页岩含气量现场测试技术进展与发展趋势

含气量是页岩气勘探评价及生产决策中的关键性基础参数,大三段式现场含气量解吸是准确、经济、快捷的首选方法。有别于煤层气思路,页岩含气量在测试原理、方法、技术及仪器等方面均取得了重要进展。无管化测试技术和小三段式测量方法的提出和应用,在提高解吸气测试精度的同时提供了更多有价值的信息。从借鉴于煤层气的条件回推法到多点测量约束拟合法,页岩损失气测量方法更加摆脱了对假设条件的依赖。基于非接触式扭矩传递的方法原理,实现了残余气测试过程中的全程气密。双三段式的含气量准确测量,为总含气量、游吸比、可采系数等含气结构参数的分析和求取奠定了基础,但页岩的可采气量并不是损失气和解吸气的简单加和。高精度含气量现场解吸的应用领域广泛,高精度解吸数据的系统获得、含气结构多参数的预测评价、智能评价技术的实践应用等,是页岩含气量现场解吸发展的基本方向。

基于特征变量扩展的含气饱和度随机森林预测方法

采用数据驱动的方式,提出了一种基于随机森林机器学习算法训练出含气饱和度地震预测方法,并将该方法应用于中国西部复杂天然气藏中,分别对单井资料和二维地震资料进行了含气饱和度预测与分析。研究结果表明:(1)抽取井旁道纵波速度、横波速度和密度3个弹性参数叠前地震反演结果作为基本特征变量样本,引入边界合成少数类过采样技术对基本特征变量样本和对应的含气饱和度样本进行平衡化处理;利用扩展弹性阻抗结合数学变换自动生成一系列的扩展变量;再利用随机森林对特征变量进行含气饱和度预测重要性排名,并优选重要性较高的特征变量进行含气饱和度随机森林训练。(2)该方法大幅减少了特征变量提取和优选的人工工作量,且有效减少了信息冗余以及因含气饱和度样本不平衡导致的训练偏倚问题,有效增强了随机森林算法在含气饱和度地震预测方面的能力。(3)实际单井应用中预测的含气饱和度与测井解释的含气饱和度的相关系数可达0.9855;在二维地震资料应用中,该方法比基于常规未平衡化的11个弹性参数作为随机森林输入预测出的含气饱和度精度更高。

四川超级含气盆地古生界大中型气田分布规律及其主控因素

四川盆地是中国天然气资源最为富集的超级含气盆地,但天然气探明程度目前仍然偏低。为了给下一步天然气勘探提供理论支撑,基于该盆地典型气田勘探历程,结合多期构造演化与含油气系统分析,探讨了四川盆地古生界大中型气田富集分布规律及其主控因素,揭示了该盆地巨大的天然气勘探潜力。研究结果表明:①四川盆地古生界蕴含3个超级含油气系统,即下寒武统筇竹寺组(探明储量占该盆地天然气总探明储量的17.55%)、上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组(探明储量占该盆地天然气总探明储量的41.30%)、上二叠统龙潭组/吴家坪组(探明储量占该盆地天然气总探明储量的12.53%);②该盆地古生界已发现20个超大型气田(天然气探明储量超过1000×10^(8)m^(3)),14个大型气田(天然气探明储量介于300×10^(8)~1000×10^(8)m^(3))以及20个中型气田(天然气探明储量介于100×10^(8)~300×10^(8)m^(3)),超大型气田探明储量占该盆地天然气总探明储量的85.5%;③古生界大型隆—坳格局构造沉积分异作用控制影响着该盆地内筇竹寺组、五峰组—龙马溪组和龙潭组/吴家坪组3套优质烃源岩层系的形成与分布。结论认为,晚三叠世以来的陆相盆地演化过程使得中晚三叠世—早中侏罗世成为上述3个超级含油气系统的关键成藏期,形成了3个气田群(绵阳—长宁拉张槽周缘带震旦系—下古生界、开江—梁平与蓬溪—武胜拉张槽周缘带二叠系—三叠系、川东南五峰组—龙马溪组页岩气),其合计天然气储量均超过1×10^(12)m^(3),是该盆地天然气勘探的有利区带。

深层中低煤阶储层煤层气含量测井计算方法

深层中低煤阶煤层气作为目前的勘探热点,相应研究技术亟需突破,以往煤层气的研究方法均基于浅层建立,无法评价深层煤岩含气性特征。通过岩心实验及试气分析,发现深层煤岩具孔隙结构特征好、吸附气和游离气共存等特征。含气饱和度评价对深层煤岩研究至关重要,发现拟合的水层和吸附气层阻抗可很好解决气层定性识别和定量计算。对吸附气含气饱和度计算考虑了兰氏体积和兰氏压力温度校正,并在两个模型中加入含气饱和度及变骨架孔隙度参数,使吸附气和游离气的计算更加准确,为中低煤阶煤岩深层勘探提供测井技术支撑。

四川盆地特高含硫气田安全高效开发关键技术创新与成功实践

2023年6月,中国石油天然气集团公司(以下简称中国石油)自主开发的首个特高含硫气田——TSP气田全面达产,开启了中国特高含硫气田跨越式发展的崭新里程碑,DKH—QLB特高含硫气田正处于全面建设阶段,至此四川盆地特高含硫气田勘探开发步入全新阶段。为实现特高含硫气藏的安全清洁高效开发,中国石油西南油气田公司坚持自主创新,以TSP气田、DKH—QLB气田产能建设为依托,在特高含硫气田高效高产开发、地面集输、天然气净化、腐蚀防护、安全环保、数智化建设等方面持续探索和实践,取得中国特高含硫气田开发关键核心技术的新突破。研究结果表明:①高陡构造高精度地震成像及地层模型重构技术,实现了60°陡倾角地层构造样式恢复,进一步建立高产井部署模式,开发井均获百万立方米天然气高产;②“评价—设计—管控”三位一体井控技术、复杂地质环境优快钻完井技术、高产高效益建井关键配套技术和全生命周期井完整性保障技术,保障了特高含硫气田井工程的安全高效建设;③形成包括气液混/分输工艺、材质评选及缓蚀剂防腐、有机硫深度脱除及尾气超低排放、全面施工质量控制、多重联锁保护和多级紧急截断的特高含硫气田地面工程技术体系,支撑了地面系统安全高效平稳运行和清洁生产;④建立了中国特高含硫气田最严格的安全防护距离及应急管控系统,形成含硫气田水闪蒸气增压回收技术,实现站场闪蒸气零排放,保障了特高含硫气田的安全清洁高效开发;⑤储层—井筒—地面元素硫沉积预测及防治技术,实现储层—井筒—地面元素硫沉积的有效预测,解决了元素硫沉积堵塞的难题,支撑特高含硫气田长期稳产;⑥优化了数字化交付标准,打造了生产全系统的数字孪生体,建立了融合开发生产上下游一体化模型和多场景智能工作流,构建了智能管理平台,提升了特高含硫气田开发生产管控水平和工作效率。结论认为,特高含硫整装气田取得的关键技术创新,支撑了四川盆地TSP气田、DKH—QLB气田等特高含硫气田的产能建设,为中国特高含硫气藏安全清洁高效开发提供了借鉴,为保障国家能源安全作出了重要贡献。

高含硫气藏地层温度场及硫沉积相态预测模型

在深层高含硫气藏高温高压环境中,随着高含硫天然气开发过程中地层温度和压力下降,地层中硫沉积会出现相态变化而造成多种流体渗流特性,溶解于酸性气体中的硫单质逐渐沉积在储层孔隙中,进而影响气井的正常生产。为探究高含硫气藏地层硫沉积的相态变化动态,针对多裂缝水平井生产特征,建立了考虑硫沉积和各种热效应影响的硫沉积相态预测模型,并基于有限体积法求解温压场数值模型,研究了地层温压场分布规律及近井地带硫沉积的相态变化特征。研究结果表明:①自储层边界向人工裂缝方向地层温度是不断降低的,在人工裂缝根端达到最低,研究区的整体温度随生产时间延续先下降后上升;②裂缝导流能力越小,地层温度会越低,硫沉积更容易以固态形式存在;③随着生产时间增加地层中硫沉积逐渐从固态变成液态,液硫首先出现在人工裂缝根端附近。当生产压差增加时,固态硫沉积存在的范围会逐渐缩小。结论认为,该预测模型可深化地层硫沉积相态特征的认识,有助于地层硫沉积规律认识,并为深层高含硫气藏的规模效益开发提供理论指导。

持续负温(-5℃)养护条件下含气混凝土性能劣化及孔结构发展规律试验研究

通过对比负温养护、标准养护条件下5种不同含气混凝土试块在不同龄期下的抗压强度值及内部孔结构,分析持续负温(-5℃)养护条件下含气混凝土抗压强度的发展规律,针对持续负温(-5℃)养护条件,对少害孔的范围进一步明确;并从混凝土内部孔隙分布状况对引气类混凝土普遍存在的强度缺失进行研究。试验结果表明:持续负温(-5℃)条件养护对含气混凝土抗压强度的增长有明显的抑制作用,相同引气剂掺量下混凝土试块强度均小于标准养护试块的强度;同种养护条件下,受引气剂影响,混凝土的强度与引气剂掺量间均呈现负相关;在负温养护环境条件下,实验中设置的最高掺量(0.2%引气剂掺量组别)含气混凝土结构整体密实性因浆体内部孔隙数量的增加而减弱,对混凝土自身的强度有一定影响,但引气剂的加入对负温环境混凝土的抗冻作用不可忽视。为了分析负温环境与引气剂掺量之间的平衡性,通过对含气混凝土在不同养护条件下孔结构发展规律的研究,在保证含气混凝土抗压强度劣化程度低、孔径结构相对优化的前提下,明确了负温(-5℃)条件下含气混凝土引气剂的最优掺量。

基于柱孔收缩理论的含气土盾构施工引起地表沉降研究

依托杭州地铁塘青线盾构穿越含气地层的实际工程,对柱孔收缩理论进行修正,首次提出基于柱孔收缩理论的含气地层盾构施工引起地表沉降理论计算公式,并结合实际工程参数,分析隧道埋深、开挖半径、基质吸力等因素对含气地层盾构施工引起地表沉降的影响。研究表明:柱孔收缩理论计算结果与实测数据较为吻合,能较好地反映出含气地层盾构掘进引起的地表沉降特征;与饱和土工程不同,双线盾构穿越含气地层时,先行线引起的地表沉降更大;含气土等非饱和土中基质吸力通过改变土体内摩擦角和黏聚力进而影响土体特性,但较之于土体黏聚力,土体内摩擦角的变化对盾构穿越含气地层引起地表沉降的影响更大。

基于IPSO-Elman的气液两相流含气率测量方法

为安全且非侵入式地测量气液两相流含气率,提出一种电阻层析成像(ERT)陈列电阻与Elman神经网络相结合的含气率测量方法。首先,为加快模型训练速度并避免数据冗余,使用主成分分析(PCA)算法对120维的阵列电阻特征降维。然后,在粒子群(PSO)算法中引入自适应惯性权重和非线性学习因子,并加入遗传算法(GA)的交叉和变异行为以加快算法收敛速度。最后,通过改进的粒子群(IPSO)算法优化Elman神经网络初始权值和阈值,并建立含气率测量模型。经对比实验发现,PCA-IPSO-Elman含气率测量模型的平均绝对百分比误差为2.92%,且训练时间较IPSO-Elman模型减少68.8%。说明所提方法可以达到预期的测量效果。

航空发动机滑油回油管内的流型识别及含气率预测研究

发动机润滑系统回油管内油气两相介质的流动特性直接影响系统中回油泵及散热器的工作特性。为辨别回油管内油气两相流流型和建立含气率预测关系式,本文搭建了模拟轴承腔回油管流动的实验系统,并依据涡轴发动机回油量及油气比完成了700组不同工况的实验测试。实验空气与滑油流量范围分别为10~200 SL/min与6~37 L/min。本文对实验范围内的管内流型进行了判别,并修正了含气率的预测模型。首先对两种极限工况的压力信号的时序特征、概率密度函数和傅里叶变换进行分析,判定其流型为分层流和弹状流。将流型结果与Mandhane流型图进行对比,显示Mandhane流型图并不能准确预测回油管内的油气两相流流型。其次利用含气率经验关系式进行含气率预测,发现Massena预测模型预测的含气率与实验值更接近,预测结果更准确。分层流的含气率在50%以下,而弹状流的含气率在50%以上。最后根据流型对Nicklin经验关系式进行修正,得到分层流和弹状流对应的分布系数分别为0.848和0.919。

计入剪切速率与含气率的润滑油黏温特性研究

为探究剪切速率对油液黏温特性的影响,利用TADHR-2旋转式流变仪测试含气与不含气2种状态下润滑油的黏度;采用动态测量法利用倒置荧光显微镜连续拍摄含气油液,运用视觉方法对原始图片进行二值化并计算了油气两相油的含气率。通过Levenberg-Marquardt优化算法对试验数据进行拟合并建立计入剪切速率与含气率的黏温模型。研究表明:润滑油的黏度变化与温度、剪切速率和含气率有关,润滑油黏度的剪切变稀现象随温度的升高而逐渐减弱;低温时,含气油的黏度高于纯油且随含气率的增加而增加;中高温时,含气油的黏度在低剪切速率下高于纯油且随着含气率的增加而增加,而在高剪切速率下低于纯油且随含气率的增加而减小。

基于反射率法正演模拟的含气储层反射系数频变规律研究

振幅随偏移距/入射角的变化(AVO/AVA)技术已在油气勘探中广泛应用,其随频率的变化特征对岩性研究、储层预测和油气检测具有重要的指示作用。频变特征不仅与含气储层自身吸收衰减产生的速度频散有关,还与地震波在储层顶底之间发生的多次反射有关。本研究基于反射率法建立层状介质的频变反射系数递推公式,利用Chapman模型引入频散速度,提出一种充分考虑含气储层本身吸收衰减与层状结构的AVO精细模拟方法。并在此基础上深入分析了含气储层的厚度、含气饱和度、孔隙度及渗透率与频变反射系数之间的关系,为采用频变规律开展含气储层识别提供了依据。

拉萨市夏季含碳气溶胶的浓度水平与组成特征研究

利用颗粒物采样器采集拉萨市夏季(2021年8月30日~2021年9月23日)大气细颗粒物(PM_(2.5))样品,并对不同含碳气溶胶组分进行测定和探讨。根据碳组分挥发性的强弱,将有机碳(OC)分为易挥发组分(HOC)、中等挥发组分(MOC)和难挥发组分(LOC),元素碳(EC)分为焦碳(char)和烟炱(soot)。结果显示,拉萨市夏季大气环境白天OC和EC的平均浓度分别为4.39±0.98μg/m^(3)和1.09±0.69μg/m^(3),夜晚OC和EC的平均浓度分别为4.39±1.43μg/m^(3)和1.17±0.57μg/m^(3)。系统比较OC/EC和char/soot源示踪指标在源辨识上的差异,发现char/soot值比OC/EC值可以更准确地识别关键排放源对含碳气溶胶的影响,说明char/soot值是一个可靠的源解析工具。本研究测定的char/soot平均值为0.20,符合机动车尾气污染特征,远小于生物质燃烧和煤炭燃烧特征值,说明拉萨夏季大气环境主要受机动车尾气排放影响。LOC是拉萨夏季含碳气溶胶最丰富的OC组分,在所有碳组分中的占比为47.7%,其次为MOC(18.2%)和HOC(10.8%)。不同碳组分之间的相关性分析表明,HOC主要通过大气化学反应生成,未来可成为评估二次有机气溶胶的一个潜在指标。

含气材料的可压缩性在注塑微发泡中的研究与应用

利用改进的常规微发泡注射成型机可对预塑含气聚合物熔体产生高压而实现了注射成型的压力-体积-温度(PVT)的在线测量。通过对聚苯乙烯和聚丙烯的含气或不含气熔体在一定温度下的压力-体积(PV)行为进行研究,发现含气聚合物熔体的可压缩性远大于不含气聚合物熔体。在实际应用中,含气聚合物熔体的较大的可压缩性可用于辅助注射和加快气体融入熔体过程从而提高发泡质量。另一方面,根据含气聚合物熔体的可压缩性大而存在的安全隐患所做的压力释放试验,首次在国内提出了新的含气材料注射成型的安全操作指导。

深海能源土含气储层边坡稳定性研究

深海能源土开采不当往往会造成含水合物储层的强度劣化,诱发海床失稳问题。为探究深海能源土开采对含气储层边坡稳定性的影响,以深海能源土采挖回填装置的开采工况为实际工程背景,针对3种工况下能源土采挖回填诱发的海底滑坡现象,基于有限元强度折减法建立数值模型,分析不同黏土含量、含气量及回填加固等因素引起的水合物含气储层稳定性问题,得到相应安全系数。研究结果表明:黏土含量越高,海底沉积物边坡的安全系数越低,边坡稳定性越差;含气量对深海能源土含气储层的边坡稳定性呈非线性影响,安全系数随含气量的增加呈先上升后下降的趋势;采用胶结性材料进行回填加固处理可提高海底边坡安全系数,边坡稳定性增强。

基于电容传感器的液体管内含气率测量系统的研究

电容传感器具有非侵入式、低成本、结构简单等特点,被广泛应用于液体管内含气率的测量。基于电容传感器,设计了含气率测量系统,对外径25mm、内径21mm液体管内含气率进行测量。为了验证含气率测量系统的准确性,搭建了可视化验证平台。对管内气液两相进行图像采集,对管道截面处的含气率进行计算;分析了视窗左右截面的含气率偏差,研究了采集位置偏差对验证方法有效性的影响。研究表明:通过传感器系统测量的含气率与图像处理得到的含气率吻合;视窗左右截面的平均含气率的偏差不超过3.097%。本研究设计的含气率测量系统的准确性较好,所提出的可视化验证方法能够有效地对含气率测量系统的准确性进行验证。

泥岩生物气有利储层的识别及含气性评价

随着开发的不断深入,研究区SH地区作为非主力层的第四系泥岩生物气田已经成为油田增储上产的重要勘探开发目标。这类储层由于岩性颗粒细小、泥质含量高、厚度小、成岩性差、孔隙结构复杂、非均质性强,导致储层与非储层的测井响应对比度低、有利储层识别困难。同时,高地层水矿化度及富集黄铁矿造成储层流体识别评价困难。利用自然伽马、中子等常规测井曲线,构建含砂指数F_(SD)来表征储层含砂特征,计算泥质含量,识别划分有利储层。利用三孔隙度曲线差值比值法、合成声波时差差值法以及改进的中子-声波时差交会含气指示法等多种方法综合识别储层的含气性。在试气、生产数据刻度下,利用构建的储层含气指数FGAS建立储层含气饱和度计算模型。多种方法综合应用,效果良好,为泥岩生物气的测井精细综合评价提供了技术支撑。

含氯烟气净化并副产无铁盐酸的工艺设计

在氯碱化工生产过程中,氯乙烯(VCM)和聚氯乙烯(PVC)等装置会产生含氯有机废气。目前,工业上主要采用焚烧技术对含氯有机尾气进行处理,该技术可将有机物分解成二氧化碳和水,并产生含氯的无机烟气。含氯烟气经过净化处理后进行排放,同时副产出低附加值的含铁工业盐酸。本文通过设计含氯烟气净化并副产无铁盐酸的工艺流程,通过Aspen Plus软件对该流程进行模拟计算验证,目的是提升工业盐酸的品质,降低装置的运行成本。

恩洪矿区主要煤层含气特征及主控地质因素

立足恩洪矿区地质背景及含煤性,统计分析大量实验测试结果,梳理三个主要煤层含气量的分布特点,研究了气成分组成以及吸附性能。结果表明,该区16煤比9煤吸附煤层气的性能更强,煤层埋深600 m左右吸附气量最大;主要煤层皆为欠饱和煤层,瓦斯分带以沼气带和氮气-沼气带为主,气体中甲烷占比随埋深增大而增高,但受煤层重烃浓度异常高以及气样采取时进入空气影响,煤层埋深800 m甲烷浓度仍低于80%;主要煤层含气量具有向斜控气的特征,从上到下煤层含气量递增。含气量受煤层厚度、埋深以及地下水活动综合影响,沉积作用和地质构造是影响该区煤层含气性的主控地质因素。

倾角测井资料在冷湖地区含气储层评价中的应用

柴达木盆地北缘山前带存在着一套以侏罗系煤系烃源岩为主的含气储层,沿着冷湖构造带呈条带状展布,已成为天然气勘探的重要领域。目前,关于冷湖地区气层解释评价研究往往集中在岩性及孔隙结构评价方面,针对含气储层与浅表滑脱断层的关系研究相对匮乏。利用地层倾角资料解释处理,首先对比四类软件进行处理参数优选,然后综合地震剖面及测录井资料,多井对比明确了含气储层与断裂带的关系,研究揭示了含气显示集中段主要分布在滑脱断层带下盘,且距离断点位置越近,具有含气性越好的特征,这一认识有效支持了老井复查挖潜工作并取得实效。