氦气地质理论认识、资源勘查评价与全产业链一体化评价关键技术

鉴于我国氦气产业链理论技术需求,针对国内外尚无系统的氦气地质理论认识,缺乏针对性的氦气资源评价方法、参数取值标准,缺乏氦气含量综合准确检测、有利富集区优选方法,无成本指标优化体系及全产业链一体化评价方法等卡点和难点,本文运用地质、地球化学、重磁电震、投资经济等多学科方法及实验技术,集中力量攻克氦气成藏机理、资源评价及资产评价的关键技术瓶颈。研发形成1项地质理论认识和3项关键技术:基于典型富氦气藏解剖、地下流体中“氦-气-水”相平衡及相-势耦合分析,研究提出氦气“水溶相、气容相、游离相”3种主要赋存状态、“集流、渗流、扩散”3种运移机理、“近氦源、邻断裂、低压区、高部位”4项分布富集控制因素,初步建立了基于“优质氦源、高效输导、适宜载体”的氦气“生-运-聚”地质理论认识。针对国内氦气含量检测技术参差不齐、部分准确度差、与国外数据差别大、无针对性的氦气资源评价方法等系列难题,以氦气源及氦气含量为核心,研发氦气含量综合准确检测技术,构建4类10种氦气资源评价方法,解决了氦气资源分级分类评价的技术瓶颈。针对基底氦源分布、岩性识别、通源断裂刻画及含氦储层评价难题,创建了归一化重磁下延方案,研发了基于深度学习的多尺度断裂智能识别技术和不同氦气含量下的气藏声学性质模拟方法,为氦源岩分布预测、通源断裂刻画、含氦储层测井解释评价及预测奠定了基础。通过建立多元控氦的富氦区带与目标优选技术,解决了富氦区带与目标优选难题。针对国内贫氦实际情况,以提氦装置投资和操作成本最小化为目标,采用响应面法建立优化目标与各主要工艺参数的非线性回归模型,建立了氦气全产业链一体化评价技术,初步解决了天然气低成本提氦工艺流程优化的技术需求。研究成果为我国长期、安全、规模利用氦气资源资产提供了有效支撑。

基于横向各向同性模型的致密砂岩地应力测井评价方法

中国致密砂岩储层属陆相成因,在成岩过程中不但存在组成矿物定向引起的内在各向异性,也存在板状层理、交错层理或成分层等引起的各向异性。常规基于各向同性模型的地应力计算方法已不适用,需要建立适用于致密砂岩性质的新模型。通过对松辽盆地全直径致密砂岩进行不同方向取心,测量了不同岩心不同方向的纵、横波速度,实验结果表明,致密砂岩具有横向各向同性性质,进一步建立了基于横向各向同性特征的弹性系数表征方法。将岩心应力应变实验与声波实验相结合,建立了适用于目标区的动、静态模量转换模型,并将其应用于基于横向各向同性模型的致密砂岩地应力测井评价中。应用结果表明该模型与压裂结果一致,能更好地反映实际地层情况。

不同围压和流体饱和状态下致密砂岩弹性各向异性特征

为研究致密砂岩声波速度及其各向异性随围压的变化规律以及不同流体饱和状态下的弹性各向异性特征,钻取了不同方向的岩心并在实验室超声波频率下对致密砂岩的声学特性进行了测量,分别给出干燥和饱和水状态下,不同方向样品纵横波速度、刚性系数以及各向异性系数随围压的变化规律,并对实验结果进行了分析讨论.实验结果表明致密砂岩纵横波速度、纵横波速度比以及刚性系数均随围压增加而增加,但其在不同饱和状态下的变化率却截然不同;纵横波速度比、各向异性系数在饱和水状态下变化规律不明显,表明孔隙流体的存在对于岩石物理性质有着非常重要的影响.这方面的实验工作不但对于考察不同流体性质对致密岩石弹性各向异性影响是必要的,而且有助于致密砂岩油水和气层的识别.

歧口凹陷地层压力特征及其在测井解释中的应用

分析了歧口凹陷的异常压力形成机理,以声波测井资料为基础,利用C++语言编写了基于等效深度法的地层压力计算模块(FPCM),对异常压力带的纵向分布特征和横向展布规律进行了研究,选取歧口凹陷7口重点井,连续计算每个点的地层压力,其计算结果与实测地层压力比较接近,相关系数达到0.98。计算出的压力可以代替地层中的实际压力并运用于测井解释评价中。研究认为歧口凹陷异常压力带在纵向上可分为正常带、过渡带和超压带等3段,纵向上可识别出多套异常压力系统,且随着深度增加,剩余压力总体有增大的趋势;横向上有一定的展布范围,不受层位的控制,往往与大套的厚层泥岩相对应。研究了地层压力在识别相对优质储层及定性判断储层产能方面的应用,为应用地层压力资料进行测井综合解释提供了新的思路。

Analysis of elastic anisotropy of tight sandstone and the influential factors

Tight sandstone has a certain anisotropy. Using ultrasonic measurements of samples in three different directions and related matched experiments, this study systematically analyzes the pore structure and anisotropy of tight sandstone samples obtained from oil fields and compares results with those of shale. Results firstly show that the anisotropy of tight sandstone is mainly related to the compositional layering and thin interbedding which occur in different sedimentary environments. Tight sandstone has typical transverse isotropic medium characteristics, Young’s modulus increases in different directions with increasing confining pressure, Poisson’s ratio change is not obvious, anisotropic coefficients decrease with increasing effective pressure, and a certain linear relationship exists between ε, γ, and δ. This article finally summarizes anisotropy in different areas, thereby providing a foundation for the use of suitable appraisal models in different regions. This research can be used as an experimental reference for logging evaluation, seismic data interpretation, and fracturing develop of tight sandstones.

页岩气地球物理测井评价综述

页岩气是指生成、储集和封盖均发生于页岩体系中,或游离于基质孔隙和天然裂缝中,或吸附于有机质和粘土矿物表面,或溶解于沥青和水中,在一定地质条件下聚集成藏并具有商业价值的生物成因和/或热解成因的天然气.在页岩气勘探开发中,地球物理测井是识别、评价页岩气储层并为后期完井提供指导参数的重要手段.页岩气属于极低孔极低渗的范畴,且具有很强的非均质性和各向异性,常规油气藏测井解释评价方法已不再适用,必须建立新的页岩气测井解释评价体系才能够对页岩气藏做出准确评价.评价页岩气藏的潜力涉及对多种因素正反面影响的权衡,包括页岩矿物组分和结构、粘土含量及类型、干酪根类型及成熟度、流体饱和度、吸附气和游离气存储机制、埋藏深度、温度和孔隙压力等.其中,孔隙度、总有机碳含量和含气量等对于确定页岩储层是否具有进一步开发价值非常重要.本文针对国外尤其是美国近期页岩气勘探开发的现状进行了广泛的文献调研,综述当前国外页岩气地球物理测井技术的发展现状,针对勘探开发的不同阶段介绍常用的含气页岩的测井系列,然后总结页岩气测井响应特征,并详细论述了页岩气储层评价方法及储层评价的重要参数,包括有机碳含量、岩石矿物组分及含量、孔隙度、含气量及岩石力学参数,最后提出我国页岩气地球物理测井研究存在的问题和发展趋势.

井环境对阵列感应测井响应的影响分析

阵列感应测井资料经常出现与井眼环境有关的质量问题.采用三维矢量有限元法分别在椭圆形井眼、仪器偏心及斜井条件下的阵列感应测井原始响应进行了模拟,并对环境校正和合成聚焦后的数据进行了分析.结果表明,线圈距较短的原始测量信号更易受井眼椭圆度、仪器偏心、泥浆电阻率及与地层电阻率反差的影响;而合成聚焦后的浅探测曲线虽然经过了环境校正和合成聚焦等数据处理,但仍然受这些因素的影响,这反映出阵列感应测井的数据处理是不完善的或采用的校正模型是理想化的;在井斜影响方面,浅探测曲线受井斜角大小影响相对较小,深探测曲线在井斜角为60°以上时受其影响较大而必须进行进一步处理.

致密砂岩电学各向异性测井评价与声电各向异性一致性分析

针对致密砂岩各向异性反演问题,提出了从阵列侧向测井和微电阻率扫描成像测井提取电阻率各向异性的新方法,并对电学和声学各向异性的一致性开展研究。阵列侧向测井包含电阻率各向异性信息,但数模表明钻井液侵入是影响其响应特征的主要因素,其次分别是相对倾角θ和电各向异性系数λ。提出在已知θ前提下分步确定侵入半径ri、冲洗带电阻率Rxo、原状地层电阻率Rt初始值的分级反演以确定ri、Rxo、Rt和λ的方法。微电阻率扫描成像测井是对不同方位上电阻率分布特征的刻画,可以通过对比不同方位上电阻率的大小及水平、垂直方向的电阻率差异来提取电各向异性信息。致密砂岩矿物颗粒的定向排列和裂隙发育等因素是决定其各向异性的主要内在因素,由此产生了电各向异性及声各向异性,二者的强弱具有一致性。对多口井的测井资料分析表明,从阵列侧向、微电阻率扫描成像和交叉偶极声波测井分别提取的电、声各向异性强弱程度相互匹配,验证了反演方法的准确性及刻画不同岩石物理各向异性变化趋势的一致性。该研究为致密砂岩的各向异性评价提供了更多的技术手段。

各向异性快地层最小水平主应力测井计算方法

利用测井资料来准确计算5个独立的刚性系数(C_(11)、C_(33)、C_(44)、C_(66)和C_(13)),以解决横观各向同性快地层最小水平主应力的测井计算难题。通过声速各向异性及黏土含量实验测量,分析并建立了声波各向异性系数与黏土含量的函数关系及不同刚性系数之间的转换关系,在此基础上建立了一套利用测井资料计算各向异性快地层刚性系数及最小水平主应力的方法。实际应用表明,该方法与仅适用于慢地层的基于水平横波速度的计算方法互为补充,可用于评价致密油气储集层岩石力学参数,优选压裂试油层段。

差异性成岩过程对百口泉组砂砾岩岩石物理特征的影响

现有针对储层岩石地震岩石物理性质的研究通常不考虑地质过程的影响,致使研究结果缺乏明确的地质意义,制约了储层地震预测和评价的效果.本文通过对玛湖凹陷百口泉组砂砾岩岩石物理性质的测量,并结合岩石学特征分析及沉积环境的划分,在沉积环境与成岩石作用过程框架下分析岩石物理特征的变化规律.研究结果表明,不同微相砂砾岩初始沉积物矿物组成影响了后期成岩过程,差异性的成岩过程形成不同的岩石微观结构特征.三角洲平原辫状河道与泥石流微相砂砾岩塑性组分含量较高,在机械压实阶段已致密化,成岩作用主要表现为成岩早期的淡水渗滤黏土与火山碎屑蚀变黏土的岩屑颗粒包裹式胶结,具有以塑性黏土作为岩石受力骨架的特征.三角洲前缘砂坝与水下分流河道砂砾岩中刚性花岗岩岩屑、石英以及长石的含量较高,机械压实作用相对较弱,原生粒间孔隙保存较好,同时溶蚀孔隙也较发育;砂砾岩成岩作用表现为从前缘砂坝微相的硅质胶结为主转变为水下分流河道微相的硅质+黏土胶结,具有以刚性石英或石英+黏土作为岩石受力骨架的特征.前缘碎屑流砂砾岩样品则表现为快速堆积的钙质基底式胶结,以钙质胶结物作为岩石受力骨架.由砂砾岩颗粒微观接触特征(胶结特征)所决定的岩石受力骨架控制了宏观岩石物理性质变化规律,表现为具有相同颗粒边界力学特征的微相样品具有一致的速度-密度、纵波速度-横波速度以及孔隙度-速度变化关系,也造成不同微相样品在纵、横波速度比及电阻率值上具有明显的差异,具有分区分布的特征,速度比与电阻率可作为百口泉组砂砾岩储层评价的敏感岩石物理参数.研究结果可为该组砂砾岩储层的测井解释和“甜点”地震预测提供依据,并可作为示例形成在地质过程中研究岩石物理特征演化的新方法.

歧口凹陷盐水泥浆油气层识别方法研究

借鉴大港油田歧口凹陷多口盐水泥浆井测井资料及试油结果,针对目标区块的预探井沙河街组,提出了通过利用泥浆侵入后的剩余油气所反映的测井信息,与储层相近的泥岩电阻率相比较以识别储层流体类型的方法。建立了岐口凹陷沙河街组盐水泥浆井的油气层识别标准;将研究成果(Rt/Rsh)-AC的油气层识别评价图版应用在Forward平台上,编制成软件SML实现对盐水泥浆井全井段的处理解释。该方法应用于沙河街组9口预探井的29个试油层,证实其解释符合率为89.7%,取得了明显的地质效果。

基于测井数据的米氏旋回分析及浮动天文年代标尺的建立

鄂尔多斯盆地长7段为半深湖-深湖沉积环境,沉积稳定连续,且记录了米氏周期.本文针对深度与沉积时间如何转换及地层时间轴如何建立等问题,首先采用傅里叶变换和小波变换对模拟的地球轨道周期信号进行分析,识别出米氏周期,并论证两种方法用于识别米氏旋回的可行性;进而基于鄂尔多斯盆地长7段实际测井数据,建立了频谱分析与小波深频分析米氏旋回、沉积时间及速率的方法步骤与公式,研究出小波尺度与地球轨道周期的关系,形成转换模型公式,并通过B159井的测井曲线识别出该井长7段的米氏旋回,计算出该井长7段的平均沉积速率分别为5.05 cm·ka^(-1)、5.07 cm·ka^(-1).最后分析了鄂尔多斯盆地长7段地层旋回主要受404 ka的长偏心率周期控制,通过重构长、短偏心率周期小波系数曲线,建立了B159井长7段的浮动天文年代标尺,形成了天文年代标尺计算方法与步骤.结果证实长7段共记录了6个长偏心率旋回和20个短偏心率旋回,得出长7段124 m的地层沉积时限约为2.4 Ma.浮动天文年代标尺的建立有助于对各种地质事件的持续时间做出精确估计,为深时地球研究助力.

快弯曲波方位差异判断各向异性类型的方法及其应用

利用正交阵列偶极声波测井可以提取地层各向异性,但有效区分各向异性的成因类型,特别是区分应力诱导成因还是裂缝等固有成因是个难题。在应力引起的各向异性中,由于应力的集中效应,快弯曲波方位角度在高、低频段的差值接近90°,而在裂缝、页理等固有的各向异性中,快弯曲波方位角度在高、低频段的差值接近0°。基于快、慢弯曲波声源信号一致的特征,构建了新的特征函数,实现了全频段快弯曲波方位角度的计算,同时在反演过程中引入全频段快弯曲波慢度始终小于慢弯曲波的约束条件,极大提高了反演计算的正确率。该方法不仅使正交阵列偶极声波测井能够提取各向异性,还能进一步区分各向异性类型,有效扩展正交阵列偶极声波测井在非常规储层勘探中的应用领域和深度。

基于一体化测井平台的岩石力学评价系统的开发及应用

基于一体化网络测井处理解释软件平台,以C语言为基础,研发了岩石力学参数评价系统,包括:孔隙压力、杨氏模量、泊松比、体积模量、最大最小主应力、岩石强度、地层破裂压力、井壁坍塌压力、出砂指数、压裂裂缝高度预测等10多个评价参数.采用模块化开发,功能稳定,功能扩展性强,能够随时动态挂接各功能模块.

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组页岩储集层裂缝测井识别与有效性分析

中国页岩油资源潜力巨大,裂缝的发育程度是影响页岩油产量高低的重要因素。以准噶尔盆地玛湖凹陷风城组页岩储集层为研究对象,通过岩心观察、薄片鉴定、常规及成像测井方法总结归纳了研究区裂缝的发育特征,提出“常规+成像+岩心”的页岩储集层裂缝测井综合识别方法,建立了典型裂缝发育类型的测井综合识别图版。结果表明,玛湖地区天然裂缝在风三段密集发育,风一段次之,风二段中部几乎不发育。裂缝主要在长英质页岩、云质页岩和混合质页岩中发育,以高角度构造裂缝与低角度成岩裂缝为主,开启程度高,少数被碳酸盐矿物充填,走向主要为NW-SE向。基于裂缝参数定量计算结果,结合岩性及矿物组分和地应力等因素分析了储集层裂缝有效性。研究认为,脆性矿物组分含量高、走向平行于现今水平最大主应力的高角度未充填裂缝发育段对储集层有效性存在明显的控制作用,与产液资料较为吻合。此裂缝测井综合评价方法效果显著,可为页岩储集层裂缝识别与有效性评价提供方法支撑。

基于KNN分类算法的微生物白云岩岩相测井综合识别——以四川盆地GM地区灯四段为例

微生物碳酸盐岩的岩-电关系复杂,目前常规测井与电成像测井结合是最有效且精度最高的识别手段。针对人工智能测井岩相识别方法存在的不同维度的测井数据融合难、取心资料有限而训练样本数量不充足的问题,提出基于适应小样本的机器学习法——K邻近分类算法(KNN),对常规测井与电成像测井分别训练和识别,再将识别结果融合的技术方法。首先,基于岩心资料分别建立岩相分类方案和岩石构造特征分类方案,建立岩心训练样本参数库;然后,基于KNN方法,应用常规测井识别的岩相类型,应用电成像测井识别岩石构造特征类型;最后,根据专家经验对2种识别结果进行融合,获得细分类的岩相类型。以四川盆地GM地区灯影组四段为例,应用上述方法分别识别6种岩相类型和7种岩石构造特征类型,在此基础上根据专家经验融合,最终识别9种细分类的岩相类型。该方法总体识别符合率在85%以上,有效支撑了GM地区灯四段沉积微相的精细研究,推动了该区的勘探和开发工作。该方法发挥了常规测井和电成像测井的优势,能够实现高效率、高精度的岩相测井识别,可推广应用。

孔隙压力成因测井反演方法研究--以Y井为例

异常孔隙压力成因复杂,不同成因的孔隙压力计算所采用的方法也不尽相同,在实际生产应用中若未充分考虑压力成因会导致严重的错误。依据研究区异常压力成因,选用Bowers法对大港油田Y井进行了处理分析,发现实际的MDT测试压力与Bowers法计算的孔隙压力不一致,这种情况在国内的孔隙压力研究中并未出现过。针对这一异常,在资料收集和文献调研的基础上分析了异常的原因,找出解决该问题的方法,并利用油田研究成果加以证实,首次为解决这类问题提供了参考,也从另一方面说明考虑成因的孔隙压力计算方法是十分必要且重要的。同时,也为孔隙压力数据反演其成因提供了一种思路。

页岩岩相测井表征方法——以准噶尔盆地玛湖凹陷风城组为例

页岩油气藏作为重要的非常规油气藏,富含巨大的油气资源潜力,且常形成于深湖-半深湖沉积体系.页岩中复杂的矿物成分以及沉积组构类型对于页岩储层物性、含油性和可动性具有重要的影响,因此“矿物成分+沉积组构”的岩相划分与识别是页岩储层油气勘探开发的关键所在.但由于目前常规测井纵向分辨率有限导致无法实现页岩中毫米尺度的沉积组构精细描述,在页岩“矿物成分+沉积组构”岩相的识别方面尚未形成完整的方法理论体系.本文由此将利用岩心刻度测井的方法,通过岩性扫描测井与微电阻率成像测井相结合的方法,对玛湖凹陷风城组页岩层段的矿物成分和沉积组构类型进行连续识别,实现单井页岩段“矿物成分+沉积组构”岩相类型划分.通过岩相划分结果与现场试油试采资料相对照,发现薄层状与厚层状长石-石英质泥页岩相叠置发育的岩相组合产能最佳,因此可作为风城组页岩层段的优势岩相组合进行深入研究,为后续勘探开发提供参考.