil Recovery）的综合利用理念,进一步对国内CO₂驱提高采收率油藏工程开发模式的发展提出建议,以期能为促进国内CO₂驱提高采收率技术的规模化发展提供启示。

深层页岩气（埋深大于3 500 m）是四川盆地页岩气勘探开发重要的战略接替领域。尽管前期已在四川盆地五峰组—龙马溪组3 500~4 000 m钻获工业页岩气流,但由于递减速度快和EUR（估算最终可采储量）低,尚未实现规模性商业开发。基于对深层页岩气勘探开发现状分析,梳理了四川盆地深层页岩气规模高效开发面临的挑战,主要包括深层页岩气赋存机理和富集规律认识有待深化、经济有效压裂改造的工程工艺技术尚待建立以及深层页岩气开发组织运行和管理方式难以满足规模有效开发的需求。提出了实现深层页岩气规模有效开发三方面的应对策略：①深化深层页岩气富集规律认识,建立选区与目标评价方法,形成“甜点”和“甜窗”预测描述技术;②深化深层页岩气工程地质条件研究,并形成先进配套的钻井、压裂工程工艺技术与装备体系,充分解放地层产能;③推行地质—工程一体化,构建全新的体制机制,大幅度降低成本,实现深层页岩气开发效益最大化。四川盆地五峰组—龙马溪组在大于3 500 m的深层领域多口井获得工业气流并已提交探明储量,是优先开展深层页岩气开发实践的重点层段,通过深化地质认识、攻克关键技术难题和优化组织管理,大幅度提速降本增效,在较短的时间内可望实现规模有效开发,预期产量有望超过中—浅层。

鉴于保存条件和页岩孔隙演化对页岩气勘探开发的重要性,对页岩气保存条件和页岩孔隙结构演化之间关系的研究有着重要的科学意义和学术价值。通过氩离子抛光、扫描电镜和氮气吸附等方法对具有差异保存条件的黑色页岩开展孔隙结构特征和演化研究,发现不同保存条件下黑色页岩孔隙结构存在较大差异。这种差异是在后期抬升过程中保存条件的差异所致,具体表现在：①保存条件好和保存条件差的黑色页岩无机孔均发育较少,原始粒间孔绝大多数被生成的烃类充填,两者之间无机孔隙特征基本相似;②两者有机质孔差异较大,保存条件较好的黑色页岩有机质孔孔径大,形状多成圆状或气泡状。保存条件遭到破坏的黑色页岩有机质孔孔径相对较小或不发育、形状多样,多成扁平状、多边形状,具有一定压扁变形的特征;③保存条件好的黑色页岩孔隙体积和比表面积优于保存条件遭到破坏的黑色页岩;④黑色页岩的孔隙演化受保存条件的影响,孔隙在演化过程中,页岩的岩相和成岩作用控制黑色岩原始孔隙形态和分布,也决定有机质（油）分布形态,有机质热演化（原油裂解）影响了有机质孔的存在,而后期抬升改造过程中保存条件的好坏影响了孔隙结构（形态、大小、孔隙体积分布）,因此有机质孔的孔径大小、形状和孔隙度在一定程度反映了富有机质页岩保存条件的优劣。

威荣深层页岩埋深大（3 500~4 200 m）、地应力高、地应力差异大（7~17 MPa）、储层脆性低（＜0.5）、天然裂缝不发育,压裂改造面临施工压力高、压力窗口窄、敏感砂比低、加砂难度大。大型物模实验表明,威荣页岩压裂裂缝形态以主缝+分支缝为主,裂缝复杂程度低,压裂易形成双翼缝。在地质工程一体化的基础上,结合地质甜点优化分段分簇,进一步细分切割地层。通过支撑剂运移规律研究,优化了三级粒径支撑剂铺置方式和注入时机,提高了加砂强度。通过复合暂堵转向压裂工艺提高了裂缝横向复杂程度,并通过缝内暂堵、优化施工排量和液体黏度,提高缝内净压力及裂缝复杂程度,从而提高压裂改造体积和控制储量。研究成果在威荣气田得到了成功应用,加砂强度提高至1.95 t/m,压后单井平均无阻流量为38.5×10⁴ m³/d,单井EUR（估算最终可采储量）为0.9×10⁸ m³,改造效果较前期显著提高。压后评估可知,压裂效果与加砂强度成正相关关系。因此,深层页岩气如何提高加砂强度、控制用液强度,是经济有效压裂的关键。

为快速有效地解决伊拉克Ahdeb油田Rumaila复杂多层碳酸盐岩油藏因套管外窜流、高渗通道水窜及分层合采等因素造成的出水类型复杂、水侵机理不明等问题,建立了能表征纯水层、油水过渡带和纯油层精细分布的Rumaila复杂多层碳酸盐岩地质油藏模型。在此基础上,采用实际典型产水曲线标定数模曲线、无因次时间替代实际时间的方式得到不同套管外窜流情况下(水泥环与储层间的第二界面破损位置位于纯水层、油水过渡带和纯油层)的套管外窜流&底水锥进、底水锥进&后期套管外窜流、套管外窜流和射孔段部分位于油水过渡带&套管外窜流等十二种典型产水特征图版,以此对油藏出水类型和水侵机理进行判明与分析。结果表明,产水特征图版能够高效辨析油藏出水类型和水侵机理,有效降低了井下PLT、SWFL测试等工作频率,也为直井后续治水措施的制定提供了可靠依据。

对于天然裂缝发育的页岩气藏,压后人工裂缝与天然裂缝相互沟通,传统的双重介质模型不能准确的反映天然裂缝对产量的影响。针对气体在纳米孔隙中运移的微尺度效应,建立了气体在基岩中黏性流动、Knudsen扩散、表面扩散、吸附层以及气体解吸附等复杂流动机理作用下的多段压裂水平井数学模型。通过离散裂缝模型对天然裂缝和压裂裂缝进行简化并采用有限元方法对模型进行求解,再运用数值模拟研究平桥区块页岩气多段压裂水平井产能的影响因素,结果表明,页岩气井早期产量主要来自裂缝系统游离气,吸附气采出程度平均只有10.1 %;储层未改造区域的存在使得基岩渗透率对累计产量的影响变大,裂缝密度和裂缝网络的连通性对气井产量和递减率影响也很大。

毛管束模型是表征多孔介质最常用的物理模型之一。经典的毛管束模型是一簇簇等径的直毛管,但该物理模型忽略了多孔介质的弯曲性。因此,以致密砂岩为研究对象,结合压汞资料,引入毛管束模型的修正因子——迂曲度,提出了一种建立毛管束模型的新方法。该方法考虑了毛管束模型的弯曲性,可以准确地计算出毛细管半径、不同毛细管的孔隙度、渗透率、不同半径毛细管的体积以及不同半径毛细管对整个毛管束模型的渗透率贡献,对于研究特定压差下储层工作液的渗吸、定量表征储层水侵损害具有重大的意义。

基于CO₂驱注采井完井管柱技术难点,系统阐述了国内CO₂驱注采井完井管柱的研究历程和发展现状,总结出CO₂驱注采井完井管柱的技术关键是注入井完井管柱的密封性能和采油井完井管柱的防腐防气性能。国内油田CO₂驱先导试验表明,封隔器的不断优化、油管的气密性检测等技术有助于提高注入井的密封性;CO₂缓蚀剂配方和加注工艺、气举控套、井下油气分离等工艺有助于提高采油井的泵效。同时,针对矿场注采井面临的技术难题,指出了CO₂驱注采工艺的下步研究方向。

我国煤层气开发以高阶煤为主,高阶煤脆性较大,在钻井、压裂工程中以及排采过程中易破碎产生煤粉。生产过程中,煤粉被水流搬运从而参与流动。随着产水递减,储层中煤粉的沉降会导致流动通道的堵塞,使得煤储层的渗透率大幅度降低。当煤粉进入气井井筒后,井底的煤粉可能使泵吸入口堵塞,造成卡泵、埋泵等事故,使得气井停产修井。综述了煤层气生产过程中煤粉产生的机理、运移规律以及目前主要的控粉措施,分别论述了煤粉产生的力学模型、水动力学模型,在储层以及井筒中运移机制的研究进展,将煤粉的运移全过程总结为剥蚀产生、流化启动、悬浮运移以及沉降堵塞四个阶段。我国的煤田地质构造复杂,部分含煤盆地的后期改造作用强烈,破碎的煤体加剧了煤粉产出和运移问题,而煤层气井的控粉工艺多借鉴油藏防砂技术,尚未形成针对煤粉特点以及煤层气排采特征的煤层气井防粉控粉技术。

基于平板模型模拟精控压裂薄差储层的相似理论,设计、制作得到平板模型并开展渗流特征实验,明确平板模型的压力梯度分布状况,绘制渗流特征区域划分图件,定性描述并定量表征储层渗流特征。实验结果表明：精控压裂薄差储层渗流特征受渗透性、非均质性和精控压裂措施裂缝影响,薄差储层整体渗透率低、非均质强,裂缝对渗流特征影响程度更大,精控压裂可减小薄差储层的低渗透性及强非均质性对压力传播的负面影响;薄差储层中存在不流动区、非线性渗流区和拟线性渗流区三个渗流特征区域,精控压裂使薄差储层中不流动区域面积降低超过72 %,可流动区域面积相应增加,其中更易于流体流动的拟线性渗流区面积增加86 %以上。

CO₂驱油是提高原油采收率中一种比较有前景的方法。CO₂不仅能溶解于原油中,还可置换出原油中某些轻质烃或中间组分的烃类物质,故油藏原油组分组成对CO₂驱过程的组分传质和最小混相压力影响大。因此,量化表征原油组成对注CO₂混相驱的最小混相压力的影响对油藏筛选具有工程意义。基于国内某油田原始地层流体为研究对象,开展了地层原油注CO₂混相驱过程的多级接触混相机理研究,并运用相态模拟软件CMG中的Winprop模块对实验数据进行相态模拟计算,研究表明：CO₂与原油最小混相压力与原油中组分N₂、C₁和C₁₁₊的摩尔组成成正比,与C₂~C₁₀的摩尔组成成反比。而要使CO₂—油藏流体达到混相就需要油藏压力高于最小混相压力,这就要求在筛选注CO₂驱的油藏时,尽量考虑C₂~C₁₀的摩尔含量高,C₂₄₊摩尔含量低的油藏。该研究对于进行混相驱替设计与混相预测具有很重要的指导意义。

三线性流模型是目前求解多段压裂水平井试井模型的常用方法之一.采用正交试验,极差分析法和方差分析法,分析了裂缝半长,内区宽度,储层半长,无因次裂缝导流能力,内区渗透率对三线性流模型与数值模型压力及压力导数双对数曲线拟合的影响.研究表明,影响两种模型压力及压力导数双对数曲线拟合程度的排序为:无因次裂缝导流能力(F_CD)>内区渗透率(k_I)>裂缝半长(x_f)>储层半长(x_e)>内区宽度(y_e).无因次裂缝导流能力对两种模型压力特征曲线的拟合有显著影响,当无因次裂缝导流能力小于1时,曲线拟合效果差,线性流模型不适用;当无因次裂缝导流能力大于1时,曲线拟合效果较好,线性流模型适用.

CO₂驱是提高低渗透油藏采收率和减少温室气体排放双赢的主要技术。针对胜利油田低渗透油藏CO₂驱面临的混相难、易气窜、波及系数低等技术难题,采用物理模拟和数值模拟相结合的方法,明确了超前注CO₂混相驱的开发机理,形成了特低渗透油藏的超前注CO₂混相驱开发技术,现场应用后增产效果明显,单井日产油增加了5倍。提出降低混相压力的原理和技术思路,研发了降低混相压力体系,降幅可达22 %。分析胜利油田CO₂驱规模应用面临的挑战及对策,提出了深化CO₂驱提高石油采收率的相态理论、研发低成本扩大CO₂驱波及体积技术、发展CO₂非完全混相驱、气窜通道描述与预警等CO₂驱的发展方向,为油田实现CO₂驱规模应用提供技术支撑。

南川页岩气田是我国首个实现商业开发的以常压页岩气为主的页岩气田,为了评价该类型页岩气的勘探开发前景,回顾了该区勘探开发历程,从构造、沉积、储层、保存、地应力、气藏和生产特征等方面分析了气田地质特征,总结梳理了勘探开发关键技术。研究结果表明：①南川页岩气田经历多期构造运动,页岩气地质条件复杂,发育平桥、东胜、阳春沟三个构造带,不同构造带沉积、储层、保存、地应力特征具有较大差异,但总体上为弹性气驱、中深层—深层、常温、高压—常压、干气页岩气藏;②生产特征具有初期测试产量高、液量较高、递减较快、弹性产率中等、单井EUR（估算最终可采储量）相对偏低的特点;③形成了“甜点”目标评价、储层表征、地应力场预测、水平井地质工程一体化设计、开发技术政策和低成本工程工艺技术六大勘探开发关键技术;④南川页岩气田的发现带来了4点启示：一是坚定勘探信心是勘探突破的根基;二是深化基础地质研究是突破的核心;三是创新工艺实践是效益开发的关键;四是推行一体化模式是提质增效的保障。

基于大量岩心分析数据,从研究鄂尔多斯盆地富县地区延长组长8致密油性质、赋存空间入手,综合分析该区致密油成藏主控因素。富县长8段细砂岩含低密度、低黏度可流动致密油,且多聚集在微米级孔喉中。致密油成藏主要受控于广泛发育的长7、长9烃源岩,“源夹储、储内夹源”成藏模式,水下分流河道微相环境下形成的复合叠置沉积砂体优质储层三大因素。根据上述致密油藏控制因素,结合目前勘探实践,预测出富县地区长8致密油6个潜力区块,为下一步勘探提供依据。

深部煤层气作为非常规天然气勘探开发的一个新领域,资源潜力巨大,但效益开发面临极大挑战,如何进行高效开发是当前亟待解决的难题。针对深部煤层气储层改造困难、支撑裂缝短的问题,基于储层压裂改造适用性分析优化压裂体系,延川南煤层气田开展了地质工程一体化储层改造关键技术攻关,取得了较好效果。研究表明：①深部煤层气资源潜力大,含气量较高,介于13~20 m³/t,但开发难度较大,单井日产气量较低,介于0~500 m³,储层改造困难;②根据井下观测,现有活性水压裂工艺技术有效支撑裂缝主要集中于井筒8 m范围以内,主缝延伸一般不到30 m;③深部煤层压裂应以形成有效长距离支撑、高导流能力的规模人工裂缝作为主攻目标,提高加砂强度配合大排量,同时研发“低密度、长运移”支撑剂,平均单井日增产气1 800 m³,为解决深部煤层气开发提供了新的思路。

生产气油比是气驱油藏开发设计的一项关键指标。在明确气驱全生命周期产出气具有5种来源基础上,提出了与3个开发阶段相匹配的低渗透油藏气驱生产气油比预测公式。从注气到见气前阶段生产气油比主要受油藏流体初始溶解气油比控制,给出了水溶气等效气油比确定方法;从见气到气窜前阶段的生产气油比主要受气驱“油墙”的溶气能力影响,可借鉴低渗透油藏气驱“油墙”物理性质描述系统方法确定气驱“油墙”溶解气油比;气窜后阶段的生产气油比变化情况由游离气形成的气油比决定,其预测基于“采出液腾出的空间被注入气和水充满”朴素认识,联合应用油气渗流分流方程、Corey模型和Stone方程、低渗透油藏气驱增产倍数,以及交替注入的水气段塞比等概念进行计算。“3段式”气驱生产气油比预测油藏工程方法得到了低渗透油藏CO₂混相驱矿场试验的验证,可用于注气开发方案设计,采油工艺优化或注气埋存潜力评价。

致密储层体积压裂作业后形成复杂裂缝网络,通过改变压裂井附近的渗流场来增大水平井产量,目前针对致密储层体积压裂影响参数对水平井投产后不同时间段压裂效果影响的权重分析较少。通过建立适用于致密油藏油水两相有限元方程对复杂裂缝网络进行有限元数值模拟,采用正交实验与灰色关联法分析水平井体积压裂影响参数在油井投产10年内对产能的影响程度。研究结果表明,裂缝导流能力决定水平井压裂初期产能,裂缝长度决定水平井日产量的递减速度以及后期阶段稳产的产量水平,随着压裂井生产不断进行,裂缝长度取代裂缝导流能力成为影响产量的关键性因素。水平井投产不同时间段内各影响参数对压裂效果的影响程度研究可以为致密储层体积压裂水平井施工设计提供理论支持。

高温高压气井井底压力的计算必须考虑井筒内温度变化的影响,压力和温度相互耦合,必须同时求解.目前考虑井筒传热,温度和压力耦合的计算方法主要适用于稳定流,对于关井期间的瞬变流动并不适用;同时,海上高温高压气井井筒传热需考虑海水的影响,目前这方面的研究实例较少.针对以上问题,从基础方程推导,建立了考虑井筒续流,井筒与周围地层或海水间传热的温度压力耦合计算模型,并成功应用于南海西部海域M气田M1井关井井底恢复压力计算和试井分析,为海上高温高压气井井筒温度,压力计算及优化试井设计奠定了基础.

鄂尔多斯盆地甘谷驿油田长6₁油层亚组作为研究区主力含油层系,勘探开发实践表明,储集层特征在三维空间表现出强烈的非均质性,油层在垂向和平面上分布规律复杂,制约了后续的滚动勘探开发工作。本次研究以岩心观察和测井资料为出发点,结合分析测试资料,从层内、层间、平面展开,系统全面分析储层宏观非均质性对油层分布的控制作用。研究区长6₁油层分布的复杂性由多种因素综合导致而成,其中,沉积微相和成岩相对优质储集层的分布起主要控制作用,层间非均质性,尤其是层间渗透率的非均质性易造成原油选择性充注,而层内非均质性直接导致复合砂体内部原油不均一分布。通过本次研究,能够更好理解鄂尔多斯盆地特低、超低渗油层的分布规律,为后期寻找有利区带提供指导意见。

聚驱相对渗透率曲线是聚驱油田进行开发指标预测的重要基础。针对海上L油田因缺乏聚驱相对渗透率实测资料导致的数值模拟精度不高的现状,采用非稳态法测定了聚驱相对渗透率曲线,对比不同岩心渗透率和聚合物浓度下相对渗透率曲线的形态特征,总结聚驱相对渗透率曲线的变化规律。实验结果表明,聚驱相渗曲线随着岩心渗透率升高,相同含水饱和度时的油相相对渗透率降低,残余油饱和度降低;随着聚合物浓度升高,相同含水饱和度时的油相相对渗透率升高,残余油饱和度降低;聚驱冲刷前期,残余油饱和度迅速下降,中后期残余油饱和度下降速度明显变缓。研究成果可为海上聚合物驱油田精细油藏数值模拟、开发方案编制提供指导和依据。

为探索页岩气富集成藏特征与勘探潜力,以黔西下石炭统页岩为研究对象,基于2口调查井和2口探井资料重点从地层层序及沉积相、页岩赋存特征、成藏条件及有利区评价等方面进行剖析,研究表明：①黔西下石炭统页岩沉积受北西—南东向水城—紫云断裂控制和水城—六枝隆起构造影响,划分为威宁—水城沼泽—潟湖过渡相沉积区和水城—紫云浅水陆棚海相沉积区,形成威宁、紫云2个沉积中心,沉积厚度介于30~200 m,研究区威宁—水城页岩沉积厚度为119 m,底界埋深介于1 500~3 000 m,为勘探有利区;②受多期构造影响和同沉积控制,褶皱、断层共生组合控气成藏特征在该区较发育,为典型的逆断层封堵背斜组合构造控气成藏模式;③平面上,威水背斜与水城—紫云断裂所形成的构造作用带是威宁—水城区域下石炭统旧司组页岩气富集有利区,面积约为944 km²;垂向上,至少存在3套富有机质页岩含气层,具有较好的勘探潜力。

与常规气藏单井开发模式相比,“井工厂”开发技术具有大幅提高作业效率、降低工程成本等优点。页岩气藏“井工厂”小井距布井以及体积压裂模式下存在井间干扰和缝间干扰,影响井组整体开发效果。基于非结构PEBI网格技术自主研发了压裂水平井PEBI网格模拟器,并以微地震监测结果为依据,将水平井组体积压裂形成增产改造体积区（SRV）（考虑为椭圆形）,综合考虑了页岩气吸附解吸、扩散和非线性渗流机制,采用控制体有限单元法建立了均质页岩气藏“井工厂”模式定压生产条件下压裂水平井组数值模拟模型,计算对比了单井生产和井组生产累计产量的差异,讨论了均质页岩气藏井组不同压裂裂缝分布方式和水平井布井方式对井组累计产量的影响。研究结果表明：小井距布井产生的井间渗流干扰使得井组产量低于单井产量叠加之和;单井U型布缝模式能一定程度上减少干扰,使得其井组累计产量要优于均匀和反U型布缝模式;水平井交叉布井下累计产量要优于平行布井。

碳酸盐岩古暗河油藏是由深部暗河、浅层暗河以及高角度裂缝共同组成的缝洞储集体,且以大尺度溶洞为储集空间,为塔河油田三大主要油藏类型之一。以TK440井区剩余油的认识和挖潜为例,通过缝洞结构的精细刻画、生产动态综合分析和水淹特征的系统梳理,总结了古暗河油藏剩余油分布的4种模式和可行性挖潜手段。研究认为：采用大泵排液实现井间提液引流,改变压力场分布,可启动浅层暗河未动用剩余油;逆水侵方向水驱,利用暗河高度差可有效地动用深部暗河井间高部位剩余油;基于油、气密度差异,采用重力分异原理形成人工气顶纵向置换,可高效挖潜单井井周阁楼油和暗河盲端剩余油。最终形成了不同剩余油分布模式下的可行挖潜手段,现场实施取得了较好的效果,进一步验证了古暗河油藏剩余油分布模式的可靠性和挖潜对策的有效性,可为同类型油藏剩余油的有效挖潜提供技术支撑。

目前常用的水驱曲线可以在中高含水期较好地表征水驱规律,由于以指数类相渗作为理论基础并在推导过程中进行了近似处理,此类水驱曲线难以描述低含水期或特高含水期的水驱规律,可能出现低含水期出现直线段较晚、高含水期上翘等情况,限制了该类曲线在实际中的应用。提出一种适用性更广的相渗形态表征式,并据此推导出一种新的水驱特征曲线。该水驱曲线可以描述不同含水阶段下的动态规律,并可通过拟合参数直接求取可采储量。实例应用表明,采用该新型水驱曲线进行拟合,直线段出现时间早、相关系数高、拟合效果好,在不同含水阶段均具有较好的适用性,能够更准确地描述水驱特征及方便地预测可采储量,在油田动态分析和生产策略制定中具有较好的应用价值。

酸蚀裂缝导流能力是影响酸压改造效果的关键所在。由于岩石性质、刻蚀形态及闭合压力等因素影响,很难对酸蚀裂缝导流能力进行准确的预测。目前,对于酸蚀裂缝几何形态和酸穿距离的计算模型较多,而就酸蚀裂缝导流能力的计算模型研究较少。为此,基于自仿射分形理论建立裂缝酸压模型,进行酸压模拟,利用局部立方规律（LCL）对闭合酸蚀裂缝导流能力进行预测,对影响闭合酸蚀裂缝导流能力的主要因素进行了正交模拟计算。结果表明,影响闭合酸蚀裂缝导流能力主要因素的影响程度从大到小依次为：闭合压力>分形维数>注酸时间>地层基质渗透率>注酸排量>标准偏差>地层基质孔隙度。

油气井数据采集系统已在页岩气井测试中广泛使用。由于数采设备操作管理,整理记录现场数据资料,上报现场实时和阶段生产报表均需专业技术人员操作,因此该工作占用时间长且易出错。报表自动化管理技术是一种将页岩气实际生产情况与数据采集系统相结合,基于Python计算机程序设计语言编制的获取现场数据、记录并以此为依据编制、发送报表的技术,该技术的运用可大幅提升数据记录准确率和报表效率,降低技术人员劳动强度。

针对缝洞型油藏单元注水中油井单向受效为主、易沿主通道快速推进,导致水驱储量有效控制和高效动用程度低的难题,采用了物模和数值模拟的方法,分析了不同岩溶背景下缝洞结构分布和水驱开发效果的关系,形成了基于缝洞空间分布的差异化注采关系。研究认为：风化壳岩溶采取构造低部位注水、高部位采油,储集体不发育区注水、发育区采油,建立一注多采的注采关系;断控岩溶在平面上次级断裂区注水、主干断裂区采油,纵向上断裂深部注水、浅层采油,形成立体注采的注采关系;古暗河岩溶的主暗河段实施主干暗河段注水、分支暗河采油,多套暗河实施深部暗河注水、浅层暗河采油,构建分层注采的注采关系。缝洞型油藏不同岩溶背景下注采关系的建立为实现空间结构井网水驱控制储量最大化奠定重要的基础。

以常压页岩气藏勘探开发中的几个地质问题为研究对象,探索进行了常压页岩气藏分类,着重分析泥页岩的有机碳含量变化、热演化程度与孔隙度的关系。在此基础上,进一步研究含气量与这几个地质因素相互间的制约及其与初始产量的关系,同时对照国内外典型页岩气藏实例,探讨不同压力梯度页岩气运移对气藏初始产量的控制作用。明确指出,盆（内）缘过渡型常压页岩气藏和盆外残留型常压页岩气藏,页岩气的运移补充能量存在差异。虽然存在散失,但由于盆内页岩分布面积大,页岩气的运移补充充足,盆（内）缘过渡型常压气藏具有较高的初始产量和较好的商业效益;盆外残留型常压气藏,页岩分布面积有限,运移补充不充分,属于偏低常压,初始产量较低。要实现商业开发,还需要大力攻关增产与降本技术。

水力压裂是油气藏增产改造的重要技术手段,已广泛应用于国内外各大油田生产中。通过对压裂液体系进行大量文献调研后发现,目前压裂液体系的各种改进,主要围绕着“携砂”在进行。提出了一种新型自支撑压裂液体系,该液体体系完全摆脱了“携砂”的概念,在压裂液泵注过程中完全不携带固体支撑剂,而是将压裂液与支撑剂结合为一体,当液体到达目的层后通过地层温度控制由液相转化为固相支撑压裂裂缝。实验获得的自支撑压裂液体系能够在85 °C、30 min内形成具有一定圆球度和强度的支撑固体。液体体系的黏度上限为45.58 mPa·s,具有良好的注入性和稳定性。液体相变后形成的固体支撑剂密度为1.07 g/cm ³,分选系数为1.41,主要粒径为20~40目和40~70目,其破碎率分别为4.7 %和8.75 %。

集群化规模部署是CO₂捕集、利用与封存（CCUS）去碳产业发展的必由之路，创新发展工程化CCUS全流程技术是实现中国CCUS去碳产业集群化规模部署的关键和紧迫需求，对中国能源安全保障和碳中和目标实现意义重大。基于调研和研究工作积累，阐释了工程化CCUS全流程技术的科学内涵，提出了工程化CCUS全流程技术的概念，归纳了该技术体系的基本模式、应用模式和技术关键组合模式，梳理了其技术科学流程;概述了工程化CCUS全流程技术的关键技术环节，探索揭示了CCUS全流程技术的形成机制;概要总结了国内外代表性CCUS全流程技术工程项目实例;讨论和前瞻了工程化CCUS全流程技术当前所面临的技术挑战及攻关方向。已有研究工作表明：工程化CCUS全流程技术以节能高效的CO₂捕集、CO₂化工生物与矿化固碳、CO₂高效地质利用封存为关键环节和核心内涵，以CCUS源汇匹配、技术集成匹配和系统优化为形成关键机制;CCUS全流程技术模式复杂多样，其研发的技术科学流程由5个主要步骤构成;工程化CCUS全流程技术体系框架已经建立，研发和应用取得诸多进展，但中国与欧美发达国家在该领域仍有差距;加快CCUS集群化规模部署的工程示范、强化全流程形成机制等CCUS集群化规模部署技术科学基础研究、重点突破CO₂捕集、地质封存等工程化CCUS全流程技术关键环节成为应对挑战的主要攻关方向。