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。

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。

“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。

三维各向异性TI介质中的P/S波快速解耦技术及在弹性波逆时偏移中的应用

随着多分量采集技术的发展,弹性波逆时偏移技术在三维各向异性介质复杂地质构造成像中得到了广泛的应用.然而耦合的P波场和S波场,会在传播过程中产生串扰噪声,降低弹性波逆时偏移的成像精度.为了解决这一问题,本研究针对具有倾斜各向异性对称轴的三维横向各向同性(Transverse Isotropy,TI)介质,提出了一种矢量弹性波场快速解耦方法,可以有效提高偏移剖面的成像质量.该方法首先通过坐标转换,将观测系统坐标系的垂直轴旋转到TI介质的对称轴方向,在新坐标系下,根据具有垂直对称轴的三维横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质中的分解算子,推导出三维TI介质解耦算子表达式.接着引入一种在空间域快速计算分解波场的方法,来实现空间域矢量P波场和S波场分离,极大地提高了计算效率.最后,通过点积成像条件,将提出的P/S波分解方法引入到三维TI介质弹性波逆时偏移中,得到高精度的PP和PS成像.与以往的波场分解方法相比,本文方法具有数值稳定和计算效率高的特点.数值算例表明,应用上述三维TI分解算子得到的偏移剖面有效压制了噪声,提高了成像质量.

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。

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。

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。

页岩油渗吸机理及影响因素研究进展

综述了自发渗吸提高采收率机理,包括毛管力、电化学力等,论述了复杂程度不同的页岩渗吸机理模型进展,为数值模拟优化提供参考,总结了自发渗吸提高采收率的控制因素,包括储层岩石、流体性质、温度及压力的影响。指出了自发渗吸提高采收率存在问题及发展方向,为未来提高页岩油渗吸采收率提供理论基础。

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。

高含水油藏用弹性颗粒调堵体系研究进展

综述了预交联型、缓膨型、核壳微球型和环境刺激响应型等功能性颗粒调堵体系的研究现状,颗粒型调堵体系能够克服常规凝胶堵剂初始黏度高不易于泵注、成胶时间不可控、地层水的稀释等缺点,近年来得到了积极发展。分析了颗粒体系的制备方法、组成成分、应用的环境条件等对颗粒物性及溶胀性能的影响,从颗粒的分子结构、颗粒间相互作用和动态运移行为等方面探讨了颗粒体系在油藏中的作用机理,对颗粒调堵体系的研究与应用进行了总结和展望,以期为油藏中后期水驱开发提高采收率提供技术与理论支持。

钻井液微纳米封堵性能评价方法研究进展

综述了国内外钻井液微纳米封堵性能的评价方法及发展动态,阐述了各评价方法的特点。并且对微纳米封堵评价方法的智能化、精确化发展进行了展望。为开发高效、智能、落地性强的微纳米封堵评价方法提供了新思路。

pH响应型壳聚糖/表面活性剂体系构筑及其提高采收率效果研究

壳聚糖分子本身具有大量的亲水位点(氨基),但仅含有少量的疏水位点(乙酰氨基)。同时,由于疏水基团的随机排布所产生的空间位阻,进一步减弱了其在油水界面吸附的能力。表面活性剂与壳聚糖分子之间能够形成混合吸附层,增大了界面膜强度,减缓液滴之间的聚并,进而协同增强乳状液的稳定性,提高了乳状液的耐温耐盐性能。将阴离子表面活性剂SDS和两性离子表面活性剂BS12与壳聚糖进行复配。通过水溶液分散体系稳定性及油水界面张力等因素对复配比例进行优化筛选,构筑出壳聚糖/表面活性剂的pH响应乳状液增效体系。借助动态光散射(DLS)、静态多重光散射(S-MLS)、界面张力及SEM等表征手段,研究了壳聚糖/表面活性剂复配体系及其形成的乳状液的pH响应行为,进而探明了壳聚糖与表面活性剂分子之间的协同增效作用机理。结果表明:壳聚糖/BS12展示出pH响应性能,兼具良好的提高采收率效果,为刺激响应型驱油体系的开发与应用提供了理论指导。

纳米材料在二氧化碳地质封存固井水泥中的研究与应用进展

纳米技术的发展促进了纳米材料在固井水泥中的应用。纳米材料具有高比表面积和高反应活性等特点,即使用量少,也能有效改善固井水泥的性能,从而突破封存条件下传统水泥基材料的使用局限。综述了纳米材料对固井水泥的改性作用,分析了应用于固井水泥的纳米氧化物材料、碳纳米材料和纳米矿粉三类纳米材料,重点阐述了纳米材料在固井水泥中的作用机理、改性效果和应用进展。最后对纳米增强水泥基复合材料在CO_(2)地质封存中的应用进行了展望。

CO_(2)原位矿化选址关键参数及其封存潜力评估研究进展

温室气体特别是二氧化碳的大量排放,是导致全球变暖的主要原因之一。根据国际能源署的报道,碳捕集利用和封存(CCUS)技术是缓解全球气候变化的重要措施之一,约占累计碳减排量的15%。原位矿化封存技术基于快速CO_(2)矿化机制,以镁铁质岩石和超镁铁质岩石(玄武岩、橄榄岩等)地层为碳封存位点,利用CO_(2)与富含Ca、Mg元素矿物的矿化反应,转变为稳定的碳酸盐,从而达到永久且高效封存CO_(2)的目的。冰岛和美国的中试项目已经证明了该技术的可行性,但中国尚未进行相关示范项目。本文介绍了原位矿化封存技术的机理、CO_(2)封存潜力的评估手段及其面临的风险与挑战,讨论了已开展的案例项目及其技术细节,梳理了实施该技术所必需的选址关键参数(包括源-汇距离、矿物类型、注入性、封闭性等),并基于目前研究对其前景进行展望,以期提高我国对原位矿化技术的认识和重视,为推动该领域进一步发展提供理论指导。

化学清防蜡体系研究现状与发展

针对原油生产/集输过程中存在的结蜡难题,并由于蜡堵油管导致的巨大经济损失,研究清防蜡技术对于保障原油高效生产具有重要意义。归纳阐述了含蜡原油的析蜡机理及不同因素对析蜡特性的影响,综述了化学清防蜡剂的研究进展与现状,主要包括油溶性、水溶性及乳液型清防蜡体系的作用机理及研究成果。提出高碳数蜡沉积、沥青质-蜡复合沉积解堵剂研发是未来清防蜡剂发展趋势,期望为清防蜡后续工作开展提供研究思路。

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。

转向压裂暂堵剂的研究与应用进展

将油田转向压裂用暂堵剂进行了梳理分类,运用统计方法分析了近年来暂堵剂研究成果,提出普适性较强的暂堵剂的评价指标。比较分析了各种暂堵剂的性能,介绍了暂堵剂的应用发展现状和各类暂堵剂的优缺点,并对暂堵剂的发展方向提出见解。

长宁地区低阻页岩孔隙结构精细表征及分形研究

为明确四川盆地长宁地区龙马溪组低电阻页岩储层孔隙发育差异性,采用低阻页岩与常规页岩相对比的研究手段,开展了有机碳分析、氮气吸附实验、XRD矿物组分分析和扫描电镜等一系列实验,阐明了长宁低阻页岩储层孔隙结构及其分形特征,并明确了它们的控制因素。结果显示,长宁地区大多数低阻页岩孔隙发育程度明显差于常规页岩,其中,孔体积发育的差异主要体现在2~20 nm孔径范围内,比表面积差异则主要集中在小于1.5 nm和大于1.8 nm段。页岩储层孔隙结构随电阻率的降低有变差的趋势,对低电阻页岩储集能力影响更明显的是有机质含量和成熟度。相较于常规电阻页岩,低电阻页岩在小孔隙段具有更加复杂的孔径及孔壁发育。黏土矿物和黄铁矿对分形维数的影响在不同电阻率页岩中是一致的,而有机质对2类页岩分形维数的影响相反。有机质对分形维数的影响与过演化页岩石墨化后的有机孔变化密切相关。