为解决中国常压页岩气单井产能低、工程工艺技术不成熟、效益开发难度大等问题,探索合理开发途径,以美国Fayetteville页岩气田和中国东胜页岩气区块为例,基于2个页岩气田的地质特征,从有利区评价、单井产能、工程成本情况等方面展开评价对比。研究表明:东胜区块页岩气有利区评价与Fayetteville相当,但东胜区块尚处于开发早期,且埋深更大,地质条件更复杂,需结合后期开发特征,借鉴Fayetteville气田的开发经验,进一步精细深化分区分类评价;Fayetteville、东胜页岩气均采用分区滚动开发的模式,逐步提升配套工程工艺技术,但东胜区块压裂用液强度、加砂强度均低于Fayetteville气田,平均单井EUR偏低,需持续攻关;Fayetteville气田和东胜区块均坚持持续攻关降本的目标,单井综合成本不断降低,但东胜区块仍需进一步攻关降本,力争单井综合成本降至3 000×10⁴~3 500×10⁴元以内。中国常压页岩气地质资源量大,是未来增储上产的主阵地,通过进一步明确有利区,攻关配套工程工艺技术,降低综合成本,实现全面效益开发,将对中国页岩气长期上产稳产具有重大战略意义。

随着传统油气资源的逐渐枯竭,以致密油资源为代表的非常规油气资源在能源开发和利用方面具有越来越重要的地位。然而,相较于常规储层,致密油储层的孔隙结构非常复杂,其孔隙尺寸分布广泛、孔隙类型多样且孔喉发育,这些因素给致密油储层的开采提出了极大挑战。对致密油储层的孔隙结构及其自发渗吸机制进行深入研究对于提高致密油采收率具有非常重要的意义。基于此,通过文献调研,对致密油储层的孔隙结构和渗吸机理研究进行了综述,从孔隙结构的表征手段、致密油孔隙结构的研究进展、孔隙结构与致密油渗吸机理之间的影响机制等方面进行介绍,并对该领域的研究进展进行了总结和展望。该研究可为致密油储层原油开发提供了借鉴,助推致密油采收技术的发展。

为更好监测油气藏生产动态,提升油气田试井产能,梳理了4种常用不稳定试井技术的原理、解释方法及应用效果,分析了不稳定试井技术存在的问题,并提出了未来的重点攻关方向。结果表明:目前常用的不稳定试井技术主要存在井间干扰现象严重、试井曲线特征复杂、试井解释准确率低且复杂断块油藏常规试井效率低和损耗大等问题;数值试井、垂向干扰试井及低频脉冲试井等新型试井技术可解决常规不稳定试井技术存在的问题;不稳定试井技术下步发展趋势是深层超深层测试工艺、低渗致密储层测试资料评价、压裂效果评价及资料的综合应用等方面,可着重于数值试井、多分层试井等方面的技术攻关。通过对不稳定试井技术的综合剖析,可对现场测试提供技术参考,并为后续技术发展提供新视角。

针对陆东凹陷交力格洼陷中低成熟度页岩油储层分布特征与富集控制因素不明等问题,通过开展二维核磁共振分析、纳米CT扫描、干酪根显微组分鉴定等方法,对页岩油储层含油性特征进行研究,综合页岩岩相、储集性、含油性及可动性等因素,基于储层及含油性分级参数建立了页岩油“甜点”综合评价标准。结果表明:页岩纹层与层理的发育程度、密度、岩性等结构特征是含油性特征及分布的主要影响因素。层状含粗粒岩屑粉砂岩与纹层状长英质页岩岩相微观孔隙结构及连通性较好,比表面积小于15 m²/g,氮气吸附平均孔径大于8 nm,为优质储层。Ⅰ+Ⅱ类“甜点”TOC大于1％,储层发育中、大孔,占比大于25%,储集空间孔径大于8 nm,含油性和可动性为中等—好,油气相对富集。该成果可为研究区页岩油有利目标优选及试验区部署评价提供技术支撑。

为提升深水沉积地层的地震解释精度和地震数据信息提取能力,通过对带有峡谷的陆坡沉积进行地震正演,分析了浊流和块体搬运主控的沟谷、水道、峡谷的地震反射特征,并在此基础上对水道天然堤复合体进行精细正演。综合分析认为:块体搬运主控沟谷宽深比小且为对称充填状,内部主要为杂乱弱振幅反射;而浊流主控峡谷宽深比大,内部为波状强振幅反射;地层顶底界面夹角越小,真实尖灭点与地震反射尖灭点间的误差越大;水道天然堤复合体厚度变小使得地震反射频率降低,振幅增强;水道饱含水时的振幅强于饱含气时的振幅。由此进一步明确了不同形态属性特征下多类型深水沉积体的地震响应特征,可以有效提高深水沉积地层地震资料综合解释精度。

针对鄂尔多斯盆地富县地区长8储层流体分布差异显著、孔隙结构复杂、渗流能力相对薄弱等问题,选取研究区5块典型岩样开展测试分析,利用铸体薄片、扫描电镜(SEM)、X衍射黏土矿物分析(XRD)、恒速压汞实验,对可动流体主控因素进行分析。研究表明:致密砂岩储层中可动流体饱和度为26.31%～50.61%,平均值为35.15%;可动流体孔喉半径为0.10～0.50 μm;T₂截止值为6.69~49.90 ms,可动流体最小孔喉半径为0.16～0.36 μm。储层渗透率较孔隙度对可动流体的控制更强;中值半径、最大孔喉半径、平均孔喉半径与可动流体均具有正相关性,中值半径影响较大;长石含量越高,越容易形成长石溶孔,可动流体饱和度越大;I类和Ⅱ类储层中高岭石含量较高,呈分散质点式填充孔隙,Ⅲ类储层中伊利石和伊蒙混层含量较高,呈搭桥式分割孔隙,是堵塞孔喉的主要原因。该研究成果可为提高致密油藏采收率提供参考和借鉴。

四川盆地海相页岩气资源丰富,自古生代至新生代,盆地经历了多期构造运动,形成了复杂的构造样式和多变的沉积环境,导致页岩气资源分布不均。为厘清优质页岩的分布规律,以川南—川东地区龙马溪组页岩为例,开展了全岩X衍射、地球化学测试、盆地模拟、钻录井资料分析,从沉积、成藏、构造等角度对优质页岩的分布规律及主控因素进行了讨论并划分页岩气勘探开发有利区。研究表明:川南—川东地区优质页岩主要分布在半深水—深水陆棚相;R_o值为2.5%～3.5%时有利于发育优质页岩;褶皱构造对页岩气的富集和分布起到较为明显的控制作用。研究结果可为川南—川东地区的页岩探勘开发提供理论依据。

小位移断层的侧向封闭性决定断层圈闭富集油气的能力,随着油气勘探技术理论的发展,曾被忽略的小位移断层在油气勘探和开发过程中的作用日益突出。为了明确小位移断层的内部结构特征及其对断层侧向封闭性的影响,应用自主研发的高压低速环形剪切装置,以断面有效正应力为变量,对高孔隙度纯净砂岩开展环形剪切物理模拟实验,分析断面有效正应力对断层侧向封闭性的影响。结果表明:断裂在高孔隙纯净砂岩内以碎裂作用机制为主,形成典型的碎裂型断层岩,其渗透率明显降低,是导致同层砂岩对接段侧向封闭的根本原因。在其他因素固定的条件下,断面有效正应力越大,断层岩碎裂程度越大,颗粒直径和孔隙度越小;岩石颗粒的破碎及碎屑基质的填充导致断裂带孔隙度和渗透率明显降低。断面有效正应力是小位移断层侧向封闭能力的主要控制因素,小位移断层具有富集油气的潜力。研究结果对裂陷盆地断块油气藏勘探开发具有重要的指导意义。

为探究深层、超深层煤岩孔隙结构,在鄂尔多斯盆地DJ区块本溪组X号煤岩采集了12块样品,基于数字岩心CT扫描三维重构技术,联合高压压汞、液氮吸附、二氧化碳吸附测试,应用多实验拼接方法,表征了X号煤岩孔隙的全孔径分布特征,并对比分析深层及中浅层煤岩的微孔、介孔、大孔的分布差异及其对吸附作用、渗透率的影响。研究表明:煤岩储层的储集空间以微孔及大孔为主,介孔发育较少;深层X号煤岩微孔平均占比为44.1%,大孔平均占比为53.9%,中浅层X号煤岩中微孔平均占比为34.8%,大孔平均占比为64.1%;深层煤岩中起吸附作用的纳米孔更发育,但在中浅层煤岩中微米级裂缝发育程度优于深层煤;通过全孔径分布特征分析认为,中浅层X号煤岩大孔孔容占比更高,渗透率比深层X煤岩高出1个数量级,而深层X号煤岩微孔孔容占比更高,吸附性更强。该研究通过全孔径定量表征,明确储层各级孔隙分布特征,为煤层气赋存状态及产出机理提供了数据及理论支撑。

大港油田板中北储气库位于板桥断层上升盘,为断层切割的半背斜构造,属于断块型储气库,断层和盖层的承压能力决定了储气库运行的上限压力。针对缺乏考虑力学完整性的储气库上限压力的研究现状,从地质力学角度出发,综合三维地震解释成果、XMAC测井地应力解释成果、岩石力学测试等资料,基于岩石脆性破裂理论对研究区盖层的水力封闭能力和断层的稳定性进行了评价,以确定考虑力学完整性的储气库安全运行上限压力。结果表明:板中北储气库盖层水力封闭能力上限为39.30 MPa,断层稳定性薄弱点位于2条断层的交叉位置,最小活化压力为30.57 MPa;综合盖层水力封闭能力上限和断层稳定性可知,板中北储气库运行上限压力为30.57 MPa,而设计运行上限压力为30.50 MPa,设计较为合理。研究成果对于储气库上限压力的设计具有指导意义。

SGR法评价断裂在砂泥岩地层中侧向封闭性时,通常采用统计得到的常数作为下限值,导致评价结果与勘探实践存在着较大的偏差。针对上述问题,采用断裂倾角、断层岩压实成岩时间、目的储层泥质含量和压实成岩时间,确定断裂在砂泥岩地层中侧向封闭所需的最小断层岩泥质含量。研究表明:最小断层泥质含量是基于封闭机理所求的一个变值,解决了SGR法统计采用常数值存在偏差的问题,有效提高了侧向封闭性评价的准确性。将该方法应用于海拉尔盆地贝尔凹陷西部呼和诺尔构造带F3断裂在南二段砂泥岩储层的侧向封闭性评价,获得了测点5、7、8和12—15处F3断裂在南二段砂岩储层内侧向封闭,而其余测点处侧向不封闭的重要认识。该认识与油气主要分布在测点7、8、12、14处的情况吻合。研究成果对含油气盆地砂泥岩地层断层型油气藏分布特征及指明油气勘探方向具有重要借鉴意义。

针对页岩储层孔隙结构和物性下限认识不清,严重制约了页岩油储量计算及高效开发的问题,以济阳坳陷古近系沙河街组新义深9、利页1、樊页1井为研究对象,利用N₂吸附、高压压汞、物性测定等实验方法,对页岩储层的孔隙结构进行全尺寸表征,并综合运用束缚水饱和度法、压汞排驱压力法、最小流动孔喉半径法和试油法确定页岩储层的物性下限。研究表明:N₂吸附实验主要表征页岩样品的小孔,研究区孔隙形态主要有墨水瓶形、过渡形及平板状夹缝形,主要发育纳米级孔隙,孔隙半径为1.50~40.00 nm,平均孔隙半径为16.00 nm;高压压汞实验主要表征页岩样品的中孔和宏孔,孔喉半径为0.03~66.13 μm;综合计算页岩储层孔隙度下限为1.30%~3.82%,渗透率下限为0.03~0.12 mD,最小流动孔喉半径为14.60~23.50 nm,平均值为17.76 nm。研究成果可为济阳坳陷页岩油的储量计算及储层评价提供参数指标和技术支撑。

渗吸是页岩油藏压裂开发的重要机理,最大渗吸动用距离是渗吸动用范围评价的直接指标,对页岩油藏开发具有重要意义。为确定页岩油藏最大渗吸动用距离,在表征页岩油藏毛细管力曲线基础上,运用渗流理论、数值计算方法,建立了页岩油藏逆向渗吸最大渗吸动用距离计算方法,通过与室内实验结果进行对比,验证了计算方法的可靠性,同时开展了最大渗吸动用距离影响因素分析。研究表明:随着渗透率增加,最大渗吸动用距离呈线性增加,但达到最大渗吸动用距离所用时间呈指数降低;油水黏度比对最大渗吸动用距离无影响,但原油黏度越大,达到最大渗吸动用距离所需时间越长;当储层渗透率为0.05 mD、接触角为45 °、界面张力为50 mN/m时,最大渗吸动用距离为2.2 m,所需时间为170 d,用时较长。该研究可为页岩油藏渗吸动用范围评价提供借鉴。

针对低渗透油藏高压注空气开发过程中原油氧化机理不明确和增油潜力预测难的问题,开展低温氧化实验和长岩心注空气驱物理模拟实验,分析不同油藏条件下氧化反应前后油气组分变化差异,揭示原油低温氧化反应特征和规律,探究低渗透油藏水驱转注空气驱开发潜力,评价注空气驱驱油效果。研究表明:随着氧化温度的升高,耗氧量增加,氧化后油样轻质组分减少,中质和重质组分增加;含水饱和度过高使原油氧化的热效应降低;原油氧化敏感性因素从大到小依次为压力、温度、含水饱和度。空气驱具有较好的驱油效果,驱油效率可达41.20%,但注气压力过高易导致气窜;水驱至经济极限后转空气驱可以提高驱油效率,但空气驱阶段驱油效率增长幅度较小,最终驱油效率为50.92%。在实际开发过程中,应采用减氧空气驱并优化注气参数,控制窜流通道形成,提高采收率。研究结果可为低渗透油藏空气驱开发提供基础理论依据和技术支持。

大庆油田杏一—三区西部Ⅲ块低渗储层经历天然能量、水驱和聚合物驱多种开发方式,剩余油分布十分复杂,开发效果亟待改善。因此,在剩余油研究和开发效果分析的基础上,将区块分为正常聚合物驱、套管损坏聚合物驱、聚合物后续水驱3个区域,利用人造岩心驱油和数值模拟技术开展改善区块开发效果技术对策研究。正常聚合物驱历经多年化学驱开发,剩余油零星分布在砂体边部及渗透率较低部位;套管损坏聚合物驱受防套关控影响,油层动用差,剩余油储量较高。因此,针对不同区域特点,在开发方式、驱油体系、井网设计3个方面进行优化,正常聚合物驱及聚合物后续水驱区域采用普通聚合物驱抽稀为五点法175 m井距井网,段塞尺寸为0.40倍孔隙体积;套管损坏聚合物驱区域采用普通聚合物驱局部加密成五点法140 m井距井网,段塞尺寸为0.70倍孔隙体积,全区预测提高采收率为3.53个百分点。方案实施后目前区块累计注入聚合物前置段塞为0.10倍孔隙体积,预计可增油9 780 t。该研究可为聚合物驱区块改善开发效果提供借鉴。

针对页岩储层无机孔隙和有机孔隙共存的问题,运用双重连续介质方法,结合油相和水相在页岩无机孔隙和有机孔隙中的润湿性和渗流特征,得到油相和水相在页岩中的渗流数学模型。基于该模型拟合页岩油水自吸实验结果,分别得到了页岩的无机孔渗透率和有机孔渗透率,实现了对页岩储层含油量的准确计算,研究了页岩渗流过程的动态特征和影响规律。结果表明:无机孔渗透率为10^-8~10^-5 D,有机孔渗透率为10^-10~10^-7 D;随无机孔渗透率、有机孔渗透率的增加,页岩自吸速率加快;当有机孔渗透率与无机孔渗透率比值小于10^-3时,有机孔渗透率对自吸速率的影响不显著。研究成果对页岩储层渗透率和储量的精细评价具有重要指导意义。

为探究高—特高含水中低渗油藏水驱开发后期提高采收率的有效途径,以南湖油田为例,利用矿物分析与SEM等方法深化储层微观特征再认识,应用核磁共振与压汞结合的方法研究冻胶分散体提高采收率的可行性和应用效果。研究表明:南湖油田大孔道较发育,速敏与水敏特征明显,水窜严重是开发低效的主要原因,低排量注水、保持地层能量、控制水窜是提高开发效果的关键;冻胶分散体能有效抑制水窜,提高中小孔隙剩余油的启动能力,通过冻胶分散体驱替后,样品岩心小孔隙采收率提高52.83个百分点,中孔隙采收率提高34.60个百分点,综合采收率提高33.14个百分点,开发效果显著提升。研究结果可为高含水油藏改善开发效果提供借鉴。

油基钻井液的应用范围较广,为降低油基钻井液成本,通过优选低成本油类基础液,开展研发新型单剂高效乳化剂,降低油水比,降低有机土加量等研究,建立了新型低成本低油水比低土相油基钻井液配方,同时对其性能进行了室内评价。实验结果表明:该钻井液油水比在65:35~85:15范围可调,有机土加量小于等于2.0%,密度为1.4~2.2 g/cm³ ,抗温达200 ℃,破乳电压大于800 V,高温高压失水量小于3 mL,油基钻井液单方成本较3号白油配制的油基钻井液降低15%以上,适用于-25 ℃条件,可满足辽河油区冬季施工需求。在辽河油区页岩油、致密油地层进行了应用,现场应用结果表明,低成本低油水比低土相油基钻井液性能稳定,封堵防塌性能良好,乳化稳定性良好,耐低温效果好,单方成本明显降低。研究成果有利于油基钻井液应用规模的扩大,可满足非常规油气资源低成本、安全、高效开发的技术需求。

渤海油田潜山储层岩性多样、地质条件复杂、非均质性强,传统机械比能模型对潜山储层储集性能响应的敏感性较差,难以高效指导勘探作业决策。为此,基于微钻头钻进实验和滑动窗口理论,分析了机械比能对工程参数的响应规律,构建了机械比能标准化模型和改进型机械比能模型,形成了潜山储层储集性能解释标准。结果表明:渤海油田潜山储层钻压系数为0.309～0.605;改进型机械比能小于0.80时为Ⅰ、Ⅱ类储层,改进型机械比能为0.80～1.15时为Ⅲ类储层,改进型机械比能大于1.15时为致密储层。研究成果在渤海油田36口潜山探井作业中进行了应用,储层储集性能解释符合率平均值为80.2%。该研究可为中途测试、完钻等勘探作业决策提供技术支持,具有很好的借鉴意义。

准确预测持液率可为井筒中的流型判断和压降预测提供重要依据,段塞流为稠油井筒中最常见流型,井筒高黏流体将加重气液两相滑脱,导致现有持液率模型应用于高黏流体的预测精度变差。为此,基于多相管流实验平台,在内径为60 mm的测试管段内开展段塞流持液率实验,获取了不同黏度、不同倾角段塞流流型及持液率数据,研究了黏度对持液率和流型转变的影响规律,并结合实验现象和理论推导,提出了倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率新模型。研究结果表明:液相黏度的增加,会增加液相与管壁之间的黏滞力,导致持液率增加;黏度对持液率的影响会改变段塞流与其他流型的转变界限。以Kora液塞区持液率关系式为基础,建立了用混相黏度代替液相黏度的倾斜管气液两相段塞流持液率新模型,并利用实验数据和文献数据进行了验证,证实新模型具有更高的精度。该研究可为预测稠油井井筒压降提供技术支持。

为探究超声波振动辅助页岩储层改造的可行性,通过数值模拟方法建立层理状页岩的离散元模型,模拟不同层理倾角的层理状页岩在超声波振动下的损伤情况。结果表明:振动方向与层理面的夹角对超声波振动的传播有显著影响,振动方向与层理面夹角越小,生成微裂纹越多;裂纹主要集中在靠近振动源的地方,离振动源较远处生成的微裂纹数量较少;超声波振动对层理状页岩的强度影响明显,可在页岩内部诱生大量微裂纹,页岩微观结构和物理性质发生变化,单轴抗压强度和弹性模量会显著降低。该研究为利用超声波振动对层理状页岩进行储层改造提供了理论基础。

在高温条件下,聚丙烯酰胺类降滤失剂分子易发生降解,导致降滤失效果大幅下降。为此,通过超支化单体季戊四醇三烯丙基醚(APE)与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)、丙烯酰胺(AM)、对苯乙烯磺酸钠(SSS)共聚合成了一种耐高温的超支化聚合物降滤失剂JHPAS,以JHPAS为基础配制了一种新型的无黏土水基钻井液,分析其降滤失机理,评价其在高温、高盐条件下的流变性能和降滤失性能。结果表明:JHPAS具有很好的热稳定性,在水溶液中可形成网络结构,在无黏土水基钻井液中吸附于超细CaCO₃表面形成致密滤饼,并堵塞滤饼上的孔隙,进一步降低钻井液滤失量;构筑的无黏土水基钻井液在200 ℃老化16 h、饱和氯化钠盐水的条件下仍具有稳定的流变性和良好的降滤失性能,API滤失量和高温高压滤失量分别为5.5 mL和7.6 mL。研究成果有助于推动超支化聚合物在深层、超深层油藏钻井液中的研究与应用。