利用多尺度CT成像表征致密砂岩微观孔喉结构

为全面表征致密储集层微观孔喉分布及结构特征,对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组致密砂岩储集层样品进行纳米—微米多尺度CT三维成像研究。首先利用低分辨率微米尺度X-CT扫描获取直径为2.54 cm岩心柱内部微米级别孔喉结构特征,然后根据微孔分布特征,制备多个直径为65μm的样品进行高分辨率纳米尺度扫描,重构纳米级微孔三维结构模型,最终计算出样品的孔隙度和渗透率。在微米尺度下,孔喉大小不一,直径为5.4～26.0μm,呈孤立状,局部呈条带状;在纳米尺度下,微孔直径主要为0.4～1.5μm,纳米级微孔数量增多,孔喉为管状、球状,分布于矿物颗粒(晶体)内部或表面。纳米级球状微孔连通性较差,三维空间呈孤立状,多仅作为储集空间,而纳米级短管状微孔具有一定的连通性,与微米级管状微孔和邻近孤立球状纳米微孔具有一定连通性,兼具喉道与孔隙的双重功能。数值计算样品渗透率为0.843×10 3μm2,孔隙度为10%。

页岩油形成机制、地质特征及发展对策

页岩油是储存于富有机质、纳米级孔径为主页岩地层中的成熟石油,是常规-非常规"有序聚集"体系的重要类型之一,对中国陆相页岩油形成的沉积环境、储集空间、地球化学特征和聚集机制等基本石油地质问题进行了分析总结。富有机质页岩主要发育在半深湖—深湖环境,不同岩性组合共生沉积;发育纹层结构,微米—纳米级孔喉和微裂缝是主要储集空间;有利页岩以Ⅰ型和ⅡA型干酪根为主、Ro值为0.7%～2.0%、TOC值大于2.0%、有效厚度大于10 m;揭示了页岩孔隙演化和页岩油滞留聚集模式,储集空间、脆性指数、黏度、压力、滞留量等是页岩油"核心区"评价的关键。中国陆相页岩油在湖盆中心连续聚集,初步预测可采页岩油资源量约30×108～60×108t,水平井体积压裂、改造"天然裂缝"、注粗颗粒"人造储集层"等可能是页岩油工业化发展的核心技术,提出加快页岩油"分布区"研究、加强"核心区"评选、加大"试验区"建设的"三步走"发展思路。借鉴北美海相页岩气突破成功经验,陆相页岩油工业化有望在中国首先突破。

新型孔喉尺度无机-有机聚合物复合微球调剖驱油剂研制

以SiO2纳米颗粒为无机组分,以丙烯酰胺、丙烯酸和交联剂为有机组分,采用分散聚合方法制得了一种新型孔喉尺度的无机-有机聚合物复合微球调剖驱油材料。利用红外光谱仪、扫描电镜和激光粒度分析仪对微球结构进行了研究,同时实验研究了复合微球在不同条件下的膨胀性能。研究表明:SiO2和有机聚合物形成了稳定的复合微球结构,微球粒径均匀,为亚微米级到微米级;在高温、高矿化度的条件下,复合微球具有良好的膨胀性和稳定性,其粒径可膨胀8倍以上,是一种具有应用潜力的调剖驱油材料。

孔喉结构对致密气微尺度渗流特征的影响

目前,关于孔喉结构对致密气微尺度渗流特征影响的研究较少,并且传统的数值模拟方法在研究微尺度流动时面临着诸多不适应。为此,从致密气藏实际的温度、压力及储层孔喉特征尺寸出发,研究致密气的流态及采用格子Boltzmann方法模拟致密气流动的合理性,在考虑微尺度效应、滑脱效应等因素影响的基础上,基于LBGK-D2Q9模型建立了致密气流动模型,并将该模型计算的结果同解析解及文献中数值解的计算结果进行对比,进而探讨了孔喉结构对致密气微尺度渗流特征的影响规律。研究结果表明:①当压力介于3~70 MPa、温度介于293.15~373.15 K时,克努森数(Kn)小于0.1,气体流态为滑脱流和弱连续流,采用LBGK-D2Q9模型模拟致密气流动是合理的;②流动通道的特征尺寸对Kn的影响远大于压力变化对其产生的影响,当孔喉比一定时,Kn沿喉道呈缓慢上升的趋势,且孔喉比越大,Kn上升的趋势越明显;③喉道的存在使得孔喉中压力的非线性分布特征显著,压力降主要处于喉道内,并且孔喉比越大喉道内的压降幅度越大;④压力的非线性分布使得气体的流动速度显著降低,从而降低了流动通道内气体的质量流量。结论认为,所建模型的模拟结果与解析解以及文献中DSMC、IP方法等数值解的计算结果吻合程度较高,证实了其可靠性;该研究成果揭示了致密气藏开发工程实践中“通缝扩喉”的重要性。

中国非常规油气勘探开发与理论技术进展

新世纪非常规油气获战略突破,微纳米孔喉页岩系统油气成为油气资源接替的重要新领域,非常规油气资源在能源格局中的地位愈发重要。致密气、煤层气、重油、沥青砂等已成为勘探开发的重点领域,致密油成为亮点领域,页岩气成为热点领域。中国在致密气、页岩气、致密油、煤层气等非常规油气资源勘探开发获重要突破,油页岩、天然气水合物、重油、油砂矿等获重要进展,初步评价中国非常规石油资源量(223~263)×10~8t,天然气资源量(890~1260)×10^(12)m^3。中国非常规油气研究取得重大进展,细粒沉积学在陆相敞流湖盆大型浅水三角洲砂体、湖盆中心砂质碎屑流沉积、海陆相细粒沉积等研究新进展,提供了盆地中心储集体形成和分布的理论依据;非常规储层地质学在研究方法技术、多尺度数据融合、地层条件物理模拟等方面取得重大进展,多方法多尺度整体表征非常规储层已成为研究热点,推动了非常规油气地质学地质理论和方法技术快速发展;创新发展了连续型油气聚集理论,构建了非常规油气地质学理论体系框架,明确了非常规油气地质研究的内涵、地质特征、形成机理、分布规律和核心技术,为大面积非常规油气规模勘探开发奠定了理论基础;非常规油气勘探开发技术方法快速发展,涌现了烃源性、岩性、物性、脆性、含油气性与应力各向异性评价等"六特性"、"甜点区"地质一工程综合评价等核心评价方法,微地震监测、水平井钻完井、"工厂化"生产、"人工油气藏"等开发工程核心理念和技术,推动非常规油气"革命性发展"。非常规油气的突破,带来了坚持理论创新、坚持核心技术进步等4点重要启示,对延长石油工业生命周期、推动理论技术升级换代、改变能源格局具有深远意义。

改善马岭油田开发效果的新途径

本文从研究油层微观孔隙结构出发，揭示了影响马岭油田采液指数下降的主要因素，指出了清防垢、注好水等提高油藏采液指数，改善油田开发效果的新途径，不但对马岭油田有一定的指导作用，而且对其它注水开发油藏也有一定的借鉴价值。

苏里格气田致密砂岩微观孔喉分布及流动特征

为更好地研究致密砂岩储层中的"纳米油气",需对纳米级储集体有正确的认识。高压压汞实验资料可以用来统计储层孔喉半径频率分布情况以及不同半径区间的孔喉对储层渗透率的贡献率,而渗透率贡献率可以反映流体在不同尺度孔喉中的流动能力。对苏里格气田盒8、山1段总计256块样品高压压汞数据进行了分析,结果表明:苏里格气田致密砂岩储层发育微米级孔喉、亚微米级孔喉和纳米级孔喉三大孔喉类型,总体以纳米级孔喉和亚微米级孔喉为主,其中亚微米级孔喉对储层渗透率的贡献最大,其次为微米级孔喉,纳米级孔喉几乎不参与流动;Ⅰ类储层主要由亚微米级孔喉和微米级孔喉组成,微米级孔喉对储层渗透率起主导作用;Ⅱ类储层主要由亚微米级孔喉和纳米级孔喉组成,对储层渗透率贡献最大的仍然是微米级孔喉,其次是亚微米级孔喉;Ⅲ、Ⅳ类储层则较为相似,均以纳米级孔喉为主,亚微米级孔喉在初期对储层渗透率具有主导作用。

应用恒速压汞实验数据计算相对渗透率曲线

截取一段实际储层岩样 ,利用恒速压汞实验技术测定其孔喉频数分布 ,并拟合成连续分布函数 ,该函数符合伽马函数分布。对剩余岩样进行了油、水相对渗透率的测定。以所拟合的孔喉频数分布为主要输入参数 ,利用孔隙网络模型计算了油、水相对渗透率。计算结果与利用JBN法处理的实测结果对比表明 ,恒速压汞实验是确定岩石微观孔喉分布的一种非常有效的实验手段 ,可直接为孔隙网络模型提供主要的输入参数 ,能够得到反映微观孔隙结构特征的较合理的相对渗透率曲线 ,这对于用JBN法不满足或者处理结果不理想的实验具有重要的意义。

基于micro-CT扫描的孔裂隙结构表征及渗流模拟

以羊场湾不粘煤为研究对象,基于micro-CT扫描实验和Avizo处理软件,对煤中孔裂隙、矿物质以及煤基质进行精确提取与分割,并通过三维重构技术,得到了连通孔裂隙模型;在此基础上,进一步建立了具有孔裂隙形态学拓扑结构的等效孔隙网络模型,统计分析了煤中孔喉结构参数,包括孔隙半径、孔隙体积、喉道半径、喉道长度以及配位数;基于孔隙尺度的渗流模拟,实现了孔裂隙空间单相水的可视化渗流过程,并计算了3个方向的绝对渗透率。研究结果表明:羊场湾不粘煤中以片状孔隙群和大尺度互相垂直的裂隙发育为主,平均孔隙半径和喉道半径分别为106、27.79μm,平均配位数为3.45;在单相水渗流过程中,孔裂隙空间内的渗流速度明显高于流入流出端,3个方向的渗透率表现出明显的各向异性,其中y方向的绝对渗透率数值最大,x方向的渗透率最小。

有机络合剂在油气田除垢技术中的应用

本文综述了国内外使用有机络合剂进行油气田除垢的原理、工艺和效果分析。有机络合剂用于清除地层孔隙喉道结垢时不会形成二次沉淀，用于清除油田地面集输系统结垢时具有不损伤工件和劳动强度小等优点。有机络合剂作为安全、高效除垢剂值得在油气田推广应用。

非常规油气地质学建立及实践

非常规油气地质学理论是世界石油工业从常规油气向非常规油气跨越的一次理论飞跃。紧密结合中国特殊地质背景和油气工业条件,经过10年不懈攻关,通过构建细粒沉积学、非常规油气储层地质学、非常规油气成藏地质学、非常规油气开发地质学、常规—非常规油气"共生盆地"发展战略等学科内容,基本形成非常规油气地质学理论体系框架。非常规油气地质学理论,是世界页岩油和气、致密油和气等典型非常规油气工业发展的理论基础,引领推动了石油地质学科发展、行业标准制定、国家实验室建设和专业人才培养,有效推进了我国致密油和气、页岩油和气等非常规油气资源的工业勘探开发。非常规油气地质学科在未来油气资源综合利用、能源结构科学预判、复杂问题创新解决等方面,仍有发展空间。

四川盆地东南部下志留统龙马溪组一段页岩微—纳米观地质特征

下志留统龙马溪组一段是四川盆地东南部页岩气勘探开发的目标层系之一,以往对其地质特征的研究多停留在单方面、定性层面。为此,在钻井岩心观察与描述的基础上,应用微—纳米分析技术和模拟技术,对该层系的微—纳米观地质特征进行了分析。结果显示:(1)页岩矿物组成横向发育稳定,但纵向变化明显,龙一1亚段以灰黑色富有机质硅质页岩为主,有机质含量高,石英含量高且主要为有机成因石英;(2)龙一2亚段以灰黑色—黑色含粉砂质页岩及粉砂质页岩为主,较之于龙一1亚段,其砂质含量明显增多,TOC和石英含量则相对较低;(3)龙一3亚段主要为黑灰色黏土质页岩,硅质矿物含量较低,有机质常富集在黏土矿物间呈断续顺层分布;(4)该区页岩主要发育有机质孔隙、黏土矿物孔隙、脆性矿物孔隙和裂缝(含页理缝)等4种储集空间类型,其中有机质孔隙十分发育,多数为纳米级,是页岩气赋存的主要储集空间;(5)龙一_1亚段属于IUPC分类方案中的中孔,孔隙度和渗透率均较高,连通性中—差,喉道直径变小,向上到龙一_2、龙一_3亚段则以IUPC分类方案的大孔为主,但孔隙度降低、连通性变差;(6)该区页岩孔缝细小,孔隙表面积大,对页岩气具有很强的吸附能力,吸附气量随压力增加而增加,页岩气在低速渗流时呈现滑脱效应,渗透率和孔隙压力越小,滑脱效应越明显。

致密油藏气驱最小混相压力预测

为了明确致密储层微观孔隙结构是否影响流体的最小混相压力,探索适合该类储层的气驱最小混相压力预测方法,通过理论计算分析对其开展了系统研究。结果表明:当孔喉半径小于50 nm时,孔喉会对流体的临界性质及相态产生重要影响。孔喉半径越小,影响程度越大,且流体临界温度和临界压力均随孔喉半径的减小而降低,相图区域随孔喉半径的减小而向左缩小。进一步,孔喉半径对重质组分的临界温度影响较大,对临界压力的影响较小,而其对轻质组分的影响则相反。纳米级孔喉的存在可以明显降低气驱的最小混相压力。因此对于存在纳米孔的致密储层,已不能再用常规方法确定其流体最小混相压力,可以由流体临界参数偏移计算模型联立PR状态方程预测该类储层的气驱最小混相压力,这样的计算结果具有信服力。该研究成果对同类盆地致密储层孔喉对流体相态最小混相压力的影响研究具有一定指导意义。

页岩气储层微尺度流动模型研究及应用

利用尘气模型对页岩气储层纳米级孔喉中的努森扩散和气体分子扩散的扩散系数进行校正。通过尘气模型对二元气体的Knudsen扩散和气体分子扩散进行耦合模拟,表征气体的组分状态变化,获得储层岩心渗透率估值。通过持续测量气体组分的变化确定其有效流动边界,为页岩气的生产诊断、建模和储量估算提供理论依据和数据支持。

屯留矿煤分子孔隙重构及其表征与分析

为定性和定量研究煤的分子孔隙分布情况,选取屯留矿区煤样为研究对象,通过元素分析、固体^(13)C核磁共振和X射线光电子能谱等实验测试并分析了屯留矿煤样的化学结构,构建了煤分子模型。利用分子模拟技术,重构了煤样的分子孔隙。采用最大球算法原理,对分子孔隙模型进行孔隙识别,基于提取的孔隙网络模型对孔隙结构参数进行简化计算,实现了对煤分子孔隙结构的三维可视化表征和定量分析。利用CO_(2)吸附法测试了煤样的孔径分布、比表面积和孔容等孔隙结构参数,与模型对应的孔隙分布特征进行了对比。结果表明,屯留煤样孔径小于1 nm的分子孔隙孔径分布曲线呈现双峰特征,第1峰范围内孔隙的孔径小于0.7 nm,属于极微孔,第2峰范围内孔隙的孔径大于0.7 nm,属于超微孔;孔径在0.40~0.65和0.70~0.89 nm的孔隙数量较多,比表面积和孔容较大;孔隙平均配位数为2.32,大多数孔隙由2个及以上的喉道连通,说明孔隙连通性较好;孔喉半径比主要在1.00~2.00,极少在4.50~7.50,说明煤样孔径小于1 nm的分子孔隙空间发育比较均匀,但在孔隙空间的局部区域存在较大尺寸变化;模型的孔隙分布特征与CO_(2)吸附法测试结果相比,孔径分布曲线趋势相似,数值相近,说明利用煤分子重构煤的分子孔隙并进行孔隙结构的表征与分析是可行的。

高抗盐型均一尺度聚合物复合微球调剖剂的研究

研究采用反相乳液聚合法制备了以二氧化硅为核、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物为壳的复合微球PAMAA@SiO2,并通过加入功能性单体、苯乙烯磺酸钠(SSS)进一步改善其抗盐性能。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪和激光粒度分析仪表征微球结构,并进行了溶胀和核微孔滤膜试验。结果表明,所得复合微球粒径为与孔喉尺寸匹配的微米级,分散均匀,具有良好的溶胀性、耐温抗盐性及封堵和变形运移的能力,是具有应用潜力的高抗盐型调剖材料。

液氮冷冲击作用对煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的影响

液氮压裂是提高煤层气储层改造效率的潜在可行性技术之一,而目前对于液氮冷冲击作用下煤岩孔喉连通性及微观渗流特征可视化的研究则较少,致使该作用对煤岩微纳米尺度渗流特征与力学性质的影响机制认识尚不明确。为了给液氮压裂提高煤层气储层改造效率技术提供理论依据,基于CT扫描和原子力显微镜研究了液氮冷浸前、后煤岩微纳米尺度孔隙结构及力学性质的变化,揭示了液氮冷冲击作用对煤岩渗流能力的影响机制。研究结果表明:①液氮冷浸后,煤岩孔隙数量和孔隙尺度均增大,本次实验条件下孔隙度增大2倍,微裂缝占主导,微裂缝体积占比由液氮冷浸前的7.7%增至90.0%;②基于CT三维孔隙结构重构模型,液氮冷浸后,煤岩喉道数量、总长度、总体积均显著增加,较之于液氮冷浸前,分别增加了1.7倍、1.4倍、1.3倍,煤岩孔隙连通性得以明显改善;③液氮冷浸后,煤岩的绝对渗透率显著提高,在实验条件下为液氮冷浸前的77倍,热应力形成的微裂缝成为液氮冷浸后煤岩的主要渗流通道;④液氮冷浸后,煤岩基质区域和矿物区域均有孔洞及裂缝形成,煤岩表面粗糙度增加,与此同时煤岩基质区域和矿物区域的弹性模量均有所下降,弹性模量平均值分别降低81%、91%。结论认为,液氮冷冲击作用使得煤岩微观缺陷增多、力学性质劣化;液氮压裂有望成为一种高效、绿色的新型煤层气储层改造技术。

鄂尔多斯盆地某地区长8、长6储层微观孔喉尺度及分选性研究

本次研究采用新的分析化验手段,进一步对储层微观孔隙结构进行研究。采用微米CT技术对孔喉尺度进行了研究;由恒速压汞研究了孔喉分选性;由孔喉比研究了储层孔喉连通性;配位数分析了各小单元连通性。

储层微观非均质性及其在致密油运移与聚集中的研究进展

随着致密油研究进入开发阶段,以往宏观上的工作不能满足现生产与科研的需求。通过大量文献调研,从储层微观非均质性入手,总结致密油在此空间中运移与聚集过程中的机理与特点,然后总结了储层微观非均质性的研究手段,如:孔隙结构模型重建技术,流体特征可视化研究技术等。通过结合致密油成藏特征,分析其新兴技术对致密油运移与聚集的影响,同时也讨论了致密油运移与聚集在微观储层研究中所存在的问题。为进一步的成藏研究奠定了理论与技术基础。

古近系油气初次运移有效性的主控因素——以珠江口盆地西江A和西江B构造圈闭油气勘探效果对比为例

通过珠江口盆地西江主洼地区古近系油气勘探实例,提出了油气初次运移有效性与初次运移有效区的概念。初次运移是否有效取决于烃源岩排出之油气进入邻近砂体后能否顺利二次分配。初次运移有效性的主控因素取决于2点:一是发育与烃源岩接触面积较大的规模性砂体;二是砂体中粗孔喉相对发育。前者可为初次运移有效性、提高运聚充注效率奠定基础;后者则决定了油气优先充注的运聚方向,其是决定初次运移最终有效的直接条件。据此,对比分析了西江A构造圈闭与西江B构造圈闭的钻探结果,并对西江A构造钻探失利进行了深入解剖,进而深化了该区古近系油气成藏规律的认识,且为进一步勘探寻找类似油气藏提供了参考和借鉴。