GIS与RS技术在页岩气钻场选址中的应用——以重庆酉阳东页岩气勘查区块为例

为减少页岩气勘探成本、降低勘查风险,兼顾页岩气开发的环境效应问题,首次将GIS与RS方法应用到重庆市酉阳东页岩气勘查区块钻探场地选址中。选择了坡度、道路、断层、地质调查线路、地质灾害和禁止勘查/开采区等6个因子,采用"一票否决"的方法,通过叠加分析得到了钻探场地适宜区;综合考虑土地利用、水系和有效面积等参考因素,进行了钻探场地的进一步优选,并以ArcGlobe软件为三维展示平台,实现了工作区虚拟显示。结果表明,该方法充分考虑了自然地理条件对钻探场地选址的约束,剔除了政策限制区域,兼顾了地质基础,选址结果为后期实地的钻场选址指出了方向,地表三维可视化的展示方法可为野外调查、勘查部署等工作提供辅助决策支持。

页岩气成藏主控因素与成藏模式研究：以渝东南地区五峰组-龙马溪组为例

渝东南地区地处四川盆地东南缘,前人研究表明其五峰组-龙马溪组具有较好的页岩气成藏地质条件,但对其页岩气成藏的主控地质因素不同学者有不同的认识,对其成藏模式则少见报道。通过对该地区3口单井的储层有机地球化学资料、物性测试资料及现场解吸含气量数据进行了分析,发现储层的含气量跟储层物性之间没有明显的相关性,而主要与总有机碳含量呈良好的正相关关系,表明总有机碳含量是该地区五峰组-龙马溪组页岩气富集成藏最关键的控制因素。通过该地区某三维地震工区叠后流体检测与裂缝预测技术,发现平缓构造区的页岩气聚集主要呈顺层分布,并主要聚集在五峰组和龙马溪组中下部总有机碳含量较高的部位,与裂缝发育之间没有明显的相关性;但在靠近背斜轴部、应力集中的地区,裂缝发育与页岩气藏的分布具有较好的吻合性。最后提出渝东南地区五峰组-龙马溪组具有3种成藏模式类型,即:原地型成藏模式、裂缝型成藏模式及原地-裂缝型成藏模式。

页岩储层体积压裂裂缝扩展机制研究

页岩储层天然裂缝、水平层理发育,水力压裂过程中可能形成复杂的体积裂缝。针对页岩储层体积裂缝扩展问题,基于流-固耦合基本方程和损伤力学原理,建立了页岩储层水力压裂体积裂缝扩展的三维有限元模型。将数值模型的模拟结果与页岩储层裂缝扩展室内试验结果进行对比,二者吻合较好,从而证明了数值模型的可靠性。通过一系列数值模拟发现:(1)水力压裂过程中水平层理可能张开,形成水平缝,水平与垂直缝相互交错,形成复杂的体积裂缝网络;(2)水平主应力差增大,体积裂缝的分布长度(水平最大主应力方向压裂裂缝的展布距离)增加、分布宽度(水平最小主应力方向压裂裂缝的展布距离)减小,体积裂缝的长宽比增加;(3)压裂施工排量增大,体积裂缝的分布长度减小、宽度增加,压裂裂缝的长宽比降低;(4)天然裂缝的残余抗张强度增大,体积裂缝分布宽度减小、分布长度增加,体积裂缝的长宽比增加。研究成果可以为国内的页岩气的压裂设计和施工提供一定的参考和借鉴。

臭氧氧化处理页岩气钻井废水的机理与动力学

采用臭氧氧化法处理页岩气钻井废水经混凝沉淀后的出水(COD=759.63 mg/L),重点研究了废水中有机污染物的去除机理与反应动力学。实验结果表明:在废水pH为11.2、臭氧通入量为8 mg/min、反应时间为50 min的最佳工艺条件下,废水的COD去除率为42.51%;羟基自由基抑制剂CO_3^(2-)、HCO_3^-和叔丁醇的引入抑制了废水COD的臭氧氧化去除,尤其是叔丁醇的加入使COD去除率显著下降,说明废水中有机物的臭氧氧化去除过程遵循羟基自由基机理;臭氧氧化法对钻井废水中有机物的氧化去除过程符合表观二级反应动力学规律。

页岩气稳定碳同位素组成特征及应用前景

页岩气作为一种自生自储的非常规天然气,其稳定碳同位素组成可能具有与常规天然气不同的特征。综述了页岩气碳同位素特征和应用方面的最新研究,包括高成熟页岩中存在天然气的甲烷碳同位素组成(δ13C1)大于乙烷碳同位素组成(δ13C2)的"反序"现象及其成因;在页岩气生产或现场解吸过程中,δ13C1随时间增加而逐渐变重现象和页岩气稳定碳同位素参数在判别页岩气成因类型、预测页岩气的产能以及吸附气与游离气相对含量和判断页岩储集物性等方面的应用。认为进一步开展页岩气稳定碳同位素组成特征、碳同位素变化与吸附气和游离气相对含量的关系和开采或现场解吸过程中同位素变重程度与页岩储集物性的关系等方面的研究,建立起相应的预测模型,对有效指导页岩气勘探开发具有重要意义。

城口地区鲁家坪组页岩储集特征及含气性影响因素

对渝东北城口地区下寒武统鲁家坪组页岩的地球化学特征、岩石矿物学特征、储集层物性特征、储集空间特征、含气性和保存条件以及页岩含气性的影响因素进行了分析后认为,研究区鲁家坪组页岩保存条件良好,有机质含量高,成熟度高,干酪根以Ⅰ型为主,页岩脆性高;储集空间以矿物粒间孔隙为主,储集层大孔较发育,单位吸附气量大,但由于渝东北城口地区鲁家坪组地层结构复杂,有机质成熟度过高,这些不利因素可能会加大后期开发的难度。

渝东北城口北相区寒武系页岩储集层特征研究

以渝东北城口地区预探井A井寒武系鲁家坪组-巴山组泥页岩样品测试分析数据为基础,从页岩的地球化学特征、岩石矿物学特征、储层物性特征、储集空间特征和含气性特征等方面对泥页岩进行了初步研究。结果表明,城口地区寒武系鲁家坪组-巴山组泥页岩有机质含量高,TOC平均为5.6%;成熟度高,Ro平均为3.17%;有机质类型主要为Ⅰ型干酪根,页岩脆性矿物含量高。泥页岩储集空间类型多样,以矿物粒间孔隙为主。高压压汞、核磁共振、等温吸附数据都表明该套泥页岩大孔较发育,单位吸附量大。总含气量不高。通过对比北美Barnett页岩、焦石坝页岩和彭水区块页岩的特征,可以看出渝东北城口北相区寒武系鲁家坪组-巴山组的页岩气含气性较低,有机质孔隙较少,有机质成熟度过高等不利因素可能会加大后期开发的难度。

油气田开发地质灾害问题及监管政策建议

结合国内外油气田开发情况,论述了油气田开发过程中可能产生的地质灾害类型和影响,从地质因素、工程因素等方面分析了其主要成因,结合西南地区油气勘探开发的主要特点,提出了油气开发地质灾害预防和安全监管的政策建议,以期为油气资源有效开发和有力监管提供支持。

页岩气开发油田化学剂监管现状及建议

以我国主要页岩气开发区为研究对象,总结了页岩气开发油田化学剂应用特点和环保风险,包括总液量大、成分复杂、环节多、周期长。从地下水环境影响角度对油田化学剂环保标准、技术措施、监管政策进行了归纳,提出了针对性的政策和技术建议,对于降低油田化学剂的环境风险,保护地下水安全提供了支持。

页岩水平井多段分簇压裂起裂压力数值模拟

页岩储层孔隙度和渗透率极低,天然裂缝和水平层理发育,常规压裂增产措施无法满足页岩气的开发要求,水平井多段分簇压裂是页岩气开发的关键技术之一,该技术能够大幅度提升压裂改造的体积、产气量和最终采收率。为确定页岩储层水平井多段分簇射孔压裂的起裂点和起裂压力,采用有限元方法建立了水平井套管完井(考虑水泥环和套管的存在)多段分簇射孔的全三维起裂模型。数值模型的起裂压力与室内试验结果吻合较好,证明了数值模型的准确性和可靠性。利用数值模型研究了页岩水平井多段分簇射孔压裂的起裂点和起裂压力的影响因素,研究发现:射孔孔眼附近无天然裂缝或水平层理影响,起裂点发生在射孔簇孔眼的根部;射孔簇间距越小,中间射孔簇的干扰越大,可能造成中间的射孔簇无法起裂;射孔密度和孔眼长度增大,起裂压力降低;天然裂缝的存在,在某些情况能够降低起裂压力且改变起裂位置,主要与天然裂缝的分布方位及水平主应力差有关;水平层理可能会降低起裂压力,但与垂向主应力与水平最小主应力的差值有关。获得的起裂压力变化规律,可作为进一步研究水平井多段分簇射孔条件下的裂缝扩展规律的基础,可以为压裂设计和施工的射孔参数确定及优化给出具体建议。

层理倾角对页岩三轴应力应变测试和纵横波速度的影响

针对页岩层理发育的特点,根据不同层理倾角条件下的三轴压缩实验和纵横波速度测试,获得层理倾角对页岩破坏形态、强度、弹性模量、泊松比和纵横波速的影响,明确轴向应力与纵横波速度变化关系,建立研究页岩储层的动、静态弹性模量与泊松比的相关因数,分析页岩的力学参数、纵横波速度的变异因数和各向异性因数。结果表明:页岩力学参数及纵横波速度受层理倾角线性变化,轴向应力与纵波速度正相关,动静态弹性模量和泊松比相关因数分别为1.39、1.18,力学参数的变异因数和各向异性因数均值较超声波速度大。该结果可以为页岩气测井解释、钻井设计和水力压裂改造提供基础参数。

围压-孔隙压力作用下碳酸盐岩力学特性实验

对塔河碳酸盐岩岩心进行了一系列围压、孔隙压力条件下的三轴压缩测试,分析结果发现:1低围压时,碳酸盐岩石表现出很强的脆性,抗压强度低;高围压时,碳酸盐岩石表现出强塑性,且可能出现塑性硬化。2碳酸盐岩的弹性模量随围压的增大而增大,抗压强度随孔隙压力的增大而降低。3孔隙压力增大,碳酸盐岩的内聚力增大,内摩擦角降低。

O_3/TiO_2/Al_2O_3处理钻井废水的试验研究

试验采用改进的溶胶-凝胶法制备了以Al2O3为载体的TiO2多相催化剂,并以钻井废水COD为目标降解物,考察了催化剂投加量、臭氧浓度、pH和反应时间对O3/TiO2/Al2O3催化氧化去除COD的影响。结果表明:相比于单独O3、O3/TiO2处理工艺,O3/TiO2/Al2O3明显地提高了对废水COD的去除率,且碱性pH环境利于TiO2/Al2O3催化臭氧化反应的进行;在催化剂投加量为3.75g/L,臭氧质量浓度为80mg/L,pH为9.4的条件下,反应25min后,COD去除率可达92.35%,废水COD可从890 mg/L降至约68 mg/L,达到了《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的一级排放标准。

碳酸岩储层水力裂缝方向预测仿真研究

碳酸盐岩储层天然裂缝发育,当水力压裂人造裂缝与天然裂缝相遇时,裂缝扩展方向可能发生改变,而常规裂缝扩展仿真中裂缝扩展多基于平面扩展,无法研究裂缝转向问题。针对碳酸盐岩储层压裂过程中主裂缝遇到天然裂缝后的裂缝扩展方向问题,利用扩展有限元和常规有限元的接触算法,编制扩展有限元的UEL用户子程序嵌入ABAQUS平台,并结合塔河碳酸盐岩储层参数,进行碳酸盐岩储层的方向预测仿真。仿真结果表明,水力裂缝遇到天然裂缝后是否转向取决于水平主应力差值的大小,存在一个发生转向的极限值。对于塔河储层算例,极限值为8MPa,当储层水平主应力差高于8MPa时,水力裂缝直接穿过天然裂缝,不发生转向;当低于8MPa时,水力裂缝遇天然裂缝后发生转向,沿天然裂缝扩展,且缝宽减小。水力裂缝沿天然裂缝扩展后是否发生二次转向取决于水平主应力差与极限值差值的大小。当水平主应力差较大时(5MPa),在天然裂缝尖端将发生二次转向,裂缝宽度进一步降低;当水平主应力差较小时(2MPa),将不发生二次转向,裂缝沿天然裂缝方向继续扩展。研究结果为解决裂缝的非平面扩展做出了有益探索,为裂缝性油藏的水力裂缝扩展仿真提供了支撑。

电化学催化氧化页岩气压裂返排废水的实验研究

采用三维电化学催化氧化法对压裂返排废水进行处理研究,着重考察了粒子电极投加量、溶液p H、电流、极板间距和氧化时间等因素对废水处理效果的影响。结果表明,在粒子电极投加量为90 g/L、p H为8.5、电流为0.6 A、电极板间距为2.5 cm和氧化时间为30 min的最优工艺条件下,经处理后的压裂返排废水COD去除率达49.58%。

川东北地区通南巴背斜中三叠世以来构造变形时间厘定及其地质意义

通南巴背斜位于四川盆地东北部,中三叠世以来经历多期构造挤压与叠加作用,其形成与演化主要受到米仓山构造带由北西向南东冲断挤压作用的控制以及大巴山构造带由北东向南西构造叠加的影响,因此,厘定通南巴背斜的构造活动时间可以有效约束米仓山中三叠世以来陆内变形时间,亦对区域构造变形时序以及米仓山基底冲断变形特征有指示意义。本文以两条地质剖面为基础,刻画出背斜南翼中-上侏罗统旋转生长地层特征,表明地层发生褶皱的启动时间为中侏罗世晚期-晚侏罗世早期,并且通过长剖面解释,认为米仓山基底发育楔入冲断构造,楔端点位移沿前震旦系滑脱层向盆地扩展传递导致了通南巴背斜NE向构造的形成。磷灰石裂变径迹热模拟显示,通南巴背斜分别于晚白垩世早期(95~90 Ma)和新生代中晚期(~24 Ma)开始快速隆升剥蚀,隆升速率分别为0.06~0.085 mm/a和0.133 mm/a左右。通过汇总区域低温热年代学样品点,分区建立构造变形时空序列,得出川东北地区在中-晚侏罗世、白垩纪以及始新世-中新世分别发生一次米仓山由北向南的构造扩展以及大巴山由北东向南西的构造叠加作用。

松藻矿区地下水动力场特征及其对煤层气富集的影响

松藻矿区是我国煤层气资源富集区之一。为揭示松藻矿区地下水对煤层气富集影响,利用煤田勘查获取的水文地质资料,基于含水层结构、水化学特征、抽水资料的系统分析,阐明了含煤地层上覆和下伏含水层地下水的空间展布特征,建立了地下水的分布模式,探讨了地下水动力场对煤层气富集的影响。研究表明:松藻矿区含水层和隔水层相互叠置,随着埋深的增加含水性减弱;含煤岩系与上覆、下伏含水层缺乏水力联系,为相互独立的含水系统;上覆长兴组和下伏茅口组地下水动力场呈南高北低展布;地下水动力场有近河流岩溶裂隙渗入型、断层沟通岩溶裂隙补给型、稳定承压弱含水型三种类型,以稳定承压弱含水型为主;含煤岩系的极弱含水性及其与上覆、下伏含水地层缺乏水力联系构成了区内水文地质控气基础,是研究区煤层含气性高的重要控制因素。

湖相页岩水力压裂裂缝穿层扩展规律物理模拟

针对湖相页岩储层纵向非均质性强,层间岩性与应力差异大,泥灰岩、粉砂岩等夹互层发育,水力裂缝穿层扩展困难,导致体积压裂改造效果不佳的问题,采用湖相页岩露头岩样和等效人工岩样开展了水力裂缝穿层扩展物理模拟实验,研究了各项地质与工程参数对水力裂缝穿层扩展行为的影响规律。研究结果表明:在相似的实验条件下,湖相页岩露头岩样试件和人工岩样试件中的垂向主水力裂缝扩展形态基本一致,表明采用“分层浇筑+铺置A4纸”方案制作的人工岩样可等效替代湖相页岩露头岩样;层间弱面是阻碍水力裂缝穿层扩展的主要因素,水力裂缝扩展形态可分为3类,①水力裂缝沿层间弱面转向扩展,②水力裂缝穿透层间弱面但未激活层间弱面,③水力裂缝穿透并激活层间弱面;高注入排量(平均每簇射孔排量为5 m3/min)、高压裂液黏度(50 mPa·s)和高垂向地应力差(12 MPa)有利于水力裂缝实现穿层扩展,低压裂液黏度(5 mPa·s)则有利于激活层间弱面,增强水力裂缝复杂程度。建议压裂时先采用大排量和高黏压裂液促使水力裂缝纵向充分扩展,再采用低黏压裂液激活层间弱面,从而提高湖相页岩储层体积压裂改造效果。

电阻炉-红外吸收法测定页岩中固定碳含量

样品经70%王水处理,除去碳酸盐、硫化物以及部分有机质等。在600℃下,处理后的样品使用总碳分析仪灼烧180 s,再经950℃灼烧,测定样品中固定碳的含量。该方法快速、简便、准确,适合对页岩中低含量固定碳的测定。

截断式脉冲射流流场结构模拟与冲蚀硬岩能力分析

孔盘截断式脉冲射流能够充分利用水锤压力、高速侧向流、循环载荷等效应,破岩效率高,在硬岩破碎中具有较高的开发潜力。基于VOF模型和动网格技术,建立与截断式脉冲射流生成装置几何及运动过程一致的两相流瞬态计算模型,结合高速摄像技术,研究了截断式脉冲水射流的流体结构的动态演变动力特征,测试了截断式脉冲水射流的破岩能力,并分别从流畅结构和破岩能力上与常规圆柱水射流进行了对比分析。研究结果表明:截断式脉冲射流有助于在射流末端形成偏转的瓦状尖体结构,可有效减弱或避免激波阻力的影响;截断式脉冲水射流在破岩过程中,岩石靶物冲蚀孔口呈现非轴对称形态,与常规圆柱射流相比,截断式脉冲射流能够大幅度提升破岩速度,增大破岩体积。