石油学报杂志

石油学报杂志2025年第12期

• 煤层气到煤岩气的"蝶变"引领"煤岩气革命"

  焦方正, 赵群, 肖宇航, 刘丹

  摘要： 中国在深层煤岩气勘探领域取得重大突破,实现了从传统浅部煤层气向深层煤岩气的战略性转变。煤岩作为优质烃源岩,具有有机质丰度高、全演化过程持续生气、储集性能强等显著特征,可形成吸附态与游离态共存的煤岩气藏。基于"煤系全油气系统"新理 论,揭示了煤岩气在煤系地层中的成藏机制与资源潜力。初步评价表明,中国埋深大于1 500 m的深层煤岩气资源量超过100× 1012m3,约为常规天然气资源的2倍,具备形成超级大气田的资源基础。鄂尔多斯盆地大吉区块通过"水平井+体积压裂"技术实现了规模化开发,单井的平均日产量达12×104m3,累计探明储量达1 452×108m3,展现了良好的开发前景。目前,中国已形成实验测试、优快钻完井、压裂改造和体积开发等关键技术体系,支撑了煤岩气的高效开发。然而,煤岩气的发展仍面临理论体系不完善、沉积演化机制不明、成藏机理研究不足等挑战。为此,建议系统开展全国资源评价,加强重点领域勘探,优化矿业权管理,推动理论技术创新与示范应用,为实现天然气增储上产,提升能源的自主保障能力提供战略支撑。

• 全油气系统要素-演化-分布的"六图一表"表征方法——以松辽盆地齐家—古龙凹陷青山口组全油气系统为例

  宋岩, 贾承造, 姜林, 马行陟, 邵鑫笛

  摘要： 尽管全油气系统理论已受到广泛关注,但目前仍缺乏有效的评价表征体系。以"要素-演化-分布"为核心研究思路,构建了全油气系统的研究框架,并以松辽盆地齐家—古龙凹陷青山口组全油气系统为研究对象,系统揭示了其演化过程与分布规律,创建了"六图一表"(静态要素综合柱状图、埋藏史图、成藏事件图、重点层系油气有序分布图、剖面分布图、平面分布图和油气汇总表)表征体系。取得的主要成果包括:①系统提出"要素-演化-分布"一体化研究思路,以齐家—古龙凹陷青山口组为典型实例,建立了适用于陆相盆地的全油气系统研究框架,为同类地质背景下的全油气系统研究提供了范式。②阐明了青山口组全油气系统内部常规—非常规油藏动态演化过程,明确了青山口组烃源岩在嫩江组沉积末期进入排烃高峰阶段,此时储层尚未致密,常规油率先成藏;在嫩江组沉积末期—明水组沉积末期,源-储协同演化,储层逐渐致密化并捕获高成熟度原油形成致密油藏;页岩油滞留关键期在嫩江组沉积期—古近纪早期。③从层系内部分布与系统整体分布2个层次揭示了齐家—古龙凹陷青山口组全油气系统的空间分布特征,在青山口组内部,从湖盆中心向边缘依次发育页岩油藏、致密油藏和常规油藏,呈现出有序分布的格局。④首次构建了"六图一表"表征体系,从地质要素组合、地质演化过程、成藏时空耦合和空间分布特征等多维度实现了对全油气系统的全面刻画。该研究深化发展了全油气系统理论,为陆相盆地的油气勘探提供了理论与技术支撑。

• 准噶尔盆地南缘东湾构造带QB1井重大发现及下组合勘探前景

  庞志超, 李静, 王俊, 高遥, 魏凌云, 张代燕

  摘要： 准噶尔盆地南缘东湾构造带下组合油气勘探取得重大突破,QB1井在白垩系清水河组试油,获得产气量为50.7×104m3/d、 产油量为288 t/d的高产工业油气流,证实东湾构造带具备形成 大型油气田的优越成藏条件和显著勘探潜力。研究结果表明:①东湾构造带发育多套规模烃源岩,以侏罗系腐殖型烃源岩为主力气源,而油藏则存在二叠系腐泥型烃源岩与白垩系烃源岩的混源贡献;②清水河组发育底部砂岩与裂隙体双重储集体,基质的孔隙度虽低,但超压条件下,孔-缝双重介质储层可实现高产稳产;③下组合具备优质储-盖组合与宽缓构造目标圈闭群等有利地质条件;④圈闭形成期与烃源岩生/排烃高峰期良好匹配,奠定了大型气田成藏基础。QB1井勘探突破证实东湾构造带具备千亿立方米级天然气资源潜力,为天山北麓深层—超深层勘探提供了重要实践依据。当前,准噶尔盆地南缘下组合勘探重点围绕呼图壁构造带、东湾构造带和乌昌构造带3大构造带推进增储建产,同时加快接替区和储备区的勘探突破。

• 基于沉积微相-岩石相-成岩相耦合的致密砂岩优质储层预测——以东海陆架盆地西湖凹陷渐新统花港组为例

  周雪松, 赵晓明, 葛家旺, 赵勇, 甄艳, 阴国锋, 樊玉成, 王健伟, 张雷

  摘要： 致密砂岩储层受埋深大和成岩作用复杂的影响,具有低孔低渗和非均质性极强的特征,准确识别及预测优质储层是实现致密气高效开发的重要基础。现有的基于地质理论模式和地球物理理论等预测优质储层的方法,其预测精度、效果和适用性不能满足勘探开发需求。以东海陆架盆地西湖凹陷H区块渐新统花港组致密砂岩储层为例,基于岩心、测井和地震资料,提出一种基于沉积微相-岩石相-成岩相耦合的优质储层地震预测方法,实现了致密砂岩优质储层的精准预测。研究结果表明:①岩心-测井-地震联合表征明确了沉积微相的展布,测井交会图解与逐步判别分析结合使得岩性的识别与解释精度显著提升,西湖凹陷H区块花港组优质储层发育于水下分流河道的中砂岩相带。②基于 流动分层指数定量划分成岩相,机器学习实现了成岩相的智能测井解释与宏观预测,在沉积微相与岩石相双重约束条件下精准定位优质储层。③三相耦合模式表明,优质储层分布于"水下分流河道沉积微相-中砂岩岩石相-强溶蚀成岩相"叠合区。分析结果有效降低了多解性,显著提高了预测精度,为致密砂岩优质储层预测提供了新思路。

• 硅质成岩演化过程及其对页岩储层孔隙发育的控制作用——以四川盆地奥陶系五峰组和志留系龙马溪组为例

  赵建华, 于孟想, 陈扬, 刘可禹, 刘国恒, 吴伟, 李俊乾, 罗超, 游祖辉

  摘要： 为明确硅质成岩作用对页岩储层孔隙发育的控制作用,以四川盆地南部和东北部地区的上奥陶统五峰组和下志留统龙马溪组页岩为例,基于岩石薄片观察、扫描电镜-阴极发光联测、元素地球化学分析、热模拟实验等手段,开展了硅质成岩演化过程和硅质格架内有机质孔的形成与演化研究。研究结果表明:①五峰组和龙马溪组硅质页岩中的生物成因石英是主要的硅质矿物类型,不同成因类型的石英在波长约420 nm和570 nm处的阴极发光发射峰形态存在差异,由蛋白石-CT和玉髓转化为微米级自生石英的过程会进一步加剧与波长约570 nm发射峰相关的晶格缺陷;②硅质格架中发育的大量固体沥青是有机质孔的主要载体,其含量是有机质孔发育的最主要影响因素;③形成于中成岩阶段A期的自生石英微晶及聚集体,其内部保留的孔隙可为有机质热解生成的油提供储集空间,并为液态烃向固体沥青转化形成有机质孔网络起到了支撑作用;④页岩中的总有机碳(TOC)含量随SiO2含量的增加呈先增加后减少的趋势,SiO2含量为70%~80% 时的TOC含量最高且主体分布在3.0% ~6.0%, 最有利于孔隙发育。研究成果可为深化页岩的有机-无机协同演化过程研究、揭示页岩油气储层形成机理提供理论支撑。

• 不同类型含煤盆地煤层气的成因响应及其地质意义

  鲍园, 陈雪茹, 琚宜文, 徐凤银, 侯恩科

  摘要： 煤层气是一种环境友好型非常规天然气资源,其成因类型及分布规律与盆地构造类型密切相关。基于中国17个典型含煤盆地2 422件煤层气样品的气体组分和稳定同位素组成特征,分析了不同含煤盆地煤层气的成因类型、分布规律和富集模式。煤层气主要包括生物成因气、热成因气和混合成因气3种成因类型。生物成因型煤层气主要分布在克拉通盆地边缘的浅层区域或断陷盆地的断裂带附近,其最大埋深小于1 800 m,煤岩镜质体反射率(Ro)小于0.5%;热成因型煤层气主要分布在克拉通盆地深部或前陆盆地的中—深部构造单元,其最大埋深超过3 600 m,煤岩Ro大于1.5%;混合成因型煤层气广泛分布于各类盆地的中—浅部,其最大埋深为1 800~3 600 m,煤岩Ro为0.5%~1.5%。综合不同成因类型煤层气的分布规律和不同盆地的构造演化背景,建立了不同盆地类型的煤层气富集模式:①在克拉通盆地建立了凹陷中心、斜坡带、边缘逆冲推覆构造的煤层气富集模式;②在前陆盆地建立了冲断带断层下盘、前渊斜坡带浅层、前缘隆起带圈闭的煤层气富集模式;③在断陷盆地建立了洼槽区和斜坡区的煤层气富集模式。基于盆地类型与煤层气成因机制提出了煤层气差异化勘探与开发策略:①针对前陆盆地浅层斜坡带和断陷盆地洼槽区与斜坡区的低阶煤生物成因型煤层气或混合成因型煤层气富集区,可探索微生物增产技术或注水工艺优化;②针对克拉通盆地凹陷中心的深部热成因型煤层气富集区,宜采用超临界CO2压裂等高效改造技术。研究认识对于不同地质背景下煤层气的资源评价与开发部署具有重要指导与参考意义。

• 湖相微生物岩形成机制与产状分布——以柴达木盆地西岔沟地区古近系露头为例

  夏志远, 龙国徽, 刘占国, 张长好, 朱超, 唐鹏程, 田明智

  摘要： 湖相微生物岩在柴达木盆地古近系—新近系广泛分布,是良好的油气储层类型,但其单层厚度小、层间非均质性强、沉积环境复杂、分布规律难以预测,制约了该类油气储层的识别和内部油气的勘探与开发。基于柴达木盆地阿尔金山前西段西岔沟地区古近系典型微生物席和微生物丘剖面的观察描述、铸体薄片鉴定和X射线衍射全岩矿物分析以及微量元素、稀土元素和碳、氧同位素综合分析,系统探讨了湖相微生物岩的沉积序列、结构特征、沉积环境、成因机制和产状分布。研究结果表明,柴达木盆地古近系湖相微生物岩主要呈席状(微生物席)和丘状(微生物丘)2种形态,其中,微生物席主要发育球粒结构和叠层结构,其沉积序列和发育规模在横向上较为稳定,沉积于气候干旱、水温偏低、盐度较高、还原性较弱的水体环境。微生物丘主要发育圈层结构以及少量球粒结构,其沉积序列和发育规模在横向上变化大,沉积于气候湿润、水温偏高、盐度较低、还原性较强的水体环境。受沉积古地貌和水深变化影响,微生物席和微生物丘的产状及分布规律差异明显。微生物席平行湖岸线方向主要呈片状断续分布,而在垂直湖岸线方向上则呈连续分布;微生物丘在平行湖岸线方向呈低密度断续分布,而在垂直湖岸线方向上则呈高密度串珠状分布。研究认识对柴达木盆地湖相微生物岩优质储层的分布预测具有重要指导与借鉴意义。

• 鄂西地区震旦系—寒武系页岩差异生烃演化及页岩气成藏过程

  于泰炎, 冯乾乾, 邱楠生, 腾格尔, 李萱, 曾帅, 宋佳霖

  摘要： 震旦系—寒武系古老页岩气藏是当前页岩气勘探开发的重要领域,但由于其埋藏历史漫长、成熟度高且经历多期构造-热事件叠加,页岩的生烃演化与成藏过程研究面临着显著挑战。以鄂西地区震旦系—寒武系页岩为研究对象,综合运用低温热年代学和沥青反射率等多种古温标,恢复了鄂西地区古生代以来的热演化史,重建了典型钻井内震旦系—寒武系页岩的埋藏—生烃演化过程。在此基础上,结合流体包裹体分析,明确了页岩生油与成气过程的时间、温度和成熟度条件,为页岩气成藏过程的重建提供了关键依据。研究结果表明,黄陵隆起区在早古生代埋藏阶段的埋深较小(约为2 500 m),其页岩的热演化程度较低,生烃潜力得以有效保存,而湘鄂西坳陷区在同期的埋深较大(约为5 000 m),其页岩的热演化程度高,并在晚奥陶世—早志留世快速经历了生油与生气高峰,过早丧失了生烃能力并转入保存状态。流体包裹体揭示黄陵隆起区的震旦系陡山沱组页岩经历了3个生烃演化阶段:早二叠世达到生油高峰并大量生油,三叠纪进入生气高峰并伴随液态烃大量裂解为气态烃,以及早白垩世发生页岩气散失;寒武系牛蹄塘组页岩记录了2个生烃演化阶段:三叠纪进入生气高峰和早白垩世发生页岩气散失。

• 非凝结气体掺混对蒸汽干度影响实验

  郭二鹏, 毛晓鹏, 贺吉涛, 蒋旭, 张侃毅, 刘宗建, 任铄文, 王新伟

  摘要： 蒸汽干度是影响注汽热采开发效果和经济性的关键因素之一,常规注蒸汽开发后期油汽比低,为减少蒸汽用量常采用二氧化碳、烟道气等辅助开发。但非凝结气体的掺混对注入过程蒸汽干度的影响机理不清是制约气体辅助蒸汽开发技术的重要问题。通过高温高压可视化PVT实验系统,在蒸汽温度为90~150 ℃、压力为0~0.451 MPa的工况下,设置定容降温与定温降容两组实验,深入探讨了掺混不同比例的二氧化碳、甲烷、乙烷、氨气4种非凝结气体对蒸汽干度的影响。研究结果表明,二氧化碳、氨气等气体掺混可提高蒸汽干度,且氨气的提高效果强于二氧化碳,而甲烷、乙烷等气体掺混会降低蒸汽干度,且甲烷的降低效果强于乙烷。揭示了4种非凝结气体掺混对蒸汽干度影响的基础规律,可为气体辅助蒸汽热采稠油的气体种类选择提供借鉴与参考。

• 不同煤岩类型在吸附-扩散差异调控下N2-CO2混合气注入增强煤层气开采的响应与注入配比优化

  张和伟, 申建, 吴财芳, 蔡颖, 张政, 王千

  摘要： N2-CO2混合气注入在低产井增产改造和CO2封存方面展现出很大潜力,该过程涉及多元气体竞争吸附、多相渗流和传质换热等复杂相互作用。目前,不同煤岩类型储层对N2-CO2混合气注入增强煤层气开采(ECBM)的响应差异及其最优注入组合尚不明确。以沁水盆地南部高阶煤为研究对象,基于多尺度孔隙结构联合表征的方法,系统分析了4类煤岩的孔隙/裂隙结构特征及其对N2、CO2和CH4吸附性能的差异,探究了驱替过程中气-水、CO2-CH4的演变规律,并结合热-水-力耦合数值模拟揭示了不同煤岩类型储层在N2-CO2混合气注入ECBM工程中的差异响应过程及其机理。研究结果表明:①各类煤的孔隙均以微孔为主,微孔的孔隙比表面积占比高达99 %,具有较大的CO2封存潜力。半暗煤和暗淡煤中的介孔和宏孔较为发育。多元气体的吸附能力整体上随镜质组含量增加而增强。光亮煤和半亮煤表现出更强的N2、CO2、CH4气体吸附能力及较大的Langmuir体积差异,意味着其竞争吸附效应更为显著。②驱替过程中,裂隙水和渗流孔水易于被驱出,而吸附水则需较高压力通过吸附置换排出,可驱替水量随气体压力升高呈非线性增长并趋于饱和。CO2凭借更强的吸附竞争力,在高压下可显著提升CH4的产出效率并增加CO2的封存能力,但其置换效果受控于煤岩吸附特性和渗流条件,反映了CO2注入ECBM工程中气体置换、水分运移与力学响应之间的强耦合关系。③数值模拟结果显示,N2-CO2混合气注入通过"远驱近替"效应促进高浓度CH4向生产井迁移。相对于纯CO2注入,混合气注入可平均提升65.08%的CH4产量和17.71%的CO2封存量。在不同煤岩类型中,半暗煤和暗淡煤储层的CH4浓度响应更剧烈、碳封存量更大,但因其扩散系数较低,CH4产量相对较低。④在混合气注入过程中,N2运移速度较快易导致早期突破,从而缩短生产周期。整体上,随着混合气中CO2的比例增大,N2突破时间呈先减后增的趋势,CO2占比为50%时生产周期最短。不同煤岩类型储层对CO2封存效果最优的混合气注入的CO2配比为55%~90 %, 主要差异体现在CH4增产效果上。综合评估显示,不同煤岩类型的最优混合气注入的CO2配比分别为:在光亮煤和半亮煤中为55%~65%、在半暗煤中为60%~70%、在暗淡煤中为65%~75 %, 以兼顾CH4增产与CO2封存最大化。上述成果为不同煤岩类型储层开展N2-CO2混合气注入ECBM工程实践提供了理论支撑和技术依据。

• 水热炭微球的制备及稳定水基钻井液高温性能作用机理

  钟汉毅, 陈长志, 李树森, 李大奇, 高泽明, 邱正松, 黄维安, 牟庭波

  摘要： 深层致密油气储层钻井过程中,聚合物类处理剂容易高温降解而导致无黏土相水基钻井液流变和滤失等性能恶化。针对传统高温稳定剂的不足,以β-环糊精为原料,通过"绿色"水热炭化反应制备出炭微球Cy-CMS,对其结构进行综合表征,分别考察不同温度作用前后Cy-CMS对不同聚合物溶液、AM-AMPS-NVP(Cop-1)共聚物实验基浆和无黏土相水基钻井液流变性和滤失性的影响,并探讨其作用机理。研究表明,Cy-CMS表面含有丰富的亲水性含氧官能团,内部为疏水性聚呋喃环,为典型的核壳结构。传统的生物聚合物和抗高温合成聚合物分别在120~140 ℃和180~200 ℃作用后降解失效,加入0.5%Cy-CMS热滚后表观黏度保持率均大于80%。Cop-1实验基浆中加入Cy-CMS,240 ℃热滚后其表观黏度保持率最高达95 %, 220 ℃长期静置老化条件下其性能恶化得到明显延缓。以生物聚合物构建的无黏土相水基钻井液中加入0.5%Cy-CMS,160 ℃热滚前后流变性和滤失性保持稳定。Cy-CMS可吸收钻井液中溶解氧并将其降至10-2mg/L数量级,同时有效清除高温下产生的自由基,避免聚合物热氧化降解。此外,Cy-CMS还可与聚合物形成桥连结构,进一步提高聚合物的热稳定性。Cy-CMS能显著提高水基钻井液高温甚至超高温作用下的热稳定性,明显优于传统高温稳定剂Na2SO3,为深层致密油气无黏土相水基钻井液高温流变和滤失性能调控提供了全新途径。

• 深部煤层支撑裂缝速敏效应影响机制及实践意义

  闫霞, 熊先钺, 王峰, 马瑞帅, 袁朴, 季亮, 孙俊义, 张纪远, 杨宏涛, 李春虎, 张铜, 尹泽松

  摘要： 深部煤层气已成为中国天然气增储上产的重要增长极。现场实践发现,深部煤层气井在通井或修井时普遍存在压裂砂返吐现象,造成管柱冲蚀磨损、积砂堵塞、产量下降等,直接影响单井预计最终可采储量,而支撑裂缝导流能力变化是影响深部煤层气产气效果和制定合理排液制度的关键。但现有商业模拟器未考虑速敏效应影响,无法刻画排采过程中支撑剂运移导致的导流能力动态变化特征,导致深部煤层气井产量预测精度差,难以科学制定定量化返排制度。为此,首先通过岩心实验和颗粒作用分析,探究了铺砂浓度、支撑剂粒径、有效应力等因素对深部煤层支撑裂缝导流能力速敏特征的影响机制,然后基于实验规律建立了考虑流速影响的动态导流能力表征模型,耦合该模型,嵌入离散裂缝模型与煤层双孔单渗模型,构建了考虑压裂缝导流能力变化影响的数值模拟方法,进而确定合理返排制度。研究结果表明:①随着流速增加,深部煤层支撑裂缝导流能力呈现先上升、后下降的变化趋势,导流能力峰值对应流速为2.5~7.5 mL/min,且导流能力变化幅度与铺砂浓度、粒径和流体黏度正相关,与有效应力负相关。②煤岩支撑裂缝导流能力动态变化的内控机制在于,低流速下液流对小粒径支撑剂的冲刷携砂作用具有疏通流动通道的正向效应,而高流速下液流将起支撑作用的部分大粒径支撑剂冲刷出,具有闭合裂缝的负向效应。③考虑支撑裂缝导流能力速敏效应差异的数值模拟结果表明,速敏效应会显著影响产气效果,需通过控制返排液量以降低速敏效应的不利影响。④大吉区块生产实践证实了深部煤层气井支撑剂返吐量和产气效果受产液量影响显著,基于物理实验、数值模拟及现场监测数据统计分析,多种方法综合确定直井单层返排液量为20~23 m3/d,最大产液量不超过23 m3/d,水平井单段压裂参数和改造效果与直井相似时,建议水平井最大产液量不超过(段数×23)m3/d。研 究成果应用于大吉区块深部煤层气水平井返排液量控制,最高产液量由634 m3/d普遍控制至230 m3/d以下,压裂砂返吐现象明显减少,产气效果显著提升,为深部煤层气井合理返排制度提供了理论依据和技术支撑。

• 油气钻头技术演进历史与发展趋势

  刘清友, 杨迎新, 叶道辉, 官杨

  摘要： 钻头作为油气钻井的核心装备,其技术性能直接影响钻井效率和成本。通过系统梳理国内外油气钻头技术发展历程,厘清从刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头、复合钻头到智能钻头的技术演进路径,为钻头设计研发提供基础理论和方向指引。分析表明,钻头技术创新是钻井技术不断进步的根本保障,同时,钻头技术变革又来源于日益复杂的钻井需求。钻头技术进步主要体现在:设计方法从静态到动态,从单因素到多因素,从经验向数字化发展;钻头品种由以牙轮钻头为主到以PDC钻头为主,钻头产品研发也从牙轮钻头的批量化到PDC钻头的个性化设计制造转型;牙齿材料从普通碳钢升级为高性能硬质合金、金刚石超硬复合材料;齿形由平面齿向新型异形齿突破;水力结构技术从物理实验发展到计算流体动力学精细化模拟;实验评价技术从基础台架实验发展至钻头与配套工具的协同实验乃至模拟原位条件的破岩实验;制造工艺从传统机械制造到自动化、智能化等现代制造技术转变等。针对深层/超深层等复杂油气钻井需求,未来钻头研究将聚焦新方法、新结构、新材料、精准个性化设计、一体化科学使用与智能化技术创新,研制出适应各种钻井条件的高性能钻头,支撑复杂油气钻井提速增效的重大需求。

• 分层注水井筒通讯技术进展及展望

  贾德利, 王治, 孙福超, 王全宾, 杨清海

  摘要： 采油工程的核心任务是建立和维护油气开采,其应用贯穿油气田开发全生命周期,是连接地面和井下的桥梁。伴随着高含水老油田开发不断深入,非常规与深层油气资源的规模开采,井筒测控技术对生产动态和储层赋存状态的认识尤为重要,井筒通讯是井筒测控技术的核心环节。通过系统梳理分析国内外近年来井筒通讯技术发展历程和动态,包括电缆通讯、光纤通讯、声波通讯、流体波通讯和电磁波通讯,对各通讯技术的理论基础、技术内涵、施工特点、适用场景及优势进行了详细阐述,并总结了不同通讯技术的不足和亟需解决的挑战,进一步展望了未来分层注水井筒通讯技术的发展和应用创新方向,包括建立智能化注采井网、设立协议标准等相关内容的应用前景。