乍得Bongor盆地基底是由早寒武世及更老的花岗岩、混合花岗岩和片麻岩等构成,经历了古生代—侏罗纪长期的风化剥蚀夷平作用。早白垩世受中非剪切带走滑-拉张作用影响形成拉分盆地,同时在基底形成大量的构造裂缝;晚白垩世强烈反转,古近纪发育成为统一的盆地。2007年以来实施多层系立体勘探,不仅在下白垩统沉积地层发现一系列大中型油气田,而且还在花岗质基岩潜山获得高产油气流,证实了5个潜山油藏带。根据储集空间的特征将基岩储层划分为孔隙型和裂缝型两类。综合地震、测井、地层成像、元素测井和岩心分析等资料,垂向自上而下将潜山的储层序列划分为风化淋滤带、缝洞发育带、半充填裂缝发育带和致密带。潜山所处的构造位置和埋藏深度决定了潜山储层序列发育的完整性和物性的好坏。基岩储层的垂向分带性为钻前储层的地震横向预测和评价提供了可能。

济阳坳陷页岩油类型包括泥页岩型和夹层型2种类型。在分析泥页岩型和夹层型页岩油特征的基础上,通过数理统计、典型解剖、分析测试技术和生排烃模拟实验,明确了济阳坳陷页岩油富集的主控因素。泥页岩型页岩油富集的主控因素是:泥页岩岩相、异常高压、页岩油的可动性和泥页岩(微)裂缝;富有机质纹层状岩相的异常高压过渡段的页岩油可动性好,裂缝越发育越有利于济阳坳陷页岩油的富集。夹层型页岩油富集的主控因素与常规油藏类似,主要受物性和异常高压控制;夹层的物性越好,异常压力越高越有利于夹层型页岩油的富集。该成果对中国东部陆相断陷盆地页岩油勘探有一定指导作用。

随着四川盆地勘探程度的深入,页岩气藏已经成为勘探重点,有必要系统地开展页岩层序地层研究。在岩石地层、生物地层、年代地层研究的基础上,运用露头-钻井-地震、全球海平面变化曲线、地球化学、古生物等资料,在川南地区五峰组—龙马溪组页岩地层中识别出4个三级层序界面,划分了3个三级层序:SQ1相当于五峰组,沉积速率低(1.18~2.19 m/Ma);SQ2相当于龙马溪组下段及上段底部,沉积速率较低(约为15 m/Ma);SQ3相当于龙马溪组上段中上部,沉积速率较高(216.25~340 m/Ma)。建立了该区的层序地层格架。分析了层序对储层的控制作用,主要体现在黑色页岩层序SQ1—SQ2中相对海平面升降与页岩脆性指数呈负相关、与TOC及孔隙度呈正相关,渗透率高值多位于脆性段,渗透率低值多位于塑性段。灰色页岩层序SQ3以塑性段为主,孔、渗均低于SQ1、SQ2凝缩段,其相对海平面与有机质没有明显的相关性。相对海平面变化影响了优质页岩储层发育,SQ1、SQ2海侵期—海退早期为优质页岩储层发育期。综合本次研究成果,明确了层序地层对优质页岩储层的控制作用,对于在层序格架内预测优质页岩储层段具有指导意义。

页岩气的生成和聚集具有不同于常规油气藏的独特规律,页岩气储层的研究是页岩气勘探与开发的核心问题。目前,对焦石坝地区页岩气储层的认识是相对有限的,需要对本区页岩气储层做进一步研究。基于大量实验室测试数据的统计分析显示:上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组目的层段总有机碳(TOC)含量介于0.55 % ~5.89 %,平均为2.54 %,且具有自上而下有机碳含量逐渐增加的趋势;基于全岩X-射线衍射分析方法,页岩中黏土矿物含量介于16.6 % ~62.8 %,平均为40.9 %,自上而下逐渐减少,脆性矿物含量自上而下逐渐增加,总量介于37.2 % ~83.4 %,平均为59.1 % ;基于氦气注入法检测了目的层段的孔隙度,实测氦气孔隙度介于1.17 % ~7.98 %,平均为4.61 %,目的层段孔隙度呈现出"两高夹一低"的三分性特征;稳态法水平渗透率介于0.002~335.209 mD,平均为23.785 mD;通过高压压汞法对储层孔隙结构进行了研究,大量的测试数据表明,介孔级别的孔隙发育,且介孔提供了主要的孔比表面积,而介孔和大孔对渗透率起主要的贡献;将氩离子剖光技术和扫描电镜(SEM)相结合对储层的孔隙类型进行了观察,总体表现为自上而下有机孔隙增加、无机孔隙减少;由解吸法测得总含气量介于0.44~5.19 m³/t,平均为1.97 m³/t,从上到下呈现出逐渐增大的趋势。研究表明,焦页1井海相页岩气储层发育的控制因素有矿物组成和有机质发育特征等。TOC是控制下部储层段的主要内在因素,也是提供页岩气储存空间的重要物质;成岩阶段晚期,黏土矿物组合发生变化,蒙脱石向伊利石转变,形成新的微孔隙,增加了储层的孔隙度,对上部储层段有较大影响;脆性矿物含量大于50 %,易于形成裂缝,可造成地层渗透性能的显著增强。总体来看,五峰组和龙马溪组的底部层段是优质储层,也是主要的产气层段。

中生代-新生代大陆边缘盆地海相烃源岩虽沉积于海洋环境,但有机质生源输入复杂。海相烃源岩显微组分组成中不仅有代表低等水生生物输入的腐泥组分,而且有较多指示陆生高等植物成因的镜质组、惰质组或壳质组。烃源岩生物标志化合物的分布特征也呈现出有机质生源输入二元性的特点,具体表现在饱和烃正构烷烃的分布面貌以双峰态为主,部分呈单峰态。C₂₇-C₂₉规则甾烷的分布型式以不对称的"V"字型为主,部分呈"L"型或反"L"型分布;除指示水生生物输入的C₂₃三环萜烷外,代表陆源有机质输入的奥利烷、四环萜烷和其他低分子量的三环萜烷均有分布。中生代-新生代大陆边缘盆地海相烃源岩生源组成复杂,这一特殊现象是大陆边缘盆地海洋和大陆两种地质营力、低等水生生物和陆生高等植物双重生源输入共同作用的结果。根据生源构成可将中生代-新生代大陆边缘盆地海相烃源岩划分为3种成因类型,即以藻类生源输入为主的内源型、以高等植物输入为主的陆源型及介于两者之间的混合生源型,并进一步揭示海相烃源岩的成因类型与干酪根类型之间可以通过显微组分组成、有机元素组成以及生物标志化合物分布联系起来。

东北漠河盆地多年冻土带不仅具有生物气形成的温度、地下水盐度、地下水Eh值和pH值等环境条件,而且具有生物气形成所需的丰富有机质。漠河盆地MK-2井的数据显示,井深870 m内的烃类气体干燥系数C₁/C_1-5> 98 %,70 % 以上的甲烷碳同位素δ¹³C₁< -55 ‰,几乎所有的甲烷氢同位素δD< -250 ‰,表现出明显的生物成因特征。区域和井下样品的生物标志物分析表明,几乎所有样品都含有25-降藿烷系列化合物,展示了漠河盆地多年冻土带微生物活动的普遍性。这一系列直接和间接标志,充分证实了漠河盆地生物气的存在,大大拓展了该区域天然气水合物的成藏气源,扩大了东北地区水合物的成藏潜力和勘查前景。这对东北地区乃至中国陆域多年冻土带的天然气水合物勘查都具有重要指导意义。

塔里木盆地东河1油藏石炭系CⅢ油组为滨岸厚层块状非均质胶结砂体,普通测井技术和编制测井曲线关系图件的研究方法无法识别该地区的隐蔽隔夹层。针对重点研究层段CⅢ1油组,在对测井曲线归一化的基础上开展无量纲标准化处理,识别并评价了隔夹层的发育程度。利用多条测井曲线交叠进行单井隔夹层的识别,识别符合率达80 % 以上;进而在此基础上通过井间插值恢复隔夹层展布形态,对隔夹层平面和纵向上的展布规律进行了研究,研究结果表明:纵向上,CⅢ1-1油组、CⅢ1-2油组隔夹层相对不发育,CⅢ1-3油组隔夹层较为发育;平面上,隔夹层主要位于背斜构造翼部,中部相对不发育。该研究成果可以为东河1油藏顶部重力驱开发提供一定理论支持。

二氧化碳在石油工业中有着广阔的应用前景,但目前井筒注二氧化碳模型均未能表征注二氧化碳过程井筒内流动和传热双重非稳态问题。采用Span-Wagner模型和Vesovic模型对二氧化碳热物性参数进行计算,联立连续性方程、运动方程和能量守恒方程,建立了能模拟短期和长期注二氧化碳过程的井筒双重非稳态耦合模型。采用温度和流速双重迭代算法进行数值求解,并完成实例验证和相关理论分析。计算结果表明:新模型能较准确地计算注二氧化碳井筒温度、压力值;摩擦生热项在较大摩阻梯度下不能忽略,而焦耳-汤姆森效应和储层岩性的影响可以忽略。修正后的新模型还可用于预测水力压裂等工艺过程井筒温度分布。

产量递减阶段是油气田开发的主要阶段。产量递减法是预测油气田产量和可采储量的重要方法。该方法的有效应用与储层类型、驱动类型和开采方式无关,只要油气田的产量已进入递减阶段,即可应用产量递减法进行有效预测。Arps提出的指数递减、双曲线递减和调和递减,尤其是指数递减和双曲线递减,在国内外的产量预测和可采储量评价中得到了广泛的应用。然而,Arps的3种递减类型,只适用于产量随时间呈曲线递减,而不适用于呈直线递减。实际油田生产资料表明,对于致密低渗砂岩油气藏,压裂投产后的产量与时间之间往往不是曲线递减关系,而是直线递减。因而,Arps的3种递减类型,已不适用于直线递减的产量和可采储量的预测。经过推导建立了线性递减类型,该类型既是一种新的递减类型,又是对Arps递减类型的补充。经应用实例表明,线性递减类型是实用有效的,所提出的预测产量、累积产量和可采储量的方法,具有很好的实用价值和理论意义。

应用自主研发的真三轴渗透仪,开展了煤样及顶、底板岩样的三轴渗透率测定。基于实验结果,通过有限元三维数值模拟方法,研究了渗透率各向异性对深部煤层顶板水平井穿层压裂裂缝扩展的影响。模拟结果表明:①真三轴渗透仪可以实现三轴差异化应力加载,突破了常规拟三轴渗透仪无法分别加载水平最大主应力和水平最小主应力的瓶颈,可以使实验条件与地层条件更为接近。②高阶无烟煤与顶板粉砂岩的真三轴渗透率测试结果都呈现出明显的各向异性特征。无论是高阶无烟煤,还是顶板粉砂岩,垂直层理方向的渗透率都小于平行层理方向者。对于无烟煤,平行层理方向的渗透率也存在明显差别,垂直端割理方向的渗透率大于垂直面割理方向渗透率值。③考虑渗透率各向异性模型与均质模型相比,压裂模拟过程中,破裂压力和施工压力增高,孔隙压力叠加程度增大;模拟最终时刻的整体裂缝形态更加短宽,且缝高增大。

针对致密砂岩气藏易发生水相圈闭损害、降低气相渗透率的现象,研究了季铵盐型氟化物被岩石表面吸附对气体渗流的影响,开展了润湿性测定、表面张力测定、水相自吸、钻井液滤失与返排、气相渗透率恢复测试等实验,利用原子力显微镜表征了氟化物在岩石表面的吸附形态,结合实验计算了固体表面能与固-液界面吸附黏结力,分析了氟化物界面修饰提高气体渗流能力的机理。结果表明:氟化物能使岩石润湿性由水湿转变为气润湿,有效抑制水相毛管自吸,使驱替过程水相平均返排率由46.6 % 提高到了85.2 %,从而使气相渗透率恢复率从60 % 提高到了80 % ;氟化物吸附使固体表面微观粗糙度增加、固体表面能和固-液吸附黏结力降低,使得原固体表面与水相的接触面积减少、作用力减弱,利于水相脱离表面束缚、提高侵入水相的返排能力,进而减小了水相对气体渗透率的损害,提高气相渗流能力。

运用小型反应釜及再生实验装置对三乙醇胺(TEA)+二乙烯三胺(DETA)混合胺液与N-甲基二乙醇胺(MDEA)+DETA混合胺液进行天然气中H₂S吸收、再生实验,并对不同配比的TEA+DETA混合胺液进行实验。通过分析吸收负荷、吸收速率、再生率指标优选出较优的脱H₂S胺液配比,并将其运用到工艺实验装置中。结果表明:TEA+DETA混合胺液与传统的MDEA+DETA混合胺液相比具有更优的H₂S脱除性能与胺液再生性能;在3种不同摩尔配比中,配比为2.4:0.6的TEA+DETA混合胺液为最优的胺液配比;配比为2.4:0.6的TEA+DETA混合胺液在工艺实验装置中表现出了良好的脱H₂S性能与胺液再生性能。

深水油气井投入生产后受到地层高温流体的影响,井筒内温度场会重新分布引起环空压力上升,威胁油气井管柱的安全服役和井筒完整性。为确保深水油气井井身结构和管柱强度符合长期安全稳产的要求,建立了基于能量守恒定律和多层圆筒壁传热原理的深水油气井井筒温度分布计算模型,根据深水油气井井身结构复杂、环空层次多的特点,遵照体积相容性原则提出了计算环空压力的迭代方法,实现了对井筒内温度分布和环空压力的预测与分析。利用温度预测模型和压力计算方法对相关影响因素进行了分析。结果表明:环空温度、压力的上升主要集中在油气井投入生产的初期,随生产时间的增加变化逐渐变缓;产量较低时,井口产出流体的温度与环空温度、压力随产量的上升迅速增加,当产量到达一定数值以后井口产出流体的温度与环空温度、压力趋于稳定;环空温度和压力随着地温梯度的增加线性上升。

考虑到浮式生产系统(FPSO)作业过程中存在的油气泄漏及火灾、爆炸等连锁风险,为了科学评估FPSO天然气泄漏风险,基于计算流体动力学理论,采用通用CFD软件Fluent建立FPSO关键系统泄漏天然气的扩散行为预测与评估模型,分析、判断可燃气体运动特点及危险区域的分布规律。根据仿真结果和对比分析,研究了泄漏可燃气体的扩散过程、行为特点以及风向、风速和泄漏速率等关键因素对可燃气体扩散危险区域的影响规律,综合考虑仿真结果与相关标准的要求,合理确定FPSO上部模块的一级2区IIA组危险区。结合FPSO油气泄漏风险特点,从工程应用角度提出应对措施与建议。