石油学报杂志

石油学报杂志2022年第4期

• 四川盆地深层海相页岩气赋存机理与勘探潜力

  郭旭升, 腾格尔, 魏祥峰, 俞凌杰, 陆现彩, 孙磊, 魏富彬

  摘要： 深层—超深层页岩气是四川盆地天然气增储上产的战略接替领域。基于志留系页岩气的大量勘探开发实践、实验测试资料和前瞻性研究成果，探讨了深层海相页岩气的赋存状态与聚集机制，指出了四川盆地深层页岩气的有利勘探区。页岩的纳米孔喉系统决定了其内部聚集的天然气呈现吸附态，主要以单分子层在微孔—介孔中吸附聚集。页岩吸附气量除受控于孔、缝的比表面积，还受TOC含量、温度、压力和含水性的影响。深层高温条件下，页岩储层的最大吸附气量较低，随着温度降低页岩的吸附能力增强，最大吸附气量也逐渐增加。页岩气在深层超压条件下主要以游离气赋存，呈超临界状态高密度聚集，游离气含量受储集空间及孔喉结构、埋藏深度、地层温度和压力、超临界流体性质以及页岩含水性等诸多因素综合影响。在抬升过程中，因构造改造的强度、时间和方式不同，页岩气的赋存相态转化及散失机制不同。其中，抬升幅度小且改造强度弱时，页岩气层仍保持深层"游离气为主，超压富气"的特性；抬升至中—浅层时，受断裂开启、剥蚀露头和页岩自封闭性降低等游离气散失机制影响，页岩气层的含气量和游离气量降低、吸附气占比增加，因此，远离剥蚀区、大断裂带的深埋藏区是深层页岩气的最有利富集区。四川盆地内部构造相对稳定，深层海相页岩气普遍保持着"早期滞留，超压富气"的成藏特征，优选宜宾—泸州地区、綦江—涪陵地区、永川—大足地区和垫江—梁平地区为有利勘探区。

• 四川盆地南部泸州地区凯迪阶—埃隆阶深水页岩沉积演化与有机质富集

  杨雪, 石学文, 朱逸青, 刘佳, 李怡, 何亮, 徐亮, 李彦佑, 陈瑶, 蒋佳玉

  摘要： 四川盆地南部泸州地区深层页岩气富集，凯迪阶五峰组—埃隆阶龙马溪组一段一亚段的富有机质海相页岩是该区页岩气主力产层，明确其沉积环境演化及对有机质富集的控制作用对深化页岩气成藏机理研究具有重要意义。综合利用钻井、录井、测井资料和主量、微量及稀土元素测试数据，系统分析川南地区凯迪阶—埃隆阶黑色页岩的层序地层和沉积环境演化，建立了川南地区有机质富集的古海洋状态模式。基于岩性、典型沉积构造、岩石电性及元素组成，在凯迪阶—埃隆阶识别出5个最大海泛面；综合冰期、最大海泛面、岩性变化及笔石带约束，划分出8个四级层序。在层序地层格架约束下，恢复了古氧相与古生产力演化特征，建立了用于判别优质页岩的古氧相、古生产力的替代系数。凯迪阶五峰组页岩沉积受局限台地的强滞留水体控制，表层高生产力供给对富有机质页岩的发育具有积极意义；鲁丹期开始，冰期冰盖消融造成大规模海侵，海平面上升形成水体分层的强还原环境，沉积龙马溪组下部的富有机质页岩；埃隆期持续海退，海平面较低，陆源注入充足、沉积速率快、氧化还原条件均不利于有机质的保存，但该时期古生产力高，在短期海侵阶段形成龙马溪组上部的富碳、高黏土矿物含量的黑色页岩。

• 四川盆地阆中地区灯影组储层沥青地球化学特征及其意义

  吴小奇, 周凌方, 赵姗姗, 钱一雄, 王彦青, 杨俊, 王东

  摘要： 震旦系灯影组是四川盆地海相深层天然气勘探的重点层系之一。近年来在高石梯—磨溪古隆起北斜坡阆中地区的天然气勘探中，灯影组四段储层内发现沥青呈广泛分布，但对其地球化学特征及相关油气成藏条件的研究较为薄弱。通过分析沥青的有机地球化学特征，揭示了阆中地区灯影组储层沥青的成因和来源，探讨了沥青对古油藏规模和相关油气成藏条件的指示意义。研究表明，阆中地区灯影组储层中的沥青为正常埋藏演化过程中热裂解作用成因，其质量含量、等效镜质体反射率和δ13C平均分别为1.36%、4.29%和-32.3 ‰。生物标志化合物和碳同位素组成特征的对比分析表明，震旦系灯影组沥青与下寒武统烃源岩具有较好的亲缘关系，沥青主要来自阆中地区西侧拉张槽内下寒武统烃源岩生成的原油并经裂解作用而形成，灯影组四段下伏的灯影组三段和陡山沱组泥质烃源岩可能也有一定贡献。阆中地区的古油藏规模约为32.3×108t，裂解生气强度可达49.23×108m3/km2，天然气的保存条件是控制阆中地区灯影组四段现今气藏规模的关键因素。

• 准噶尔盆地四棵树凹陷构造应力场与构造变形解析

  吴林, 朱明, 冯兴强, 冀冬生, 周磊, 刘圣鑫, 张林炎, 谭元隆, 钱竹良, 杨珍

  摘要： 准噶尔盆地南缘四棵树凹陷高探1井的中生界油气勘探已获得重大突破，深入解析该地区深层致密砂岩的构造变形显得至关重要。综合野外、岩心、测井和地震等数据，利用地质调查与有限元数值模拟方法查明了四棵树凹陷的构造应力环境，明确了构造应力场对构造变形的控制作用。研究表明，四棵树凹陷现今的最大水平主应力总体呈SN向，具有分带性。在北天山西段、托斯台构造带和高泉构造带等地区，最大水平主应力方位呈NNW向；在艾卡构造带和车排子凸起等地区，最大水平主应力方位呈NNE向或NE向。晚喜马拉雅期以来，NNW向构造应力由北天山地区向四棵树凹陷内部逐渐传递，受其控制的凹陷内构造变形也沿NNW向传播扩展。高泉背斜清水河组的构造应力场数值模拟表明：研究区的最大水平主应力为80~170 MPa；构造应力在背斜南部、中部的断层附近集中，向北则减小；近EW走向断层附近的构造应力明显大于NNW （或近SN）走向断层附近的构造应力，总体显示高泉背斜处于压扭应力环境。构造应力场控制了高泉背斜的裂缝发育和展布，裂缝走向与最大水平主应力方向一致或呈小角度相交，且断层附近或背斜核部裂缝较发育。高探1井中发育的构造裂缝可能是该井取得高产的重要原因之一。

• 页岩油微观赋存特征及其主控因素——以鄂尔多斯盆地延安地区延长组7段3亚段陆相页岩为例

  党伟, 张金川, 聂海宽, 王凤琴, 唐玄, 蒋恕, 魏晓亮, 刘秋波, 李沛, 李菲, 孙江涛

  摘要： 以鄂尔多斯盆地延安地区延长组7段3亚段陆相页岩为研究对象，综合利用轻烃（C6H14和C7H16）吸附、N2和CO2吸附、岩石热解、有机地球化学、X射线衍射（XRD）等实验手段以及Dent吸附热力学模型与Horvarth-Kawazoe （HK）、Barrett-Joyner-Halenda （BJH）孔隙结构理论解释模型，系统开展了页岩油的微观赋存特征及其主控因素研究，建立了页岩油吸附能力预测的数学模型和赋存状态演化模型。研究结果表明：基于液态烃蒸气等温吸附实验和孔隙结构理论解释模型，可揭示一定范围孔隙中（孔径小于125 nm）页岩油的微观赋存特征。页岩中的吸附油是具有一定厚度的吸附油膜，其平均厚度随孔径增加呈Langmuir型吸附曲线增长。页岩油主要赋存于孔径小于25 nm的介孔中。当孔径小于3 nm时，孔隙内以赋存吸附油为主；当孔径大于3 nm时，孔隙内主要为游离油。页岩中的游离油量与孔缝空间、含油饱和度呈正相关关系。吸附油量与脆性矿物含量、宏孔结构参数无相关性，与总有机碳（TOC）含量、黏土矿物含量、微孔和介孔的比表面积与孔体积、轻烃类型以及压力呈正相关关系，与埋深和成熟度呈先增加后降低的变化关系，且有机质是页岩中吸附油的主控因素。镜质体反射率为0.75%是页岩油赋存状态和可动性转变的成熟度界限，而镜质体反射率为0.85%~0.90%则是页岩"含油性高、可动性好"的最佳成熟度窗口下限。在延安地区，1 000~1 200 m以深是延长组7段3亚段陆相页岩油勘探开发的有利层段。

• 盐水中月桂酰胺丙基二甲铵基羟磺基甜菜碱的含量测定及热稳定性

  葛际江, 师小娟, 刘子铭, 郭洪宾, 李隆杰, 周代余, 王伟

  摘要： 随着注气技术在塔里木油田高温高盐油藏[温度为110~150℃，水中盐含量为（22~27）×104mg/L]的推广与应用，高温高盐条件下封堵气窜用泡沫的研究日益受到关注。月桂酰胺丙基二甲铵基羟磺基甜菜碱在高盐含量水溶液中具有优异的发泡性能，但该表面活性剂的热稳定性尚不明确。利用示差检测器，选择Shim-pack VP-ODS 250L×4.6型色谱柱以及甲醇和水组成的混合溶剂为流动相，通过优选甲醇和水的比例、流动相流速和柱温，建立了测定盐含量为25×104mg/L的水溶液中月桂酰胺丙基二甲铵基羟磺基甜菜碱含量的高效液相色谱法。热稳定性评价表明，月桂酰胺丙基二甲铵基羟磺基甜菜碱经110℃处理90 d后含量保留率高于60%，经130℃处理90 d后含量保留率低于30%，其热解行为符合一级动力学方程。对热处理后的表面活性剂溶液进行液相色谱-质谱分析表明，月桂酰胺丙基二甲铵基羟磺基甜菜碱主要在酰胺处发生水解而失去表面活性。

• 页岩储层渗吸过程中水的微观分布及其气测渗透率动态响应特征

  朱秀川, 胡钦红, 蒙冕模, 张军建, 张涛, 尹娜, 孙小惠, 晁静, 杜玉山, 刘惠民

  摘要： 在页岩油气储层水力压裂过程中，压裂液的滤失行为会增加储层的含水饱和度、降低储层渗透率。研究压裂液侵入对储层渗透率的影响，对于页岩油气的高效开发具有重要意义。为此，针对渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组三段下亚段灰质页岩和混合质页岩岩相样品，通过自发渗吸实验获得了样品不同含水饱和度行为，利用核磁共振表征水在孔隙中的动态运移，结合覆压渗透率定量表征气测渗透率动态变化。实验结果表明：①在含水饱和度为5%~40%的渗吸过程中，以微孔（核磁共振T2<1 ms）吸水为主，T2谱累积信号呈上升趋势，占比逐渐增加，而中孔和大孔的T2累积信号呈缓慢上升和波动状态且占比逐渐降低。当含水饱和度达到40%时，微孔累积信号占比高达87%以上。②水化改善作用与水锁和水敏损害相互制约，影响渗透率的动态变化，主要分为3种制约状态（水化远大于、大于、小于水锁和水敏）。结合矿物组分和孔隙结构分析发现，在黏土矿物含量为25%~43%的页岩中，渗透率损害率与黏土矿物和石英含量呈正相关，与脆性指数和碳酸盐矿物含量呈负相关性，灰质页岩水化改善作用优于混合质页岩，且大于1 μm孔喉的发育既能促进水化改善作用，又能降低水锁和水敏对孔喉的损害。

• 生物成因硅确定方法及其在页岩气储层可压裂性评价中的应用

  孙建孟, 宿鹤松, 郭宁, 王德强, 曾鑫, 袁卫国, 冯明刚, 严伟, 周贤斌

  摘要： 四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组底部页岩被证实富含大量生物成因硅质矿物。为了定量计算储层生物成因硅的含量，研究其在储层可压裂性评价中的作用，利用改进后的元素标准比值法定量确定了目的层段生物成因硅含量，其最高可占总硅含量的70%以上。通过改进传统的可压裂性计算方法，将硅质矿物分为生物成因和非生物成因，研究不同成因硅质矿物对储层可压裂性的影响，弥补了传统方法不区分硅质成因带来的不足。研究结果表明，有机质含量高的储层段并不一定是最好的可压裂层段；在不考虑生物成因硅时计算的可压裂指数偏小，在实际压裂过程中容易错误认识储层可压裂情况。结合现场实际压裂示踪施工情况与累积产气占比，在考虑生物成因硅时划分的储层可压裂级别更加符合现场压裂情况，对现场压裂施工具有一定的指导意义。

• 高速牙轮钻头螺旋组合密封流固耦合仿真及试验

  周已, 唐艺凤, 蒋阳, 胡家豪, 黄毓兴

  摘要： 密封是决定牙轮钻头寿命的关键，由于被动密封磨损严重，限制了牙轮钻头转速及寿命的提高。通过分析具有主动排砂功能的螺旋组合密封结构的基本原理，并结合流固耦合基础理论，建立了相应的控制方程。通过有限元仿真和试验相结合的方法研究了螺旋组合密封的性能。在有限元仿真部分，建立了仿真模型，利用ANSYS仿真软件对螺旋组合密封进行了流固耦合仿真研究，通过螺旋密封的流场压力分析单螺旋密封的排砂作用，通过螺旋组合密封中O型圈的接触压力分析螺旋组合密封的密封能力。设计了未加压单螺旋密封圈排砂性能验证试验来验证单螺旋密封的排砂能力，设计了加压螺旋组合密封性能验证试验来研究螺旋组合密封性能，通过室内台架模拟真实钻井工况研究螺旋组合密封的实际应用情况。仿真结果与试验结果均表明，单螺旋密封圈的排砂作用可行，螺旋组合密封具有良好的密封能力。

• 碳酸盐岩孔隙压力预监测理论与方法进展

  路保平, 王志战, 张元春

  摘要： 碳酸盐岩是深层、超深层的重点勘探领域，其孔隙压力预监测是制约井控安全的关键因素，但由于成岩作用复杂，灰岩与白云岩的特性差异较大，导致碳酸盐岩孔隙压力预监测成为世界级难题。为了指明解决该难题的科学方向，通过系统分析碳酸盐岩的特性、孔隙压力成因机制及相应的4类预监测方法，进一步提出：①碳酸盐岩的成分和结构是物性、流体成分及其含量的主控因素，进而影响到其化学、声学、力学等特性；②深层、超深层碳酸盐岩的孔隙度不再随深度增加而减小，这表明不存在压实作用，相关的理论与方法不适用于相应碳酸盐岩地层；③碳酸盐岩的孔隙压力成因机制与演化历程复杂，多源增压机制与降压机制并存，孔隙压力计算模型应避免响应特征多解性导致的偏差；④室内岩心实验脱离了原位埋深与温度及压力场环境，在此基础上建立的孔隙压力计算模型考虑因素不全面、适用性不强。因此，异常高压预监测模型的建立需要综合考虑地层埋深、成因响应、温度-压力场环境、岩石成分及孔隙结构等因素。