FETKOVICH(费特科维奇,以下简称为费氏)于1971年和1980年,分别提出的有限水域水侵量方程和定压典型曲线,受到国内外专家的重视和引用。由于费氏典型曲线可以通过实际数据的拟合,确定井的驱动半径和驱动面积,因此,受到业内专家的青睐。通过推导表明,费氏有限水域水侵量方程,是一个指数递减方程。费氏将该方程直接应用于定容封闭边界油井的产量递减分析,并基于初始递减率的关系式,得到了费氏典型曲线的无因次时间。费氏利用无因次压力的倒数作为无因次产量,得到了典型曲线的无因次产量。然而,由于费氏典型曲线的无因次时间和无因次产量之间没有直接的函数关系,无法建立费氏的无因次典型曲线,因此,对费氏的有限水域水侵量方程和典型曲线的无因次时间和无因次产量进行了推导,并对存在的问题提出了质疑和评论。
鄂尔多斯盆地西南缘广泛发育不同规模断层和裂缝,极大地改善了致密储层渗流能力,形成了基质储层低渗透背景下的优质油藏类型——断缝体油藏,同时也加剧了油藏的非均质性和产能的差异性,给油藏内幕结构精细刻画和产能控制因素研究带来挑战。充分运用断裂体系空间刻画、断裂分类分级和产能对比分析等方法,基于井-震-藏联合攻关进一步明确了断缝体油藏开发特征。建立了断缝体油藏“二元四区”模型,划分出断核破碎带、诱导裂缝带、微裂缝改造带、基质孔隙带等4个区带,其中断核破碎带是主要产量贡献单元。断层延伸长度越长、实钻构造位置越高,断核破碎带单井产能越高。诱导裂缝带距离断层越近,产能也越高。断缝体油井生产特征主要分为3个阶段:①断裂系统作为储集体的高产阶段;②断裂系统既作为储集体又同时发挥导流作用的储-导转化阶段;③裂缝主要发挥导流作用阶段。通过研究大幅提升了断缝体油藏高产井占比,同时对盆地西南缘中生界油藏高效滚动勘探开发部署具有重要的指导作用。
弹性二相法是评价气井控制原始地质储量的动态法,又称为拟稳态法(pseudo-steady-state method)或气藏范围测试法(reservoir limit testing method)。该法主要用于气井初期测试,评价岩性、断块和裂缝类型气藏井控的原始地质储量。由压力平方表示的弹性二相法,在中国从1994年起,连续4次被列入国家油气行业标准(SY/T 6098—1994,SY/T 6098—2000,SY/T 6098—2010,SY/T 6098—2022)。与拟压力表示的弹性二相法相比,由压力平方表示的弹性二相法是一种较好的近似评价方法。利用AL-HUSSAINY(1966)指出的拟压力关系式,经理论推导,得到了拟压力的弹性二相法,并应用WATTENBARGER(1968)对μgZ随p的变化关系研究,对拟压力弹性二相法进行了简化,分别得到了由压力一次方和压力平方表示的弹性二相法。目前,在国内外的文献中,尚看不到有关拟压力弹性二相法推导的报道。通过实例应用表明,压力一次方表示的弹性二相法评价的井控原始地质储量明显偏低,而由压力平方表示的弹性二相法评价的结果明显偏高。
近20年来,中国石化东北油气分公司在松辽盆地南部的勘探进一步证明,盆地火山岩是寻找油气藏的新靶区,具有广阔的前景。东北油气分公司根据盆地勘探实践,总结了以主成藏期为关键点的“生烃灶-成藏期古构造-断盖保存-有效储层”联动演化的断陷层四元耦合控藏模式,推动了松南地区长岭断陷火石岭组大规模火山岩气藏的发现。火山岩勘探方向从营城组拓展到更深层的火石岭组,勘探目标从酸性火山岩拓展到中基性火山岩,从水上喷发到水下喷发。采用气藏精细描述技术,建模数模一体化及地质工程一体化技术,在松南断陷多口井取得产能突破,实现火山岩气藏高效开发和规模上产。
塔里木盆地走向深层领域,油气藏的复杂性和高投资成本给经济开发带来了极大的挑战。从油气藏成藏、成储角度出发,重点总结了深层油气成藏条件、储集空间类型、储集体内部结构和烃组分变化4个维度的复杂性和特殊性,深入讨论了目前制约深层油气藏高效动用、提高采收率、开发经济性的3个核心问题及其对策,由此提出解决这些核心问题的4个攻关方向:①近源“生输储盖”组合下的油藏特征预测方法;②深层缝洞保存的量化参数表征方法;③分隔缝洞体边界及内部连通性表征方法;④建立超深层领域全生命周期经济评价体系和差异化开发策略。上述的思考和对策为高效开发深层、超深层碳酸盐岩油气藏、保障国家能源安全提供了借鉴性的意见和建议。
渤海BZ油田主要为潜山碳酸盐岩油藏,目前已进入开发中后期,由于储层非均质性强,裂缝、孔洞分布规律复杂,导致油井生产特征复杂、产量递减快、动静态储量认识存在较大差异等问题。为此,在常规测井资料、薄片和少量岩心分析资料的基础上,结合不稳定试井和生产特征等资料,建立了油田碳酸盐岩储层类型动静态特征综合识别标准,渤海BZ油田碳酸盐岩储层主要划分为裂缝型、裂缝-孔隙型、孔隙型3种类型储层;基于静态优质储层预测,综合考虑了储层的平面、纵向的非均质性,建立了三维数值试井模型,精细刻画识别了复杂井储层边界和连通状况,合理评价了动态储量,证实了太古界潜山含油气潜力,为油田开发中后期制定调整对策提供依据,指导油田调整挖潜,并获得高产验证。
针对深层低渗凝析气藏由衰竭开采转变为气驱开发过程中适应性不明确的问题,综合采用PVT(地层流体高压物性)分析仪、长岩心驱替物理模拟技术和数值模拟计算方法,开展了一系列评价研究。通过对比分析注CO2、天然气(伴生气、CH4)、N2对凝析气体系高压物性影响与提高凝析油采出程度情况,明确了深层低渗凝析气藏气驱的适应性。实验结果表明:CO2在凝析油中的溶解度和溶解气油比最大,具有较强降低凝析气藏饱和压力和露点压力的特点,提高凝析油采出程度的效果最佳。同时,采用长岩心物理模拟技术针对CO2驱进行了注入时机、注入方式、注气速度优化研究,明确了在露点压力以上脉冲式注气效果更好,为注气开发技术政策及现场方案的实施提供数据支撑。
苏北盆地金湖凹陷BG区块页岩油压裂后产量递减快、开发效果差,衰竭开发后期如何有效提高单井评估的最终可采储量是能够效益开发的关键。国内外通常采用CO2吞吐的方法进行后期增产,但由于成本较高,效果差异较大,并未广泛使用。在结合BG区块地质特征的基础上,通过岩心核磁、扫描电镜、试井分析等方法开展页岩油注水吞吐增产机理研究,明确了注水吞吐具有大幅提高渗吸动用孔隙(1~100 nm)中页岩油、改善页岩油储层孔渗条件的作用,结合苏北盆地页岩油较好的亲水性、含油性、储层裂缝较为发育三大特点,提出页岩油注水吞吐技术手段,并开展矿场试验。截至目前,2口试验井累计增油量超过7 600 t,具有较好的应用前景和经济效益,对苏北盆地页岩油衰竭开采后期低成本效益增产具有指导意义。
随着全球“碳中和”目标趋同,经过百年发展,碳捕集、利用与封存(CCUS)产业发展迎来新机遇。欧美发达国家通过碳市场、碳税制度、碳补贴或退税、碳边境调节机制等措施,大力扶持CCUS技术研发及工程示范推广,CCUS产业化雏形已现,市场前景广阔。与国外相比,中国CCUS相关政策法规以引导为主,碳市场规模和碳价仍处于较低水平,亟待强化CCUS政策法规制定及配套措施研究。为此,明确了CCUS项目投入产出框架,梳理了全球典型CCUS项目经济效益及其财税政策环境,并提出中国CCUS产业效益发展建议。分析表明,国外项目普遍获得了政府直接补贴,运行成本中捕集成本占70%~80%,环境成本主要与CO2泄漏后的环境风险及加装CCUS后产生的额外排放有关,产出收益包括直接收益和间接收益,高于200元/t气价条件下的CO2驱油项目难以获得经济效益。结合国内外CCUS政策法规现状对比分析,提出了加快技术研发迭代速度,加大CCUS集群枢纽中心建设,加紧出台渐进式、组合式CCUS政策法规等CCUS产业化发展建议。
水合物法捕集与封存CO2气体可服务于大规模减排的技术需求,加速“碳中和”目标的实现,对应对气候变化具有重要意义。从气体水合物的基本性质、生成机理及模型,多孔介质中水合物合成,水合物合成的分子动力学模拟等方面,综述了前人针对水合物合成领域的研究现状,提出了气体水合物合成过程中存在的科学问题,并对气体水合物的发展及煤系地层CO2水合物的封存方向进行了评价。研究认为,CO2气体的溶解度是限制准确计算多孔介质中水合物储气量的关键因素;气体水合物的局部结构化(成核)机制复杂,仍需深入研究;高纬度及永久冻土区煤系地层可作为水合物法封存CO2气体的地下空间。
苏北盆地溱潼凹陷阜宁组二段(以下简称阜二段)页岩油勘探取得重大突破,但其泥页岩总有机碳含量(TOC)普遍不高,一般低于2%。业界认为陆相咸化湖盆“低TOC”烃源岩能生成大量油气,称之为陆相咸化湖盆的“低TOC”高效生烃模式。由于生排烃效应,烃源岩的TOC会降低,因此,恢复烃源岩原始TOC对客观认识烃源岩的生烃能力、油气资源评价和持续增储上产具有重要意义。以溱潼凹陷典型钻井阜二段泥页岩为研究对象,利用生烃模拟实验和岩石热解资料,采用热模拟TOC演化、有效碳(PC)演化和元素质量守恒法,对QY1井阜二段泥页岩TOC进行了恢复。结果表明:咸化湖盆烃源岩的TOC恢复系数最高可达3~4,且受到岩相的重要影响。随着热演化程度增高,TOC恢复系数增大,纹层状页岩TOC恢复系数高于块状泥岩,QY1井阜二段Ⅳ亚段泥岩、Ⅰ—Ⅲ亚段页岩TOC恢复系数可分别高达1.1~1.5、1.5~3.0。母质类型和生烃活化能的差异导致页岩成烃转化率和TOC恢复系数高于泥岩。
“双碳”背景下,地热能以稳定优质、储量丰富、绿色低碳等优点逐渐成为开发焦点。石油企业具有地热能开发的先天优势,但在其市场化开发和规模应用技术等方面仍缺少有效参考借鉴的经验和模式。如何利用自身优势全面推进地热能开发利用已成为石油企业新的发展课题。中国石油冀东油田紧抓地热产业发展机遇,利用完善的资源评价体系、科学的方案设计、高效的项目建设和丰富的管理经验,加速拓展地热业务。先进的砂岩储层无压回灌技术成功突破了砂岩热储规模开发难题,成功探索出城区集中供暖、清洁替代新模式,为传统石油企业地热资源开发利用提供了可复制、可推广的“冀东模式”,以新质生产力助推石油企业绿色低碳高质量转型发展。
页岩油藏具有复杂的孔隙结构和超低渗透能力,合理评价储层基质和压后不同类型裂缝流动能力对制定合理工作制度和有效开发页岩油藏具有重要指导作用。采用巴西劈裂方法模拟不同裂缝形态,基于核磁共振技术构建了一套评价基质和裂缝流动能力方法,并以苏北盆地高邮凹陷阜宁组二段(以下简称阜二段)页岩岩心为基础开展了基质和裂缝导流能力评价研究。实验结果表明:页岩储层最小流动孔隙尺度为10 nm,应力条件下流动规律表现为非线性、线性两段式;影响裂缝系统导流能力因素包括裂缝类型、开度、应力大小和驱动压差等;应力越大渗透率损失越大,最高可达95%,缝网越复杂开度越大,渗透率损失越大;生产过程中需要依据裂缝发育情况、上覆岩层有效应力特征来合理控制地层流体压力与井底流压的差值,保障油井能稳定生产,压力均匀向外传播;高邮凹陷阜二段页岩油井有效应力介于7~10 MPa、流动压差介于10~15 MPa为合理下泵时机或进行地层补能时机。研究成果对完善页岩渗流机理理论和现场应用具有重要意义。
以胜利油区陆相砂岩油藏整装油田为代表,主力单元进入特高含水后期(含水率大于95%),局部区域出现极端耗水现象,水油比急剧上升,注入水利用率大幅下降,吨油操作成本成倍增加,经济效益变差,但油藏中还有60%左右剩余地质储量。注入水沿着极端耗水层带窜流是制约陆相砂岩整装油田特高含水后期效益开发的关键问题。以提高特高含水老油田开发效益为目标,明晰了极端耗水层带形成机制及调控机理,建立了基于老井的变流线调控极端耗水层带扩波及方法,形成特高含水后期油藏精准描述及调控极端耗水层带扩波及的效益开发技术体系。通过应用流场调控技术,使传统认为含水率98%近废弃油藏开展示范应用,基于极端耗水层带流场调控经济寿命期延长10 a以上,产油量大幅增加,含水率下降,吨油操作成本下降,实现了特高含水后期老油田低成本开发。
分布式光纤传感技术作为最新的水力压裂监测技术,应用于各大油田的水力压裂过程中,并且能够实现实时监测,已取得了显著的应用效果。为使业界进一步了解不同类型传感技术的基本原理、理论模型研究进展、现场应用情况,从分布式光纤温度传感技术和声波传感技术在水力压裂过程中的监测基本原理出发,系统总结了各类传感技术的理论模型研究进展和在产液剖面、裂缝扩展形态监测等方面的应用现状,最后提出了未来分布式光纤传感技术的发展方向。研究结果表明:①分布式光纤传感技术可以利用温度或者声波信号转换得到周围环境温度或应变的变化情况,从而实现水力压裂过程中的实时监测;②与分布式光纤声波传感技术相比,温度传感技术的相关理论模型相对较为成熟,能够实现产液剖面及裂缝形态的相关计算;③分布式光纤传感技术主要用于水力压裂过程中压裂液的注入、裂缝扩展等方面的监测。结论认为:分布式光纤传感技术可以有效地推动中国非常规储层的勘探和开发,同时提高水力压裂效果评价技术水平,这对中国油气行业的可持续发展具有重要推动作用。
涪页10井的钻探获取了东岳庙段典型陆相页岩相关特征参数,其页岩储层介孔和大孔发育,非均质性较强,主要孔隙分布在10 nm左右。纳米孔中受限流体的临界参数偏移使得受限空间下凝析气的流体性质与常规室内实验测试结果存在差异。为更合理地开采页岩凝析气,结合室内相态实验、受限流体临界参数偏移计算和数值模拟,开展页岩凝析气相态特征分析和开采特征研究,明确凝析气的相态变化规律和开采特征。考虑临界参数偏移的凝析气相态特征计算表明:随着孔隙半径减小,体系组分的临界温度、临界压力降低,相图向左下收缩,露点压力降低,气相黏度降低,偏差因子增加,反凝析液饱和度逐渐降低。通过机理模型分析了临界参数偏移对衰竭开采效果的影响,结果表明:随着孔隙半径减小,天然气采收率基本不变,凝析油采收率逐渐增加,孔隙半径减小至10 nm,凝析油采收率增加9.93%。研究结果对页岩凝析气藏开发具有指导意义。
稠油油藏是一种重要的战略资源,对保障国家能源安全起到重要的作用。国内外稠油开发主要有蒸汽吞吐、蒸汽驱、驱泄复合(SAGD)、火烧驱油4项技术,受技术适应性、成本高及对环境不友好的影响,其推广和运用存在一定局限性。胜利油田根据自身油藏特点,形成了薄层水平井、热化学复合和化学降黏3项新技术,拓展了开发技术界限,使稠油油藏开发的有效厚度界限低至2 m、油藏埋深为2 000 m、储层渗透率界限低至100×10-3 μm2。根据各项技术特点和矿场应用效果,建立了以技术适应性为基础的稠油新分类标准,把稠油油藏分为5大类,指导矿场稠油开发技术方向的选择。结合目前技术发展方向和新的形势要求,指出“多元热复合”“非热力开发”“纳米材料应用”将是稠油开发技术3个趋势。
碳酸盐岩在化学和力学作用下结构及力学特征是该类储层酸压技术有效性评价的重要研究课题。以海相碳酸盐岩为研究对象,开展了20%HCl胶凝酸对碳酸盐岩结构和力学性能影响的室内实验研究。基于矿物组成,将碳酸盐岩划分为灰岩、含云质灰岩、含灰质云岩和云岩4种类型,相对于灰岩的均匀刻蚀,酸在含云质灰岩表面选择性刻蚀,形成蚓蚀刻槽,而含灰质云岩和云岩则以点状刻蚀和沿着结构面侵蚀为主。酸作用前碳酸盐岩具有基质强度主导的剪切破坏特征,而酸作用后改变了岩石内部结构,导致碳酸盐岩更易在拉张应力作用下发生破坏,更容易劈裂破坏或沿结构面破坏。酸作用后碳酸盐岩的宏观强度降幅远大于基质强度降幅,酸液通过侵入岩石内部,在岩石内部形成更多微观缺陷,表现为峰值应力时弹性能占比降低和耗散能占比增加,因此其宏观力学性能劣化是基质强度劣化和内部结构改变共同作用的结果。研究结论对于碳酸盐岩现场酸压实践以及后续生产方案制定提供一定指导。
目前应用最广泛的叠前同时反演算法是基于各项同性水平介质的Zoeppritz方程近似表达式,但对于具有岩性横向变化快且纵向多期叠置特点的中基性火山岩储层,凝灰岩和沉凝灰岩具有相近的测井和地球物理响应,叠前同时反演在火山岩岩性、物性的区分上存在一定的局限性。通过褶积模型正演定性分析火山岩储层地震响应特征,井上岩石物理分析火山岩储层岩性、物性敏感参数,通过模型试算和实际数据计算对比分析6种Zoeppritz方程近似的二项式和三项式叠前反演算法在该地区的适用性,从而优选出SMITH & GIDLOW, FATTI近似算法,输入纵波阻抗、横波阻抗和密度的反射系数进行叠前反演,应用叠前纵波阻抗反演结果对该地区凝灰岩进行预测,应用叠前密度反演结果对有效储层物性进行预测。支撑部署1口评价井,预测符合率为76.0%,部署1口水平井,预测符合率为84.6%,均获得工业气流。
二项式产能方程是气藏开发中重要的资料分析手段,可以通过试井数据求解,但致密火山岩气藏压力稳定慢,产能试井过程中,实测数据绘制的指示曲线会出现截距小于0的情况,导致方程无法正常求解,需要对公式进行修正处理。以致密火山岩气藏气井C2井为例,分析指示曲线异常原因,参考现有方程修正方法,校正处理产能试井井底流压数据,推导新的产能二项式修正方程,应用于致密火山岩气井,得到结果比“一点法”的结果更加稳定,且充分利用试井测试数据,能为无阻流量求取和后续开发生产方案制定提供依据。
水平井组开发页岩油是基于水平单井压裂局限性提出的新型压裂方式。在水平井组压裂过程中,由于存在多口井和多条人工裂缝,且裂缝周围应力变化和井间地应力分布复杂,这种复杂的应力变化将进一步影响裂缝的扩展形态。因此,深入研究水平井组中不同压裂方式下应力场的变化机理和规律对于控制裂缝形态和提高裂缝复杂度具有重要意义。针对页岩油储层压裂改造过程中应力分布问题,通过构建水力压裂数值模型,系统地研究水平井组不同压裂方式下应力场的变化机理和规律以及裂缝扩展后的应力场变化规律,并基于裂缝的形态特点进行了压裂效果的定量评价。研究表明: ①同步压裂布缝方式可以有效影响井间地应力的变化,相较于正对布缝方式,交错布缝方式在井间产生的诱导应力提高了24%,并在相同井距下更容易引起井间地应力转向;②交错布缝方式下所形成的裂缝形态更为优越,压裂效果更为显著,交错布缝能有效提高裂缝的长度和宽度,使裂缝表面积和体积增大了4.6%和21.1%;③拉链压裂所形成的裂缝形态更为优越,压裂效果优于同步压裂,进一步增大了裂缝长度和宽度,使裂缝总表面积和总体积增大了1.3%和0.1%。
储层评价是致密砂岩气藏开发的基础,评价结果的准确性直接影响气藏开发的潜力分析,评价方法的选择影响到开发指标预测的可靠性、开发调整部署的科学性。为解决致密砂岩气藏储层评价影响因素多、主控因素不明确、参数敏感性未知、评价指标未量化等问题,以川西新场气田蓬莱镇组气藏为例,运用层次分析法理论,建立定量分析模型,将复杂问题简单化、定性问题定量化。方法优选地球物理、测井解释和地质基础等参数为准则指标,通过构造判断矩阵、确定指标权重、一致性检验等步骤,建立定量评价模型,得到权值向量,再利用真实井进行验证分析可采储量和无阻流量均与评价值呈现较好的相关性,说明研究方法具有较好的可靠性,进一步明确了储层划分类型及标准。根据研究方法确定的气藏储层评价指标,可以深化同区致密砂岩气藏开发“甜点”认识,提升致密砂岩气藏储层预测及开发部署质量,为同类气藏高效开发提供借鉴。
基于一种新的核磁共振信号标定法开展了致密砂岩岩样的油水渗吸实验,该方法可以根据回归模型将核磁信号总量换算为含油体积,相较常规方法计算更方便、更准确。研究发现渗吸过程可划分为过渡渗吸和稳定渗吸2个阶段,低黏度煤油渗吸样品最佳渗吸时间集中在68 h左右,高黏度致密油渗吸样品最佳渗吸时间集中在188 h左右。渗吸时间充足的情况下,煤油和致密油的最终换油率相差不大,但如果渗吸时间较短,则黏度越大换油率越低。同层位、同黏度的样品具有相似的渗吸动态特征;同层位、高黏油的样品达到稳定渗吸阶段无因次渗吸时间相较低黏油更短。以半径0.5 μm作为大、小孔隙的分界线,煤油渗吸样品中半径小于0.5 μm的孔隙渗吸换油贡献率平均为83.93%,占据主导地位,原油动用率平均为23.54%;半径大于0.5 μm的孔隙渗吸换油贡献率平均为16.07%,相对较少,原油的动用率平均为8.50%,普遍较低,容易形成水锁。致密油渗吸样品在所有孔隙中的渗吸换油贡献率则相对均衡,半径小于0.5 μm的孔隙原油动用率平均为14.82%,相对较低;而半径大于0.5 μm的孔隙原油动用率平均为29.82%,在焖井过程中普遍会得到有效动用。
在松辽盆地长岭断陷陆相湖盆水下喷发的火石岭组火山碎屑岩中发现了工业油气,有广阔的勘探前景。研究针对火石岭组水下喷发火山碎屑岩储层的储集空间特征、物性特征及孔隙结构差异开展,分析不同类型储层物性差异原因及其形成和演化过程。主要有以下4个方面:①凝灰岩中火山玻璃含量较高,储集空间以脱玻化孔和溶蚀孔为主,并且粒度越粗物性越好,孔隙规模、孔径大小、孔隙丰度等方面逐渐变大;沉凝灰岩黏土矿物含量高,以黏土矿物晶间孔为主,物性差;凝灰质砂岩中长石、岩屑和浊沸石等易溶组分含量高,以溶蚀孔为主。②研究区火山碎屑岩储层原生孔隙不发育,储层较为致密,平均孔隙度为2.43%,渗透率平均值为0.076×10-3 μm2,粗粒凝灰岩孔隙度最高,其次是凝灰质砂岩和细粒凝灰岩,沉凝灰岩物性最差。③脱玻化作用是凝灰岩储层中高孔隙度和超低渗透率的重要原因,中成岩阶段的2次油气充注导致岩石发生有机酸溶蚀,此外,裂缝可以为有机酸和深部热液提供运移通道,导致后期溶蚀,并连接各种分散的溶蚀孔隙,提高储集空间的有效性。④近源相带气携水下火山碎屑流亚相粗粒凝灰岩储层是油气勘探的有利目标。
利用叠前方位道集地震数据进行各向异性参数反演是目前裂缝预测的主要方法之一,其中RüGER近似方程和傅里叶级数展开式2种算法应用较为广泛,RüGER近似方程中的各向异性梯度与傅里叶级数展开式的二阶项均可以表征裂缝强度。应用2种方程在单层界面、实钻井裂缝层分别对比了计算方法的适用性,并在实际火山岩发育区对比了裂缝空间预测结果。单界面模型2种方程预测裂缝强度存在量纲差异,RüGER近似方程裂缝强度值域大于傅里叶级数展开式计算结果,RüGER近似方程计算裂缝方位存在多解性,可能为垂直裂缝方向;井上裂缝层应用2种方法计算裂缝方位和强度结果基本一致;在松辽盆地南部LFS地区火山岩地层应用2种方法分别预测裂缝发育情况,傅里叶级数二阶项相比方位各向异性梯度,与电成像测井解释裂缝强度吻合稍好,且预测裂缝方位与成像测井解释方位相同。研究认为,在火山岩领域傅里叶级数方程预测裂缝方法更适于推广应用。
为探讨苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组二段(以下简称阜二段)不同亚段和不同岩性泥页岩的生烃潜力及其含油性,以及页岩油富集层段的分布特征。采用了地球化学分析与模拟实验相结合的研究方法,提出了适合于研究区地质特点的泥页岩含油率表征方法,确定了阜二段泥页岩的含油率和页岩油赋存状态,揭示了页岩油富集层段的分布特征。结果表明:研究区阜二段泥脖子亚段和龟背亚段的泥页岩的总含油率较高,但游离烃含量较低,吸附烃含量中等—较高,可动性较差;七尖峰亚段、四尖峰亚段和山字形亚段的含灰云页岩、灰云质页岩等的总含油率和游离烃含量均较高,吸附烃含量较低,可动性较好,而含灰云泥岩、灰云质泥岩的总含油率和吸附烃含量中等,游离烃含量相对较低,泥灰岩总含油率、游离烃和吸附烃含量均较低。研究区深凹带阜二段一、二类页岩油富集层段主要分布在四尖峰亚段和山字形亚段的中下部;斜坡带页岩油富集段不发育,局部分布有二类和三类页岩油有利层段。
以松南断陷查干花气田火石岭组火山岩为例,平均孔隙度、渗透率分别为4.5%和0.08×10-3 μm2,储层致密且非均质性强,需要大套储层一起试气才能达标,储层分类标准难以确定。利用物性数据、高压压汞、核磁共振等实验进行火山岩储层微观结构分析,通过多参数对比建立了微观分类标准,采用核磁测井作为衔接,从微观参数推导到宏观参数,综合建立了火山岩储层分类评价标准,其中包括微观结构的孔喉半径、排驱压力、退汞饱和度等,以及核磁测井和实验的T2谱分布、离心饱和度,还有宏观参数孔隙度、渗透率、饱和度、声波时差、岩性密度、电阻率,将储层由好到坏划分为A、B和C类,该方法可操作性强,为新钻井的测试方案以及勘探、开发水平井的“甜点”层优选提供了可靠依据。研究方法与认识对开展火山岩储层的分类研究具有一定的参考意义。
页岩岩相的识别、划分在页岩油气勘探开发工作中具有重要的理论及实际意义。以苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组二段页岩为研究对象,通过对典型钻井溱页1井岩心样品进行全岩/黏土X射线衍射分析,应用前人的页岩矿物组分“三端元”图解,得出该地区的页岩岩相类型。同时,利用一种基于原子搜索优化算法优化的BP(反向传播算法)神经网络方法对测井信息进行数据挖掘,以此建立黏土矿物、硅质矿物、碳酸盐岩矿物相对含量的预测模型,实现了通过自然能谱到页岩矿物含量的定量表征。最后应用该模型对溱页1井和沙垛1井阜宁组二段进行岩性预测及岩相识别,其识别结果与样品实测数据的岩相划分结果高度一致。研究为实现页岩岩相的间接识别提供了一个经济、快速、高效的方法,可通过测井曲线有效地预测页岩岩相组合体的主要矿物成分,为缺乏取心、实测样品井段的岩相识别提供依据。
向枯竭气藏内注入CO2,能够同时实现提高采收率与CO2地质封存,在“双碳”背景下具有广阔应用前景。目前,CO2-EGR(CO2驱气提高采收率)总体上尚处于理论研究阶段,针对其机理不明晰的问题,综述了不同气藏CO2-EGR机理。对于常规气藏,其作用机理包括压力恢复及驱替作用、重力分异作用、黏度差异辅助驱替作用、溶蚀改造储层作用;对于凝析气藏能够保压开采,还具有降低黏度作用、溶解膨胀作用、萃取解堵作用;对于页岩气藏、煤层气藏、致密气藏,更具备优势吸附置换作用;对于有水气藏,注CO2则能够有效抑制水侵的发生。各提高采收率机理对不同类型气藏的贡献程度也不尽相同。CO2-EGR已在理论层面证明了其可行性,为进一步实现其现场应用,还需在混合气体相态特征、扩散与气体混合机制、提高采收率潜力评价、提高采收率机理表征等方面攻克难关。研究表明:在枯竭气藏中注入CO2,可以恢复地层压力补充地层能量,由于物性差异形成较稳定驱替过程,在多种机理共同作用下实现提高采收率,是一种极具潜力的增产方法。
世界能源结构正在经历由以化石能源为主、清洁能源为辅向以清洁能源为主、化石能源为辅的根本性转变,清洁、可再生的地热资源逐渐成为未来可持续发展的关键能源之一。以河北省西南部的藁城区为主要研究区域,基于该区独特的地质构造特征和丰富的地热资源储量特征,建立了地热资源精细化评价体系,在此基础上,部署了地热资源高效开发的井位和井间距。结果表明:开发区具有优良的热源条件,热储层和盖层优势突出,地层流体的水质结垢和腐蚀风险较低,地热资源品质高。部署采灌井40口,按照1∶1的比例分配(采水井20口,回灌井20口),设计采灌井距380 m(开发年限30 a)时可以满足长期换热和供暖的需求。基于地质构造特征的地热资源评价及开发部署研究,可为现场地热资源的持续与高效开采提供参考。
如何利用常规测井资料对储层含油性、储集性及可压性进行有效评价,是苏北页岩油规模化开发亟需解决的生产难题。利用常规测井资料与岩心实验资料,采用最优化、拟合、正反演数值模拟等数学手段,建立起总有机碳含量、有效孔隙度、层理缝密度、矿物组分含量等参数的计算模型,对页岩沉积构造和岩相进行分类研究。研究表明:溱潼凹陷阜宁组二段(以下简称阜二段)泥页岩以富有机质层状或纹层状泥岩、富有机质块状泥岩为主,有利岩相为富有机质层状或纹层状泥岩,有利岩相纵向上与非有利岩相交互出现。采用文中所导出的模型识别的“甜点”层段与采用特殊测井分析的层段位置具有良好的一致性,且现场应用效果良好。该方法和技术已应用于苏北盆地页岩油储层地质工程“甜点”段的选定工作,对苏北页岩油效益开发具有重要意义。
针对塔里木盆地西南部寒武系存在的古隆起陆棚相分歧,利用锆石U-Pb(铀-铅同位素测年)年龄、井-震联合开展了寒武系层序充填与沉积演化的研究。研究表明:在巴楚隆起,寒武系直接覆盖在克拉通结晶基底之上,寒武系沉积充填与前寒武系结构呈“镜像”关系。受前寒武系地形、构造运动和海平面升降控制,塔里木盆地西南部寒武系发育4个Ⅱ级层序,分别为寒武系层序1(玉尔吐斯组—肖尔布拉克组)、寒武系层序2(吾松格尔组—沙依里克组)、寒武系层序3(阿瓦塔格组)、寒武系层序4(下丘里塔格群),共包含7个沉积相、10个沉积亚相。塔里木盆地西南部寒武系层序1—寒武系层序3早、中寒武世巴楚隆起—麦盖提斜坡—塔西南坳陷沉积相为台地—缓坡—斜坡—深水陆棚相沉积,表现为向海凝缩减薄的沉积特征并发育寒武系烃源岩;寒武系层序4晚寒武世塔里木盆地西南部主体演化为局限台地,塔里木盆地西台东盆沉积格局正式形成。
苏里格气田致密砂岩气藏的天然气储量规模和年产气量目前都位居中国第一。随着开发不断深入,气田储量品质劣质化及未动用储量碎片化趋势明显,增加了未来效益开发的不确定性。为确保气田致密砂岩气藏的可持续效益开发,基于深化气田开发过程中所获得的地质与气藏工程认识的基础上,梳理了影响气田效益开发的影响因素,建立了该气田效益开发的技术对策。研究结果表明:①基于以经济产量为中心的评价模型对气田各区块经济效益进行实证分析,可以评价气田目前整体效益开发现状,指导未来整体开发方向;②为了支持气田致密气产业进一步发展,根据气田各区块效益评价,从地质和气藏工程的角度去寻求有效开发的配套措施,分类治理,分类施策,进而形成苏里格气田效益开发技术对策,实现气田持续经济有效开发。
川南深层页岩气是中国天然气增储上产的重要领域。断层连通性是影响深层页岩气储层渗透性能、单井产能的重要因素,前期多针对断层形态、组合样式开展研究,鲜有断层连通性的系统量化评价。研究以川南泸州中区五峰组页岩气储层多级断层为研究对象,利用拓扑结构分析方法研究断层网络拓扑结构,并对其连通性进行定量评价,结果显示:泸州中区五峰组断层发育,断层网络分支的平均连接点数为1.12,可形成高渗通道,有利于页岩气的运移。研究区中部及南部断层产状分散度、断层长度分散度和断层密度均较大,连接型节点、分支数量多,有利于提高断层连通性,其连通性评价结果优于其他区域,具备一定的潜在高产井可能。
鄂尔多斯盆地奥陶系风化壳气藏自1989年陕参1井发现以后,马家沟组五段风化壳气藏勘探取得了丰硕成果。中央古隆起对富县地区马家沟组沉积和储层的影响,未进行详细的研究,制约了该地区下古生界的油气勘探。通过对富县地区奥陶系马家沟组地层特征、沉积微相、岩溶发育规律的研究,明确了中央古隆起对研究区地层沉积的控制作用以及对岩相、沉积微相展布的影响。研究表明:中央古隆起对富县地区奥陶系马家沟组地层沉积具有继承性,整体厚度表现为北厚南薄、东厚西薄。通过沉积微相特征的研究,古隆起的边缘地区水动力较强,发育呈席状的台内滩、潮缘滩。奥陶系风化壳与中央古隆起的形态、结构、演化与保存密切相关,中央古隆起的形成与演化制约了奥陶系岩溶体系的发育与保存。
松辽盆地南部青山口组一段夹层型页岩油具有良好的勘探潜力,其夹层品质对含油性及产能影响大。然而,夹层物性呈现较强的非均质性,急需对夹层储层进行表征与描述,建立一套适合夹层储层的分级方案。通过场发射扫描电镜、高压压汞、核磁共振等实验对储层进行表征,基于压汞分形理论,建立适用于砂岩夹层的储层物性分级标准,结合测井资料对储层物性参数进行预测,进而刻画夹层优质储层平面展布。研究表明:根据源岩成熟度的差异,松辽盆地南部大情字井青一段可分为低熟区(Ro<1.0%,Ro为镜质体反射率)和中高熟源岩区(Ro>1.0%),夹层物性随烃源岩成熟度增大而变差。根据储层物性差异特征,分区块建立了夹层物性分级标准,将砂岩夹层分为Ⅰ—Ⅲ类和无效储层;由Ⅰ类储层到无效储层的大孔含量和中孔含量依次变少,储集空间由粒间孔、粒间溶蚀孔过渡至粒内溶蚀孔和晶间孔;压汞形态由弱平台型、缓直线型过渡至上凸状,储层含油性逐渐变差。优质夹层“甜点”主要沿着河口坝主体、水下分流河道等沉积微相分布,厚度自西南向东北方向减薄。研究成果为该区青山口组一段夹层型页岩油“甜点”优选提供重要支撑。
以大砂量、大液量为特点的储层改造技术推动深层煤层气开发取得突破,煤层气增储上产保持着良好势头。为探索深部煤储层水力压裂过程中裂缝扩展形态,在鄂尔多斯盆地延川南煤层气田开展不同压裂规模煤储层改造的矿场试验,对比分析压后裂缝扩展形态和储层改造面积,查明了不同类型气井、不同施工规模下裂缝形态的差异性,分析投产后的产气效果,形成了适合研究区深部煤储层改造工艺。结果表明:①低效老井多次中等规模压裂、新井多次大规模压裂和新井单次超大规模压裂均能有效延伸裂缝长度、扩大储层改造面积,但缝网形态存在较大差异。受排采过程和诱导应力影响,低效老井经多次中等规模压裂后,形成主裂缝延伸、次裂缝扩展的“玫瑰花”型缝网;新井压裂改造后形成的缝网形态呈“长椭圆”型,但单次超大规模的液体使用效率更高,相同规模下裂缝半长和改造面积更大。②随压裂次数增加,裂缝半长和改造面积均呈对数增加的趋势,且有明显的递减效应,试采证实2次大规模压裂施工具有良好的经济性,研究结果为井网部署提供了依据。以柴油为动力来源的压裂设备较难适应提升规模后的连续施工,电驱动压裂装置是未来整装煤层气田开发的可靠途径。
针对鄂尔多斯盆地SD区块盒8段储层低孔低渗、非均质性强、常规压裂裂缝形态单一等问题,基于断裂力学理论,考虑缝内流体压降,结合盒8段储层岩石力学参数,开展暂堵压裂裂缝与初次压裂裂缝在整个接触过程中的相互作用力学研究。计算分析了不同裂缝走向、井斜角、方位角等参数对压裂裂缝参数的影响规律,起裂压力随井斜角和方位角的增加而减小;起裂角随井斜角增加而减小直至为0°,随方位角先增加而后减小。通过制备人工水泥试样,利用大尺寸真三轴物模实验系统模拟了暂堵压裂中新缝起裂及其转向行为,评价了不同井斜角、方位角下新缝起裂、转向及延伸行为和起裂压力及裂缝改造面积等参数。实验结果表明:井斜角增大,初次及二次起裂压力呈减小的趋势,裂缝更易转向且改造面积越大。井斜角相同时,裂缝起裂压力随井筒方位角增加而逐渐减小,裂缝改造面积随方位角增加而增大。方位角90°螺旋射孔相比方位角0°螺旋射孔形成的裂缝更为复杂,定面射孔可调控水平井破裂压力及初始破裂位置,初始破裂产生于射孔井筒界面、孔道中部等不同位置,控制射孔射角介于75°~90°。研究结果为低渗透致密砂岩气藏暂堵压裂设计提供了依据。
渝南地区二叠系龙潭组煤层气勘探开发处于起步阶段,为揭示该区主力煤层C25的煤层气基础地质条件,基于区内煤田钻孔、煤层气钻井获取的地质资料和实验测试数据,对煤岩煤质、煤层孔渗、含气性等特征进行了分析。结果表明:研究区二叠系龙潭组C25煤层具有“发育稳定、厚度相对大、孔渗低、变质程度高、含气量高”的特征。C25煤层全区发育稳定,呈“北厚南薄”的趋势,北部一般大于1.5 m;煤岩煤质属于半亮型煤;有机组分中镜质组含量介于51.7%~72.2%;镜质组最大反射率整体介于1.8%~2.2%,变质程度处于高成熟—过成熟阶段;煤岩孔渗较差,孔隙度介于3.46%~8.46%,渗透率大多低于0.01×10-3 μm2;含气性好,一般大于10.0 m3/t;同时,煤层顶底板均为良好封隔层。结合綦煤1井、Y2井产气效果,认为渝南地区二叠系龙潭组C25煤层具备较好的煤层气勘探开发基础地质条件。
济阳坳陷东营凹陷页岩油岩相具有岩性复杂、非均质性强的特点,区域分布差异显著,目前尚无较好的测井方法能够识别和评价东营凹陷页岩油岩相特征。针对东营凹陷沙四纯上亚段页岩油岩相特点,从岩心刻度测井出发,结合岩心、薄片和实验分析化验等资料,按照“三端元四要素”的页岩岩相分类方案,明晰不同岩相测井响应特征并优选敏感参数测井曲线,建立了适用的页岩油测井岩相划分方法。结果表明:通过“分层+聚类AHC(合成聚类)”法、Fisher判别法、小波提频法、遗传优化神经网络等数学和地球物理方法结合,识别页岩油不同岩相的岩石组分、沉积构造、岩石结构和有机质含量,解决了因岩性复杂、测井分辨率不够、特殊测井资料不全和有机碳含量(TOC)模型精度不够等因素导致的岩相识别不出的问题,通过岩相四特征的识别,形成了东营凹陷页岩油岩相的测井定量判识方法技术,确定岩相集中段,为页岩油大规模的勘探开发提供了重要的地质依据。
由于沉积环境的不同,海陆过渡相页岩与海相页岩存在较大差异。基于鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩储层的特点,建立了纵向多岩性叠置储层水平井产能数值模型,分析了不同岩性组合模式下的气井单段生产动态特征,研究了煤层渗透率、储层叠置关系等关键参数以及生产制度对生产特征的影响。研究结果表明:①富煤型页岩储层合层开采初期气水同产,采出气主要来自砂岩和页岩储层的游离气,采出水主要来自压裂液及煤层水。煤层的渗透率越高,合层开采的累计产气量越大,累计产水量也随之提升。②含煤叠置组合类型进行合层开采最理想的空间叠置顺序为页—砂—煤,在该叠置顺序下,煤层产水对合层开采干扰最小。③煤层产气量受应力敏感的影响最大。
川南泸州区块五峰组—龙马溪组的页岩气蕴藏量大,构造运动使地应力局部集中,从而引起裂缝和断层的产生,对页岩气的勘探开发有较大影响。为了优选页岩气勘探区,采用地震综合资料、古构造图和岩石力学参数测试等方法,运用神经网络算法和地质力学建模方法,对研究区多期古构造应力场进行反演,并对应力影响下的储层裂缝发育规律进行预测。研究结果表明:采用数值模拟和神经网络算法,可以进行多期构造作用下的地应力场反演。多期构造运动使地应力发生调整变化,地层背斜部位应力较为集中,背斜核部受到强烈构造作用而发生破裂,应力逐步释放;多期构造运动使储层岩石承受的应力逐步变化,易出现破裂带而形成断层,应力逐步减小;原有断层周边裂缝发育较为强烈,易出现应力衰减区域,从而出现多而短的小型裂缝。现今应力场受多期构造运动综合影响,分布较复杂,裂缝发育规律性不强,对页岩气钻井、开发等影响较大。研究成果对深层页岩气的勘探开发具有一定的指导意义。
四川盆地川西坳陷须家河组致密砂岩气藏储量巨大,具有砂体厚、物性差、非均质性强、气水分布复杂等特点,给气藏的开发评价及建产选区带来极大难度。为实现气藏高效评价开发,以新场—合兴场须家河组二段气藏为研究对象,基于气藏静、动态特征,深度分析了典型井的古、今构造位置,断层特征,裂缝和储层品质等对产能的影响,明确气井高产的主要控制因素。通过分析各控制因素的综合作用,结合成藏研究成果,探讨天然气富集高产规律,结果表明新场—合兴场须家河组二段气藏气井可分为高产高效、中产中效、低产低效3种类型。高产高效和中产中效气井产量高、稳产好,主要分布在北南向四级烃源断层和五级断层附近,裂缝发育、优质储层厚度大,具有良好的地质条件。明确了气藏富集高产遵循古、今构造控藏,烃源断层控富,有效裂缝控产,优质储层控稳的规律,为该气藏的高效开发奠定了基础。
为了解松辽盆地营城组火山岩类型、火山岩相类型及成因模式的复杂性、相关性之间的关系,明确其对于油气勘探的意义,利用野外露头、钻井资料、岩石薄片等多种地质资料,识别火山岩类型,划分火山岩相,分析了火山岩相成因特征。结果表明:①营城组发育4大类火山岩类型,即熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩及碎屑沉积岩;②营城组野外露头划分了5种岩相类型,即火山口—火山通道型、火山口—破火山口型,近火山口—火山斜坡型、火山斜坡型和火山穹窿型;③建立了2类火山岩相成因模式,火山口堆积成因模式和火山斜坡成因模式。
苏北盆地高邮凹陷阜宁组二段(以下简称阜二段)页岩油勘探获得突破,是未来增储上产的现实目标。裂缝作为储集空间和运移通道,在页岩油勘探开发中发挥着重要作用。以X1井为研究对象,根据成像测井、岩心和微观薄片观察结果,分析了高邮凹陷阜二段页岩油储层不同尺度裂缝发育特征;结合裂缝参数统计和裂缝充填物稳定碳氧同位素分析,确定了裂缝形成期次,讨论了裂缝动态演化过程及裂缝对页岩油气富集的影响。结果表明:构造裂缝总体较为发育,主要为脆性剪切裂缝和张剪性裂缝,剪切裂缝长度长,横向连通性好;非构造裂缝主要为层理缝和顺层方解石脉,在部分亚段异常发育。不同类型的天然裂缝后期均遭受了一定程度的改造,未被完全充填的裂缝、裂缝充填物溶蚀形成的孔洞,以及超压层理缝和微裂隙,均是页岩油有利的储集空间。研究结果为高邮凹陷深层页岩油选区、选段提供了新的思路和理论依据。
缝洞型碳酸盐岩储层非均质性极强,储集空间结构和渗流关系复杂,为地应力分析、注采参数选择、力学完整性评价带来了诸多挑战。因此,为进一步明确缝洞型碳酸盐岩储气库运行过程中的地应力变化、保证储气库运行过程中的力学完整性、提高上限压力,建立机理模型,分析缝洞型碳酸盐岩储气库应力分布特征及四维地应力变化规律,同时评价不同介质力学完整性。结果表明:①缝洞型碳酸盐岩储层相较于均质储层在缝洞处应力集中较为明显,尤其溶洞边界易出现应力的极小值;②缝洞处孔隙压力及应力变化更为剧烈,储气库运行过程中溶洞边界更易发生剪切或张拉破坏;③在采气过程中,溶洞边界沿最小主应力方向更易发生剪切破坏,注气过程中,溶洞边界沿最大主应力方向更易发生张拉破坏;④缝洞型储层整体相较于均质储层更易在注气过程发生张拉或剪切破坏,采气过程缝洞型储层整体较为安全,但洞周围更易发生剪切破坏。研究成果可为缝洞型碳酸盐岩储气库地应力分析和力学完整性评价工作提供理论及方法支撑。