石油学报杂志

石油学报杂志2023年第9期

• 基于成因法评价油气资源:全油气系统理论和新一代盆地模拟技术

  贾承造, 庞雄奇, 郭秋麟, 陈掌星, 王飞宇, 刘国勇, 高永进, 施砍园, 姜福杰, 姜林

  摘要： 以盆地模拟为核心内容的成因法在勘探生产中得到广泛应用。中国的盆地模拟理论研究走在世界前列,但应用软件研发落后于世界其他国家。中国市场上的39种盆地模拟应用软件或算法中有75 % 来自国外公司,而国际市场上流行的盆地模拟软件,100 % 出自国外公司。盆地模拟研究目前面临的主要挑战是早前普遍应用的经典油气系统理论不能有效适用于非常规油气资源评价。采用全油气系统理论可以应对当前挑战:首先,基于全油气理论阐述了常规和非常规油气资源联合共存的基本特征、成因机制和分布规律,为常规和非常规油气资源预测评价提供了理论和方法指导;其次,通过建立常规和非常规油气藏的联合成因模式,确立了生烃总量与油气资源量之间的物质平衡关系,研发了常规油气、致密油气和页岩油气3类资源的预测评价关键技术;然后,建立了全油气系统生烃总量等与其演化产物之间的5组物质平衡方程,分析了原始烃量比率、运聚系数、可动烃比率、采收率等关键地质参数,提出了研发3类12项盆地模拟关键技术。基于全油气系统理论和现代信息技术来构建新一代盆地模拟系统,有望实现油气资源评价定量化、自动化和智能化,使油气资源总量提高5~8倍,预测评价资源的深度增大3倍以上,预测评价资源结果的可靠性大幅提升,并解决目前面临的卡脖子难题。

• 全油气系统理论用于常规和非常规油气资源评价的盆地模拟技术原理及应用

  庞雄奇, 贾承造, 郭秋麟, 陈掌星, 王飞宇, 刘国勇, 高永进, 施砍园, 姜福杰, 姜林

  摘要： 油气资源评价的盆地模拟方法因其能够定量表达评价结果且工作效率高受到广泛重视并在油气资源的勘探开发中发挥着重要作用。当前,油气资源评价的盆地模拟方法面临着3方面的挑战:从"源岩到圈闭"的经典油气系统理论不能有效地指导非常规油气的资源评价;盆地数值模拟技术不能有效地拓展到复杂构造演化区;油气资源的预测评价结果和综合开发风险表征困难。全油气系统理论的创立和定量评价方法的提出为应对当前挑战开拓了新思路、新途径。应用全油气系统理论来阐述常规和非常规油气资源的联合成因模式与相互制约机制,结合盆地数值模拟和钻探结果的统计模拟开展研究,提出了全油气系统的常规油气、致密油气、页岩油气、富油气"甜点"、构造破坏烃量、油气资源综合风险的预测评价6大关键技术,并列举了应用实例。研究结果表明,全油气系统的新理论、新技术不仅能够预测油气资源的形成分布,还能够评价油气资源量及其钻探开采风险,为创建具有独立知识产权的新一代盆地模拟系统创造了条件。

• 全油气系统生、排烃和运聚定量分析中的关键问题与解决途径

  王飞宇, 冯伟平, 庞雄奇, 郭秋麟, 贾承造

  摘要： 全油气系统定量分析技术应用于成因法油气资源评价时主要面临3方面的问题:1生烃量网格计算时如何输入代表性源岩的厚度、总有机碳含量(TOC)和氢指数(HI)以及对应的生烃动力学模型;2如何建立和选择合理的源岩生烃动力学模型参数;3如何合理分析源岩的排烃效率和油气运聚效率。根据含油气盆地源岩和油气数据分析,结合生、排烃算法的演变和发展过程,讨论了如何推动解决以上3个关键问题。一是通过源岩有机相的分级评价来解决在生烃量网格计算中输入参数的代表性问题;二是利用源岩的实测数据和模拟实验数据来联合标定生烃动力学模型;三是利用残留烃数据和运移损失量来确定排烃效率和运聚效率,由此降低成因法油气资源评价的不确定性。

• 盆地沉积充填演化与含油气系统耦合模拟方法在超深层油气成藏模拟中的应用——以四川盆地中部震旦系灯影组为例

  刘可禹, 刘建良

  摘要： 21世纪初开始的非常规油气(致密油气、页岩油气)革命改变了人们对传统油气系统范式的认知。基于经典含油气系统模式所建立的"蛋糕式"简单且独立的"生-储-盖"分层模式已无法有效模拟非常规油气的富集规律和有利区分布。盆地沉积充填正演模拟与含油气系统耦合模拟相结合,可充分考虑盆地沉积充填过程中各含油气系统要素的非均质性,能够形成较精细的地质模型,预测深层和非常规油气的成藏过程与有利区分布,为盆地全油气系统的定量研究提供有效的模拟手段。以四川盆地中部超深层震旦系灯影组为例,在资料匮乏和精度不高的情况下,利用基于过程约束的沉积正演模拟方法模拟灯影组的构造-沉积演化过程,建立灯影组精细的沉积相/岩相非均质性地质模型,在明确灯影组构造-热演化史以及震旦系—寒武系烃源岩发育特征的基础上,开展灯影组的沉积-成藏耦合数值模拟,预测了灯影组的油气运移方向及有利聚集区。与传统的简单层状模型的模拟结果相对比,盆地沉积充填-成藏耦合的数值模拟更充分地考虑了灯影组沉积的非均质性,能模拟灯影组内部由于沉积相变而在岩性圈闭内形成的油气聚集,模拟得到的油气富集位置和规模与实际勘探发现更吻合。

• 塔里木盆地台盆区下古生界油气系统模拟及资源分布预测

  郭秋麟, 黄少英, 卢玉红, 王建, 吴晓智, 陈宁生

  摘要： 塔里木盆地台盆区深层断溶体油气藏的重大发现揭示了下古生界油气系统资源潜力巨大,是下一步油气勘探的重点领域。通过分析下古生界玉尔吐斯组—奥陶系油气系统的特征,构建了104条断裂输导体系的断面模型,融合了断溶带、地震属性、沉积相和油气藏的多源数据并形成奥陶系储层定量评价值,建立了玉尔吐斯组—奥陶系油气系统三维地质模型,采用基于输导体系约束的三维侵入逾渗技术模拟了油气从玉尔吐斯组到奥陶系的运移与聚集,从而预测了奥陶系油气资源分布。模拟和预测结果揭示:①在已知区,模拟的油气聚集区与储量区分布面积符合率高于80 %,证实模拟结果可信度较高;②在未发现区,预测的油气聚集区约为已发现储量区面积的50 %,揭示 还有较大资源潜力;③在预测区,平均含油气饱和度比储量区低,且聚集区分布面积较零散,连片聚集区相对较少,说明资源经济性相对较差;④资源分布有利区包括顺南3井和顺北4井附近、满深8井东北侧、古隆2井西北侧等地区的断溶体和塔中凸起西南侧、塔北隆起西北侧的岩溶带。研究成果可以为奥陶系油气成藏机制的认识和目标优选提供参考。

• 渤海湾盆地南堡凹陷全油气系统3类油气资源联合评价

  姜福杰, 郭婧, 庞雄奇, 陈迪, 王建伟, 汪英勋, 李亚茜, 陈雪, 郭婷玮, 房舟, 王晓昊, 齐振国, 文嘉豪

  摘要： 在近几年的勘探实践中,渤海湾盆地南堡凹陷的非常规油气资源展现出一定的勘探前景,但常规与非常规油气的资源评价彼此分离,评价结果没有制约关系,不能反映实际情况。应用全油气系统成藏理论模式实现了南堡凹陷常规与非常规油气资源的联合定量评价,有望指导未来油气勘探。研究结果显示:南堡凹陷以浮力成藏下限为界,位于自由油气动力场内的常规油气原始烃量为18.07×108t,位于局限油气动力场内的致密油气原始烃量为38.72×108t,而位于油气成藏底限之下束缚油气动力场内的页岩油气原始烃量为107.46×108t。3类 资源的联合评价结果显示:南堡凹陷的页岩油气资源量为7 577.37×104t,高于致密油气和常规油气的资源量;常规油气资源量为7 074.37×104t,在凹陷中居第二位;致密油气资源量最小,为4 985.89×104t。3类资源的联合评价结果指导了南堡凹陷页岩油的发现,发现了沙河街组三段Ⅳ—Ⅴ油组的致密油藏,为中—浅层常规油气的目标优选提供了技术支撑。

• 常规-非常规油气资源一体化评价方法——基于全油气系统理论和TSM盆地模拟技术

  宋振响, 周卓明, 江兴歌, 陈拥锋, 马中良, 罗昕, 李振明

  摘要： 目前,资源评价技术已不能满足常规-非常规油气资源一体化评价和立体勘探的需求,而"全油气系统"理论为评价常规、非常规油气及潜力分布提供了理论指导。在常规、非常规油气资源评价方法调研的基础上,结合地质理论研究进展、模拟实验以及盆地模拟技术的进步,提出了基于全油气系统理论和TSM盆地模拟技术的常规-非常规油气资源一体化评价新方法,通过在典型地区的应用实例,分析了新方法的适用性、优势及发展前景。从根源上来说,常规与非常规油气均来自有机质的生烃热降解,是"源-储协同演化、源-藏差异演化"的结果,具备开展一体化评价的基础;在分析烃源岩完整的生烃—排烃—滞留油气演化模式、排出油裂解演化模式和源内气演化过程的基础上,建立了常规-非常规油气资源一体化评价方法和流程,可统一开展源内体系和源外体系油气形成演化全过程的模拟和资源量计算。新方法体现了多类型油气资源有序共生的完整性和油气动态演化过程,其评价过程更科学且在盆地整体资源潜力的宏观把控方面具有独到优势。下一步仍需在烃源岩精细评价和油气运聚模拟技术方面加强研究,使资源评价结果更好地服务于勘探部署。

• 四川盆地普陆页1井侏罗系页岩气勘探突破及意义

  张洪安, 彭君, 王学军, 李进

  摘要： 四川盆地普光气田的陆相页岩气风险井普陆页1井在侏罗系千佛崖组半深湖亚相页岩气层中试气获得10.4×104m3/d的高产工业气流、试采稳产天然气达到6×104m3/d,实现了四川盆地千佛崖组陆相页岩气勘探的重大突破。基于普陆页1井的系统取心及测试结果,对比分析全盆地同层位的研究认识,探讨了侏罗系页岩油气富集的主控因素及模式,指出了四川盆地侏罗系页岩气的下一步重点勘探方向。通过"盆山耦合地层对比—界面识别地层划分—工区系统取心锚定",明确了中侏罗世早期存在盆地性质的转换(坳陷湖盆—前陆盆地);在"北气南油"的油气藏分布格局下,中侏罗统千佛崖组发育"双复杂"型的非常规油气"箱体";建立了前陆盆地陆相页岩油气二元差异的富集模式,并特别指出通江—普光—开县以北的地区(通江生气中心)为侏罗系陆相页岩气勘探开发的战略区块,其资源量可达3.3×1012m3。依据勘探实践,初步提出四川盆地千佛崖组湖相富壳质组页岩的生烃模式为在镜质体反射率(Ro)>2.0 % 时仍然可能处于生油气窗口,0.7 % ≤Ro≤2.2 % 可作为陆相页岩油气勘探的现实领域。这极大地扩展了陆相页岩油气的勘探空间。

• 深层海相页岩纹层类型、组合及其对储层品质的影响——以四川盆地南部泸州区块龙马溪组一段一亚段为例

  武瑾, 李海, 杨学锋, 赵圣贤, 郭伟, 孙玉平, 刘永, 刘兆龙

  摘要： 基于岩石薄片鉴定、X射线荧光光谱(XRF)元素扫描、微区扫描电镜矿物定量评价(QEMSCAN)、场发射扫描电镜(FE-SEM)成像等实验技术手段,对四川盆地南部泸州区块龙马溪组一段(龙一段)一亚段深层页岩的纹层类型、组合及其对储层品质的影响进行了研究。结果表明,该套页岩发育自生石英-有机质纹层、碳酸盐纹层、长英质-碳酸盐混合纹层、生物骨骸纹层、陆源石英纹层、黏土矿物纹层、黄铁矿纹层和蚀变硅质纹层8种纹层类型。根据其垂向叠置关系划分为"自生石英-有机质+碳酸盐+长英质-碳酸盐"、"自生石英-有机质+碳酸盐+生物骨骸"、"碳酸盐+黏土矿物"、"陆源石英+黏土矿物"4种纹层组合。长英质-碳酸盐混合纹层与粉砂级火山物质的搬运沉积有关,其与自生石英-有机质纹层、碳酸盐纹层相互叠加构成的"自生石英-有机质+碳酸盐+长英质-碳酸盐"纹层组合发育于龙一段一亚段1小层,表现为总有机碳含量高、自生硅质矿物和碳酸盐矿物含量高、孔隙和微裂缝发育、含气性好,为最优纹层组合。蚀变硅质纹层与火山凝灰质成分的沉降有关,局部发育于龙一段一亚段2小层的"自生石英-有机质+碳酸盐+生物骨骸"纹层组合中,为次优纹层组合。这2类纹层组合对应的页岩段为泸州区块龙一段一亚段下层系页岩气开发的"甜点层"。小规模海侵和火山活动造成龙一段一亚段6小层局部的有机质、自生硅质和碳酸盐矿物含量较高,形成"碳酸盐+黏土矿物"纹层组合,为上层系页岩气立体开发的首选"甜点层"。

• 两亲高温缓凝剂制备及自组装与温度智能响应特性

  薛毓铖, 王成文, 陈泽华, 孙金声, 唐伟旭, 武治强, 刘伯诺, 黄康

  摘要： 深井长封固段固井对水泥浆体系性能要求严苛,既要保证高温下安全泵送,又要保证顶部水泥石早期强度较快发展缩短建井周期,现有缓凝剂常表现为温度越高缓凝作用越弱、温度越低缓凝作用越强,甚至出现长时间不凝固的不利现象。为此,合成出一种具有温度响应自组装特性的两亲聚合物高温智能缓凝剂TRAP。通过低温下疏水基团分子自组装为有序排列构象将缓凝基团包裹,阻止缓凝基团吸附在水泥颗粒表面,降低低温缓凝的副作用,高温下分子构象从有序转变为无序,显露更多缓凝基团吸附于水泥颗粒表面,展现出充分的高温缓凝效果,实现了缓凝作用随温度变化而自行智能调控作用,为解决深井大温差固井难题提供了一种新方法。研究结果表明:两亲聚合物缓凝剂TRAP耐温性能优异,在30~200 ℃能延长水化诱导期,有效增大水泥浆稠化时间,在130~190 ℃范围内,缓凝性能随温度升高显著增强,最高与最低温度稠化时间仅差69 min,表现出随温度升高缓凝作用智能增强的调控特 性;模拟井底180 ℃高温循环固井条件,顶部上返水泥浆早期强度发展快,水泥石在90 ℃、24 h的抗压强度达16.3 MPa, 将固井候凝时间大幅度缩短至24 h。缓凝剂TRAP独特的温度智能响应特性,不同且显著优于现有大温差缓凝剂的调控规律与效果,为解决深井长封固段固井的高温稠化时间与顶部低温早期强度调控难题提供了一种新方法。

• 三维七段制圆弧型井眼轨道设计的拟解析解

  鲁港, 王海涛, 李杉, 李雪松, 杨志国, 王建华, 邱晨

  摘要： 为了求解七段制圆弧型井眼轨道设计约束方程组,使用数学消去技巧,先将稳斜段井眼方向矢量消去,再将狗腿角消去,然后化简,最终得到只含有一个未知数的特征方程,该方程在大部分情况下是多项式方程。通过求解该特征方程,得到全部实数根,并在数学上严格证明了设计方程组的解可以用包含特征方程实数根的一组解析计算公式快速计算。该算法可以判断设计问题是否有解以及有几个解,在有多个解的情况下可以一次性同时计算出这些解。算法涵盖七段制设计问题45种有意义的未知数组合情况,较好地解决了七段制圆弧型井眼轨道设计问题的数值求解难题。数值算例验证了算法的有效性和快速求解性。配合多项式类的编程技术,可以用于钻井工程井眼轨道设计类计算机软件的开发。

• 横向主动控斜力作用下底部钻具组合动力学特征

  狄勤丰, 骆大坤, 周星, 王文昌, 陈锋

  摘要： 垂直钻井工具通过对井壁施加横向主动控斜力实现高效控斜快速钻井,但也使底部钻具组合的动力学特性更加复杂,甚至引起井下复杂振动和钻具失效,因而掌握带垂直钻井工具钻柱的动力学特性十分必要。以Power-V工具为例,首先建立了横向主动控斜力模型,随后基于Hamilton原理,建立了钻柱动力学模型,并利用节点迭代法和Newmark-β方法对存在横向主动控斜力的钻柱动力学特性进行了求解。在验证模型正确性的基础上,以现场实际超深井为例,分析了钻柱形心的涡动轨迹、涡动速度特征。研究结果表明,Power-V的加入,使得靠近垂直钻井工具的钻铤做偏向井眼低边一侧的向前涡动,而且钻铤形心的涡动轨迹呈现椭圆形特征,同时,使钻柱受到较大的井壁反作用力的同时,会使钻柱在钻头、稳定器处也承受较大的横向作用力,进而改变钻柱的运动特征。地面扭矩和井下转速波动较大,底部钻柱的横向振动较剧烈,与井下实测和地面观察结果吻合。实际应用时,应该尽可能采取措施,减少这种振动,提高钻井作业效率。

• 岩石可钻性测定方法的改进和优化建议

  石祥超, 陈帅, 孟英峰, 陈军海, 李皋, 杨昕昊, 焦烨

  摘要： 岩石可钻性测定和评价是进行钻井工程设计的重要依据。相继出版的岩石可钻性测定及分级标准对推动钻井工业的发展做出了重要贡献,但随着钻井工程技术进步和测试遇到的问题,有必要对其进行适当的调整和改进。通过回顾石油天然气钻井工程岩石可钻性的发展历史;开展了不同PDC切削齿、定转速变钻压、定钻压变转速的微钻实验。研究结果表明,即使材质和结构相同,来自不同厂家的PDC齿仍然对测试结果有显著影响,建议对倒角误差进行规定,以尽量消除其对测试结果的影响;建议PDC齿侧倾角修改为10°,建议第3级钻压由2 kN更改为1.5 kN,不建议把钻压1 kN所测试的结果用级值"+1"的方式修正0.5 kN测试结果,应根据钻压1 kN和0.5 kN测试结果的对应关系进行修正;通过分析牙轮微钻头结构参数及钻进参数对测试结果的影响,设计了一种6刀片和5挡板结构的新型牙轮微钻头,该微钻头能够解决牙轮微钻头在钻遇硬岩时出现的不能自由旋转问题,消除了牙轮片之间的相互干扰,推荐牙轮微钻头测试钻压仍然为890 N,转速修改为90 r/min,以达到更好的测试效果。

• 人工智能在注水开发方案精细化调整中的应用现状及展望

  刘合, 李艳春, 贾德利, 王素玲, 乔美霞, 屈如意, 温鹏云, 任智慧

  摘要： 水驱开发油田由于注采关系复杂、驱替场动态变化频繁以及长期注水,导致层间矛盾加剧,已进入到深度精细注水开发的新阶段。结合静态与动态生产数据进行注水开发方案调整,有利于掌握油藏的动态变化与实现有效剩余油挖潜。为保证优化的注水方案和先进的分注工艺相结合,系统综述了油藏动态分析技术发展现状,重点阐述了人工智能方法与油藏工程交叉融合辅助注水开发方案调整的核心问题,同时结合前沿智能化理论与方法对未来注水开发方案智能精细化调整趋势进行了探讨和展望,即充分利用精细智能分层注水工艺实时监测的大量动态生产数据。未来注水开发方案优化的研究重点将聚焦于"动态数据+物理约束+人工智能算法"的深度融合,进一步推动水驱开发油田监测数据实时采集、油藏动态实时预测和注水方案实时优化的智能优化应用落地,最终实现注水方案设计与优化和井下分层注水实时调整同步的油藏和采油工程一体化。