非常规储层微纳米孔隙介质中流体相态研究进展

非常规油气储层具有岩石骨架颗粒小、比表面积大、微纳米孔隙发育的特点,流体与孔隙介质间存在着诸多复杂的界面效应问题,影响微纳米孔隙介质中流体的相态变化规律。对于受限域流体,经典油气相态理论方法忽略分子间相互作用及界面效应的影响,预测微纳米孔隙介质中流体相变特征存在偏差。为了更全面地揭示油气在受限空间中的相态特征及其微观作用机理,总结当前微纳米孔隙介质中流体相态研究技术现状,详细阐述微观实验测试、相态理论模型和分子模拟3种主流技术方法,指出3种技术各自的优缺点,并对未来流体相态研究技术提出展望。分析认为:微观实验测试方法可通过研究流体热力学参数的变化来确定流体相变点,由于实验误差、人为误差等原因,需与理论计算相结合;相态理论模型方法可通过改进临界参数场、考虑流体与孔壁界面作用、考虑相间毛管压力修正相平衡判据方程等方法建立纳米孔隙空间相态理论模型,但是由于没有综合考虑界面效应带来的影响且缺乏有力的实验数据支撑,难以推广应用;分子模拟方法能在分子尺度上揭示流体分子的相行为,但现有研究主要围绕小分子展开,并且与流体发生相变时的临界参数结合得较少。后续研究应以多界面效应耦合影响的微纳米孔隙介质中油气流体相变特征为研究对象,以微观实验、理论模型和分子模拟为技术手段,为描述微纳米孔隙介质中流体相态提供合理的实验测试手段和可靠的理论计算模型。

准噶尔盆地沙湾凹陷二叠系上乌尔禾组流体相态及油气藏类型

准噶尔盆地腹部地区沙湾凹陷超深层蕴含丰富的油气资源。根据烃源岩热演化模拟实验分析了沙湾凹陷二叠系上乌尔禾组烃源岩生烃产物类型,结合地层流体高温高压物性实验数据,运用相图判别法和经验参数法对沙湾凹陷征10井地层流体相态进行深入研究。研究结果表明:①沙湾凹陷征10井上乌尔禾组油气主要来自于下乌尔禾组泥质烃源岩,其有机质类型为Ⅱ1型,镜质体反射率(Ro)为1.05%~1.46%,岩石热解峰温(T_(max))为433~446℃,处于成熟—高成熟演化阶段,目前处于生轻质油阶段。②上乌尔禾组地层流体成分表现为凝析气藏的流体组成,地层温度为166.0℃,介于临界温度和临界凝析温度之间,地层压力为155MPa,远高于露点压力,地-露压差大,表明地层条件下流体呈凝析气相特征,但地下油气相态与地表采出流体相态具有一定差异。相图判别法和经验参数法烃类流体相态分析结果均显示,征10井上乌尔禾组气藏为含大油环的凝析气藏。③沙湾凹陷上乌尔禾组具有优越的成藏条件,紧邻下乌尔禾组烃源岩,油气近源垂向输导,向局部隆起区运聚,巨厚的三叠系及上乌尔禾组中上部区域盖层起到重要的封盖作用,最终在局部隆起区形成岩性-构造凝析气藏。

稠油开采中多元热复合流体相态的研究进展

稠油的储量远超常规石油的储量,但因稠油黏度大和密度大的特点而难以开采,高效经济开发稠油已成为石油领域的研究重点。热复合开采技术是目前高效开发稠油油藏的关键技术,其中多元热复合流体的相态特征是稠油油藏开采流程设计与评价的关键。为此,从热复合开采技术中的混合气体系和稠油-气体系2个方面,系统地阐述了多元热复合流体相态的实验和理论研究现状。对于混合气体系相态,多采用静态法进行实验测试,使用状态方程结合混合规则进行理论预测,CO_(2),N_(2),H_(2)O和CH_(4)等常见气体分子组成的二元体系的相态测试趋于成熟,但缺少多元体系的测试数据与预测模型;对于稠油-气体系相态,总结了一般性实验流程与近年实验结果,提出一种加速油气相平衡的新型实验装置构想,指出目前理论预测在气体种类、注气量、气体扩散模型、二元相互作用系数等方面的不足。进而对多元热复合流体相态研究提出展望,以期促进热复合开采技术进一步的机理研究与参数优化。

白虎汤纳米相态相关研究进展

中药汤剂包含真溶液、纳米相态、乳浊液和混悬液,是一种复杂的多分散相体系。中药汤剂的有效成分主要存在于纳米相态中,与中药汤剂相比,中药纳米相态具有溶解性强、稳定性高、药效佳等特点。随着研究的深入,有学者提出汤剂中的纳米粒子可能起着增溶与靶向递送的作用。白虎汤是清热类经典方剂之一,被称为“寒剂祖方”,由石膏、知母、炙甘草、粳米四味药材配伍而成,用于治疗阳明经证或气分热盛证,现代临床上应用广泛。白虎汤纳米相态可能包裹药物有效成分,实现药物的靶向性治疗。研究发现白虎汤药液的纳米相态中主要药效成分的含量明显高于药液中的其他相态,纳米相态对汤剂中主要解热成分芒果苷、新芒果苷、钙离子、甘草酸和甘草次酸起到了增溶作用,纳米相态是白虎汤发挥解热作用的关键组分。本文从白虎汤纳米相态的形成理论、物质基础、分子表征、药理作用等方面进行综述,为深入探究白虎汤的作用机制、创制纳米相态制剂提供思路,为推动纳米技术在中药方剂创新中的应用提供参考。

SBS改性沥青相态粒径与发育温度及时间的关系

为研究SBS改性沥青相态粒径与发育温度及时间的关系,提高SBS改性沥青热储存稳定检测效率,对试验制备的不同种类SBS改性沥青进行荧光显微相态观测及性能检测,利用基于连通域标记算法的自主编译图像识别程序对荧光显微相态粒径进行量化确定。结果表明:SBS改性沥青的相态粒径与发育时间符合良好的线性关系,决定系数R_(2)高于0.96,时间、温度对相态粒径具有显著互补性;相态粒径对改性沥青离析试验结果具有重要影响,依据相态粒径范围将热储存稳定性划分为稳定、亚稳定及不稳定等3种状态,可以相态粒径代替离析指标作为快速表征SBS改性沥青热储存稳定状态的控制参数;以达到1.8、1.6μm相态粒径作为基准条件,建立关于发育温度、时间参数的线性回归方程,预测与实测值的绝对时间偏差基本控制在30 min内,相对偏差基本控制在10%内;以1.8、1.6μm等相态粒径确定SBS改性沥青生产发育温度及时间的方法,其改性沥青路用性能均衡、热储存稳定性良好。

玛湖凹陷西南地区二叠系油气藏相态类型及凝析油气地球化学特征

利用PVT相态模拟软件恢复了玛湖凹陷西南地区二叠系油气藏原始储层流体组分,综合经验统计法与相图判别法对已发现油气藏的相态类型进行了判识,通过油气地球化学分析方法,明确了不同相态类型油气的来源及成因。研究结果表明:①玛湖凹陷西南地区二叠系油气藏主要分布在风城组和上乌尔禾组,油气藏的相态类型多样,以黑油油藏为主,挥发性油藏和凝析气藏(带油环的凝析气藏和近临界态凝析气藏)次之,凝析气藏主要发育在风城组,储层流体组分以甲烷为主,C7+烃类含量较少。②研究区二叠系不同相态原油的母质类型为偏腐泥型,均为风城组烃源岩成熟阶段的产物,凝析油的成熟度略高于其他相态类型原油,比其他相态类型原油物性更好,具有低黏度、低凝固点和低含蜡量的特点。③研究区二叠系天然气的组分以烃类气为主,其中甲烷的平均摩尔分数为86.21%,非烃类气含量低,成熟度差异较大,R_(o)为0.52%~2.39%;主要为风城组腐泥型烃源岩的产物;上乌尔禾组油气藏中天然气成熟度更高,平均R_(o)值为1.99%,风城组油气藏和凝析气藏中的天然气成熟度较低,平均R_(o)值分别为0.71%和0.85%。④受风城组烃源岩的热演化程度和储层物性影响,研究区二叠系发育2套含油气系统,分别为风城组的源内自生自储型油气藏和上乌尔禾组的源外下生上储型油气藏。

考虑相态的垮落体材料细观参数标定方法研究——以平行黏结模型为例

基于散体力学和散体的实验室常规试验,在考虑垮落体开挖过程中煤岩颗粒呈现的多相态特征的基础上,提出结合剪切试验和颗粒柱坍塌试验的宏细观参数关系标定试验和标定方法,以颗粒流程序(particleflowcode,简称PFC)线性接触模型为例对标定试验中的各类宏细观参数关系进行了分析,并结合垮落体中救援通道开挖的相似模拟和数值模拟试验对标定方法进行了验证。结果表明:(1)剪切试验和颗粒柱坍塌试验能分别有效地反映垮落体结构在准静态流状态下的剪切破坏和垮落体在快速流状态下碰撞时的能量演变;(2)物理参数和力学参数中,摩擦系数和局部阻尼分别对处于准静态流的剪切试验和处于快速流的颗粒柱坍塌试验起主要影响作用,颗粒形态对两者的影响作用则相近且不能忽略;(3)在结合各细观参数对标定试验宏观参数的影响上,提出结合相态分析和权重分析,在确定各相态主导细观参数的基础上快速实现且满足各相态的细观参数标定;(4)采用剪切试验和颗粒柱坍塌试验标定的垮落体中救援通道开挖的数值模拟结果与相似模拟试验结果具有较高的一致性,验证了考虑相态的标定方法在垮落体研究上的可行性。

松辽盆地白垩系青山口组一段页岩生、排烃组分特征及页岩油相态演化

松辽盆地白垩系青山口组一段(青一段)页岩有机质热演化程度跨度大、烃类流动性差异强。页岩油相态分析预测是页岩油勘探开发的重要难题。用低成熟页岩样品开展封闭体系及半封闭体系有机质热解实验,根据生、排烃组分特征对滞留烃的轻烃散失进行补偿校正,研究了页岩油组分演化特征。结合中央坳陷区主要生油凹陷典型井埋藏史、热演化史,研究了页岩油相态演化规律,提出了轻质页岩油勘探有利区和开发压力保护条件。研究结果表明:地质条件下随着有机质成熟度的升高,页岩油组分中轻质组分比例不断增加、气体逐渐增多,相包络线从高露点温度、低泡点压力依次向低露点温度、高泡点压力演化。齐家-古龙凹陷青一段页岩油在嫩江组中期油藏向挥发油油藏转化,长岭凹陷青一段页岩油从嫩江组末期开始油藏向挥发油油藏转化,三肇凹陷青一段页岩油则始终为黑油油藏。无论是黑油油藏还是挥发油油藏,均为单一液相。松辽盆地中央坳陷区青一段页岩油挥发油油藏主要分布在齐家-古龙凹陷中心和长岭凹陷北部有机质成熟度(镜质体反射率Ro)为1.3%~1.6%、地层压力为12.2~22.4 MPa的区域。

页岩凝析气受限空间相态及开发特征研究

涪页10井的钻探获取了东岳庙段典型陆相页岩相关特征参数,其页岩储层介孔和大孔发育,非均质性较强,主要孔隙分布在10nm左右。纳米孔中受限流体的临界参数偏移使得受限空间下凝析气的流体性质与常规室内实验测试结果存在差异。为更合理地开采页岩凝析气,结合室内相态实验、受限流体临界参数偏移计算和数值模拟,开展页岩凝析气相态特征分析和开采特征研究,明确凝析气的相态变化规律和开采特征。考虑临界参数偏移的凝析气相态特征计算表明:随着孔隙半径减小,体系组分的临界温度、临界压力降低,相图向左下收缩,露点压力降低,气相黏度降低,偏差因子增加,反凝析液饱和度逐渐降低。通过机理模型分析了临界参数偏移对衰竭开采效果的影响,结果表明:随着孔隙半径减小,天然气采收率基本不变,凝析油采收率逐渐增加,孔隙半径减小至10nm,凝析油采收率增加9.93%。研究结果对页岩凝析气藏开发具有指导意义。

古龙页岩油注CO_(2)/烃类气相态特征及多周期作用机制

基于PVT实验和多周期注CO_(2)/烃类气采油物理模拟实验,结合相态模拟计算揭示古龙页岩油注气前后的高压物性和流体类型演化规律,评价多周期注气作用下的原油采出效果,分析多组分间的抽提传质机理。实验结果表明:古龙页岩油属于轻质弱挥发性油藏,当压力降低至泡点压力以下时,原油的黏度和密度快速增大,原油物性急剧变差。因此,对于成熟度较高的页岩油,利用注气补充地层能量并维持良好的原油物性是提高采收率的关键,且注CO_(2)对原油的膨胀、降黏效果均优于注烃类气。此外,注CO_(2)/烃类气可使古龙页岩油由弱挥发性油藏向挥发性油藏转变,先注烃类气再注CO_(2)使得古龙页岩油呈现出由挥发性油藏进一步向凝析气藏过渡的趋势。古龙页岩油脱气后的溶解气驱效果更优,产出油相呈现连续的泡沫油状态。注CO_(2)/烃类气可为地层原油补充溶解气和弹性能量,注CO_(2)对原油中间烃组分(C_(5)—C_(10))和重烃组分(C_(11)+)的抽提效果均较好,注烃类气对原油中间烃组分的抽提效果更好。

石油类高校研究生开设“油气藏流体相态及渗流物模实验设备及使用”课程研究

油气藏流体相态及渗流实验数据是制定油气藏开发方案、分析开发动态的重要基础数据。当前石油类高校研究生毕业后掌握了一定的相关基础知识和理论,但对这些知识或与这些知识相关的实验数据来源不太清楚,影响了对实验数据可靠性的判断、分析。“油气藏流体相态及渗流物模实验设备及使用”课程阐述了开设该课程的必要性、可行性、课程的教学目的和特点,在课程内容中详细介绍了油气藏流体相态、渗流实验用到的主要实验设备、使用原理及方法,并列举一些用实验数据解释油气藏开发现场现象的实例。课程对研究生入职后快速融入油气藏开发工作、提高其解决实际开发问题能力具有重要支持作用。

西南地区一次典型冰冻雨雪复合极端灾害天气事件的环流特征及降水相态差异分析

在全球变暖气候背景下,复合型极端灾害天气事件频发。2008年以来我国南方冬季频发的雨雪冰冻,就是一种典型的复合型致灾极端天气事件。因此,本研究分析了西南地区一次典型大雪冻雨复合天气事件的大雪与冻雨期环流特征及降水相态差异,揭示了二者的关联特征。冻雨发生在贵州境内的云贵准静止锋锋面强斜压环境中,降雪主要发生在四川北部,位于静止锋以北的冷区。降雪区和冻雨区的垂直环流存在显著差异:降雪区以上升运动为主,温度基本随高度递减;冻雨区大气中低层存在逆温层,导致温度层结出现冷—暖—冷的分布,垂直运动呈两层环流模态,低层的上升运动受到中层下沉运动抑制,强上升运动不易发展。借助可综合表征环流特征和水汽相变的广义湿位涡理论,分别诊断大雪和冻雨发生发展时期的广义湿位涡分布特点,发现其斜压项的异常能更好体现准静止锋附近的大气斜压性,也可指示出大雪冻雨降水的落区及变化,可作为大雪冻雨区的动力识别特征量之一。通过气压扰动方程的计算分析,表明向下的扰动气压梯度力与浮力的平衡差异,是降雪与冻雨垂直环流特征差异的主要原因。本研究从环流特征入手开展雨雪冰冻复合极端灾害天气分析,可为复合降水相态预报和发电企业电力运行保障提供参考。

大兴机场近4年降雪统计及相态转换机制讨论

利用北京大兴国际机场2019.10月~2023.3月的自动观测系统地面气象观测数据、欧洲中心ERA5再分析资料、大兴机场微波辐射计和毫米波测云天气雷达资料,对大兴机场自开航以来冬半年降雪过程进行归类与分析,探讨在多相态降水过程中地面温度的作用。再选取具有相似气候特征的两次多相态降水过程进行对比分析,揭示形成降水相态转换的原因。最后,通过对大兴机场所有多相态降水过程的统计,提取降水相态的判别机制。结果表明:1) 自开航以来,大兴机场总共发生降雪过程29次,其中共10次多相态降水过程。2) 降水相态形成并不单受地面温度制约,与机场的气候特征、天气特征、温度层结的分布等因素均有关。3) 在降雨向降雪转换的过程中,冰雪层厚度占总云层的比例随低层温度的下降而上升,并且云中固态凝结物下落路径变短,降低了固态凝结物在下落过程中融化的概率,出现相态转换现象。4) 地面温度0℃及以下,850 hPa −4℃及以下时,降水相态多为降雪;地面温度2℃及以上,850 hpa温度−4℃及以上时,降水相态多为降雨;地面温度为0~2℃,850 hpa温度−4~0℃之间时,降水相态多为雨雪混合状态。5) 在多相态降水过程中,温度变化不明显时,冰雪层的厚度、冰雪层下边界距地面的距离,亦可作为降水相态转换的判别机制。

基于L波段探空观测的FY-4A云顶温度产品评估及其在冬季降水相态判识中的应用

利用2019—2021年冬季上海宝山站L波段探空资料对FY-4A云顶温度(CTT)产品进行评估,分析发现,FY-4A的云顶温度产品能够较好地反映单层云的云顶温度,对双层云或多层云的云顶温度则普遍高估(平均高估幅度超过14℃);当探空观测到的云顶高度不超过6 km或云顶温度不低于-20℃时,FY-4A云顶温度产品误差较小,平均偏差约为3℃。根据2021—2022年冬季长三角地区地面站观测的降水现象统计云顶温度与降水相态的关系,并对典型个例进行分析,结果表明,云顶温度低是出现降雪的必要条件之一,绝大部分降雪出现在云顶温度低于-12℃的情况下。FY-4A的云顶温度产品时空分辨率高、精度尚可,可以辅助预报员判识雨雪落区,在雨雪转换过程的预报服务中有较大的应用潜力。

“12·14”山东暴雪过程降水相态的多源观测分析

基于毫米波云雷达、降水天气现象仪、风廓线雷达、双偏振雷达、自动气象站等多源观测资料及欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料,对2023年12月14日山东暴雪过程的环流背景和降水粒子微物理参数进行分析,探讨新型观测资料在降水相态监测与预报中的应用。结果表明:(1)此次过程受高空槽、低空西南急流和江淮气旋影响,伴随地面气温下降和中层暖层消退,出现雨、雨夹雪、冰粒和雪等相态。(2)降水天气现象仪探测发现,雪和雨的下落末速度均较小,雪粒子直径超过8 mm,雨粒子直径大多在4 mm以下。(3)毫米波云雷达观测到反射率因子、径向速度、谱宽和垂直液态水含量降低时,雨夹雪转为雪。(4)风廓线雷达显示雨夹雪和冰粒阶段对应强的低空西南急流和最大垂直速度(4~5 m·s^(-1)),转雪时3 km以下垂直速度降低至2 m·s^(-1)左右。(5)相关系数(C c)、差分反射率(Z DR)和水平极化反射率因子(Z h)等双偏振参量可判断融化层亮带,亮带的下降和消失可指示此次过程雨向雪的转换。

鲜湿甘薯渣水分相态分布测定及其束水机制分析

为探究鲜湿甘薯渣的束水机理,以10种不同品种鲜湿甘薯渣为研究对象,采用低场核磁共振仪测定鲜湿甘薯渣中水分的相态分布,分析甘薯渣各相态水分与主要有机非水组分之间的相关性,再结合酶解实验进行因果关系验证。结果表明:10种鲜湿甘薯渣中存在3~4种相态的水分,分别命名为组成水(T_(21),0.658~2.310 ms)、固定化水(T_(22),7.055~21.550 ms)、滞化水(T_(23),377.410~705.480 ms)和自由流动水(T_(24),705.480~3764.936 ms);鲜湿甘薯渣中滞化水含量最高,平均占比93.59%,固定化水含量次之,平均占比5.15%,组成水和自由流动水含量较少,分别占比0.85%、0.41%;鲜湿甘薯渣中主要相态水分滞化水与果胶、膳食纤维和不溶性膳食纤维含量呈显著正相关;鲜湿薯渣经果胶酶水解后可排出水量显著增加,而经纤维素酶、半纤维素酶和木质素过氧化物酶酶解后的薯渣可排出水量无明显变化;扫描电子显微镜观察到大部分淀粉颗粒被包裹或束缚于细胞壁碎片中。此研究可为甘薯渣高效脱水技术的开发提供理论依据。

吉木萨尔页岩油注气相态物性变化特征实验研究

为探索不同注入气体对页岩油的相态行为及物性变化特征,综合利用高温高压PVT物理模拟实验系统及气相色谱,开展了减氧空气(含氧量10%)、空气、CO_(2)的注气膨胀实验研究,通过实时监测不同油气体系相态行为的变化情况,分析了不同注入气对地层油体系饱和压力、膨胀系数、黏度和密度等物性参数的影响。结果表明,不同注入气体对于地层油的相态行为及物性影响存在显著差异。向页岩储层注入空气,可与原油接触,发生低温氧化反应,空气含氧量越高低温氧化作用越强,越有助于气相溶解至油相中,体系饱和压力越低;注入CO_(2)时,易与原油产生较好的混相作用进而可增强气体的溶解性。受限于较高的溶解饱和压力,高含氧量空气与减氧空气的膨胀系数相差不大,但高含氧量空气的降黏效果较明显,CO_(2)可在压差和扩散作用下进入原油内部,抽提萃取强度更大,膨胀降黏效果最好。高含氧量空气与原油接触时,可产生质量交换,使得轻质组分萃取至气相中,加速重质组分占比升高,原油密度逐渐增大。CO_(2)对于低碳组分的强抽提作用可促使原油轻质组分向重质组分转化,进而导致原油密度上升的幅度更大,注CO_(2)开发有望成为页岩油提高采收率并兼顾埋存的有效途径。该研究成果可为页岩储层注气的高效开发提供借鉴。

塔中隆起F_(Ⅱ)21断裂带油气成藏过程与多相态成因

针对塔中隆起F_(Ⅱ)21断裂带奥陶系油气藏相态分布复杂问题,基于构造解析、地球化学的综合分析认为,原油密度、天然气干燥系数及气油比等参数的平面分布趋势与走滑断裂分段构造密切相关,翼尾构造带北部发育凝析气藏,南部依次发育挥发性油藏与原油油藏。F_(Ⅱ)21断裂带与北部拗陷富满、顺北地区原油生源相同,主要来源于下寒武统烃源岩。原油成熟度沿断裂带由北至南依次降低,断裂带北部主要为原油裂解气,中部与南部主要为干酪根裂解气。F_(Ⅱ)21断裂带经历多期油气充注,翼尾地堑部位为油气有利充注点,喜马拉雅期盐下原油裂解气的强烈充注改造是北部凝析气藏形成的重要原因,受古构造影响,晚加里东期与晚海西期生成的原油资源主要于翼尾地堑构造南部鼻状隆起区域聚集成藏。

延长油田低渗油藏注CO_(2)后原油相态特征研究

为了解决延长低孔低渗油藏注水开发中后期面临水淹水窜等一系列开发矛盾问题,通过室内CO_(2)与原油PVT相态实验和细管实验测试,研究了地层原油中注CO_(2)后相态变化特征及CO_(2)与原油的最小混相压力。实验结果表明,原油中注CO_(2)后,饱和压力逐渐上升,原油膨胀能力很强,目前地层压力下地层原油的体积膨胀系数为1.2023,原油粘度的最大降幅可以达到70%以上,细管实验表明CO_(2)与地层原油的最小混相压力为22.51 MPa,原始地层压力下不能实现混相驱。该研究为延长油田注CO_(2)驱油可行性提供了理论依据,对延长低渗透油藏长期持续发展具有重要意义。

化工尾气提浓碳源气相态实验测定和热力学预测模型研究

化工厂提浓CO_(2)尾气是吉林油田注CO_(2)驱油主要气源,掌握提浓碳源气相态性质是设定后续注气工艺参数的基础。本文首先测定了吉林油田周边三个大型化工厂提浓碳源气在273~333 K、0.5~33 MPa范围内的相态性质,掌握了碳源气泡/露点条件、两相区宽度、偏差因子的变化规律和程度。以实验结果为基础,修正SRK状态方程引力相参数和构建CO_(2)与其余组分之间二元交互作用关联性,建立了碳源气压缩因子热力学预测模型,模拟值和实验值相对偏差小于2.5%。进一步结合建立的单组分热熔计算关联式,计算获得了各碳源气的焓和熵值,掌握了其变化规律。本文为碳源气的后续应用提供了重要基础数据和理论支撑。