四川盆地页岩气地质工程一体化高效开发关键技术与装备

四川盆地页岩气具有储层构造复杂、埋藏深、甜点储层薄、裂缝/断层发育、地应力差大、破裂压力高、产量衰减快等世界罕见的复杂特征,致使原有北美页岩气开发技术难以满足四川盆地的特殊需求,亟需自主研发适应于四川盆地复杂地质条件的页岩气高效开发技术。针对四川盆地复杂地质条件下的页岩气储层地质甜点与工程甜点科学评价、长水平井高效钻井、分段体积压裂和控压高效开发的关键技术与装备等难题,基于地质工程一体化研究思路,以地质建模为基础,发明了复杂页岩气储层“地质-工程”双甜点评价新方法、复杂难钻地层高效增压提速与动态多因素个性化钻头设计方法、基于双甜点的地质工程一体化分段体积压裂参数优化方法;自主研发了系列个性化高效复合钻头、无线电控趾端压裂滑套、全溶桥塞和专用压缩机等高性能关键工具与装备,形成了具有中国自主知识产权的四川盆地页岩气地质工程一体化高效开发关键技术与配套装备。研究成果先后在四川盆地长宁、威远、涪陵等页岩气田大规模应用834井次,通过提高钻头使用寿命、缩减钻井周期、提升压裂效率及单井测试产量,支撑了中国页岩气高效开发关键技术与装备进步。

川北地区大隆组页岩储层特征及勘探潜力

以川北地区朝天关口村大隆组典型野外剖面及邻区其他剖面为例,通过野外剖面观察、岩石薄片和微体古生物化石薄片观察鉴定等方法,分析其垂向及平面的岩相及沉积相展布及变化,结合区内已有钻井、地球化学主微量元素、总有机碳(TOC)、物性及微孔隙等参数来探讨其页岩的勘探潜力。研究结果表明:(1)大隆组地层纵向上自上而下发育一套灰色硅质灰岩、灰黑色灰质页岩、灰黑色碳质页岩、泥岩组合,其中大隆组二段硅质灰岩和泥质灰岩中含有大量的菊石、牙形石、放射虫化石,大隆组一段碳质页岩和钙质页岩中则含有少量有孔虫、介形虫、双壳类、腹足类以及腕足等化石;(2)大隆组页岩沉积环境属于缺氧—贫氧咸水环境,利于有机质的保存与富集;(3)大隆组页岩有机质类型为Ⅱ1型、有机质丰度高,处于成熟—高成熟演化阶段,孔隙主要发育粒间孔、粒内孔与有机质孔,大隆组二段黑色页岩孔隙度较高,脆性矿物质量占比高,页岩可压裂性好,具有良好的页岩气富集成藏地质条件。综上分析认为,川北地区大隆组页岩整体具有较好的页岩气资源潜力,可作为下一步页岩气勘探的后备层位。

基于信息可视化的地热地质发展动态研究

可视化图谱可以将文献之间的关系可视化呈现,有助于发现文献之间的联系和趋势,并辅助对研究热点和主题进行识别和分析。而文献计量分析工具则可以对大量的文献数据进行量化分析,如文献产出规模、学科分布、高产作者和研究机构的排名等,有助于全面了解该领域的发展动态。通过结合可视化图谱和文献计量分析工具,可以更加深入全面地分析研究热点和主题的变化趋势,以及研究方法和地区间的差异。在本文中,为了解国内外地热地质领域研究的发展动态,对地热地质领域的世界范围内文献开展了定量定性分析,从论文产出规模、学科分布、高产作者与研究机构、研究主题及研究热点变化等方面开展了深入分析,并对未来的研究方向作出预测。研究结果表明:地热地质相关学术论文在近几年里逐渐增加,相关研究呈现多学科交叉融合的态势;美国和中国是论文产出最大的2个国家,尽管中国在发文总量和影响力上略逊于美国,但近年来后发优势明显,成果产出超越美国;“地热资源”“干热岩”“数值模拟”“水文地球化学”是学者共同关注的研究热点;地球物理、地球化学、地热学是目前研究地热地质的主要研究方法;随着时间推移,“EGS”的研究热度会逐渐下降,而“Induced seismicity”的研究热度会逐步上升。这些发现为地热地质领域的未来发展提供了有价值的参考,同时也展示了信息可视化和文献计量分析在该领域中的重要应用。

四川盆地川西坳陷东坡地区下侏罗统大安寨段储层裂缝分布预测

四川盆地川西坳陷东坡地区下侏罗统大安寨段是致密油气的主要开发目的层,裂缝是大安寨段储层能否获得高产的关键因素。由于大安寨段地层岩性复杂,传统裂缝预测评价方法适用范围窄、预测结果精度低。基于岩心裂缝调查及薄片鉴定资料,运用地质统计学及数值模拟方法,明确了不同岩性储层的岩石学特征,揭示了大安寨段裂缝发育特征;结合岩石破裂基础和破裂外力二大因素,在区分岩性及亚段的条件下,提出并构建了3项裂缝评价因子,对各亚段裂缝平面分布进行预测评价。研究表明:(1)大安寨段储层为(介壳)灰岩、砂岩及泥页岩相互叠置的复杂岩性;(2)主要发育全充填裂缝,(介壳)灰岩主要发育构造裂缝,砂岩和泥页岩主要发育层间缝,缝面存在溶蚀现象,对油气流动具有积极意义;(3)提出并构建了岩性厚度评价因子、构造变形强度因子和断裂破裂强度因子3项裂缝评价因子,并建立裂缝综合预测评价定量模型,对各亚段裂缝平面分布进行综合预测评价,预测的裂缝密度与单井识别的裂缝发育指数吻合性较好,预测结果可靠。该裂缝平面分布预测评价方法对于同类型油气藏的评价具有借鉴意义。

四川盆地东部下寒武统筇竹寺组烃源岩评价

四川盆地下寒武统筇竹寺组含油气系统已获探明储量超过1.3×1013 m 3,但川东地区经历30年勘探仍未取得实质性突破。为厘清川东地区筇竹寺组烃源岩生烃条件,对新近钻井楼探1井、五探1井、马深1井、焦石1井和城口剖面等开展有机地球化学综合研究。结果表明:马深1井筇竹寺组厚度为358 m,底部黑色泥岩厚度约130 m;向北至盆地外缘杨坝剖面筇竹寺组厚度增加,总厚约400 m,但下部泥岩,总有机碳含量(质量分数)TOC>0.5%,厚度减小到50 m;川东地区筇竹寺组厚度110~150 m,下部黑色泥岩厚度约60 m。川北马深1井—福成地区筇竹寺组平均TOC含量为3.39%~3.44%;川东楼探1井—城口地区平均TOC含量相对较小,为0.52%~2.58%。盆地周缘筇竹寺组剖面等效镜质体反射率(R o)在2.22%~2.53%,盆地内钻井R o在2.57%~3.10%;受古埋深影响,热演化程度由盆地外向盆地内呈增加趋势。进一步结合黑色泥岩产烃率、原始有机碳恢复系数等相关参数,计算得到川东地区生气强度由盆地内向东北方向呈现增加趋势,鹰探1井—楼探1井区生气强度在(10~20)×10^(8) m^(3)/km^(2);生气强度最大地区为城口区域,其生气强度达60×10^(8) m^(3)/km^(2)。结合典型钻井埋深沉降热史模拟表明,筇竹寺组烃源岩于志留纪(430 Ma)开始大量生烃,到三叠纪(250 Ma)进入生气阶段。综合研究表明,川东地区巴中—南江与城口地区两个生烃中心为下寒武统筇竹寺组含油气系统最有利生烃富集带。

超深层逆冲推覆构造致密砂岩储层地应力场扰动特征——以塔里木盆地博孜-大北地区白垩系储层为例

塔里木盆地库车坳陷博孜—大北地区白垩系致密砂岩储层在由北向南的逆冲推覆下,发育了一系列大规模的北倾断层和叠瓦状堆叠的褶皱构造。复杂的构造形貌致使该区地应力复杂多变,储层改造效果差异明显。因此,亟需厘清研究区内复杂构造对地应力的扰动特征。结合多种方法对单井现今地应力的精确解释,分别分析断裂、褶皱和断褶复合构造对地应力的扰动效果,明确了相关扰动机理,并绘制了研究区地应力扰动特征分区图。基于扰动特征,绘制了不同构造的地应力扰动特征模式图,并提出井位、井轨迹建议。断裂对地应力有卸载作用,断裂附近水平主应力梯度出现不同程度的降低,其中最大水平主应力梯度降低约0.3 MPa/hm;近EW走向的断裂使得近SN向的区域应力方向发生顺时针偏转,偏转角度最大达60°;不同规模断裂的扰动范围为断距的60%。当地层曲率超过0.4 km^(-1)时,褶皱对地应力存在扰动,褶皱地层上部张性扰动区地应力较区域应力减小,下部挤压扰动区地应力增加;张性扰动区最大水平主应力梯度最大约降低0.3 MPa/hm,地应力方向逆时针偏转,偏转角度最大达70°;褶皱变形曲率越大,张性扰动区厚度越大,扰动越明显。断褶复合构造下,断裂扰动区和褶皱张性扰动区叠加会使得地应力进一步减小,地应力方向在两者扰动效果抵消后较区域应力偏转较小或不偏转。综合考虑储层改造难易程度和致密气富集特征,应优先于断褶复合构造带断裂和褶皱张性扰动叠合区部署钻井,建议钻深不超过褶皱中性面,水平井轨迹沿EW向设计。

川东南地区寒武系洗象池组碳、氧同位素特征及其意义——以贵州吼滩剖面为例

川东南地区寒武系洗象池组碳酸盐岩普遍发生白云石化,且缺乏生物化石,长期以来在地层对比与划分方面未形成统一认识。本研究在野外剖面和岩石学特征观察分析的基础上,对川东南地区中—上寒武统洗象池组41个碳酸盐岩样品进行了碳、氧同位素分析。结果显示,研究区洗象池组以泥晶—细粉晶白云岩为主,含少量残余砂屑白云岩、粗粉—细晶白云岩;样品的δ18 O值分布在-11.05‰~-8.29‰范围,平均为-9.67‰,δ13 C值介于-2.29‰~1.36‰之间,平均为-0.73‰,且δ18 O值和δ13 C值无明显正相关性,基本保留了同期海水的原生碳、氧同位素组成。分析表明,中—晚寒武世洗象池期川东南地区整体处于海相环境,其中中—晚期盐度相对早期盐度整体略微升高,海水温度分布在15.2℃~27.5℃,属于温暖或炎热的亚热带气候。SPICE(steptoean positive carbon isotope excursion)事件在吼滩剖面有很好的可对比性,可与全球其他地区进行对比,反映一次全球范围的海退事件。此外,通过对比川东南地区吼滩剖面与太和1井和渝东北地区利1井的碳同位素特征,认为渝东北地区盐度相对川东南地区较高,洗象池期盐盆地由川东南向渝东北演化,对于寻找盐类矿床和油气地质具有重要意义。

基于断层协调性的古岩溶缝洞型储层分布识别方法——以川南栖霞组为例

古岩溶缝洞型储层是碳酸盐岩储层的重要类型,准确识别古岩溶储层对碳酸盐岩油气藏勘探和开发具有重要作用。川南栖霞组是典型的缝洞型储层,具有低孔低渗的特点。由于早期岩溶缝洞体是典型的先存“力学结构面”,严重影响后期断裂的形成。据此,本文提出利用逆断层走向与局部构造轴向之间的协调性(断层协调性)来预测缝洞体,对栖霞组地层中的缝洞体储层进行分析与识别,并通过气井生产特征和地震识别对识别结果进行了验证,吻合度达85%以上。研究表明,栖霞组缝洞体的分布主要受控于背斜上及附近的“不协调逆断层”和向斜中的高角度逆断层,且高度不协调逆断层对缝洞体的识别精度更高。对其他地区古岩溶缝洞体的识别也具有一定参考意义。

基于加权信息量模型的川西高原地热潜力预测

川西高原是中国重要的高温地热资源富集区,地热资源十分丰富,开发潜力大。但目前对于川西高原地热潜力分布认识仍较为匮乏。基于川西高原公开可获得地热点(温泉)、断裂、花岗岩、地表温度、布格重力异常、航磁异常、地震等影响因子数据,建立川西高原加权信息量模型。地热点与影响因子的空间分析结果表明,地热点与到断裂和花岗岩距离呈负相关,与较高的地表温度、较低的航磁异常、较高的布格重力异常和较低的古登堡-里克特b值存在明显的空间相关性。模型预测结果显示,川西高原康定、理塘、巴塘等地具有较高的地热潜力,川西高原地热资源勘探开发应重点围绕上述地区开展。而甘孜、白玉、新龙、炉霍、道孚、得荣和丹巴等地区也表现出一定的地热潜力,在今后的地热勘探中应予以重视。

基于深度学习的页岩黄铁矿扫描电镜图像分割及环境指示意义:以四川盆地泸州Ⅰ区为例

黄铁矿作为页岩体系中最具代表性的重矿物之一,对其进行微观特征识别对于页岩沉积环境研究具有重要意义。以四川盆地泸州I区五峰组一龙一,亚段为例,通过岩心矿物实验、扫描电镜观测、网络模型优化和特征参数统计,构建了适用于黄铁矿扫描电镜图像分割的网络模型,实现了基于草莓状黄铁矿参数对研究区沉积环境的判断。结果表明:①优化后的UNet-Im模型对草莓状黄铁矿扫描电镜图像的分割精度可达0.863,证明了改进措施的优越性;②对比黄铁矿含量,龙一^(1-3)_(1)小层黄铁矿含量最高,为2.95%,随后降低至龙一^(4)_(1)小层的2.03%以及五峰组的0.83%;③基于草莓状黄铁矿特征参数,推断出黄铁矿沉积环境为深水硫化环境、深水强还原环境、深水强一弱还原环境以及深水还原一次氧化环境。实现了黄铁矿扫描电镜图像的精准化分割,对于提升行业勘探开发智能化具有借鉴意义。

考虑薄煤层影响的致密砂岩气藏地质工程双甜点评价方法——以鄂尔多斯盆地神府区块为例

在薄煤层发育的致密砂岩气藏,由于薄煤层割理发育且塑性较强,容易限制水力压裂裂缝的缝高扩展,进而导致遴选的地质、工程双甜点区域的实际产能无法达到预期效果。为获得更加准确的双甜点评价结果,以鄂尔多斯盆地神府南区致密砂岩气藏为研究对象,首先构建了多属性融合的地质、工程双甜点评价模型,然后开展了双甜点三维分布的初次预测,进而采用Abaqus软件分析了煤层厚度、起裂点距煤层垂直距离对水力压裂裂缝穿煤层扩展的影响规律,最后形成了穿煤层双甜点二次优选评价技术。研究结果表明:①当煤层厚度大于等于4 m或起裂点距煤层垂直距离大于等于4 m时,水力压裂裂缝难以纵向穿过煤层扩展,可压性降低;②研究区双甜点指数划分标准为,Ⅰ类双甜点≥0.46,0.37≤Ⅱ类双甜点<0.46,0.30≤Ⅲ类双甜点<0.37。结论认为:①考虑薄煤层影响的致密砂岩气二次甜点评价技术能够准确筛选出优质的地质、工程双甜点,且优选结果与实际高产区域的匹配度较高;②建立的评价方法对于砂泥岩互层非常规储层的开发和多气合采中甜点的同步动用具有较好的理论与实际意义。

利用生成对抗网络实现地热能开发中的储层温度预测优化

地热是一种分布广泛、稳定、清洁的零碳排放能源,而孔隙型热储是最重要的地热资源类型之一,从对热储中提取出来的热量,可用于地热发电站发电、供暖等。数值模拟可以用于评估地热自然状态的生产场景。前人在地热数值模拟上已经展开大量的研究。然而数值模拟通常需要大量的计算资源和时间。与数值模拟相比,代理模型不仅具有与数值模拟近似的精度,而且花费的时间更少,这是显著优于数值模拟方法的。在本研究中,基于GAN开发了一个三维代理模型来预测储层的温度分布,模型以渗透率分布作为输入,以时间作为条件,最终输出储层不同时间的温度分布。最终的结果表明,代理模型可以非常好地预测储层温度分布。