碳纤维与胶乳液协同作用对固井水泥浆力学性能的影响

为提高水泥石在井下抵抗外部载荷破坏的能力,需要对油井水泥材料增强增韧,碳纤维和胶乳液是油井水泥常用的改性材料。为研究碳纤维与胶乳液协同作用对水泥浆力学性能的影响,通过在水泥浆中加入不同配比的碳纤维和胶乳液,测试了水泥浆常规性能和力学性能,并使用扫描电镜对水泥石的微观结构进行观察。试验表明,相比较单掺碳纤维和单掺胶乳液的水泥石,两种材料协同作用水泥石力学性能提高。在0. 2%碳纤维和1%胶乳液加量协同作用下的水泥石抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别为35. 44 MPa、11. 15 MPa、2. 08 k J/m2,弹性模量达到5. 8 GPa。通过扫描电镜观察可以发现,胶乳的网状结构和碳纤维的桥接作用综合提高水泥石性能,有效的控制了水泥石微裂隙的发展,从而提高水泥石的力学性能。

中国中新元古代重要沉积地质事件及其意义

地球曾经历了3次超大陆演化过程,其中2次超大陆(哥伦比亚(Columbia)和罗迪尼亚(Rodinia))旋回涉及中新元古代,并与一系列区域性事件相联系,形成了多成因的超大陆演化模型。华北中东部新元古代沉积事件、扬子和塔里木新元古代裂谷事件、雪球事件等都被视为Rodinia超大陆的裂解响应,它们对定时三大陆块相互关系及定位其在全球超大陆的位置具有至关重要的作用,也反映了重要沉积地质事件在超大陆研究中不可或缺的作用和意义。此外,在中新元古代的Columbia和Rodinia超大陆演化过程中,还伴随发育具有广泛区域性甚至全球意义的巨厚白云岩与碳酸盐岩微生物(岩)、红层与黑色页岩、全球性臼齿亮晶碳酸盐岩和埃迪卡拉纪盖帽碳酸盐岩等沉积事件群及元素(同位素)漂移等地球化学异常事件,也包括特殊且重要的磷块岩、锰、铁矿等沉积成矿事件。由于不断显示出来在全球古大陆重建和古地理恢复方面的重要作用,它们越来越得到学术界的广泛关注和研究。文中通过系统分析中国中新元古代超大陆旋回演化中发育的部分重要或关键地质事件(群)时空发育与分布特征,并结合作者团队的实际资料和测试数据,以期揭示超大陆演化过程与重要沉积地质事件的内在联系,为超大陆聚散旋回演化和时空定位及原型沉积盆地的发育和评价提供科学证据。

庆阳深层煤成气大气田发现与地质认识

鄂尔多斯盆地西南部陇东地区经历了50年油气勘探,发现了庆阳深层煤成气大气田。通过野外地质露头、岩心观察,普通、铸体以及阴极薄片鉴定,Ro等地球化学指标、碳同位素组成、电子显微镜等配套测试分析,开展了伊陕斜坡不同埋深气藏的成烃、成储和成藏特征对比研究。庆阳深层气藏平均埋深超过4200 m,含气层位为下二叠统山西组山1段,其具有低孔、低渗、低压和低丰度“四低”特征。高热演化薄层煤源岩生烃可以形成大气田,深埋藏、高热演化晚成岩阶段仍可发育溶孔、粒间孔、晶间孔组合的优质砂岩储集层,裂缝提高了储集层渗流能力。天然气干燥系数高和负碳同位素组成系列是深层煤成气典型的地球化学特征。创新了勘探开发一体化方法,形成了“骨架直井解剖砂体、水平井集中开发”庆阳气田的经济有效开发模式。庆阳大气田的发现与成功勘探,为盆地西南部形成千亿立方米规模天然气田提供了地质依据和技术支撑,这对中国广泛分布的深层高热演化煤成气勘探也具有重要指导意义。

湖泊深水重力流沉积露头精细解剖——以鄂尔多斯盆地瑶曲剖面长7油层组为例

沉积露头为精细刻画沉积体内部结构、建立准确地下地质模型发挥着不可替代的作用。本文以鄂尔多斯盆地南部瑶曲剖面长7段为例,采用地质学、野外露头沉积学方法,详细剖析了湖泊深水重力流沉积深水岩相的类型、特征、垂向组合及沉积环境。研究表明,瑶曲剖面长7段发育块状细砂岩相、鲍马序列粉砂岩相、水平纹理泥岩相、块状泥岩相、水平层理页岩相、凝灰岩相6种岩相类型,碎屑流沉积、浊流沉积、滑塌沉积、深水原地沉积、火山碎屑沉积5类沉积单元,在垂向上5类沉积单元构成了A、B、C、D 4类垂向分布形式。在此基础上,结合区域地质特征,研究认为长7段发育湖泊、水道型重力流沉积两种沉积体系。湖泊相可进一步确定为半深湖—深湖亚相,深水原地沉积微相,以D类岩相组合最为发育;水道型重力流沉积体系进一步划分为近源水道、远源水道、堤岸、前端朵体4个亚相,包含砂质碎屑流沉积、浊流沉积、滑塌沉积3个微相,近源水道+堤岸形成A类、C类、B类岩相组合,远源水道+堤岸形成B类、C类岩相组合,前端朵叶发育C类岩相组合。剖面相分析表明,研究区优质的烃源岩与重力流砂体可构成较好的"下生上储"的致密岩性油气藏。

油页岩生排烃模拟实验中不同液态烃产物特征

为了探究油页岩生排烃模拟实验中不同液态烃产物的组成及变化特征,利用WYMN-3型高温高压模拟仪分别对鄂尔多斯盆地延长组长7油层组和准噶尔盆地芦草沟组油页岩样品在250℃,300℃,350℃,375℃,400℃,450℃和500℃共7个温度条件下进行了半开放体系生排烃模拟实验。通过对比与分析排出油、洗出油和残留油等3种液态烃产物的生成特征及族组分组成,结果发现:2个样品中排出油均是影响总油变化的重要因素,均随温度呈基本不变→升高至最大值→下降的3段式变化趋势;洗出油和残留油的变化趋势相同,均表现为基本不变→升高至最大值再下降至最低值→基本不变的变化趋势。从3种液态烃产率的变化趋势可以明显地将有机质热演化划分为可溶有机质生油气、干酪根热裂解生油气和油裂解生气等3个阶段。就排出油、洗出油和残留油的关系而言:洗出油为排出油和残留油的"过渡"产物;排出油产率峰值对应的温度高于洗出油峰值对应的温度,残留油产率峰值对应的温度一直为350℃,所以排出油经过初次运移后会在烃源岩表面滞留一段时间后再发生二次运移,而残留油峰值则出现在"生油窗"初期阶段的温度点上。微观上,排出油和残留油族组分中,高含量的饱和烃、芳烃组分是总有机碳含量更高的重要依据,也是生烃产率更高的重要影响因素。由此可见,通过研究排出油、洗出油和残留油的产率和族组分特征,可为进一步探讨地质演化过程中液态烃的演化阶段和状态提供理论依据。

鄂尔多斯盆地西南部上古生界碎屑锆石U-Pb年龄及其构造意义

通过对鄂尔多斯盆地西南部晚古生代山西组1段和下石盒子组8段碎屑锆石进行LA-ICP-MS U-Pb测年分析,结合周缘地层年龄结构和地质历史事件,进而追寻盆地沉积物物源,推断盆地与造山带的盆山耦合过程。研究表明105个岩浆成因的碎屑锆石可分为4个年龄组段:(1)260~340 Ma,占总数的21.9%,推断物源主要来自北秦岭和西秦岭构造带;(2)370~470 Ma,占总数的24.8%,反映物源主要来自北秦岭、西秦岭构造带和北祁连造山带;(3)1600~2000 Ma,占总数的32.4%,指示物源来自北秦岭造山带、北祁造山带和华北板块;(4)2300~2600 Ma,占总数的15.2%,物源分别来自华北板块基底结晶岩系、北祁连构造带、北秦岭构造带和西秦岭构造带。研究区总体上具有来自北秦岭造山带、西秦岭造山带、北祁连造山带、兴蒙造山带及华北板块基底五个物源区,其中兴蒙造山带、北秦岭造山带和北祁连造山带为主要物源区。古生代碎屑锆石年龄证实了鄂尔多斯盆地西南部奥陶纪被动大陆边缘形成,志留纪—泥盆纪转化为陆-陆碰撞造山带,石炭纪—二叠纪逐渐由造山带转化为沉积盆地。

针状硅灰石微粉改善固井水泥浆性能研究

油井水泥是一种脆性材料,其抵抗外力破坏的能力较差,不利于油气井开发。为解决这一问题,研究了一种兼有矿物微粉和纤维特性的硅灰石微粉对油井水泥性能的影响,评价了不同加量的针状硅灰石微粉水泥浆的常规性能、抗压强度、抗折强度、抗冲击强度,并测试了水泥石应力-应变曲线,最后使用扫描电镜对针状硅灰石微粉水泥石微观形貌进行观察。研究结果表明,与纯水泥浆相比,硅灰石微粉加量在0.5%~4%时,流变影响最大时流变仪300转读数大于300,稠化时间最大缩短18 min,失水量最大下降13 mL,养护1 d水泥石气体渗透率最大下降38.3%。养护28 d后,加入4%硅灰石微粉的水泥石较空白水泥石的抗压强度、抗折强度、抗冲击强度分别提高了17.6%、20.9%、21.1%。加入3%硅灰石微粉的水泥石弹性模量比空白试样降低约26.9%。针状硅灰石微粉在水泥石中分散,在水泥石内部形成"搭桥"作用,可在一定程度上阻止水泥石裂纹发生和扩展,起到增强水泥石力学性能的作用。

新型相变材料对低热水泥浆性能的影响

深水低温天然气水合物地层固井,需要水泥浆体系在水化过程中少发热,尽量降低水合物地层温度上升的程度。因此,针对深水天然气水合物地层固井,研究了一种用于低热水泥浆体系设计的新型相变材料,并研究了相变材料的热存储性能及其对水泥浆体系性能的影响。实验结果表明,新型相变材料相变峰值温度为15.5℃,相变温度在井下低温与常温之间,且相变潜热较大。当相变材料在77.8℃以下时,具有良好的热稳定性,且在0℃～60℃之间经历多次升降温后,相变材料化学结构没有发生变化。随着相变材料加量的增加,水泥浆的流变数据呈现增大的趋势,但加量达到8%时流变性依然满足固井施工要求。此外,新型相变材料可以改善水泥浆体系的稳定性。相变材料对低热水泥浆体系的抗压强度影响不大,加入8%相变材料的水泥石抗压强度也达到8.9 MPa,抗压强度最大下降幅度小于5%。当加入2%、4%、6%、8%相变材料后,水泥浆体系稠化时间比无相变材料水泥浆体系最大缩短约15 min,水泥浆体系72 h水化热较空白水泥浆体系分别下降5.2%、29.1%、35.6%、47.6%。研究结果为天然气水合物层低热水泥浆体系的设计提供了支持与参考。

南方海相页岩脆性指数与电性关系分析

页岩脆性是评价页岩气储层的重要参素,因此,研究页岩矿物成分及其脆性评价方法意义重大。基于南方海相筇竹寺组和龙马溪组页岩露头标本,通过矿物成分鉴定和复电阻率测试分析,发现脆性矿物和黄铁矿(FeS2)含量高的页岩具有低阻高极化率的电性响应特征,表明利用激发极化参数(IP)进行储层脆性评价具有良好的物性基础。基于矿物成分定义了脆性指数(BI),分析研究了页岩的激电参数与黄铁矿和脆性指数的相关性,初步建立了电阻率以及极化率与脆性指数和黄铁矿含量的关系模型,提出了利用电性异常特征识别和评价页岩气储层的新思路。

纳米材料在油井水泥中的应用进展

纳米材料具有粒径小、表面能大、比表面积大的特点,将其添加到油井水泥中制备成性能优异的固井水泥浆是国内外研究的热点。介绍了纳米材料在油井水泥中的作用,包括促进水泥水化、改善油井水泥石力学性能、降低水泥石渗透率和孔隙度、提高水泥石耐温性、提高浆体稳定性等;并对目前在油井水泥中应用的纳米碳材料、纳米矿粉、纳米金属氧化物三类纳米材料进行了详细分析,重点阐述了纳米二氧化硅、纳米重晶石粉、纳米沸石粉、埃洛石纳米管、纳米黏土、纳米氧化铝、纳米氧化镁、纳米氧化铁、碳纳米管/碳纳米纤维、石墨烯纳米片在油井水泥中的应用进展及作用机理。最后指出了纳米材料在油井水泥应用中存在的问题,提出未来需要在纳米材料分散性、对油井水泥性能的双重影响及应用成本方面进一步探索和研究。

涪陵页岩气田油基钻井液随钻堵漏技术

涪陵页岩气田焦石坝区块三开水平段采用油基钻井液钻进过程中,因堵漏材料与现场钻井液配伍性差导致堵漏成功率低、易复漏,针对该问题,研究了油基钻井液随钻防漏堵漏体系。基于"刚柔并济,变形封堵,细粒充填及限制渗透"的堵漏原理,通过室内试验,优选了JHCarb刚性堵漏剂、HIFlex变形颗粒与H-Seal弹性封堵剂,并配制了油基钻井液用随钻防漏堵漏体系。该体系与油基钻井液配伍性好,耐油耐温性能佳,可长时间在井浆中循环,预防渗透性漏失,封堵宽度小于3.0mm的裂缝,承压能力大于7 MPa。该体系在焦石坝区块页岩气水平井水平段油基钻井液钻进过程中进行了应用,有效防止了易漏地层的渗透性漏失,成功解决了钻进过程中漏速10.0m3/h左右的漏失问题。研究结果表明,该油基钻井液随钻堵漏技术能解决页岩地层的漏失问题,有效提高了地层承压能力,保证了固井作业顺利进行。

固井水泥浆对储层损害的再认识

固井作业是油气田开发过程中的重要一环,其对储层的损害主要由水泥浆滤液造成且是永久性的。储层损害程度与水泥浆滤液组分和侵入范围有关,射孔完井时孔眼长度是否大于滤液侵入深度,直接关系到水泥浆对储层的损害程度和油气井后续产量。通过分析水泥浆对储层的影响,提出了一种根据固井施工设计参数计算水泥浆滤液最大侵入深度的方法。该方法所需参数容易获得,计算简便,考虑了水泥浆动态和静态滤失阶段的极限滤失情况,可作为射孔完井时射孔深度设计的参考,对油气井储层保护和射孔完井参数设计具有重要意义。一般来说,采用密度1.9 g/cm^3的水泥浆对砂岩储层进行固井时,水泥浆滤液侵入储层深度在常规射孔范围内,水泥浆对储层的污染可以忽略不计。

水平井油水两相分层流分相流量测量方法

为了准确测量和评价水平井油水产出剖面,将水平井油水两相流动态测量实验和数值模拟相结合,建立了水平井油水两相分层流分相流量测量方法。实验中将微涡轮和微电容组合测井仪置于井筒截面不同高度处同步测量局部流体速度和持水率,研究了油水两相分层流水平井中不同总流量和含水率情况下5个测量点处涡轮及电容传感器的响应特性。采用持水率插值成像算法确定局部流体性质和油水分界面高度,将局部流体速度的涡轮测量值与数值模拟计算值相结合建立了过流截面速度场分布最优化计算模型,进而实现了水平井油水两相分层流分相流量的测量。5个测量点处流体速度的实验测量值和理论计算值基本一致,计算的总流量和含水率与实验设定值也基本吻合,表明该方法具有较高的准确度。

聚甲基丙烯酸甲酯改性纳米SiO2及其Pickering乳液稳定性

采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对亲水型纳米SiO2改性得到了MPS-SiO2纳米粒子,将MPS-SiO2纳米粒子进一步通过甲基丙烯酸甲酯(MMA)改性得到了PMMA-SiO2纳米粒子。傅里叶转换红外光谱分析(FT-IR)和接触角测试表明纳米SiO2改性成功。以亲水型纳米SiO2、MPS-SiO2、PMMA-SiO2、疏水型纳米SiO24种粒子作为乳化剂制备Pickering乳液,研究了油水比(体积比,全文同)、纳米SiO2浓度、pH值、盐浓度对Pickering乳液稳定性的影响。结果显示:静置24h后,油水比为1∶1时,质量分数为1%的亲水型纳米SiO2、MPS-SiO2、PMMA-SiO2制备的乳液剩余体积分数依次为48%、80%、76%,表明2种改性后的纳米SiO2的乳化性能显著增强;亲水型纳米SiO2、MPS-SiO2、PMMA-SiO2制备的Pickering乳液最佳油水比为1∶1,疏水型纳米SiO2制备的Pickering乳液最佳油水比为1∶2;4种纳米SiO2粒子的乳化性能均随着其浓度的增加而增强;与其他3种粒子相比,PMMA-SiO2制备的Pickering乳液受pH、盐浓度的影响较小。

基于元素俘获测井的页岩脆性评价方法及应用

准确计算页岩储集层的脆性指数对后期的压裂改造有重大影响,利用元素俘获能谱(ECS)测井资料能计算出页岩地层矿物组分含量进而再评价出脆性指数。以某地区五峰组-龙马溪组AA1井为例,选择八元体积模型,用带约束条件的最小二乘法求解反演出各矿物组分的质量含量,借助骨架密度中间值,将矿物的质量含量转换为矿物的体积含量后,同时考虑有机质的影响,用石英和碳酸盐2种脆性矿物所占的比例来表征目标区块的脆性指数。结果表明,带约束条件的最小二乘法计算得到的矿物含量精度较高,反演的结果和全岩分析数据吻合度高;用考虑有机质影响校正的脆性指数计算模型能准确的计算出页岩地层的脆性指数。利用ECS测井资料进行页岩地层脆性评价的方法简单易行,效果良好,对页岩气储集层后期压裂改造能提供有力的帮助。

深水碎屑流与浊流混合事件层沉积特征及分布——以鄂尔多斯盆地西南长7油层组为例

采用岩石学、深水沉积学等方法,解剖野外露头及重点钻井岩心,结合测井、分析化验等资料,研究鄂尔多斯盆地西南延长组长7油层组深水碎屑流与浊流混合事件层的沉积特征及分布。结果表明:研究区长7油层组发育下部砂质碎屑流上部浊流混合事件层、下部浊流上部泥质碎屑流混合事件层(分为下部浊流上部富泥质碎屑和下部浊流上部贫泥质碎屑混合事件层)、泥质碎屑流和浊流频繁互层混合事件层3种类型。其中,下部砂质碎屑流上部浊流、下部浊流上部富泥质碎屑混合事件层发育于重力流沉积区的近端和远端,下部浊流上部贫泥质碎屑、泥质碎屑流和浊流频繁互层混合事件层主要分布于重力流沉积区的远端。研究区长7油层组深水重力流沉积具有近端呈条带状分布、水道化特征显著,远端相邻朵体沉积物相互叠置、连片、呈环带状分布的特征。该结果对完善深水重力流沉积理论及开展非常规油气勘探、开发具有指导意义。

华北克拉通南缘中——新元古界沉积充填特征及演化

华北克拉通南缘中—新元古代地层广泛发育、出露较好。以华北克拉通南缘熊耳裂陷槽中—新元古代地层为研究对象,在总结对比前人研究成果的基础上,以4条典型基干剖面实测、3条重点辅助剖面观察与描述,从岩石颜色、岩石组合类型、岩石结构、沉积构造等众多方面,对华北克拉通南缘中—新元古界的沉积相类型、特征、展布规律以及沉积充填序列进行了深入分析。结果表明:1)研究区中—新元古界发育障壁型海岸相、无障壁型海岸相、浅海陆棚相、碳酸盐岩台地相、扇三角洲相及冰川相6种沉积相、10种亚相及15种微相;并详细阐述了各种相、亚相以及微相的沉积特征;2)明确了研究区中—新元古代在不同地质时期发育的主要沉积相类型及特征;3)深入探讨了研究区中—新元古界的沉积充填特征,并将其划分出大陆裂谷早期沉积(熊耳群)、大陆裂谷晚期沉积(小沟背组—云梦山组)、中元古代被动大陆边缘沉积(白草坪组—黄连垛组)和新元古代被动大陆边缘沉积(董家组—东坡组)等4个沉积充填序列。

酸液溶蚀作用对支撑剂性能的影响

前置酸液加砂压裂是提高致密储层有效动用的技术之一。注入酸液能有效降低储层破裂压力、清洁地层、提高压裂效果,但酸液同时也会与裂缝中的支撑剂接触而发生化学反应,从而降低支撑剂抗压性能,不利于维持较高的导流能力。文中模拟现场压裂施工方案,进行支撑剂酸溶解度测试实验,评价了酸液溶蚀作用对支撑剂抗压强度、导流能力的伤害程度。结果表明:酸液配比对酸溶解度影响最大,其次为接触反应时间;大粒径支撑剂酸溶解度较小,但酸溶蚀作用对大粒径支撑剂抗压强度、导流能力伤害较大;受酸液作用时,石英砂性能相比陶粒支撑剂稳定性好。实验结果为支撑剂的优选、合理控制酸液用量及注入时间等提供了依据。

井眼轨迹控制工具主轴载荷与造斜能力关系研究

井眼轨迹控制工具是随钻实时完成导向功能的一种导向式钻井工具.在复杂工况下,主轴承受钻压、扭矩和偏置机构作用力等,十分复杂.在课题组前期研究的基础上,对样机主轴的力学行为开展了进一步的研究,在建立主轴静力学模型的基础上,分析了工具外壳刚度、偏置机构安装位置等因素对主轴力学行为与造斜能力的影响规律.研究发现,主轴下端偏转角、偏心机构作用力和最大截面弯矩会随着偏心位移增加呈线性增加;随着外壳刚度的增加和偏置机构安装的位置与上支撑轴承之间距离的增加,工具造斜能力也会增强;通过分析偏置机构安装位置和外壳刚度对主轴力学行为的影响规律发现,随着外壳刚度的增大和偏置机构安装位置与上支撑轴承之间距离的增大,主轴最大截面弯矩也会增大.最后,给出了最佳的外壳刚度与偏置机构安装位置建议.

川东北地区须家河组四段特低渗致密砂岩储层孔隙结构特征及分类评价

[摘要]致密砂岩储层微观孔隙结构特征是制约勘探开发的主要问题，也是气藏精细描述和储层分类评价的重点内容。通过常规压汞、岩石薄片和扫描电镜等资料对川东北地区须家河组四段（T3X4）特低渗致密储层砂岩的孔隙结构特征进行研究。结果表明，研究区储集空间类型以粒内溶孔、粒间溶孔为主，残余粒间孔和微裂缝次之，溶蚀矿物以长石、变质岩岩屑和填隙物为主。T3X4储层砂岩毛细管压力曲线可分为3类：中等排驱压力一细喉型；较高排驱压力一一微细喉型；高排驱压力——微喉型。储层孔隙结构参数中的中值孔隙度、分选系数、最大进汞饱和度与物性呈明显正相关关系。结合典型孔喉结构特征参数、镜下鉴定和物性数据，建立了研究区T2x4特低渗致密砂岩储层的分类评价标准。