中国深层、超深层气藏开发关键技术与对策建议

中国在深层、超深层油气勘探开发方面已经取得了重要进展,中国石油天然气集团有限公司(以下简称中国石油)已在塔里木盆地和四川盆地建成两大深层、超深层天然气生产基地,但目前仍存在制约此类气藏高效开发的核心问题。为促进深层、超深层气藏实现高效开发,回顾了中国石油在不同类型深层、超深层典型气藏的开发实践历程,系统梳理了气藏开发过程中面临的问题与挑战,总结了气藏开发的关键技术,最后提出了深层、超深层气藏开发对策与建议。研究结果表明:①形成了深层、超深层岩溶型碳酸盐岩气藏小洞微缝储层量化表征技术和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏多尺度裂缝动静态描述技术,实现了储层孔隙结构特征参数的量化表征和不同尺度裂缝的精细刻画与空间预测,提高了开发井的成功率,确保了储量高效动用;②形成了开发单元划分与水侵通道刻画技术和裂缝非均匀水侵动态评价技术,实现了不同开发阶段水侵动态评价和水侵状况准确预报,为不同开发单元制订差异化的开发技术政策奠定了基础;③建立了岩溶型碳酸盐岩气藏全生命周期递进式控水开发模式和裂缝—孔隙型碎屑岩气藏控排水协同提高采收率技术,实现了气藏均衡开发,整体提高了气藏采收率。结论认为,深层、超深层气藏地质、工程环境复杂,储层非均质性强,需进一步加强气藏前期评价、布井模式攻关、不同区块水侵规律等方面研究,且需做好气田群协同开发的整体研究。

岩溶管道构造影响下浅部地层温度数值模拟研究

当含水岩溶构造体存在时,浅部地层温度场会产生变化。浅层测温法可以简单快速地获得浅层地温数据,通过温度差异反演出岩溶构造的分布。为了研究以贵州省盘州市某场地及其周围场地为对象时,浅层测温技术探测岩溶管道构造体的可行性,笔者采用数值模拟方法。结果表明:构造体不同的埋深会显著改变浅部地层的温度,对于单个岩溶构造体(等效直径为0.5 m,水温12℃),可探测深度极限约为66 m;在管道内流体的温度为12℃时,岩溶管道构造体有效流动截面积的增大会降低浅部地层温度,等效直径在0.1~1.0 m区间内改变时,2.0 m处地层温度的变化在0.02℃以内,这使得利用浅层测温法识别岩溶构造体的有效流动截面积变得困难;流体温度在一定范围内(12~18℃)的变化会改变浅部地层温度,尤其是低温流体的影响更为明显。

盾构穿越岩溶复合地层注浆充填技术研究

针对盾构穿越岩溶复合地层处治难题,结合南京市和燕路过江通道江南幕府山段工程建设实践,对盾构穿越岩溶复合地层工况中复合地层特征及治理技术进行研究,研发了适用于岩溶复合地层治理区域的新型注浆充填材料,形成固体废弃物注浆材料工业制备工艺;设计了基于时空效应的注浆治理方法,形成了深部地层长距离控域注浆治理关键技术;基于关联度判别准则的注浆效果评价可拓理论模型,对注浆治理效果进行科学检验与评价,形成了盾构穿越岩溶复合地层协同控灾关键技术。最终形成盾构穿越岩溶复合地层治理体系,具有显著的技术经济效益。

岩层倾向对喀斯特槽谷区不同土地利用类型土壤分离能力的影响

[目的]探索岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤分离能力的影响机制,为喀斯特槽谷区预防和治理水土流失提供参考意见。[方法]以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,通过水槽冲刷试验,分析不同土地利用类型在顺/逆层坡的土壤分离能力差异,并探讨土壤理化性质对土壤分离能力的影响。[结果](1)顺/逆层坡土壤分离能力均与土壤有机质含量、>0.25 mm水稳性团聚体含量和全氮含量呈显著负相关(p<0.05),其中,逆层坡有机质含量、>0.25 mm水稳性团聚体含量和全氮含量大于顺层坡。(2)4种土地利用方式下的土壤分离能力均为顺层坡高于逆层坡。此外,草地土壤分离能力综合得分在顺/逆层坡均低于辣椒地、玉米地和裸地。(3)根据多元逐步回归分析结果,基于有机质含量和>0.25 mm水稳性团聚体含量建立的顺/逆层坡土壤分离能力预测模型的决定系数R^(2)分别为0.77,0.85,能有效预测土壤分离能力。[结论]草地土壤分离能力在顺/逆层坡均为最小。因此,为预防喀斯特槽谷区水土流失及促进生态恢复,应合理进行耕种,并且适当增加草地的覆盖面积,提高土壤抗侵蚀能力。

四川盆地北部中二叠统茅口组碳酸盐岩溶蚀模拟实验与岩溶层组特征

四川盆地北部中二叠统茅口组岩溶储层发育,是该区重要储层类型之一。基于野外露头、钻井岩心资料,采用宏观与微观结合的方法,根据薄片鉴定、扫描电镜、主微量元素等资料、辅于溶蚀模拟实验等技术方法,对四川盆地北部茅口组岩溶层组特征进行了研究。该区茅口组一段以泥质灰岩、生屑泥晶灰岩为主,酸不溶物含量较高;茅二段、茅三段以泥晶生屑灰岩、亮晶生屑灰岩为主,酸不溶物含量较低。溶蚀模拟实验结果表明,碳酸盐矿物类型、化学成分等是影响茅口组岩石可溶性的主要因素,样品溶蚀速率、溶液离子浓度及微观溶蚀变化特征均表现为生屑灰岩>泥晶灰岩>白云岩>泥质灰岩。茅口组岩溶层组类型可划分为2类3型9亚型,不同岩溶层组类型岩溶作用条件、岩溶化程度不同,缝洞型岩溶储层发育规模也存在差异。

川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术

四川盆地川东南构造带东胜背斜北部浅表地层岩溶发育,溶洞层级多,破碎带厚,尤其是嘉陵江组2段以上地层钻井液失返、井壁破碎带掉块严重,井下故障频发,多口井废弃。为了提高页岩气井的钻井效益,采取了优化井身结构、分井段优化钻具组合、分阶段优选钻井液,以及使用“组合法”注水泥固化破碎带井壁等技术措施,形成了川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术。该技术在东胜背斜北部区块10口井进行了现场应用,降低了浅表层井段发生井下故障的概率,提高了岩溶浅表层的钻井时效,浅表层成井率达到100%,机械钻速提高25.0%,钻井周期缩短63.2%。川东南页岩气井岩溶浅表层安全高效钻井技术为该区块高效开发提供了技术支撑。

岩溶地层溶洞空间计算形态及承载性能数值模拟研究

为寻求合理的岩溶地层溶洞空间的计算形态,以三维溶洞跨度、埋深为控制参数,建立溶洞空间形态数值仿真模型,分析不同参数组合下溶洞的变形与弹塑性应变的分布规律,提出单体地下溶洞空间计算形态为拱顶圆柱体,形成其控制参数与取值方法。再以溶洞高跨比及顶板厚度为控制参数,建立拱顶型溶洞数值模型,分析拱顶型溶洞在桩基作用下的承载性能变化规律。计算表明:拱顶型圆柱体溶洞空间模型具有较强的极限荷载力和抗变形能力。研究结论对岩溶地层中桩基的设计及施工具有科学参考价值。

喀斯特槽谷区岩层倾向对土壤入渗特性的影响

为了解岩层倾向对喀斯特槽谷区土壤入渗特性的影响,以重庆市青木关岩溶槽谷区顺/逆层坡为研究对象,分析5种典型土地利用方式裸地(AL)、辣椒地(PL)、玉米地(CL)、林地(FL)、草地(GL)在顺/逆层坡的土壤入渗能力差异,并探讨土壤物理性质对土壤入渗能力的影响。结果表明:(1)>0.25 mm水稳性团聚体含量、毛管持水量、黏粒以及粉粒含量在顺/逆层坡存在显著差异(p<0.05),其中在>0.25 mm水稳性团聚体含量和毛管持水量方面,分别为PL与FL的顺/逆层坡差异最大,在黏粒和粉粒方面,CL的顺/逆层坡差异最大,且均为逆层坡>顺层坡。(2)除FL顺层坡的土壤渗透能力低于逆层坡外,其余4种土地利用方式下的土壤入渗能力均表现为顺层坡高于逆层坡。(3)土壤渗透特性在顺/逆层坡均与容重呈极显著负相关关系(p<0.01),在顺层坡与总孔隙度、非毛管孔隙度、>5 mm水稳性团聚体含量和饱和持水量呈极显著正相关关系(p<0.01),在逆层坡与非毛管孔隙度、饱和持水量、粉粒含量呈极显著正相关关系(p<0.01);通过多元逐步回归分析与通径分析发现,顺/逆层坡土壤入渗能力的首要决策因素均为容重,其次分别为>5 mm水稳性团聚体含量和粉粒含量。(4)对比4种土壤入渗过程的拟合模型,Philip模型对顺/逆层坡的土壤入渗过程拟合效果最佳。研究结果可为喀斯特槽谷区不同岩层倾向的水土流失防治以及植被恢复提供数据支撑。

灰岩富水岩溶地层下双模盾构施工技术

为避免富水岩溶复合灰岩地层中盾构掘进导致喷水涌砂、地层塌陷等施工风险,依托于广州市某地铁区间工程,从溶洞处理、盾构选型、施工管控处治等方面对与此地层相配套的双模盾构施工方案与技术进行研究。研究表明:对溶洞注浆预处理可有效提高富水岩溶地层的稳定性;串联式泥水/土压平衡双模盾构对此类地层适应性较好,可解决岩块滞排问题;严格执行掘进控制和适当改造设备,有利于保证复合地层中的正常掘进施工。

岩溶地层地铁车站基坑长锚索锚固力计算方法研究

岩溶地层溶洞必然影响基坑长锚索的锚固力,进而影响基坑的稳定性。文章基于弹性阶段线性函数建立锚固体与孔壁界面的剪切滑移本构模型,采用荷载传递函数法考虑了溶洞与非溶洞分界处的变形协调关系,提出了岩溶地层车站基坑长锚索锚固力的计算方法,进而分析了岩溶地层长锚索锚固力的影响因素及规律,以供参考。

向斜煤层气井表层岩溶地层空气钻井技术适应性研究

针对贵州岩溶地层钻井过程容易恶性漏失问题,通过一开采用空气钻井技术,并用表层套管封堵漏失层位,降低二开钻进过程的漏失风险。通过丛式井组应用对比分析,岩溶地层一开采用空气钻井技术后,机械钻速比常规水力钻井技术有显著提升,减少煤层暴露时间,降低井径扩大率,有效保证固井质量。

穿越强岩溶发育与煤系地层隧道施工关键技术与管理研究

以贵州德余高速公路第四合同段隧道工程中的青杠坡隧道为工程背景,深入分析了穿越强岩溶发育与煤系地层隧道的施工关键技术与通风技术。其中瓦斯段施工需根据围岩等级的不同采用预留核心土环形开挖法和台阶法两种方式进行开挖,岩溶地段施工需对溶洞进行相应技术处理;通过对隧道所需通风量进行计算,给出了相应通风方案,结合相关施工经验,总结了一套通风管理方案。

四川盆地南部中二叠统茅口组碳酸盐岩岩溶特征:古大陆环境下层控型早成岩期岩溶实例

综合钻井、录井、岩心、薄片等资料,研究四川盆地南部中二叠统茅口组碳酸盐岩的岩溶特征,并分析讨论其机理与模式。茅口组为开阔海台地沉积,以发育高能滩相颗粒灰岩与非滩相低能泥晶灰岩的不等厚互层为特征。岩溶主要发育在茅口组上部,表现为大量溶蚀缝洞发育,且多被离解的碳酸盐岩碎屑、方解石晶粒、碳质泥屑等不同来源的物质混合充填,但缺乏典型的岩溶角砾。茅口组岩溶属于大陆环境下早成岩期岩溶类型,一个显著特征是岩性与岩相对溶蚀-充填作用的控制:非滩相泥晶岩类岩性致密,岩溶欠发育;高能滩相颗粒岩类岩溶发育良好,并可以识别出基岩带、半离解带和混合充填带3种溶蚀-充填带。根据上述特征,认为泥晶灰岩致密层与颗粒灰岩高渗层在纵向上的多旋回叠置,以及先期的孔渗系统和断裂裂缝体系为岩溶水提供输导体系,导致形成了同期多层的颗粒滩相控岩溶系统,并在岩溶台地和斜坡岩溶型储集层皆较发育。该研究成果不仅可为相关研究提供补充与参考,还对研究区茅口组油气勘探具有一定的指导意义。

岩溶地层中的盾构隧道施工

研究目的:岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落,地层大量失水、坍塌,严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞处理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工,以保证施工及运营安全。研究方法:采用多种勘查手段分析岩溶地层,充分注重盾构机及盾构施工的特点,比选、优化设计施工方案。研究结果:顺利完成岩溶段盾构隧道施工,验证了勘查及加固方案,填补了国内的空白。研究结论:综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效;根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。

广州岩溶地区深基坑开挖对周围环境影响的研究

以广州地铁9号线在岩溶地区施工深基坑为例,研究岩溶地层基坑施工对周围环境的影响。该车站基坑长259.7 m,宽18.7 m,深15.8 m。基坑深度范围内包括溶洞和砂层,溶洞地层富水、稳定性差、物理力学性质差,砂层厚0~15 m,有较大的渗透性,基坑施工过程中对地下连续墙的侧向位移和地面沉降进行了监测。监测结果表明,基坑开挖结束时地下连续墙的最大侧向位移为12 mm,地面沉降的最大值为10.1 mm,基坑开挖过程中对周围环境的影响很小。研究成果可为今后类似工程施工提供经验借鉴。

中国海相油气地质理论新进展

近年来中国海相油气勘探呈现出快速发展势头,一批大型海相油气田被发现,海相油气的地位也愈来愈受到重视。特别是在海相石油地质新理论的指导下,海相油气勘探将进入高速发展时期,这也将会极大缓解东部陆相盆地老油区的勘探开发压力。海相石油地质新理论包括三个方面:在成烃方面,研究认为中国海相不缺乏高有机质丰度的泥质烃源岩,纯碳酸盐岩生烃能力有限;深埋高温下原油裂解成气和高演化阶段的海陆过渡相煤系烃源岩是海相天然气的主力气源;在低地温梯度和晚期深埋条件下,原油的稳定性较高,塔里木盆地液相石油可以赋存在9000m以上的储集层中,因此,塔里木盆地深层石油的勘探潜力很大。在储层方面,TSR溶蚀改造储层在深部更强烈、层间岩溶和顺层岩溶不受埋深限制或影响不明显,将解放深部碳酸盐岩的勘探。在油气成藏方面,大面积、准层状、连续型、缝洞型等油气富集模式的提出,拓展油气勘探的范围、降低了勘探成本;一批古老油藏的发现,提高了在构造复杂区寻找原生型海相油藏的信心。研究认为,近期海相勘探,围绕隆起斜坡部位勘探为主,主体勘探深度可以下移至9000m。

三峡库区地表泥灰岩边坡变形机理研究

三峡库区地表巴东组泥灰岩地层,大范围内岩体结构松动。为了查明原因,从沉积环境以及沉积地层进行分析,得出的结论为:嘉陵江组顶部膏岩地层在临江部位发生溶蚀,溶腔顶部巴东组地层在重力作用下发生坍塌,导致地表岩体变形破坏。巴东组泥灰岩地层受重力和蠕变作用后,发育多组垂直裂隙,使地表岩层表现为整体性松动现象。因此地表岩体结构松动破碎的原因是深部石膏层岩溶塌陷与表生溶蚀改造作用共同导致的结果,前者为控制因素,后者为叠加效应。

煤系地层陷落柱特征与煤层气分布浅析

研究煤系地层陷落柱特征 ,有助于提高煤层气的勘探效益。陷落柱与区域地层产状、岩性特征不一致 ,岩性杂乱 ,角砾岩发育 ,岩石破碎、易垮塌、井径大 ,地震标准反射波中断或消失 ,出现异常波。根据地层、构造特征和地震反射特征可以识别陷落柱 ,并根据地震资料可以预测陷落柱。陷落柱影响煤系层气的分布 。

太原东山大窑头煤系层间构造与岩溶陷落柱群发育模式

煤系层间构造与岩溶陷落柱是阻碍煤炭企业高效生产的重要地质障碍,太原东山大窑头新开挖的路堑剖面集中揭示了这两类密切相关的构造现象;笔者在区域地质调查和对路堑剖面地质编录的基础上,从构造、地貌、水文演化的角度,构建出太原东山煤系层间构造与岩溶陷落柱群发育模式,获得:在燕山期EW向挤压应力体制下形成大窑头褶皱与层间构造,在新生代早期EW向伸展应力体制下,太行山前断裂发育后形成华北岩溶水系统后,在大窑头背斜轴部奥陶纪灰岩中发育管道流进而形成岩溶陷落柱群,新生代中晚期伴随着太行山隆升、晋中断陷的形成,发育了本区走向近EW的断阶,使得华北岩溶水系统解体。分析结果表明:太原东山岩溶陷落柱群是在构造控制下华北大岩溶水系统发育的结果,可作为华北克拉通破坏表生过程的良好记录物。

两次条带法全柱开采技术研究及其工程应用

为了在利用条带开采有效控制岩层移动的同时,进一步提高煤炭资源采出率,基于保护体承受采动附加应力特点和两次条带法开采岩层移动变形规律,引入分次小变形开采理念,提出了第1次条带开采和第2次煤柱开采的两次条带法全柱开采技术。应用这种技术,一方面,可相应地提高建筑物的抗采动应力的能力,另一方面,可减少地表水平变形,能实现村庄不搬迁采出全部压煤。该技术在丰城矿区坪湖矿岩溶和建筑物压煤开采中得到了成功的应用,取得了良好的效果。