纳米乳液:性能、制备及在非常规油气开发中的应用进展

从尺寸、制备方法、热力学及动力学稳定性等方面详细地对纳米乳液和微乳液的特点与不同进行了综述,分析了影响纳米乳液稳定性的主要因素及失稳机理。系统介绍了纳米乳液的制备方法、驱油与助排机理,对其影响因素进行了总结,并对纳米乳液在非常规油气藏开发中的应用现状进行了综述。开发新型低成本、高效的制备方法及研究新型耐温耐盐型纳米乳液是下一步研究的主要方向。

纳米磁性聚合物微球在石油工业中的研究进展

随着纳米技术的持续发展,磁性聚合物微球作为一种磁响应型纳米材料,在石油工业中展现出极具潜力的应用前景。该文对磁性聚合物微球的多样化结构类型进行了系统的概述,对单体聚合法、活性聚合法进行了详细介绍,并分析了相应的技术特征及其优势与局限性。评述了磁性聚合物微球在油水分离、高效脱硫、催化改质和智能驱油石油应用领域的最新研究成果和技术进展,总结了当前磁性聚合物微球在石油工业应用中所面临的挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。未来的研究应侧重于创新制备技术,对磁性核心的表面进行改性、对聚合物外层基团进行精准设计,以提升材料的磁性质量和在石油环境中的稳定性。此外,对磁性聚合物微球的性能进行精细调控,以实现高效率和目标导向的应用效果,即研发具备高磁含量、单一粒径分布、表面易于功能化且具备可调节亲/疏水性质的磁性聚合物微球,以满足石油工业不同场景下的需求。

“非常规油气缝-孔耦合富烃假说”概述

针对非常规油气富集的关键控制因素不清,富集机制与富集效率不明等科学问题,采用广泛调研、野外观察、岩心描述、镜下鉴定、模拟实验、统计分析等手段和途径,结合科研实践,提出了缝-孔耦合是制约非常规油气滞留、运移、聚集、富集关键控制因素,即“缝-孔耦合富烃假说”。主要结论包括:①缝-孔耦合不仅控制了非常规油气运聚、富集与成藏的动力与阻力、还控制了运移的通道和聚集的空间,而且也制约着非常规油气运聚、富集与成藏的相态、方式、流体流动规律和运聚富集的效率。②总结出 16 种缝-孔耦合类型,划分优势耦合、良好耦合、一般耦合和不利耦合等 4 个评价级别的缝-孔耦合,其中优势耦合的缝-孔系统最有利于非常规油气的运聚、富集与成藏,其次是良好耦合。③概述了“缝-孔耦合富烃假说”提出的背景、基本原理、主要依据、主要观点以及基于“缝-孔耦合富烃假说”的勘探思路。“缝-孔耦合富烃假说”的系统梳理对非常油气勘探具有指导意义,但还有待于进一步修正、完善和发展,以丰富和发展非常规油气成藏理论。

非常规储层孔隙网络两相流动模拟研究

针对非常规储层多相渗流微观机理认识不清且室内实验开展困难的问题,基于星形截面流体微观赋存模型,结合高性能图论算法和开源可视化表征软件,在考虑活塞式驱替、卡断填充、协同式填充、带油膜充填等孔喉微观填充机理基础上,建立孔隙网络两相流动模拟方法;并运用该方法模拟了初次排驱和不同润湿性条件下的水驱油过程,实现了对孔隙网络内非润湿相连通关系的动态监测,表征了剩余油的三维空间展布,计算得到相对渗透率曲线和毛细管力曲线。通过对比计算获得的相对渗透率曲线与室内实验获得的相对渗透率曲线,验证了建立的孔隙网络两相流动模拟方法的有效性和准确性。运用建立的孔隙网络两相流动模拟方法对吉木萨尔页岩储层的复杂油水两相流动机理进行了探讨。结果表明:吉木萨尔页岩储层两相流区域狭窄,残余油饱和度高,水相存在“渗透率圈闭”现象。研究结果为非常规储层两相流动模拟提供了有效方法。

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。

吉木萨尔页岩油二氧化碳吞吐提高采收率技术研究

针对吉木萨尔页岩油衰竭式开发采收率低、注水吞吐效果差的问题,通过油气相态实验和油藏数值模拟方法开展了页岩油储层CO_(2)吞吐技术适用性研究,指导现场CO_(2)吞吐技术实施。结果表明:相较于CH_(4),CO_(2)与吉木萨尔页岩油的相互作用更好,在地层压力和地层温度条件下,CO_(2)在原油中的溶解气油比为497.83 m^(3)/m^(3),原油黏度降低70.65%,原油体积膨胀2.05倍;对于典型页岩油井,多周期CO_(2)吞吐可提高采收率9.43个百分点,原油产量可提高31472.40 t。随着裂缝间距缩短和储层孔隙度增加,CO_(2)吞吐增油效果逐渐变好,渗透率和含油饱和度对CO_(2)吞吐效果的影响较小。矿场试验结果表明,CO_(2)吞吐可有效提高页岩油采收率,在无裂缝窜扰条件下,增油效果更优。研究成果对页岩油高效开发具有一定借鉴意义。

高温中低渗油藏智能纳米黑卡驱提高采收率技术

当前化学驱储量接替严重不足,亟需攻关突破高温中低渗油藏提高采收率技术。智能纳米黑卡驱油技术是当下极具前瞻性的纳米驱油技术,可大幅度提高采收率。针对河南油田高温中低渗油藏,开展高温条件下纳米黑卡静态性能评价,并通过高温岩心驱替实验评价不同渗透率条件下智能纳米黑卡驱油效果。结果表明,智能纳米黑卡具有优异的耐高温性能,分散稳定性好,能够降低油水界面张力至10^(-1)mN/m,并具有改变润湿性和快速乳化与破乳性能。同时,纳米黑卡具有高效的洗油能力,在95℃下注入0.3 PV的质量分数为0.005%的智能纳米黑卡溶液,在目标油田不同渗透率(50×10^(-3)~450×10^(-3)μm^(2))条件下可提高采收率15.8百分点~20.0百分点。因此,智能纳米黑卡驱油技术适用于河南油田高温中低渗油藏提高采收率。

稠油开发技术进展及新分类标准建立与应用实践——以胜利油田稠油开发为例

稠油油藏是一种重要的战略资源,对保障国家能源安全起到重要的作用。国内外稠油开发主要有蒸汽吞吐、蒸汽驱、驱泄复合(SAGD)、火烧驱油4项技术,受技术适应性、成本高及对环境不友好的影响,其推广和运用存在一定局限性。胜利油田根据自身油藏特点,形成了薄层水平井、热化学复合和化学降黏3项新技术,拓展了开发技术界限,使稠油油藏开发的有效厚度界限低至2m、油藏埋深为2000 m、储层渗透率界限低至100×10^(-3)µm^(2)。根据各项技术特点和矿场应用效果,建立了以技术适应性为基础的稠油新分类标准,把稠油油藏分为5大类,指导矿场稠油开发技术方向的选择。结合目前技术发展方向和新的形势要求,指出“多元热复合”“非热力开发”“纳米材料应用”将是稠油开发技术3个趋势。

非传统油气资源:现实且潜力巨大的油气勘探开发新领域

依据是否编入目前的石油地质学,将圈闭(油气藏)类型分为传统圈闭(油气藏)和非传统圈闭(油气藏)。与传统圈闭(油气藏)相比,非传统圈闭(油气藏)具有形态特殊、内部结构复杂、储层非均质性强且生储盖组合多变、成藏机理奇特、分布位置更加隐蔽等特征,甚至有的非传统油气藏位于传统石油地质理论认为的禁区。目前发现和开发的非传统油气藏有露头油气藏、断溶体油气藏、断缝体油气藏和断壳体油气藏等,非传统油气藏正逐渐成为油气勘探开发的热点和亮点。我国地质条件和成藏环境极为复杂,仍然有相当数量的圈闭(油气藏)没有收入经典的石油地质学,非传统油气资源潜力巨大,它们多分布在(超)深层、(超)深水、高原、极地、特殊气候地区,甚至盆地外,是现实的油气勘探开发新目标和新领域。

页岩油微运移识别、评价及其石油地质意义

以准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组页岩为例,综合岩心观察、测试分析、地质剖析和数值模拟等方法,识别页岩层系石油微运移现象,采用自主研发的排烃潜力法定量评价页岩油微运移烃量并进行了可靠性验证,指出页岩油微运移评价的石油地质意义。研究表明:页岩层系富有机质纹层和贫有机质纹层之间存在明显的页岩油微运移,富有机质纹层生烃能力强,生成烃类的重质组分优先与干酪根溶胀或吸附滞留,轻组分以游离态运移到与其互层的长英质或碳酸盐贫有机质纹层富集;玛页1井风城组69%的页岩存在外来运移烃的充注,31%的页岩发生了排烃作用。综合基于地质色层效应的族组分、二维核磁共振以及无机锰元素在烃类运移过程中的地球化学行为等分析,验证了微运移评价结果的可靠性;微运移是连接页岩层系各个油气聚集要素的桥梁,贯穿页岩油从生成、排出到富集的全过程,影响页岩油的含量和组分。页岩油微运移识别与评价结果,将为揭示页岩油动态差异富集机制、建立页岩“多级生油高峰”模式提供新视角。

页岩油微观渗流机理研究进展

页岩油已成为全球非常规油气资源勘探开发的重点,但其开发面临诸多挑战。针对页岩油赋存孔隙空间复杂、渗流机理尚不明确和研究方法亟需探索的关键问题,从孔隙尺度和岩心尺度,系统阐述了页岩油微观渗流机理在实验方法和计算模拟方面的研究现状,探讨了目前存在的问题和未来研究的发展趋势。结果显示,目前多种实验方法结合能较好表征页岩孔隙结构,但对微尺度与岩心尺度流动的表征尚存在不足;孔隙尺度流动机理研究以格子玻尔兹曼方法为代表的直接法和以孔隙网络模拟为代表的间接法为主,但对微尺度效应的考虑有待完善;岩心尺度流动机理研究主要为基于毛管束模型和分形理论,建立考虑边界层效应的渗流模型。指出充分考虑页岩油微纳米孔隙中流动边界吸附/滑移、密度/黏度非均质性、应力敏感、启动压力梯度等因素,耦合不同尺度渗流机理,构建能够准确表征页岩油多相多尺度流动特征的数学模型是未来的主要研究方向。

页岩油储层压裂-提采一体化研究进展与面临的挑战

页岩油储层压裂开发中,以远超地层吸收能力的注入速率向储层注入包含各类添加剂的工作液,基本完成了压裂介质一次注入、油井开发全生命周期受益的使命。其中,2个问题尤为关键:1)如何形成均匀展布的裂缝网络,增大裂缝和储层的接触面积、提高液体流动效率?2)在形成高效传压传质缝网的基础上,存地压裂液如何提高储层中原油的可动性?压裂和提采一体化是解决上述问题的重要思路。为此,阐述了页岩油储层压裂-提采一体化的内涵,归纳了实现压裂-提采一体化的模拟和试验技术;明确了页岩油储层压裂-提采一体化的科学问题:均衡应力压裂形成均匀展布的缝网,提高均布缝网中流体流动与传输的效率,强化基质孔隙中油气的动用。同时,指出了压裂-提采一体化面临的挑战:明确裂缝非均匀扩展导致的压裂井间干扰机理并建立控制方法,形成裂缝中高压流体高效作用于基质孔隙的途径,揭示压裂液-储层-原油相互作用提高原油可动性机理。研究结果表明:形成均布的裂缝网络是控制裂缝-基质传压传质及流体流动的基础,通过强化压裂液-储层-原油之间的相互作用动用赋存于微-纳米孔隙中的原油是核心,将压裂-提采一体化应用于页岩油储层开发是实现经济最大化的有效途径。贯彻和落实压裂-提采一体化的理念,对页岩油储层的高效开发具有重要意义。

活性MoS_(2)纳米片剥离油膜机理研究

纳米材料可以提高原油采收率,但目前对于纳米材料的研究主要集中在球形纳米材料的性能上,对于二维片状纳米材料的研究甚少。自主合成了两亲性MoS_(2)片状纳米材料(活性MoS_(2)纳米片)用于大幅度提高水驱后原油采收率,针对活性MoS_(2)纳米片在固体表面上的铺展规律进行系列研究,阐明了活性MoS_(2)纳米片对固体表面油膜的作用机理。基于气-水-固相接触角的测量,明确了油湿性石英片在活性MoS_(2)纳米片驱油体系中浸泡120 h后,水滴平衡接触角保持90°不变,石英片表面由油湿转变成中性润湿;地层水和质量分数为0.15%的SiO_(2)纳米流体均无法使油膜在固体表面产生楔形膜,而质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系可在油-水-固接触区域形成明显的楔形膜,产生结构分离压力,最终剥离固体表面油膜。研究发现,在质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系中,油膜在固体表面的收缩过程中会形成内、外两条接触线,内、外接触线的收缩速度分别是0.6617×10^(-5)和8.5817×10^(-5)cm/s;从热力学角度计算出油膜在收缩过程中油-水-固混合体系Gibbs自由能的增量呈负增长,证明油膜在活性MoS_(2)纳米片驱油体系中的收缩是自发进行的。该项研究成果说明质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系具有高效的驱油能力。

不同地质体中CO_(2)封存研究进展

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是降低二氧化碳(CO_(2))排放、缓解气候变化问题的重要措施。作为CCUS技术的重要组成部分,CO_(2)地质封存是我国能源工业领域实现碳中和目标的“兜底”技术。常见的CO_(2)封存地质体包括深部咸水层、枯竭油气藏、深部不可采煤层和玄武岩等,不同地质体中CO_(2)的封存过程及其机理存在差异。综述了不同地质体中的CO_(2)封存机理、国际国内CO_(2)封存的主要工程实例以及不同地质体中CO_(2)封存潜力的计算方法,并对CO_(2)地质封存的前景进行了展望。

基于核磁共振技术的页岩孔隙结构定量表征

以川东南地区龙马溪组页岩为例,开展常规核磁共振(NMR)及核磁共振冻融(NMRC)实验,对页岩储层孔隙结构进行表征。研究表明:(1)页岩发育有机质孔、粒内孔、粒间孔及微裂缝等4种孔隙类型;孔隙的孔径分布范围广,主要集中在1~100 nm之间,储集空间以中孔为主,所占比例为76.2%,其次为宏孔,占比21.9%,微孔的贡献最小,仅占2.0%。(2)核磁共振冻融法揭示的孔径分布特征更加准确,尤其对2~100 nm范围的孔隙孔径刻画更加精细,对非均质性强的页岩储层孔隙表征更有优势。(3)核磁共振技术表征储层孔径分布时会受多种因素的影响,例如层理的发育程度、饱和流体的性质会对常规核磁共振实验产生影响,进而影响孔径分布表征结果;核磁共振冻融法孔径分布的表征受到探针液体KGT取值、实验样品制样大小的影响,需要合理标定探针液体KGT值以及选取合适的样品大小才能获得可靠的实验表征结果。

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。

碳酸盐岩储层酸蚀蚓孔物模实验研究进展

酸蚀蚓孔是碳酸盐岩储层基质酸化最典型、最基本的特征,其尺寸和形态对酸化效果有着重要影响,关于酸蚀蚓孔的物模研究对于碳酸盐岩储层基质酸化机理研究及现场施工设计具有重要指导意义。文章分别综述了线性流和径向流两种岩心流动实验研究的重要成果和最新进展,指出酸蚀蚓孔实时表征是线性流岩心流动实验研究的发展方向,针对渗透率、尺寸等岩心参数对酸蚀蚓孔发育的影响,应结合融合电测和示踪剂的蚓孔实时表征方法进行进一步研究。针对酸液突破岩心时孔隙体积倍数(PVBT)与岩心参数之间关系的认识,后续应进一步升级径向流岩心流动实验及表征设备,从而开展不同因素对酸蚀蚓孔发育影响的研究,重点解决酸蚀蚓孔从实验尺度升级到现场尺度问题。建议加强电测法室外模拟实验及现场应用研究,从而实现实验尺度和现场尺度酸蚀蚓孔的实时观测和表征。

全油气系统理论基本原理

通过阐释全油气系统基本原理,并阐明全油气系统的结构,进而揭示常规油气—致密油气—页岩油气序列成藏规律以及全油气系统成藏模式与成藏机理;此外,阐述了页岩油气-致密油气储层地质模型、流动模型与开发生产机理,并给出了进一步的研究方向。研究表明:(1)全油气系统的主要结构包括3类流体动力场、3种油气藏与油气资源,以及两种成藏作用。常规油气—致密油气—页岩油气具有形成时间和空间分布的有序性、基于成因机理的序列合理性,表现出“序列成藏”的地质规律。(2)全油气系统成藏模式可以分为“碎屑岩盆地成藏模式”与“碳酸盐岩盆地(层系)成藏模式”两类。非常规油气的聚集成藏是一种“自封闭成藏”,油气自封闭作用的微观来源是分子间作用力(范德华力)。(3)非常规油气生产实践证实,页岩油气-致密油气储层地质模型、流动模型与开发生产机理是一个全新的领域,极为复杂,有待进一步研究。页岩油气一定是中国油气资源中最重要的资源接替。(4)进一步研究方向包括:碳酸盐岩盆地全油气系统特征及复合盆地演化源储耦合规律;页岩油气与致密油气运移、成藏与开发生产的流动机理;深层超深层页岩油气、致密油气和煤层气油气地质特征与富集规律;全油气系统油气资源评价与新一代盆地模拟技术;地球系统—地球有机岩与化石能源系统—全油气系统研究。

基于流固耦合的水力压裂过程断层失稳规律研究

水力压裂技术通过高压注入大量压裂液破碎致密页岩,该过程对周围环境产生的潜在影响(如水力压裂激活断层),受到社会的广泛关注。为了更加安全、合理地进行页岩气开采,优化水力压裂施工设计及减小其对周围环境的影响,有必要开展水力压裂注水过程储层地应力演变及断层稳定性研究。本文针对水力压裂缝网与天然裂缝系统沟通后储层导流能力抬升情况,基于流固耦合模型,分析了水力压裂过程中孔隙压力动态扩散、断层破裂带体积应变及断层稳定性变化规律。模拟中开采井的注入压力考虑西南地区页岩气藏水力压裂实际施工压力,计算结果表明:随着注水过程的进行,孔隙压力扩散明显,邻近断层区域有效应力减小,断层稳定性降低;断层核两侧破裂带体积应变(挤压、拉伸)呈现相反变化趋势,邻近注水井一侧的断层破裂带及断层核内孔隙压力场抬升明显(抬升约1.1倍),造成邻近断层局部失稳,但断层整体未出现失稳。

原油中痕量化合物的研究进展

痕量化合物是油气成因、来源、形成环境、次生地球化学改造等研究的重要指示物,随着当前油气研究不断地向非常规储层以及深层储层进发,此类化合物在油气地球化学研究中显得愈发重要。本文综述了近年来原油中痕量化合物的定义、分类,及其在母质来源与形成环境分析、高演化阶段油气成熟度与油源对比、油气运移路径示踪、油气次生地球化学改造等方面的研究进展,总结了基于痕量化合物所建立的原油热裂解、硫酸盐热化学还原反应、气侵改造作用等评价参数的应用现状;同时,指出痕量化合物的形成机理以及寻找具有指示物源意义的痕量分子化合物、加强单体同位素分析是未来的研究重点,并且随着测试技术与研究认识的不断提升或将发现新的过渡型分子化合物。