油气田开发工程学科研究生的启发式教育

油气田开发工程作为传统工科专业,急需大量高素质的创新性、应用型人才,而启发式教育是培养此类人才的关键点。以油气田开发工程专业为例,从实验教学、实习基地教学、理论教学和导师示范作用四个方面深入探讨如何启发研究生的科研创新能力,提出充分利用现有实验设备和设立多种实验教学模式,充分发挥校内校外实习基地的引导作用,以及结合学生特点强化理论教学的引导作用和导师的示范作用。

油气勘探开发中的工程地质力学问题及研究方法

工程地质力学研究在复杂油气藏勘探开发及地质-工程一体化中的作用日趋重要,但目前还有诸多问题需要探索,其中最为核心的是地层岩石的地质演变与力学研究结合尚不够紧密。以岩石力学性质随地质演变为内在联系,综合沉积相、成岩作用、构造演化及工程影响,将地质和工程因素更为紧密地结合到工程地质力学研究中。所形成的新方法强调在区域三维地质构造建模的基础上,根据不同岩类的地质演变特征实现区域—井区—单井跨尺度岩石力学参数赋值。在建立区域岩石力学相后,结合井工程的干扰机制,逆向修正参数场,从而优化和调整井工程设计,提高区域地质认识和地质信息预测的准确性,可为地应力评价、裂缝展布预测、孔隙压力系统分析、产能评价等提供科学研究手段。

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。

四川盆地PT1井区海相地层工程地质特征研究

PT1井区超深海相地层钻井过程中气侵和井漏频发,严重制约该区块的安全高效开发。文章基于有效应力法,利用最优化方法开展了海相地层孔隙压力评价;结合断层和裂缝发育程度探讨了PT1井区气侵和井漏纵横向分布特征。结果表明,受异常高压和裂缝发育程度的双重影响,气侵主要发生在龙潭组,占比达40%;井漏主要发生在筇竹寺组和灯影组,占总漏失量的80%以上。气侵与异常压力、裂缝发育程度、断裂情况等因素有关,异常高压是气侵内在的原因,而断裂带和发育的构造裂缝为气侵提供了必要条件。井漏层位和漏失量主要受一、二级大型断裂带控制,不同断裂带的影响具有显著的叠加效应,断裂带附近发育的构造裂缝为漏失提供了通道,距离F I7断裂越近越易出现漏失,且漏失量越大。研究成果为PT1井区钻井过程井下复杂预防和处理提供了科学支撑。

深层断溶体油气藏钻完井储层保护技术挑战与对策

深层断溶体油气藏储层裂缝发育,易导致大量工作液漏失,造成严重储层损害。以顺北区块奥陶系碳酸盐岩储层为例,考虑储层超深、超高压、超高温与断裂带特点,综合工区钻井液漏失情况、储层物性特征、矿物组成和裂缝发育情况,结合流体敏感性、应力敏感性与储层润湿性评价,揭示了深层断溶体油气藏储层损害机理。钻井液漏失是深层断溶体油气藏最重要的储层损害方式,岩体结构破碎、储层非均质性强、走滑断层裂缝缝面光滑及高温长井段循环进一步加大了储层保护的难度;通过采用控压钻井技术,结合抗高温高酸溶屏蔽暂堵技术与抗高温强滞留堵漏技术,可以达到较好的储层保护效果;根据深层断溶体碳酸盐岩油气藏裂缝发育特征,钻进全程加入高强度架桥材料,利用鳞片状岩屑作为填充材料,达到钻井过程防漏与开发过程预防裂缝应力敏感性的效果,实现漏失控制—储层保护—增产增渗的一体化目标。

页岩气井地质工程套管变形类型及影响因素研究进展

通过调研国内外大量页岩气井套管变形方面的文献,总结了页岩气井套管变形的类型,探讨了深、浅层页岩气套管变形影响因素差异及面临的问题,并提出了针对性的防治措施及下一步主要研究方向。研究结果表明:(1)页岩气井套管变形类型主要包括挤压缩径变形和剪切变形,深层页岩气井出现套管变形的概率较中浅层更大,主要为剪切变形。(2)造成套管变形的工程因素包括井筒降温、固井质量、套管疲劳、套管质量以及井眼狗腿度等,地质因素包括岩石力学特性、非均匀地应力以及天然裂缝/断层滑移等;深层页岩气井套管变形主要受天然裂缝/断层滑移的影响。(3)页岩气井套管变形风险防治措施包括控制井筒温度及注入强度,采用水泥环力学性能参数较低的水泥进行固井作业,适当减小套管外径、增大壁厚、提升钢级等提高套管质量,以及尽量让井轨迹平滑等;对深层页岩气井可通过将井眼水平段延伸方向与岩层层理方向设计为一致,掌握裂缝分布情况、尽量避开高风险剪切滑移层段,对不同级别滑移风险层段合理降低压裂规模、调整井筒方位等措施来降低套管剪切变形的风险。(4)页岩气井套管变形防治研究方向主要包括优选岩石力学特性好的压裂层段、最优井轨迹与地应力的关系分析、裂缝识别与评价、断层滑移量与套变量计算等方面。

鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组一段—三段构造沉积演化及其油气地质意义

基于测井、岩心、薄片、地球化学分析,重建鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组一段—三段(简称马一段—马三段)构造-岩相古地理格局,探讨构造沉积演变特征及其油气地质意义。研究表明:①马家沟组底部稳定发育一套穿时的、高自然伽马值段、边缘相泥质白云岩,分布于怀远运动期构造不整合面之上,具有与早奥陶世弗洛期全球海侵可对比的δ13C正漂移特征;②奥陶系马一段—马二段沉积期全球海平面上升、古陆淹没为水下隆起,形成一隆两坳构造格局,中央隆起首次接受沉积;随后马三段沉积期盆外俯冲挤压、盆内隆坳分异,乌审旗—靖边凸起活化;③构造格局演变对沉积古环境产生显著影响,马一段沉积期向西超覆,东部坳陷内海侵封隔形成大规模盐质蒸发潟湖;马二段沉积期持续海侵并沟通广海,环东部坳陷发育大规模颗粒滩,晚期干化收缩形成小规模蒸发潟湖;马三段沉积期受高地封隔影响,向东侧水体渐次分异分别形成云膏质和盐质蒸发潟湖,同时颗粒滩环凹沿高地展布;④马家沟组底部发育烃源岩,马二段和马三段滩相储层环坡展布,源储配置良好,有利于天然气成藏,具有一定勘探潜力。

川中—川东地区侏罗系大安寨段古环境及油气地质意义

【目的】四川盆地侏罗纪大安寨期不同地区古环境特征差异较大,探讨其演化特征及地质意义将有助于加快油气勘探的步伐。【方法】利用四川盆地中部和东部侏罗系大安寨段钻井岩心和野外剖面等地质资料,结合元素地球化学分析方法,对大安寨期古气候、古氧化还原、古盐度等古环境进行恢复和对比分析。【结果】川中—川东地区大安寨段岩性可划分为页岩、介壳页岩、泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、介壳灰岩和泥质介壳灰岩;大安寨第三亚段沉积期气候为干燥—半干燥,水体为亚还原条件的淡水—半咸水,处于浅湖—半深湖环境;大安寨第二亚段沉积期气候为半干燥—半潮湿,降水量较多,气温较低,水体为亚还原条件的淡水,处于半深湖环境;大安寨第一亚段沉积期气候为干燥—半干燥,水体为氧化—亚还原条件的半咸水—咸水,处于滨湖—浅湖环境;RA1井与YT1井大安寨时期均具有气候干燥→潮湿→干燥、降水量少→多→少、气温高→低→高、水体还原性弱→强→弱、古盐度高→低→高的规律;大安寨第三亚段沉积期至大安寨第二亚段沉积早期,湖盆沉积中心由川东地区往川中地区迁移,大安寨第二亚段沉积晚期至大安寨第一亚段沉积期,湖盆沉积中心则由川中地区往川东地区迁移;大安寨第二亚段TOC平均值为1.70%,孔隙度平均值为4.93%,荧光显示强烈,是大安寨段页岩油的主要生油层和储集层;古环境因素对源储配置具有较大影响,较潮湿的气候、较多的降水、较低的气温、还原性的水体和较低的盐度有利于泥页岩沉积、有机质富集和孔隙发育。【结论】川中—川东地区大安寨段古环境控制泥页岩沉积和有机质富集规律,影响页岩孔隙发育程度,这一认识可为明确四川盆地页岩油有利勘探区提供理论依据。

四川盆地及周缘寒武系沧浪铺组沉积充填过程及油气地质意义

综合利用野外露头、钻井岩心分析、测录井及地震剖面等资料,对四川盆地及周缘寒武系沧浪铺组沉积充填过程开展了系统研究。研究结果表明:(1)四川盆地寒武系沧一段的沉积构造格局整体表现为“一隆、四洼、两高带”,岩性以碳酸盐岩为主;沧二段地层厚度差异性较小,区域地貌趋于均一,岩性以碎屑岩为主。(2)研究区寒武系沧一段沉积时期,平面上具有东西分异的沉积特征,主要受德阳—安岳古裂陷槽隔挡作用影响。裂陷槽西侧靠近物源区,主要发育混积潮坪沉积,裂陷槽东侧则广泛发育清水碳酸盐岩沉积;沧二段沉积时期,因裂陷槽隔挡作用减弱,全盆陆源碎屑沉积大幅增加,整体上以碎屑岩浅水陆棚沉积为主。(3)研究区寒武系沧一段优质白云岩储层以残余鲕粒云岩、砂屑云岩和粉晶云岩为主,宏观上颗粒滩的分布主要受到水下低隆和台洼边缘相对高部位控制,微观上储集空间主要受白云石化作用及溶蚀改造作用控制,发育粒内溶孔、粒间溶孔、晶间溶孔和晶间孔等孔隙类型,紧邻下伏筇竹寺组优质烃源岩,具有近源充注成藏的天然优势。

非常规油气藏不规则复杂裂缝表征方法

非常规油气资源储量大,开发难度高。储层压裂改造是非常规油气资源开发的关键技术手段。天然裂缝和压裂裂缝具有不规则性和复杂性。针对现有裂缝表征方法难以准确刻画裂缝真实形状和宽度变化等不规则特性这一问题,提出了基于非结构PEBI网格的不规则复杂裂缝表征方法。首先,建立基于PEBI网格的天然裂缝表征流程,实现对任意区域或限定区域天然裂缝的准确表征;其次,建立基于Delaunay三角形网格和PEBI网格的压裂裂缝表征及优化方法,分析网格尺寸及优化次数对裂缝表征精度的影响;第三,建立基于非结构网格的非平面裂缝表征方法,实现对弯曲裂缝的刻画和表征,裂缝形态和分布与实际情况更相符;第四,提出非均匀裂缝宽度表征方法,实现对变宽度即同一条裂缝宽度和导流能力不均匀分布裂缝的精细表征;第五,在全区域和限定区域内,实现耦合不规则压裂裂缝和不规则天然裂缝的复杂缝网表征。针对大规模天然裂缝与压裂裂缝相交、裂缝宽度非均匀分布、非平面裂缝等复杂条件下的裂缝网络表征,通过调整网格优化次数,能够提高缝网表征质量。利用PEBI网格能够灵活准确逼近裂缝复杂边界条件的优势,实现快速、准确地显示处理大量不规则天然裂缝和压裂裂缝。形成的不规则复杂裂缝表征方法,有助于提高非常规油气藏裂缝网络的表征精度和数值模拟计算准确性。

川东—川北地区二叠系茅口组沉积演化及其油气地质意义

近年来,四川盆地二叠系茅口组的勘探思路和布井原则由原来的“占高点、沿长轴”转变为以寻找滩相孔隙型规模储层为目标,并取得了新突破,使其成为了勘探热点层系,这就需要详细的沉积演化研究来支撑。川东—川北地区是茅口组构造—沉积分异最为明显,也是勘探潜力较大的区域。对茅口组386口钻井的测井资料进行系统梳理,并利用野外剖面和钻井取心进行沉积相分析,结合测井曲线与沉积相,分析研究区茅口组的沉积演化。研究认为,川东—川北地区茅口组一段到茅口组二下亚段总体为碳酸盐缓坡,地层厚度和沉积相总体受川中古隆起的影响,局部发育低能滩;茅二上亚段到茅三段转变为具有镶边性质的碳酸盐台地,地层厚度和沉积相带展布转变为北西—南东向,自西向东依次发育台地相、台缘带、斜坡和陆棚相,台缘带发育高能滩相。研究区茅口组沉积期相对海平面总体经历了两次升降过程,对应地层分别为茅一段到茅二下亚段和茅二上亚段到茅三段。受区域海平面升降、区域构造活动以及碳酸盐台地类型的控制,茅一段到茅二下亚段缓坡发育具有岩溶和云化的滩相储层;茅二上亚段到茅三段海槽内发育潜在烃源岩,是非常规油气勘探潜在有利区,而海槽西侧则发育具重要勘探价值的规模性台缘带高能滩。

川东北地区高含硫气井地质工程一体化技术及其应用

四川盆地开江梁平海槽东侧飞仙关组碳酸盐岩气藏的勘探开发目前面临着高含硫、高压、高温、钻井效率低等挑战,迫切需要解决安全钻井、高效提速等难题,使用常规钻探方法具有一定风险且效率较低。以川东北高含硫地区气田为研究对象,从储层品质、钻井品质、完井品质三方面着手,运用地质工程一体化思路与技术对气藏开发进行研究。开展综合地质研究和模型建立,优化钻前地质设计和井位部署;从钻井过程中遇到的复杂情况进行分析,解决强研磨地层、多弱面地层、高压盐水层的钻井安全提速问题;针对含气目的层,优化酸化、压裂提产方案,实现高含硫气藏的安全高效开采。研究结果表明:地质工程一体化技术的成功应用,为特殊地质条件引起的井涌、井塌、井漏、高抗钻及难压裂等工程问题提供了有效预测,保障了高含硫气藏方案设计及实施的科学决策依据,缩短了钻井和建产周期,初步实现了气藏开发初期的效益突破。

柴达木盆地英雄岭构造带油气藏地质特征

为总结柴英雄岭构造带油气藏地质特征和主控因素,以该区深层和浅层油气藏为研究对象,对油气藏的构造、储层、油气源和成藏演化模式等方面进行了对比研究。结果表明:(1)英雄岭构造带构造样式自西向东变化显著,英西—英中纵向上表现为“双层结构”,而英东构造样式相对简单;(2)英西—英中碳酸盐岩储层主要储集空间为白云岩晶间孔,局部发育溶蚀孔和裂缝集中区,英东碎屑岩储层,主要发育粒间孔、少量粒间溶孔和裂缝;(3)油源对比表明,下干柴沟组上段为区内主力烃源岩;(4)天然气组分及同位素指标表明英西和英中的CH4主要来源于原油伴生气,而英东为凝析油伴生气;(5)由于岩盐层封盖作用,英西—英中深层形成自生自储的异常高压油气藏,而英东虽缺乏盐岩盖层,由深至浅地表现为幕式充注成藏。

洛阳-伊川地区三叠系致密砂岩油气藏地质特征

通过对洛阳-伊川地区三叠系基本石油地质条件的分析,认为三叠纪洛阳-伊川地区与鄂尔多斯盆地处于同一大型坳陷型湖盆,生储盖架构相似,烃源岩发育、厚度大、横向展布稳定、储层致密,且三叠系油气显示丰富,具致密砂岩油气藏形成的地质条件。结合对屯1井上三叠统椿树腰组工业天然气流分析,进一步明确了洛阳-伊川地区三叠系油气藏为具有低孔渗性、地层压力异常、油气呈"上油下气"倒置关系等特征的先成型致密砂岩油气藏,从而指出三叠系为洛阳-伊川地区下一步油气勘探的主攻层系,致密砂岩油气藏是该区勘探的主要方向。

海洋CO_(2)地质封存研究进展与发展趋势

CO_(2)捕集、利用和封存是中国实现“双碳”目标的核心技术,也是全球研究的热点。CO_(2)地质封存是其中的关键环节,特别是海洋CO_(2)地质封存是今后的重点发展方向。以国内外海洋CO_(2)地质封存的发展历程为基础,结合典型CO_(2)海洋封存示范项目案例,系统梳理了国内外海洋CO_(2)地质封存理论研究进展,分析了CO_(2)在井筒流动、相变与传热、CO_(2)流体运移与储层物性参数展布规律、海洋地质封存机制及封存潜力、地质封存盖层完整性及安全性评估等方面的研究现状。认识到中国目前对海底地质结构中CO_(2)注入过程的多相态转化、溶解、捕获传质特征及动力学特性认识尚浅,对海洋封存机制及不同封存机制之间的相互作用机理尚不明确,未来应开展海洋CO_(2)动态地质封存空间重构机制研究,解决地质封存相态转化及流体动态迁移机理等关键科学问题,揭示海洋CO_(2)地质封存机制的相互作用机理,形成适用于中国海洋地质封存CO_(2)高效注入和增效封存方法。

深部地热能系统主要挑战与耦合储能的增强型创新开发模式

中国在中低温地热能直接利用方面早已领先全球,但在深部地热能发电方面却发展缓慢。深部高温高压环境下岩石渗透性降低,深部地热能开采需要建立工程型地热系统(Engineered Geothermal System,EGS),通过水力压裂对储层进行改造,以获得具有较高渗透性的人工地热储层。由于目前常用的深部地热能储层改造技术主要借鉴油气增产领域的水力压裂工艺,在热储改造效果、地震风险控制、高效取热等方面受到限制。首先总结深部地热能水力压裂的特点为:裂缝破坏主要以剪切机理为主;冷水回灌引起的温差效应产生拉应力会促使裂缝向更远处扩展;持续的注水使注入井井筒压力高于地层压力,有助于保持裂缝处于张开状态。因此,EGS水力压裂不需要使用支撑剂,与依靠支撑剂的油气井增产压裂完全不同。同时,系统剖析EGS面临的发电产能低、注采连通差、诱发破坏性地震以及无补贴难盈利4大难题与挑战。从创新压裂和循环利用层面提出耦合储能的增强型创新开发模式(Regenerative Engineered Geothermal System,REGS),通过数值模拟研究REGS的优点。结果表明,采用水平井非等距、非等面积、非等注水量分段压裂,可以提高注水井与生产井的连通能力。通过优化压裂工艺,采用多段压裂模式,每次压裂初始期间快速提高注水速率,而后期缓慢降低注水速率,避免井筒压力的突然波动,可以达到控制诱发地震震级的目的,避免产生实质性伤害地震。结合可再生能源大规模地下存储,既能实现多能互补,又能提高REGS项目生产寿命和盈利能力。研究成果有助于为我国深部地热能热电联产和储能一体化技术的试点和标准化推广奠定基础。

不同储层渗透率下稠油油藏火驱开发特征

储层渗透率直接影响火驱过程中的驱替压差、油墙的形成与聚集速度,明确渗透率对稠油火驱开发的影响规律十分必要。采用自主开发的燃烧管装置和多孔介质热效应监测装置,开展了火驱实验,分析不同渗透率下辽河稠油油藏火驱特征。结果表明:储层渗透率为650×10^(-3)μm^(2)时,火驱过程中各热电偶峰值温度达到550℃,燃烧前缘推进中温度没有下降,说明该渗透率下燃烧过程放热效率高,能够解除燃烧初期的油墙封堵;热效应监测装置能够高效快速地监测由于原油氧化燃烧反应所导致的温度变化,储层渗透率为480×10^(-3)μm^(2)时庙5区稠油燃烧峰值温度比储层渗透率为300×10^(-3)μm^(2)时高107℃,说明渗透率的提高增强了燃烧初期的放热,从而缓解了油墙的封堵效应。研究结果对不同渗透率稠油油藏火驱开发具有理论指导意义。

纳米SiO_(2)强化CO_(2)地质封存页岩盖层封堵能力机制试验

页岩为CO_(2)盐水层地质封存常见盖层岩石类型,强化盖层封堵能力有利于提高CO_(2)地质埋存量和安全性。为探究随CO_(2)混注纳米SiO_(2)(SNPs)强化盖层封堵能力的有效性和可行性,对CO_(2)地质封存页岩盖层样品开展原地条件下的超临界CO_(2)酸蚀反应试验,基础组为页岩样品-地层水、对照组为页岩样品-地层水+超临界CO_(2)、优化组为页岩样品-地层水+SNPs+超临界CO_(2),并采用核磁共振测试、场发射扫描电镜可视化观测、X射线衍射测试和岩石力学试验,探究CO_(2)酸蚀反应前后的页岩孔隙结构、表面形貌、矿物成分及力学性质特征。结果表明:优化组的大孔孔隙分量及孔隙度和渗透率增大幅度低于对照组;与对照组相比,优化组黏土矿物与碳酸盐岩矿物相对含量损失少,表明随CO_(2)混注SNPs可使岩样内部酸蚀作用减弱;SNPs在岩石端面吸附聚集或进入岩心孔喉,可使优化组页岩样品力学性能损伤程度降低;随CO_(2)混注SNPs有利于强化CO_(2)盐水层地质封存盖层封堵能力。

我国复杂油气藏水平井规模化开发成效及进展

我国复杂油气藏分布广、类型多,开采中的矛盾突出,对水平井规模化开采的需求特别迫切,示范规模不断加大,成效更加显著。我国复杂油气藏开采技术难度大,水平井规模化开采成为有效技术途径。实例分析表明,水平井开采规模发展到井组、区块和整装开采;提高了开采速度,增加了可采储量和采收率,降低了开采技术难度。促使更多的大型示范工程项目建设加快进度。

川西彭州地区雷口坡组沉积期后古应力场重建及其油气地质意义

川西坳陷三叠纪以来多期构造应力场演化控制了该区古隆起的迁移和裂缝-岩溶型储层的形成,从而对该区油气富集具有十分重要的控制作用,而目前对该区古构造应力场的量化评价研究程度较弱。通过野外露头、钻井岩芯、薄片、裂缝充填物以及声发射测试资料,重点对川西坳陷彭州地区雷口坡组沉积期后的古应力方向、大小及演化期次进行了研究。结果表明该区域存在4期应力,印支期应力为NW向;早中燕山期应力为SN向;晚燕山期应力为NW向;喜山期应力为EW向。对应的最大水平主应力值分别为25.81 MPa、66.03 MPa、41.27 MPa以及50.85 MPa。结合区内构造演化,印支期区域平缓抬升使得古隆起及彭县断裂雏形形成,雷口坡组暴露地表形成岩溶性储层,成为后续的油气富集地;在燕山期两期应力控制下,研究区北部地层最先抬升,古隆起继续发育;喜山期强烈构挤压下使全区北西向地层抬升,古隆起最终定型,晚燕山期—喜山期形成的裂缝和断层对早期油气运移进行调整起到关键作用。