针对致密储层束缚水膜厚度的计算方法种类较多,在实际研究中无法准确选择的问题,通过文献调研,对近年来致密储层束缚水膜厚度的计算方法和影响因素进行总结。研究表明:致密储层束缚水膜厚度计算方法分为以束缚水膜体积与孔喉表面积的比值为机理的宏观计算方法,以及将基质简化为毛细管模型或从微元角度出发的微观推导方法;束缚水膜分为初始水膜、驱替后水膜和渗吸后水膜,初始水膜厚度受储层的相对湿度、储层深度和渗透率等因素影响,驱替后水膜厚度受驱替压力、渗透率和孔隙度等因素影响,渗吸后水膜厚度受含水饱和度、离子质量浓度和基质组成等因素影响。该研究对计算致密储层束缚水膜厚度方法的选择以及提高采收率研究有一定的借鉴意义。

为揭示鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部甘泉地区长7油层组页岩油储层的宏观非均质性及其对石油分布的控制作用,通过隔夹层识别统计、渗透率统计及劳伦兹曲线构建等方法,定量表征并比较了长7₁、长7₂油层亚组的宏观非均质性,利用相关分析和多因素叠合的方法,分析了宏观非均质性对石油分布的影响。研究结果表明:研究区长7₁、长7₂页岩油储层平均发育夹层数分别为3.8、5.1层,砂体渗透率以复合韵律为主,且非均质性强;平均发育隔层数分别为3.4、2.8层,单隔层的平均厚度分别为6.0、4.9 m;长7₁较长7₂表现为稍弱的层内非均质性和较强的层间非均质性。页岩油砂岩储层的韵律性对含油饱和度有明显的影响,厚度大于10.0 m的隔层对油气有明显的封盖作用,“物性”隔夹层则构成油气聚集的侧向遮挡。长7₁油层亚组较长7₂油层亚组隔层更为发育,而长7₂油层亚组油气更富集。平面上,油气富集区分布呈条带状,多位于砂体厚度大且连续性较好、渗透率大于0.2 mD的区域,顺河道砂体延伸的方向上油层厚度变化小,垂直河道延伸方向上变化较大。研究结论可为鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部长7夹层式页岩油有利区评价及开发参数优选提供理论参考。

近年来,渤海湾盆地探明数个石炭系—二叠系煤系烃源岩供烃的凝析油气藏,展现出可观的勘探潜力。针对研究区烃源岩生烃特征认识不清、勘探方向不明的问题,亟需重新认识煤系烃源岩的供烃能力。为此,以渤海湾盆地黄骅坳陷为研究对象,通过岩心、测井、录井、试油等多元数据统计,基于盆地内构造单元沉积充填特征差异分析,运用盆地数值模拟技术建立沉积单元评价模型,开展黄骅凹陷煤系烃源岩不同岩层的空间展布、生烃潜力与生烃特征综合分析,明确了渤海湾盆地石炭系—二叠系煤系烃源岩生烃模式,并预测了研究区潜山油气有利聚集带。结果表明:黄骅坳陷石炭系—二叠系煤系烃源岩以煤岩为标志层,发育泥岩、炭质泥岩与煤岩3种生烃岩性,其中,泥岩厚度大,连续性强,生烃潜力大;生烃模拟表明,一次生烃以泥岩生油为主,二次生烃以多种烃源岩混合生油生气为主;发育早期沉降型、晚期沉降型与持续沉降型3类生烃模式,持续沉降型与晚期沉降型生烃区对潜山原地油气聚集最为有利。研究成果可为研究区煤系烃源岩供烃的油气成藏理论研究与勘探部署提供技术支撑。

针对松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层油气富集主控因素不清的问题,运用测试资料和地震数据综合分析了油气成藏主控因素,并建立了油气富集模式,为油气勘探提供理论依据。研究结果表明:沉积微相控制了优质储层展布;油源断层和砂体组成优势输导通道;三肇凹陷发育了构造-岩性和岩性圈闭两大类构造,细分为鼻状构造-岩性圈闭、断层-岩性圈闭、低幅背斜-岩性圈闭、砂岩上倾尖灭圈闭4个小类,圈闭控制了研究区的油水分布,形成了沉积微相控储、油源断层和砂体控运移和圈闭控富集的油气成藏模式。该研究可为松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层的勘探提供有效指导。

混积型页岩油岩性复杂、矿物类型多、“甜点”横向变化快,常规测井对岩性、物性及含油性响应不敏感,而核磁测井需要岩石物理实验标定,解释周期长,尚缺乏有效的现场“甜点”快速评价技术。针对上述问题,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层为例,以核磁测井解释为依据,研究气测、碳酸盐矿物、钻时等录井资料对混积型页岩油岩性、物性和含油性的响应特征,明确内在联系,优选敏感参数,实现页岩油储层参数和“甜点”的快速评价。研究表明:混积型页岩油岩性、物性及含油饱和度在录井资料上均有明显响应,其中,碳酸盐含量和白云石占比能有效反映粉砂岩、云质粉砂岩、砂屑白云岩、泥晶白云岩和云质灰岩等主要岩性,碳酸盐含量、全烃/钻时对孔隙度反映敏感,碳酸盐含量、湿度比和全烃对含油饱和度敏感。基于录井敏感参数的孔隙度和含油饱和度解释模型,精度可达71.0%,与核磁测井相比,Ⅰ类油层“甜点”识别率超90%,能够实现随钻过程中页岩油“甜点”的快速准确评价。研究成果对提高混积型页岩油水平井“甜点”钻遇率及降本增效有指导意义。

岩石薄片图像是识别页岩纹层最直接、有效的手段之一。常规方法利用图像色彩分割技术识别页岩纹层,应用于纹层形态复杂多样的海陆过渡相页岩时,识别效果依赖于图像的局部特征,且受纹层形态影响大。针对上述问题,运用二维离散傅立叶变换将岩石薄片图像转换为频域图像,并结合主成分分析技术提取频域图像特征,建立页岩纹层结构发育程度的表征参数,从而提出了一种海陆过渡相页岩纹层结构识别方法。将该方法应用于研究区目的层段的岩石薄片图像分析中,应用结果表明:该方法相比常规方法更适用于复杂多样的海陆过渡相页岩地层,纹层识别符合率达到90%以上。该方法可为页岩结构分析和各向异性评价等工作提供有力支持。

页岩气勘探方向已由中深层页岩向深层页岩逐渐转变,但中深层、深层页岩孔隙结构特征差异不清,控制因素不明,制约了对深层页岩气成储成藏机理的认识。为此,基于场发射扫描电镜、高压压汞、氮气吸附实验及有机地球化学参数,对川南长宁、丁山地区的龙马溪组中深层、深层页岩的地质特征、岩石特征和孔隙结构等进行对比研究。研究表明:川南地区中深层和深层页岩样品的碳酸盐岩矿物和石英含量差异较大,黏土矿物含量均较高;长宁地区中深层页岩有机质均匀发育,但孔隙较小,溶蚀孔与粒间孔较发育,而丁山地区深层页岩原生粒间孔与有机质孔较为发育且有机质孔隙较大;长宁地区中深层页岩的孔体积与比表面积主要由微孔贡献,而丁山地区深层页岩的孔体积与比表面积主要由中孔和宏孔贡献;沉积环境不同造成矿物组分的差异是导致2套页岩孔隙结构差异的主要因素之一。研究成果对深化深层页岩成储机制具有重要意义。

渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩油资源丰富,但对于页岩油的储层特征、油气赋存、可动性及其关联性研究较少。为此,采用氩离子抛光-场发射扫描电镜、中子散射、高压压汞、低温氮气吸附等实验,对孔二段页岩油储层开展微观孔隙结构描述,对比抽提前后的孔体积之差与饱和-离心核磁共振结果,揭示了页岩油赋存及可动性特征。研究结果表明:孔二段页岩主要发育纳米级的粒间孔、溶蚀孔、有机质孔及微米级的微裂缝等储集空间;页岩油主要赋存于直径为20～40 nm和80～200 nm的孔隙中;长英质页岩具有较高的可动油饱和度,表明其具有更好的孔隙连通性和渗流能力,有利于页岩油的运移。页岩储层中矿物含量和孔隙结构共同控制了页岩油的可流动性。孔径小于50 nm的孔隙具有较大的比表面积,对页岩油的吸附能力较强,不利于页岩油的流动。该研究成果对页岩油的勘探开发具有重要指导意义。

针对XAB区块致密砂岩微观孔隙结构特征不明确的问题,采用高压压汞(HPMI)、核磁共振(NMR)、铸体薄片(CTS)以及扫描电镜(SEM)等实验方法,研究了XAB区块致密砂岩储层微观孔隙分布及连通特征,明确了有效孔喉半径、有效孔隙度和有效可动孔隙度等参数与宏观物性之间的关系,识别并评价了典型孔隙结构储层的微观和宏观特征。研究结果表明:目标储层孔隙类型多,孔径范围广,但整体孔径小于2 μm,孔喉以大孔-细喉“墨水瓶”形连通方式为主;孔径大于有效孔喉半径的孔喉虽然占总孔隙体积比例较小,但却对渗透率的贡献率达到了90%以上;NMR测量的孔径分布范围比HPMI更宽,有效可动孔隙度排除了孤立大孔隙中存在的不可动水,与HPMI获得的有效孔隙度之间存在强正相关性,与渗透率具有较高的指数关系;孔喉半径在控制微观孔隙结构和宏观储层质量方面有着重要作用;目标储层孔隙结构可划分为3类,即Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类,随着储层孔隙结构参数变差,平均有效可动孔隙度分别为2.93%、0.78%和0.15%。研究结果对目标储层评价及高效开发具有重要意义。

为深化对川南自贡地区五峰组—龙马溪组海相页岩沉积环境特征及有机质富集机理认识,通过开展有机地球化学和元素地球化学等实验,对Z303井沉积环境特征进行综合研究。结果表明:研究区海相页岩有机质丰度高,TOC平均为2.15%,矿物组成以石英和黏土矿物为主,氧化还原环境是自贡地区有机质富集的主控因素;五峰组和下龙马溪组沉积时期有机质富集条件相比中龙马溪组和上龙马溪组沉积时期更加优越,形成了一套富含有机质且脆性矿物含量高的优质页岩,是研究区页岩气勘探开发的首选目标。

针对常规油藏数值模拟软件不能精确模拟致密油压驱注水开发过程中裂缝扩展延伸的问题,基于压驱开发过程中动态裂缝扩展规律,将裂缝扩展模型与致密油藏油水两相渗流模型有机耦合,建立了压驱注水模型,并采用有限差分法求解。将模型用于某油田X8井组“五点法”注采井网,研究高速恒定排量与阶梯增加排量下压驱开发的生产动态特征。结果表明:注入排量与裂缝延伸速度呈正相关;同一注入排量下,注水井近井地带裂缝延伸速度较快;动态裂缝使压力和注入水沿着裂缝延伸方向传播;在采用五点法井网且累计注水量均为3×10⁴m³的情况下,采用阶梯增加排量压驱方式与高速恒定排量压驱方式相比,裂缝延伸长度增加了11.9 m,油水前缘位置运移滞后了4.2 m,对应角井见效时间晚5 d,见水时间晚31 d,阶段采出程度提高0.45个百分点;阶梯增加排量压驱方式改善了注入水波及面积,延缓了采油井见水时间,改善了油藏的开发效果。研究内容可为致密油藏压驱开发注水设计提供技术支撑。

针对页岩气藏受两相复杂流动与流固耦合作用影响导致产能预测难度大的问题,将渗流场分为主改造区、次改造区和未改造区,结合多流态统一输运模型及等效连续非均匀介质物理模型,建立多尺度气-水两相流动流固耦合数学模型,并利用无网格广义有限差分法对数学模型进行编程求解。研究结果表明:无网格广义有限差分法能适应不同计算域情况,避免传统差分网格与非结构网格耦合所导致的运算不稳定;压降前缘在未改造区的传播仅为20 m左右,固体位移主要发生在次改造区与未改造区的交界区域;忽略应力场的影响,气井投产初期产气量被显著高估,到生产后期这种影响逐渐下降;低初始含水饱和度的页岩气藏更有益于开发,储层优选时应重点考虑含水饱和度。研究成果对流固耦合数值模拟及非常规油气藏产能预测具有指导意义。

针对致密油水平井产出剖面定量诊断技术难的问题,以致密油水平井温度剖面预测模型作为正演模型,并基于模拟退火(SA)算法建立了致密油水平井分布式光纤测温(DTS)数据反演模型,形成了一套基于DTS的致密油水平井产出剖面解释方法,实现对致密油水平井产出剖面和裂缝参数的定量反演解释。结果表明:致密油水平井温度剖面对各因素的敏感性程度由大到小依次为产液量、裂缝半长、渗透率、井筒综合传热系数、孔隙度、裂缝导流能力、储层岩石热导率,影响致密油水平井温度剖面的主控因素为裂缝半长和地层渗透率。采用建立的反演模型对1口油井3个不同生产阶段的实测DTS数据进行反演,产出剖面解释结果与商业软件解释结果平均符合率为87.39%,验证了致密油水平井产出剖面解释方法的可靠性。研究成果对致密油水平井产出剖面的定量解释具有重要指导意义。

为提高致密油藏压裂后油井开发效果,基于河南油田ZD区块,通过压裂裂缝变导流物理实验确定基质及裂缝的渗透率-应力敏感性关系,应用数值模拟方法,确定致密油藏不同储层CO₂吞吐参数最优值。结果表明:在注入和闷井阶段,CO₂波及范围越来越大,波及范围内原油黏度明显降低,生产阶段CO₂随原油产出,动用范围较大;换油率随CO₂注入量或闷井时间的增加均呈现先上升后降低趋势,与CO₂注入速率呈正相关性,与吞吐周期呈负相关性;储层物性越好,最佳CO₂注入量及注入速度越低,最佳闷井时间越短,吞吐周期越多。在四类储层的ZA4121井开展CO₂吞吐试验,累计增油量为303.4 t,取得较好开发效果,换油率为0.16 t/t。研究成果可为致密油藏压裂后CO₂吞吐相关研究与应用提供参考。

针对致密气藏压裂后产能预测难的问题,基于渗流机理,考虑地层的应力敏感及压裂后的地层改善效果,建立适用于压裂停泵反演的线性非均质复合区压裂井模型,利用建立的模型和数值试井确定裂缝参数和地层参数,应用SPSS回归方法建立了压裂前后产能与压裂规模的关系,得到致密气藏压裂后的产能预测方法。研究表明:水力压裂停泵后闷井压力的双对数特征曲线可分为裂缝线性流阶段、过渡段、窜流阶段、外区线性流阶段、边界效应阶段;新建立的产能预测方法应用于榆林气田X井区,产能预测的平均误差为16.1%,具有较好的适用性;不同压裂参数对产能的影响由大到小依次为排量、加砂量、压裂液量;压裂最优排量为3.36~4.83 m³/min,最优加砂量为56.95~77.66 m³,最优压裂液量为167.09~259.91 m³。研究结果对优化致密气藏的压裂设计及压裂后产能预测具有一定的指导意义。

针对致密油藏应力敏感性强引起流体渗流能力变差和产能降低的问题,选取冀东油田某致密储层岩心进行全直径岩心驱替实验和原位CT扫描实验,研究应力敏感作用下的致密油藏孔隙结构及油水两相渗流特征。研究表明:随净应力的增加,应力敏感性增强,岩心的喉道和较大孔隙受到压缩而发生变形,部分超微细小孔隙甚至闭合,油相相对渗透率下降速度和水相相对渗透率上升速度均增大,两相渗透率曲线逐渐下移;束缚水饱和度和残余油饱和度均增大,共渗点右移,两相渗流区逐渐变小,水驱油效率降低,说明油井见水后,含水率大幅增加,油水同产期较短,水驱突破快,水驱油效率下降,主要依靠补充地层能量降低应力敏感对油水两相渗流规律及采收率的影响。研究成果对致密油藏开发技术方案的制订具有重要指导意义。

提高水平扩径井段顶替效率是提高水平井固井质量的途径之一,但相关研究存在假设过于理想化、与现场实际不相符的问题。为此,利用CFD数值模拟方法,以大庆油田古龙页岩储层为例,开展了椭圆形水平扩径井段固井水泥浆三维顶替模拟研究。结果表明:偏心度越高,扩径段的宽窄间隙处的流速差越显著,偏心度为0.7时,流速差达到2.00 m/s,钻井液很难被完全顶替;最大扩径段位于扩径段中部时,水泥浆顶替效率最高,扩径段靠近最大扩径处一侧时,水泥浆顶替效率变差,易形成钻井液滞流区;套管高偏心度条件下,顶替效率随套管转速增加显著改善,偏心度为0.7时,套管转速从30 r/min增至40 r/min,顶替效率提高1.17个百分点;主轴旋转会改变扩径段的几何形状,主轴方位角为60~120 °时,顶替效率变化明显,由60 °增至90 °时,顶替效率降低0.81个百分点。该研究结果有助于提高页岩储层椭圆形水平扩径井段的固井质量。

裂缝扩展与支撑剂运移动态耦合是目前水力压裂数值模拟技术面临的挑战之一。为了探究页岩动态裂缝缝内支撑剂铺置特征,基于三维离散元方法,建立考虑层理的页岩储层裂缝扩展与支撑剂运移动态耦合数值模型,分析了不同支撑剂粒径、支撑剂密度、压裂液黏度和支撑剂注入方式下的裂缝扩展与支撑剂铺置规律。研究表明:粒径越小,支撑剂铺置范围越广,铺置越均匀,粒径为150 μm的支撑剂的铺置面积与铺置效率是粒径为600 μm的支撑剂的1.8倍;支撑剂密度不是影响裂缝扩展和支撑剂运移的主要因素;压裂液黏度越高,裂缝面积和铺置面积越小,铺置效率越高,黏度从1 mPa·s增至15 mPa·s,裂缝面积减少45%,铺置面积减少34%,铺置效率增大12%;支撑剂注入方式为阶梯注入时,压裂液造缝与携砂效果最好。该研究成果可为页岩储层有效改造提供理论指导。

目前页岩气井压裂的泵压预测主要依靠商业软件拟合,预测暂堵剂用量与泵压的数学模型较少。为此,考虑暂堵剂运移终速度、缝宽、暂堵剂阻力等因素,提出了复合暂堵泵压预测数学模型,分析了复合暂堵参数对泵压的影响。结果表明:随复合暂堵剂用量增大,泵压升高;复合暂堵剂同单一暂堵剂相比,复合暂堵剂用量对泵压影响更敏感;随暂堵粒径增大,泵压峰值呈现增大趋势;复合暂堵剂的起压及升压时间较单一暂堵剂明显减小,暂堵效果更佳;复合暂堵剂用量为180 g时,升压时间为31 s,泵压峰值可达到17.5 MPa,与粒径为0.8 mm的暂堵剂相比,升压时间缩短51 s,泵压峰值增大2.7 MPa,升压速度增大63.09%。室内实验和现场应用表明,泵压计算值与实测值最大误差分别为6.76%和6.27%。复合暂堵泵压预测数学模型对暂堵剂用量设计以及暂堵效果评价具有指导意义。

针对辽河油田页岩油储层开发过程中油基钻井液封堵性能不足导致复杂事故频发,低温敏感性强导致循环处理时间长和转运难度大等技术难题,研制了油基交联封堵剂和低温流变性改进剂,形成了一套强封堵恒流变油基钻井液体系,并对该钻井液体系进行了性能评价和实际应用。研究表明:强封堵恒流变油基钻井液密度为1.80~2.40 g/cm³,耐低温达到-25 ℃,耐高温达到220 ℃以上;钻井液具有良好的流变性和沉降稳定性,页岩一次回收率为100.0%,二次回收率为97.5%,对页岩的封堵率达到了60%,可有效减缓压力在页岩内部的传递。现场应用表明:强封堵恒流变油基钻井液体系流变性稳定且易调整,井壁稳定效果好,机械钻速高。该技术可为页岩等复杂地层深井、超深井的高效钻井提供技术参考。

为研究支撑剂在射孔簇中的分布,分析支撑剂沿水平井筒沉降的原理,建立了室内实验模拟装置,通过改变支撑剂泵注排量、粒径、砂比等参数,分析上述因素对支撑剂在射孔簇中分布的影响。研究结果表明:在低泵注排量下,随着砂比的增大,20/40目石英砂主要分布由第2、3个射孔簇变为第1、2个射孔簇,40/70目石英砂主要集中在第1个射孔簇中;高泵注排量下,20/40目石英砂分布与低泵注排量类似,40/70目石英砂受高速流体影响,以远超临界沉积速度的形式运移,大量沉积在第3个射孔簇;相同砂比情况下,流体对小粒径石英砂的冲击作用较弱,支撑剂易沉积在近处,而对大粒径石英砂的冲击作用较强,更易沉积在远处;随着砂比的增大,支撑剂在第1个射孔簇中的质量占比逐渐增大,在第3个射孔簇中的质量占比显著减小。该研究可为水平井分段压裂射孔簇优化和提高改造效果提供有力支撑。