页岩气组分模型产能预测及压裂优化

我国页岩、致密油气等非常规油气的储量极大,非常规油气的开发对保障国家能源安全有重要的意义.准确模拟预测非常规油气的流动行为是经济高效开采的关键.不同于常规油气,页岩气在地层中存在滑脱效应以及吸附现象,为准确描述此类机理和现象,本文在以非结构PEBI网格为主的混合网格的基础上建立了组分数值模型,并对气体组分比例、吸附作用以及滑脱效应对产能的影响进行了分析.同时,对国内某页岩气藏水平井的压裂进行了优化.结果表明,页岩气产量随裂缝数量的增多以及裂缝半长的增长而增加,但当裂缝数量达到一定数量,裂缝半长达到一定长度时,产量的增加不再明显.因此,为使页岩气的经济效益达到最大化,应合理布置裂缝数量及裂缝半长.     

页岩气储层水平井与压裂工程基础问题探讨

水平井钻井和压裂改造是页岩气高效开发的关键技术,我国页岩气储层水平井与压裂工程面临诸多工程与地质挑战:(1)钻头适应性差,破岩效率低,"一趟钻"难突破;(2)层理裂隙发育,井眼垮塌和井漏问题突出,坍塌周期明显;(3)压裂缝网形成机制仍需深入认识,复杂裂缝系统的压裂设计理论有待完善.指出页岩气储层岩石破碎机理与高效破岩、长水平段井壁失稳机理与控制、复杂缝网形成机制与调控等是亟需解决的关键基础问题.探索工作流体(钻井、完井、压裂流体)与页岩之间的多重耦合作用机理,建立流体-固体、力学-化学耦合的理论模型将是未来研究的重点和难点,具体包括:(1)考虑页岩自发渗吸、水膜润滑裂缝面、岩石脆性等条件下的页岩破碎机理;(2)考虑水岩反应、力学-化学耦合作用的页岩长水平段井壁失稳机理;(3)压裂液作用下的流体压力分配与多裂缝竞争开裂机制.针对关键基础问题综述了研究进展和发展趋势,对促进我国页岩气储层水平井与压裂工程的科学发展有一定借鉴作用.     

页岩气开发机理和关键问题

页岩气是重要的非常规天然气资源,从长远的能源发展角度来看,开发页岩气是保障我国天然气供给、优化能源结构、促进能源清洁发展的重要战略.虽然美国页岩气开发已有20余年的历史,超低渗页岩储层的开发机理仍有诸多不清楚之处,问题的核心是发展更完善页岩储层流动模型.受机理研究制约,目前页岩储层的实验测试、油藏模拟等技术仍需要进一步研究和突破.中国处于页岩气开发的起步阶段,开发机理研究对页岩气开发关键技术有重要指导意义,是发展这些技术的理论基础和科学依据;同时,页岩气开发的环境影响也不容忽视,是贯穿开发过程始终的关键问题.本文重点分析页岩气开采中纳米孔隙微观流动、流固耦合、裂缝描述等机理问题及其研究进展,介绍页岩储层实验测试、油藏模拟和开发环境风险等关键问题,讨论未来的研究方向和热点.     

现代油气渗流力学体系及其发展趋势

油气渗流是油气藏开采的科学核心问题,以连续介质假设和达西方程为基础的传统渗流力学在常规油气资源开发中发挥了重要作用.近年来,非常规油气藏成为油气行业勘探开发的主要阵地,其开发理论和技术尤其是渗流问题也成为学术界研究的热点问题.非常规油气藏其岩石多孔介质具有明显的多尺度特征,尺度差异达到6个数量级之多,而且采用大规模的水平井分段压裂开发模式,储层应力强烈作用.因此,传统的油气渗流理论已无法准确描述非常规油气藏的流动特征.实质上,非常规油气资源的开发过程是一个典型的多场作用下的多流动模式的多相流体(油气水)在多尺度多孔介质的流动过程.为此,本文提出了"多场作用下的多流动模式的多相流体在多尺度多孔介质中流动动力学体系"的现代渗流力学体系的概念,并从纳微尺度油气流动模拟、流动模拟的多尺度升级、非常规油气藏的宏观流动模拟、大尺度缝洞碳酸盐岩油藏的流动模拟以及油气渗流物理模拟等方面系统阐述了其研究现状及发展趋势.     

页岩水力压裂的关键力学问题

页岩气的开采成为我国绿色能源开发的新领域.尽管北美页岩气革命取得了成功,水力压裂是成功的开采方式,目前采收率仅为5%~15%,问题出在哪里呢?由此给力学家提出了巨大的挑战和机遇.本文针对页岩水力压裂的关键力学问题,阐述理论、计算和实验的研究进展和技术难点,主要内容有:页岩人工裂缝扩展的大型物理实验模拟平台;考虑时间相关性的各向异性本构模型;页岩起裂、分叉及多裂缝相互作用的断裂力学准则和模拟方法;裂缝簇稳定性扩展的力学条件和创造缝网的多尺度有限元模型;耦合断裂力学和流场压力的裂缝网扩展数值模拟方法.     

页岩气渗流数学模型

针对页岩气藏流体运移机理复杂、传统模型难以准确描述的难题,本文综合考虑页岩气在孔隙中的黏性流动、Knudsen扩散以及吸附气的表面扩散和因岩石变形引起的滑移分别建立自由气和吸附气扩散方程,建立页岩气在基质与裂缝中的渗流数学模型,并采用非线性非平衡Langmuir吸附理论分析页岩气渗流过程中的解吸附机理.通过数值模拟方法研究了不同流动机制对页岩气产量的影响,结果表明,吸附气的表面扩散与滑移对页岩气产量的影响均在0.1%以下,可以忽略;黏性流动与Knudsen扩散主导页岩气的渗流;非平衡吸附速率对页岩气产量影响较大,吸附速率越大,产量越大.本文建立的模型能较好地揭示页岩气的复杂渗流机理,并为页岩气藏的开发提供了科学基础.     

页岩气储层改造的体破裂理论与技术构想

中国页岩气可采储量居世界第一位,但是中国页岩气开发面临气藏赋存条件复杂、地质构造运动剧烈、储层渗透性极低、气藏富集区水资源匮乏等一系列难题,迫切需要创新页岩储层改造的理论和方法,探索适合中国页岩气高效开发的非常规理论与技术.本文简要分析了目前储层压裂改造的主要方法、原理及面临的难题和挑战,提出了储层改造的体破裂理论及技术构想.定义体破裂是三维岩体在载荷作用下,内部孔隙、层理裂隙及人工裂隙互相作用、充分发展和贯穿、并形成新的三维裂隙网络系统这一完整力学过程,是岩体大尺度、多裂隙、高强度的破坏和能量释放的过程.指出页岩三维断裂形态和扩展机理、人工裂隙与结构裂隙相互作用、缝网形态和演化、实现高度体破裂的载荷类型、方式与介质以及真实三维断裂过程的可视化与计算模拟新技术等构建了体破裂力学理论的研究框架.基于早期实验室以及现场实验的探索,提出和分析了实现体破裂的新技术及有待研究的关键科学问题和技术难点.     

水平井在九区薄层稠油油藏挖潜中的应用

孤东油田稠油单元九区开发20多年,经历了冷采阶段、蒸汽吞吐试采阶段和吞吐+汽驱阶段,矛盾和问题越来越多,剩余油主要集中在主力层边部和非主力油层等难动用区域,分布更加零散,如何挖掘上述剩余油是我们探讨的问题.文章通过精细地质研究、优化水平井井位设计、实施工艺配套等措施,对九区薄层实施水平井挖潜.与直井对比,水平井具有日产油能力高、含水低的特点,取得了较好的效果.     

稠油热采中光纤传感技术的应用介绍

光纤传感测试系统具有良好的温度性能,在不影响原始温度场、压力场分布,及油田正常生产的情况下,可以实现实时多点温度、压力或连续的温度分布快速测量.尤其是光纤永久测量技术以其独特的安装方式,可以对水平井进行实时监测,解决以往水平井测量难的问题,从而实现直井、大斜度井、水平井的实时测试.本文主要介绍了光纤光栅传感技术、F-P腔传感技术、光纤分布测温技术,并就其技术原理、构建方法及其在某油田的应用情况进行了综合评述.     

人类活动对深地微生物的影响

在深地环境中生活着数量庞大且种类众多的微生物,主要是细菌和古菌,并包括真菌和病毒.水-岩相互作用产生的氢气和甲烷是这些微生物主要的能量来源.人类活动改变了深地环境及其微生物群落组成和功能.页岩气是存在于深地页岩中的天然气,开采页岩气所使用的水力压裂技术会对深地微生物产生显著影响,在水力压裂开发的不同阶段,微生物群落结构存在显著差异,产甲烷菌能够提高页岩气产量,而产酸细菌则会造成储层酸化和设备锈蚀,降低页岩气的采收率.核废料是指含有高于安全剂量放射性同位素或被其污染的物质,核废料的安全处置是决定核工业能否持续发展的关键因素.地质处置是目前公认的、唯一可行的长期安全处置半衰期长、高放射性核废料的方式,但是,硫酸盐还原菌的活性会导致储存室的锈蚀,微生物产生的气体也会影响地下空间的气压,这些微生物作用都可能对处置安全产生负面影响.CO_2深地封存可以控制其向大气排放,缓解全球暖化,但深地封存的超临界态CO_2能够引起地下水酸化,加速岩石和矿物的溶解,从而改变深地的化学环境和微生物群落,并对CO_2的长期有效封存产生影响.目前有关人类活动对深地微生物的科学研究均侧重于其短期影响,今后的研究应重点关注其长期影响.     

开发能源资源的思考与选择

人类大约在２１世纪后期将面临石油资源枯竭的问题。按传统的石油地质知识和理论,几乎没有可能再发现巨大的油田,从全球发展的角度,结合中国国情,我国未来能源的选择是：（１）研究和拓宽常规石油和天然气资源勘探领域,开发海域和西北诸盆地油气资源;（２）研究和发展非常规石油和天然气资源;非生物成因气、深层油气、甲烷水合物、煤层气等;（３）发展清洁煤技术和气化、液化技术,清洁高效、控制利用煤,以煤转电并注意保护     

地震技术在石油勘探开发中的应用及其新进展

人工地震技术是目前寻找石油和天然气的重要工具。地震技术经过几十年的发展,取得了令人瞩目的成就。地震技术已远远超出了勘探领域,已向油气开发领域发展。本文回顾了地震技术发展的历史,并介绍了三维地震、四维地震、多波地震等地震技术的新进展。     

吹响进军各向异性地球物理与矢量场研究的号角

<正>固体地球介质物理性质的各向异性现象早已被国际地球物理学界所证实和接受.建立在这一物理现象基础上的地球物理理论与方法技术已在陆地油气与矿产资源勘探开发、海洋环境和资源调查、固体地球本体认识、环境监测等众多领域获得了初步应用,促进了各向异性介质理论和矢量物理场观测、地球物理数据解译软硬件技术的进步,但距离系统性的、各向异性和矢量场理论技术体系的建立和大范围应用还存在     

页岩气超临界吸附机理及模型

页岩气吸附机理和模型的研究对于页岩气地质储量计算和开发方案编制等具有重要意义.结合低温氮气吸附实验和高压甲烷等温吸附实验,对龙马溪组页岩的微观孔隙结构和超临界吸附特征进行了分析.结果表明,孔隙体积和比表面积主要受中孔(2~200 nm)控制;在压力较大时(10 MPa),页岩过剩吸附量随着压力增大而降低.4种常用吸附模型的对比分析表明:对于微孔充填方式,D-A模型的拟合效果要优于D-R模型;对于单层吸附方式,L-F模型的拟合效果要优于Langmuir模型.结合孔隙体积分析结果,通过两种假设,证明了甲烷不是以单一的微孔充填或者单分子层吸附方式在页岩中进行吸附的,推测其吸附机理为微孔充填和单分子层吸附并存.并基于该吸附机理,建立了页岩气超临界吸附新模型——DA-LF模型.新模型比4种常用模型具有更好的拟合效果,并可以分别计算出微孔和中孔的吸附量.计算表明微孔充填吸附量比单层吸附量大,占总吸附量的76%左右.这表明页岩气超临界吸附机理可以进一步深化为:微孔充填为主、单分子层吸附并存.     

航天遥感探测烃类蚀变信息的应用研究

航天遥感图像以其丰富的地质内涵和宏观性,在地球矿产资源的探测中确立了它应有的地位.80年代以来开展的以油气为找矿对象的遥感方法试验和应用研究,取得了重大进展,已能够利用遥感技术直接圈定地表烃类蚀变异常,从而实现了直接寻找油气藏的目的.本文仅就利用航天遥感技术首次在我国第四纪覆盖区——江汉含油气盆地直接获取烃类蚀变信息的应用研究结果,对该研究领域的探测机理、探测方法作一探讨.     

硅锗分子筛限域亚铂团簇高效催化丙烷脱氢反应

<正>我国丙烷储量丰富,但丙烷大多采用燃烧供能的方式来使用,这极大地降低了其利用价值.在“双碳”背景下,将丙烷转化为高附加值化学品是提高丙烷利用效率、实现碳基能源高效利用的关键技术之一.在丙烷衍生出的产品中,丙烯可用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷和尼龙66等高附加值产品.对丙烯需求的不断上升以及页岩气转化而产生的丙烷为丙烷脱氢技术的发展带来了新机遇.     

南海北部深水区油气成藏与勘探

南海北部深水区油气勘探继荔湾3-1取得了历史性突破后,相继获得了一系列商业性油气发现,并证实了其勘探潜力;然而深水勘探实践和相关研究也同时揭示了深水盆地油气成藏的特殊性和复杂性.在对我国南海深水区勘探历程回顾的基础上,结合最新勘探进展和研究成果,对深水盆地油气成藏的主控关键因素进行了探讨,提出海陆过渡相烃源岩是深水盆地的主力烃源岩,海相烃源岩也有生烃贡献,并可能成为珠江口-琼东南盆地以南深水-超深水区的主要烃源岩;南海北部深水区东部来自珠江物源的白云凹陷陆架边缘三角洲沉积体系是目前珠江口盆地深水区的主要勘探领域,来自深水区西部的红河三角洲-海底扇沉积体系可能是琼东南盆地深水区重要的储层类型,并已得到了该盆地深水钻探的初步验证;深水区大中型构造圈闭是当前深水勘探的首选目标,珠江口-琼东南盆地以南的深水-超深水区是今后深水勘探的潜在领域.南海深水油气勘探与相关基础科学研究间互为支撑、相互促进,对缓解我国能源供需矛盾、推动南海地区基础科学研究和技术进步、带动我国深水相关产业发展、维护国家主权和领土完整具有重要意义.     

稠油热采中光纤传感技术的应用介绍

光纤传感测试系统具有良好的温度性能,在不影响原始温度场、压力场分布,及油田正常生产的情况下,可以实现实时多点温度、压力或连续的温度分布快速测量。尤其是光纤永久测量技术以其独特的安装方式,可以对水平井进行实时监测,解决以往水平井测量难的问题,从而实现直井、大斜度井、水平井的实时测试。本文主要介绍了光纤光栅传感技术、F-P腔传感技术、光纤分布测温技术,并就其技术原理、构建方法及其在某油田的应用情况进行了综合评述。     

虎头鞋里的故事

光纤传感测试系统具有良好的温度性能,在不影响原始温度场、压力场分布,及油田正常生产的情况下,可以实现实时多点温度、压力或连续的温度分布快速测量。尤其是光纤永久测量技术以其独特的安装方式,可以对水平井进行实时监测,解决以往水平井测量难的问题,从而实现直井、大斜度井、水平井的实时测试。本文主要介绍了光纤光栅传感技术、F-P腔传感技术、光纤分布测温技术,并就其技术原理、构建方法及其在某油田的应用情况进行了综合评述。     

21世纪的绿色光源

照明及其系统从一个侧面反映一个国家或地区的经济昌盛和社会现代化的程度.照明技术有赖于新光源开发、光学系统研究、灯饰设计、电气控制等,荟萃了材料学、光学、电子学科技与设计的成果.自1880年爱迪生成功地发明了第一盏商业化电灯以来,日新月异的科学技术把电光源的开发与研究持续不断地向前推进.