常压页岩气藏的压力系数和含气量较低,地层能量较弱,具有中—低丰度、中—低品位、资源总量大和储量规模大等特征。中国南方常压页岩气藏分布广泛,具有良好的地质背景与富集条件,但其类型、形成机制和富集规律不明。基于页岩气勘探开发实践和地质解剖,探讨了四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组常压页岩气藏的类型、形成机制、分布特征和富集规律,提出了常压页岩气藏勘探开发的前景与技术对策。研究认为,常压页岩气藏主要包括优质页岩缺失/减薄型、早期逸散型、断裂破坏型和残留向斜型4种类型。常压页岩气藏的分布与富集明显受构造作用控制。通过对常压页岩气藏的类型、特征和形成机制等综合分析,认为残留向斜型常压页岩气藏为目前最有利的勘探开发类型。地质评价中应聚焦在靠近盆地、抬升时间晚、残留向斜面积大、远离深—大断裂且裂缝封闭时间早的地区开展研究,优选靠近向斜核部、构造稳定、相对高压力系数和埋深适中的区域开展页岩气勘探开发。技术对策上,建议钻井上采用低泥浆密度钻井液,压裂上采取少段多簇、大排量、中等液量和高砂量,以此来实现经济有效的体积改造。该研究成果将为常压页岩气的地质评价和勘探实践提供参考。

"甜点"是页岩气评价的重要内容,以往对岩性、含气量、物性和应力分布等进行综合分析确定甜点的方法,没有对甜点类型和性质进行划分。通过对页岩气甜点参数的分析,将"甜点"划分为地质甜点和工程甜点。通过定性分析地质甜点参数对产气量的影响,利用相关系数法优选出页岩气的主要甜点参数,分别利用雷达面积模型和相关性权重模型定量地进行了页岩气地质甜点系数表征。通过研究焦石坝页岩气田的地质特征,提出总有机质含量、干酪根含量、含气饱和度、总孔隙度和孔隙压力梯度5个参数为主要地质甜点参数,运用两种模型评价其地质甜点系数在0.3~0.7,表明焦石坝页岩气田地质甜点较好、具有较高的产气能力。

柴达木盆地昆北油田切12区下干柴沟组发育冲积扇型厚层砂砾岩油藏。综合利用地质、测井和开发动态资料剖析冲积扇的沉积构型,分析各构型单元中隔夹层的成因、规模和分布样式,揭示冲积扇整体表现为下粗上细的湖进退积型沉积序列,划分出4个沉积构型单元:"泛连通体"夹间歇性水道单元、稳定水道叠置分隔形成的复合水道单元、辫状水道与漫流沉积侧向相间单元、径流水道镶嵌于洪泛平原泥岩之中的单元。分析表明,厚层砂砾岩的内部受泥质杂基或胶结作用的差异控制,发育物性上的隔夹层。建立了一套多参数交叠的砂砾岩隔夹层测井识别方法。冲积扇中各构型单元的隔夹层分布样式差异大。明确了切12区存在"千层饼"状和"整体分散、局部交织"状2类隔夹层分布样式,其中,"千层饼"状样式分布于"泛连通体"单元内,"整体分散、局部交织"状样式分布于复合水道单元、辫状水道与漫流沉积侧向相间单元内。通过"层状、不连续生产层"油藏地质模型的重构,提出了"分层次、按层精细注水"的方案,有效地指导了切12区的油藏综合治理,并取得了一定应用实效。

基于地球化学、测井和沉积相等资料开展了渤中凹陷的优质烃源岩分析。结合区域地震解释,对渤中凹陷优质烃源岩的分布进行了刻画,并探讨了气候、构造作用下优质烃源岩分布的差异性。结果表明,受气候控制的咸化环境与受构造控制的快速沉降环境所形成的优质烃源岩具有不同的富集特征。在咸化环境控制下,沙河街组一段优质烃源岩的分布面积占洼陷面积的81.9 % ,呈广覆式分布;在构造沉降控制下,平面上,沙河街组三段和东营组三段的洼陷沉降速率与优质烃源岩所占洼陷面积的比例呈明显正相关,纵向上,湖泊的氧化-还原界面控制了优质烃源岩的富集程度。在气候形成的咸化环境和构造快速沉降的控制下,渤中凹陷及邻区优质烃源岩的发育条件可分为3类:以咸化水体为主导、以构造沉降为主导以及咸化水体-构造沉降共同控制。在潮湿气候和构造沉降速率较低的情况下,不发育优质烃源岩。

1H-吡咯-2,5-二酮(马来酰亚胺)是发现于石油以及土壤、沉积物和沉积岩中四吡咯色素的降解产物或衍生物,其中2-甲基-3-正丙基(Me,n-Pr)和2-甲基-3-异丁基(Me,i-Bu)马来酰亚胺主要来源于光合硫细菌体内的细菌叶绿素。将不同来源和成因的石油中分离出马来酰亚胺组分,并运用气相色谱-质谱(GC-MS)和全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-ToFMS)进行分析鉴定,结果表明,在中国湖相原油中发育3类不同系列的马来酰亚胺,且不同成因的原油中马来酰亚胺组成存在显著差别。丰富的Me,n-Pr和Me,i-Bu马来酰亚胺主要分布于咸化、水体存在永久性分层的渤海湾盆地沙河街组四段上部烃源岩生成的原油中,在微咸水或淡水条件下形成的原油中二者均不发育。同时,Me,n-Pr和Me,i-Bu马来酰亚胺可以有效地应用于判识透光滞水带(PZE)的出现和进行油源对比。马来酰亚胺有望成为油气地球化学中一类新的非烃类生物标志物。

塔里木盆地塔河地区奥陶系碳酸盐岩缝洞型储层的缝洞空间分布散乱,缝洞的规模、形态和内部结构等特征差异明显,导致缝洞型储层的流体难以识别。缝洞型储层内部地震波形的微弱差异在一定程度上能够表征其内部流体特征。传统上沿层段提取地震波形的波形分类技术无法准确地定位缝洞型储层。应用波形分类与三维缝洞体雕刻相结合的新技术识别缝洞流体,可为降低勘探风险、提高钻井成功率提供一种新的思路。首先利用瞬时振幅属性建立缝洞体三维空间模型,确定缝洞储层的空间位置,从而获得缝洞储层内部的地震波形;使用特征加权K近邻法,结合油气井资料,对缝洞型储层进行波形分类,建立储层内流体类型与地震波形之间的网络关系,并将其应用于未知区域的储层流体识别;最终得到缝洞型储层的流体类型。理论模型和实际地震资料测试结果表明该方法具有一定的实用价值。

地质统计学反演是油田勘探开发储层精细描述较常见的方法,实际应用中具有多解性且纵向上无法将砂体准确落实到开发层系。在对比分析油层组、砂岩组、小层级及沉积单元级不同尺度下反演预测效果的基础上,提出变尺度构造模型作为约束地质统计学反演的框架模型。对于低弯曲和高弯曲分流河道砂体采用砂岩组尺度,针对支状内前缘砂体采用小层尺度,建立变尺度构造模型;并在模型的约束下,优化不同类型储层反演参数、开展地质统计学反演运算。变尺度构造模型约束地质统计学反演方法具有较高横向分辨能力,井间窄小河道和复合河道砂体特征明显,并在大庆长垣BEX区块实际应用中取得了较好的效果。

网格是油气藏数值模拟的基础,传统网格剖分方法制约着复杂裂缝网络页岩气藏数值模拟技术的发展,研究裂缝性介质高效网格剖分方法具有重要意义。笔者以裂缝节点为基础,基于图像像素点原理、距离最近原则和对数加密方法,提出了一种网格数量少、计算精度高、可以处理任意复杂裂缝网络分布的自适应网格剖分方法(AMM)。研究结果表明,AMM中裂缝网格控制面积比NFFLOW中的控制面积更接近实际情况;AMM可以处理任意复杂裂缝网络和复杂边界条件模型;相比已有网格剖分方法,AMM可大幅度降低计算网格数量。在用于页岩气藏数值模拟时,AMM可以同时解决由复杂裂缝引起计算网格多、精度低等问题,为实现矿场尺度页岩气藏数值模拟奠定基础。

利用自制多氢酸液XS-1进行静态岩粉溶蚀与岩心流动实验,通过SEM、ICP等实验考察了多氢酸的缓速性与预防二次沉淀性能,并研究了多氢酸与岩心反应动力学特性。结果表明,XS-1多氢酸液具有良好的缓速与预防二次沉淀性能,反应后残酸的极限浓度为0.296 1 mol/L,酸液有效作用时间为6~7 h。在该多氢酸体系下岩心渗透率提高至4.15倍,在此条件下以酸岩反应动力学参数模型建立动力学方程,反应速率比同条件下普通酸液小,进一步证明多氢酸具有一定的缓速性。

深井超深井钻进裂缝性油气层极易发生频繁的钻井液漏失,造成严重储层损害和重大经济损失。储层段钻进过程中经常发生重复性漏失,意味着仅用酸溶率、粒度分布等常规堵漏材料评价指标已不能满足钻井液漏失控制工程需要。笔者以塔里木盆地克深气田钻井常用的核桃壳、毫米级碳酸钙为研究对象,开展了堵漏材料高温老化评价实验。实验评价结果表明,在180℃的柴油中老化24 h后,核桃壳的颜色由黄色变成黑色,质量损失率为25.16 % ,摩擦系数下降28.24 % ,抗压强度下降21.21 % ;毫米级碳酸钙的颜色由白色变成淡黄色,质量损失率为2.47 % ,摩擦系数下降1.33 % ,抗压强度基本不变;由高温老化后的核桃壳和毫米级碳酸钙所形成的封堵层,其承压能力下降了48.84 % 。分析指出,堵漏材料高温老化失效是深井超深井裂缝封堵层结构破坏并在储层段发生重复性漏失的一个重要因素。

随着钻井深度的不断增加,在地层围压作用下岩石的硬度和强度均会明显增加,导致钻头破岩效率不高、寿命降低、钻井速度大幅下降等问题。基于旋冲螺杆原理设计了一种提速器,通过对提速器工作过程的力学分析,并结合钻具设计参数、工况参数以及相关力学计算方法,建立该提速器井下动力学模型,得到不同节点处的振动位移、振动速度以及系统的振动频谱图。通过实验研究,对比分析了冲击频率、冲击力测试结果与相关理论计算结果,验证相关理论计算与模型的正确性;并进行工具下井实验,根据现场实验数据及使用效果分析,验证了该提速器能够有效提高机械钻速。

掌握气井稳态生产过程中CO₂对碳钢管柱沿井深方向的腐蚀规律才能更好地确定油气田开发和实施方案,预防和降低管柱腐蚀失效事故。根据质量守恒、动量守恒、能量守恒以及非理想气体状态方程建立了地面稳态生产条件下管柱内热流耦合计算模型,并与实测结果进行了对比研究。以Norsok模型为基础,根据实际生产用管材等建立了相应的修正表达式,并进行了实例验证。研究了CO₂摩尔分数、井筒总体传热系数,管柱内半径和日产量对管柱腐蚀速率的影响。研究表明,建立的热流耦合模型和腐蚀预测模型计算精度满足工程需要;地面日产量越大,井深方向管柱内天然气密度、速度、温度越高,而压力越低;增加CO₂摩尔分数和地面日产气量、降低井筒总体传热系数和管柱内径均可引起管柱最大腐蚀速率出现的位置向井口方向移动,并且日产气量和井筒总体传热系数的影响更为明显;沿井深方向上,管柱腐蚀速率变化分为4个阶段,且不同影响参数变化时,腐蚀速率的影响规律不尽相同。

截至2017年,鄂尔多斯盆地苏里格地区有利勘探面积为5.5×10⁴km²,天然气总资源量近6.0×10¹²m³,已探明(含基本探明)储量为4.77×10¹²m³,已建成产能为230×10⁸m³/a的天然气生产规模,是中国陆上发现的储量最大的天然气田。多年研究表明:①苏里格气田产层主要为上古生界二叠系石盒子组8段和山西组1段,为典型的致密砂岩气藏;②石炭系本溪组、二叠系太原组和山西组广泛发育的煤系地层为气藏提供了充足的气源;③发育"敞流型"湖盆三角洲沉积模式,平缓底形、多源供砂、强水动力、多期叠加控制着大面积储集砂体的分布;④储层为河流—三角洲相砂岩,物性较差、非均质性强,平均孔隙度为4 % ~12 % ,平均渗透率为0.01~1 mD;⑤气藏具有广覆式生烃、弥漫式充注、近距离运聚、大面积成藏等特征;⑥气藏压力系数为0.62~0.90,属低压气藏,单井产量低;⑦沙漠区全数字地震技术、黄土塬非纵地震技术、测井精细评价技术、致密砂岩储层改造技术、水平井开发技术是苏里格气田勘探开发的关键技术。