中国石油油气开采工程技术进展与发展方向

通过全面梳理中国石油油气开采工程技术近年来取得的成效和关键技术进展,阐述了油气开采工程主要面临4个方面的挑战:低油价条件下,劣质化资源的有效动用;单井产量逐年降低,老油气田的持续稳产;"双高"主力油田作业系统效率整体偏低、成本居高不下,安全环保问题突出,效益开发困难,技术储备不足;低成本钻完井开发深层、非常规资源与北美差距大。进而提出"十三五"及今后一段时期油气田开采工程技术的3个主要发展方向:加强缝控储量改造技术攻关和工厂化作业等低成本技术的集成应用,实现低品质资源经济有效开发;开展老区老井重复压裂等关键技术研发、第4代分层注水技术的推广应用,实现老油气田稳产;超前储备纳米驱油、同井注采等前沿技术。

中国陆相致密油效益勘探开发

在北美致密油勘探开发现状调研基础上,总结北美致密油规模效益勘探开发的成功经验和做法,分析中国陆相致密油与北美海相致密油成藏地质条件差异,提出中国陆相致密油产业发展的技术对策。北美致密油规模勘探、效益开发有6方面经验值得借鉴:在成熟探区寻找新的效益勘探层系;加强"甜点区"经济评价,重点开发高收益"甜点区";通过重复压裂、立体压裂,最大限度提高致密油储量动用程度;优化钻完井技术,降低工程作业成本;采用商品套期保值措施确保公司长期持续盈利;加强不同资源综合开发利用,提升整体经济效益。中国陆相致密油有较好的资源基础,借鉴北美海相致密油勘探开发的成功经验,针对中国致密油储集层地质条件,提出4方面建议:评价致密油资源潜力,优选致密油勘探战略选区;选准"甜点区"、"甜点段",实现精准高效开发;采用先进致密油压裂改造技术实现经济效益开发;通过管理体制创新,推进致密油规模效益开发。

中国致密储层孔隙结构表征需注意的问题及未来发展方向

致密储层孔喉尺寸小、孔隙结构复杂、非均质性强,表征难度大。通过系统梳理目前致密储层表征技术发展现状,指出致密储层孔隙结构表征需注意的几个问题:1强调提高分辨率的同时,需加强样品代表性尺度研究;2追求新技术/方法的同时,需加强技术有效适用范围研究;3强调定量表征数据拼接的同时,需加强多尺度定性与定量数据融合,提高表征精度。提出致密储层孔隙结构表征核心技术未来发展方向:1多学科联合攻关,静态表征与动态演化相结合,实现孔隙结构的全面表征;2加强宏观尺度研究,密切联系可动流体评价,实现对规模有效储集体的准确预测;3加强现场应用研究,紧密结合储层增产改造措施,实现对工程甜点的评价优选。

基于缝控压裂优化设计的致密油储集层改造方法

针对致密油储集层水平井多段多簇施工时多条裂缝同时扩展引起的应力干扰,以及大规模压裂时压裂液进入储集层基质引起润湿性反转、改变储集层物性等特点,建立了非平面三维裂缝扩展模型,并引入润湿反转表征参数、相对渗透率曲线变化等修正了压裂水平井生产动态预测模型,编制了地质工程一体化压裂优化设计软件(FrSmart),提出了基于缝控压裂优化设计的致密油储集层改造方法,并分析了该方法的适用性、优化了致密油储集层水平井裂缝参数。研究表明,缝控压裂技术适用于致密油储集层等品位级别的非常规资源;缝控压裂人工裂缝参数优化可实现对致密油储集层等非常规油气资源井控单元内储量的最大动用。采用缝控压裂技术优化设计的主要关键点包括:提高水平段长度,缩小水平井排距;大幅度提高段内射孔簇数,缩小裂缝间距;避免新井老井压裂干扰。现场试验证实,缝控压裂技术可以提高单井产能进而提高区块采出程度。缝控压裂技术与油气田开发进一步融合,可大幅度提高中国致密油等非常规资源的开发效益。

利用电子束荷电效应评价致密储集层储集空间——以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组为例

根据对致密储集层含油样品荷电现象的研究,提出基于电子束荷电效应的扫描电镜背散射截面二次成像法,研究储集层中残留油(未在实验真空条件下散失的原油)分布,并采用荷电显影剂注入法研究致密储集层孔隙连通性,形成有效储集空间的定量评价方法。对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密油储集层样品进行研究发现,储集层含油样品强烈的荷电效应来源于孔隙中填充的残留油,有机质裂解生成的原油广泛存在于有机质附近孔隙中,贫有机质区也有残留油存在。背散射截面二次成像法分析面积大,能克服样品非均质性导致的分析区代表性差的问题。荷电显影剂注入法刻画孔隙连通性更加准确有效,芦草沟组致密储集层含油样品总面孔率为12.56%,总孔隙连通率达90%,储集空间有效性好。

四川盆地灯影组多类型流体多期次改造作用下孔隙度演化的定量研究

选取四川盆地灯影组四段(灯四段)地层,在传统地质研究的基础上,引入多组分、多相态、温度—流体—化学多场耦合的反应溶质运移模拟技术,基于物质平衡和能量守恒原理,深入探究深层碳酸盐岩储层成岩过程中多类型流体与岩石相互作用的机制,分析计算多期次流体对储层孔隙的叠加改造,定量恢复地质时间尺度的孔隙度演化史。结果表明:灯四段地层受到大气淡水、海水、有机酸和热液4种流体多达6期改造影响,控制孔隙度的主要成岩作用为溶蚀作用、白云石化作用与胶结作用,矿物间以方解石—镁方解石—白云石之间的转化为主;不同类型的流体对储层的改造差异较大,充足的大气淡水为建设性流体,而海水、有机酸和热液均为建设性—破坏性共存的流体;多期次流体对储层的改造有叠加效应,储层最终的物性条件取决于多期次流体的综合改造,同时流体改造的顺序对储层孔隙度的演变影响也极大。

中国陆相致密油形成机理与富集规律

中国致密油主要分布在中、新生代陆相含油气盆地中,发育与湖相生油岩共生或接触、大面积分布的致密砂岩油或致密碳酸盐岩油。近年来,陆相致密油勘探开发取得重大进展,截至2018年底,中国陆相致密油已建成产能315. 5×104t,2018年年产量约105×104t。中国陆相致密油以湖相富有机质页岩为主要烃源岩,多发育于淡水、半咸水-咸水环境,厚度一般为几十至几百米,有机碳含量为0. 4%~16. 0%,镜质体反射率为0. 5%~1. 3%,适宜的火山作用、低沉积速率、缺氧还原环境、海水入侵与水体分层是富有机质页岩形成的重要影响因素。中国陆相致密油储层类型包括致密砂岩、致密碳酸盐岩、致密混积岩和致密沉凝灰岩等,储集层非均质性强、物性差;覆压基质渗透率多小于或等于0. 1×10-3μm2,以纳米级孔喉系统为主,孔喉半径小,主体直径40~900 nm,孔隙结构复杂;压力系数0. 7~1. 8,既有超压,也有负压;地层能量、原油品质变化大,原油密度0. 75~0. 92 g/cm3。中国陆相致密油地质资源量为178. 20×108t,技术可采资源量为17. 65×108t,主要分布在鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地。提出'甜点区(段)'概念,'甜点区'多发育在宽缓背景下的局部微构造区,是指在平面上成熟优质烃源岩分布范围内,具有工业价值的致密油高产富集区;'甜点段'是指在剖面上源-储共生的黑色页岩层系内,人工改造可形成工业价值的致密油高产层段。源岩品质和源-储组合类型控制'甜点区'平面分布范围。资源评价方法、'六特性'测井识别、高精度三维地震、水平井平台式生产及人工油藏开发等'甜点区(段)'评价方法,可支撑致密油有效开发。

致密储层孔隙结构表征技术有效性评价与应用

非常规致密储层类型多,孔隙结构复杂,非均质性强,研究难度大。针对已有致密储层孔隙结构评价技术,重点探讨了CT扫描、气体吸附与压汞分析等技术的有效应用范围,厘定了不同技术应用时需注意的关键问题,指出兼顾分辨率与代表性、提高表征维度、实现动态与静态同步表征是致密储层孔隙结构评价技术优选的关键。通过系统解剖常规砂岩、致密砂岩、致密混积岩、沉凝灰岩、介壳灰岩及泥页岩6种储层,明确不同级别孔隙系统的差异性,针对性地提出了不同储层对应的关键表征技术系列。非常规致密储层孔隙结构研究应加强多尺度数据融合,加强与可动流体评价结合,加强与储层改造研究结合,通过多领域、多学科、多视角联合攻关,实现储层有效性评价,为寻找预测规模有效"甜点区"提供技术支撑。

致密油压裂水平井全周期产能预测模型

致密油储层基质孔隙喉道细小,以纳米—微米级孔喉为主,具有储层物性差、非均质性强等特点,导致其渗流机理复杂、开发上提高单井产量难、经济有效开发难。国内外普遍采用水平井体积压裂模式,结合衰竭式开发方式,来实现致密油的有效开发。为了达到产能预测的准确性,针对致密油压裂水平井的3个生产阶段的特性,根据各阶段渗流区内的不同流动介质,基于不同的渗流机理,考虑启动压力梯度、应力敏感效应等因素的影响,分别建立相应的产能方程,最终形成了致密油压裂水平井多区域、多阶段的全周期产能预测模型。通过实例验证,模型的计算值与实际值的吻合度较高,表明本模型可应用于实际油藏中,准确地预测致密油压裂水平井产能,并进行参数敏感性分析,对油藏工程的论证起到一定的指导作用。

中国能源沉积学研究进展与发展战略思考

沉积学发展与石油、天然气、煤炭、砂岩型铀矿等矿产资源工业化开采紧密相关,能源沉积学作为沉积学的一个重要应用分支学科,在资源勘探发现中的地位越来越重要,已经成为有效发现资源、降低成本的重要途径。近年来,能源沉积学在技术方法上建立了遥感、雷达、地震、纳米CT等六个级别尺度研究方法,为沉积储层学科发展提供支撑。在理论认识上取得了五方面重要进展:1)建立了克拉通台地沉积储层新模式,为古老含油气系统提供理论指导;2)建立海陆相细粒沉积成因模式,揭示富有机质页岩分布规律,为烃源岩评价与非常规油气勘探开发提供重要理论依据;3)发现非常规致密储集层微纳米级孔喉系统,指导致密油气和页岩油气储层评价;4)研究含煤沉积体系和聚煤作用,指导煤炭资源评价;5)揭示砂岩型铀矿富集机理,指导铀矿资源评价与开采。展望能源沉积学发展,源—渠—汇沉积体系、海陆相细粒沉积学、古老小克拉通碳酸盐岩沉积学等将成为能源沉积学的重要内容;储层非均质性、非常规储层全面表征与深部储层极限将是储层沉积学发展的热点,砂岩型铀矿、煤系等沉积系统是固体矿产沉积研究的重点领域;气、液、固不同能源矿藏空间有序沉积与共生规律研究是资源勘探重点方向;大数据与沉积学方法创新将为能源沉积学发展提供新机遇。

陆相致密油藏差异化含油特征与控制因素

探讨陆相致密油藏差异化含油特征与控制因素可支撑致密油藏储层评价、深化致密油藏储层认识。通过致密油藏宏观分布、岩芯观察、油藏条件、单井产能4个方面对比分析,揭示海相、陆相致密油藏均普遍存在差异化含油现象,陆相致密油藏差异化含油具有"分布散、范围宽、差异大"的特点;通过岩芯描述、薄片鉴定、测井解释、开发区解剖等方式,阐明了准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油藏不同尺度条件下均表现出强烈的差异化含油特性,在井位优选、井轨迹和压裂改造设计中正越来越受到重视;进行了致密油藏差异化含油控制因素探讨,提出沉积相、成岩相、断裂体系及源储配置等因素决定了致密油藏含油性的宏观差异化分布,储层层理、物性、孔隙结构、微裂缝等因素控制了致密油藏储层局部含油性差异化分布。

油气储层中孔隙尺寸分级评价的讨论

常规-非常规油气协同发展引发储集体类型的多样性,品质整体变差,孔隙结构更为复杂,亟需建立相对统一的孔隙结构评价方案,为储层评价与甜点区优选提供技术支持。基于岩石孔隙结构解剖,提出＂孔隙结构四分法＂评价方案,将孔隙系统分为毫米孔（大于1mm）、微米孔（1～1 000μm）、亚微米孔（100～1 000nm）及纳米孔（小于100nm）;明确了不同类型孔隙系统发育位置、流体作用力及流动机理,建立了对应的分析评价技术。解剖了克拉2气田巴什基齐克组常规砂岩、新安边油田长7段致密砂岩、川中大安寨段介壳灰岩、川南龙马溪组页岩4类储层,明确了各储层类型孔隙结构的差异性及不同级别孔隙所占比例,探讨了孔隙结构对储层物性、资源经济性及开发工艺的影响;孔隙结构分级研究需与储层有效性评价紧密结合,特征尺度决定流体相态与作用力,影响流体可动性及油气开发工艺。进一步加强孔隙分级评价关键界限值的研究,完善孔隙结构表征技术的融合,建立孔隙结构与岩性和产能的定量关系是未来研究的重点。

致密储层体积改造润湿反转实验及模拟研究

针对目前致密储层在改造后依然存在的递减速度快、采收率低等问题,采用在压裂液中添加表面活性剂的方法,增强地层能力,降低界面张力,改变裂缝壁面附近润湿性,实现致密储层润湿反转并发挥渗吸作用,从而进一步提高原油采出程度。首先进行了致密储层润湿反转的实验研究,在实验基础上,通过无因次俘获数计算润湿反转前后的相渗曲线和毛管压力曲线,并进行润湿反转的模拟研究。实验结果表明：加入表面活性剂可使渗吸采收率由原来的4.9%提高至22.3%;采用不同的相渗曲线和毛管压力曲线,并经过内插法处理的数值计算结果与实验数据吻合;现场试验表明,在体积压裂形成复杂裂缝的同时,考虑压裂液的润湿反转功能,单井产量可提高3~6 t/d。压裂液中加入表面活性剂,在压裂过程中可改变储层润湿性,提高开井产量,对于致密储层的有效开发和提高采收率具有现实意义。

致密储层体积改造润湿反转提高采收率的研究

以致密油气体积改造注入的压裂液为切入口,将表面活性剂复配至压裂液中,探索在压裂过程中改变储层基质润湿性,提高采收率的方法.基于接触角和界面张力测量,在压裂液中分别添加阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂,在不同润湿状态下对致密岩心进行渗吸物模实验.通过改变润湿反转前后的相渗曲线和毛管压力曲线,对该过程进行模拟研究.结果显示:仅依靠压裂液不能引起润湿反转,渗吸采收率仅为4.95%.添加表面活性剂后润湿性发生变化,渗吸采收率有大幅提高,其中阳离子表面活性剂改变润湿性的能力要好于非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂;考虑润湿反转的模型可对表面活性剂润湿反转过程进行较好描述,模拟结果与实验数据拟合较好;现场一平台井压裂液中加入润湿反转剂DL-15后,体积压裂形成复杂裂缝,产量比邻井提高2~4 t/d.建议体积改造形成复杂缝网的前提下,在压裂液中添加表面活性剂,延长焖井时间,依靠停泵后的压差驱替和渗吸置换作用,提高开井后产量.

风化壳储层分类、特征及油气勘探方向

作为一种由风化改造而成的油气储层,风化壳储层具有其特殊性。在已有研究成果的基础上,结合全球已发现的风化壳储层,界定了风化壳储层的内涵,提出了三级分类方案,梳理了其全球分布及特征。认为风化壳储层可以分为隆升风化型和基岩风化型,在全球不同地区和层系上均有分布;岩性几乎包括了碎屑岩、碳酸盐岩、岩浆岩及变质岩的所有岩石类型,表现出明显的多样性;储集空间类型复杂多样,孔隙(洞)型、裂缝型、孔缝复合型等均有发育;不同岩性的风化壳具有较独特的纵向结构和微观组构,纵向上形成了不同的层次结构和储集空间组合;平面上形成区域性分布的大型油气藏。中国含油气盆地的多旋回叠合发育了多期大中型不整合面,风化壳储层分布广泛,油气勘探潜力大;东部断陷—坳陷型叠合盆地风化壳油气勘探应以基岩风化型为主,中西部克拉通—前陆型叠合盆地风化壳油气勘探应以隆升风化型为主。

中国非常规油气沉积学新进展——“非常规油气沉积学”专辑前言

经过近20年不断探索,中国陆上非常规油气勘探开发取得了重大进展。2019年全国非常规油气产量占油气总产量的23%,2020年非常规油气产量接近7000万吨油当量,标志着中国进入非常规油气革命发展新阶段。非常规油气沉积学作为非常规油气地质学理论体系的重要组成部分之一,受到越来越多的关注和重视,形成了“陆相深水砂质碎屑流等重力流沉积模式”、“海陆相富有机质页岩沉积模式”、“细粒沉积岩发育微纳米级孔喉系统”、“多地质事件沉积耦合形成非常规油气甜点区(段)”等重要认识。专辑主要是由从事非常规油气相关的沉积学专家对中国近几年非常规油气层系沉积研究新进展的系统性和及时性总结,内容涵盖了鄂尔多斯、四川、松辽、渤海湾、准噶尔等近50个大中型及中小型含油气盆地,地层时代跨度自元古代至新生代,涉及致密油/页岩油、页岩气、致密气、煤层气、油页岩油等非常规油气层系(段)近30个。这些研究成果为我国非常规油气资源勘探开发提供了重要理论基础与技术支撑。提出未来非常规油气沉积学需以非常规油气工业开发的“甜点箱体”和“甜点群”为重点研究方向,指导非常规油气资源高效勘探开发。

复合压裂技术在长庆油田致密油藏中的应用

针对长庆油田致密油藏低孔、低渗的特点,结合测试压裂分析结果与压裂液伤害机理,提出了活性水-线性胶-交联冻胶分段携砂的复合压裂技术,即用活性水和线性胶替代了前置液和低砂液体积比阶段的交联瓜胶,在保证携砂性能的前提下降低了瓜胶压裂液的使用量,减少了压裂液残渣对储层的伤害。利用该技术在长庆油田致密油藏进行施工应用,取得了较好的效果。

基于分区补给物质平衡法预测致密油压裂水平井动态储量

为了克服常规物质平衡法的局限,针对致密油储集层非均质性强的特点,将致密油压裂水平井的渗流区域分为高渗区和低渗区,并将其等效为径向复合渗流模型。以平行板理论为基础,将各区的多重介质等效为一种连续性介质,基于致密油多重介质的非线性渗流机理,结合积分法,提出采用两区补给物质平衡法计算致密油压裂水平井动态储量,并分区建立相应的压力分布方程和物质平衡方程。该方法结合实际生产动态规律,考虑了两类渗流区交界面处压力突变和流体交换,更符合生产实际情况。实例计算表明,应用该方法可以确定出单井控制范围内的动态储量以及不同开采时间低渗区对高渗区的补给量,为生产井产量及工作制度的确定、开发井网的部署和调整提供依据。

非常规油气藏体积压裂2.0工艺及发展建议

中国石油非常规油气藏水平井体积压裂改造技术经历了从无到有、从1.0向2.0的跨越式发展历程。体积压裂2.0工艺以“段内多簇+小簇间距+限流射孔+暂堵转向+大排量泵注+高强度加砂+石英砂替代陶粒+滑溜水连续加砂”为核心,有力推动了非常规油气资源提产、提效、降本。缩短簇间距是非常规油气藏提高产量和采出程度的核心,段内多簇+限流射孔+暂堵转向组合工艺是高效低成本改造的关键,大规模注液增能结合密切割布缝为石英砂替代陶粒创造了条件,多簇射孔大排量施工破解了低黏滑溜水连续加砂难题。体积压裂2.0工艺在中国石油非常规油气藏应用中取得了良好成效。结合中国石油“十四五”规划对水平井体积改造技术的需求,提出5个方面发展建议:(1)强化非常规储层改造基础研究,支撑新技术体系构建;(2)提升工艺核心参数的科学性和经济性,扩大工艺应用规模;(3)推进水平井立体开发技术实践,拓展新技术应用领域;(4)推进低成本材料规模应用,支撑体积压裂2.0工艺规模实施;(5)加大裂缝监测新技术研发应用,深化新工艺改造裂缝认识。

碳中和战略背景下建设碳工业体系的进展、挑战及意义

全球气候变化与碳中和背景下,CO_(2)封存利用已成为人类绿色发展的必然趋势与选择。以CO_(2)捕集、利用与封存/CO_(2)捕集与封存(CCUS/CCS)为核心的碳工业,正成为碳中和目标下的新兴战略产业,规模可持续发展需借鉴全球油气工业发展路径。地球系统发育3种“碳”,黑碳是未被封存或利用并长期留存在大气圈中的CO_(2),灰碳是被固定或永久封存在地质体中的CO_(2),蓝碳是通过生物、物理、化学等方式可转化为人类利用产品的CO_(2)。碳工业体系覆盖碳产生、碳捕集、碳运输、碳利用、碳封存、碳产品、碳金融等业务,是彻底消除“黑碳”的革命性领域。研发以碳减排、零碳、负碳及碳经济为内涵的碳工业技术体系,构建以CCUS/CCS为基础的低成本、高能效的碳工业体系,是世界各国实现碳中和目标和能源清洁利用的战略举措,利于推动4个“80%”的中国能源供应格局转变,即由2021年含碳化石能源消费占比80%以上、化石能源CO_(2)排放80%以上,转变为2060年非碳新能源占比80%以上、CO_(2)排放减少80%以上,保障实现80×108t碳减排总量与碳中和战略目标。中国碳工业发展面临CO_(2)排放量偏大、煤炭占比偏高和创新体系偏弱3方面挑战,针对性提出3条应对举措:(1)坚定不移开展碳工业体系建设,保障2060年前如期实现碳中和;(2)大力发展新能源,推动中国能源生产与消费结构实现革命性转换;(3)加快建立全产业的碳工业科技创新体系。发展碳工业体系,利用清洁化能源,实现全球碳中和战略目标,对持续优化生态环境、构建绿色地球与生态地球意义重大。