地下资源开采与诱发地震：现状与进展

页岩气、地热等清洁能源正成为全球能源开发日益重要的组成部分,也是我国未来能源产量增长的主体,对保障能源资源安全、支撑双碳目标意义重大。然而随着页岩气、地热等地下工业开采活动规模的不断扩大,由此引发的地震灾害问题正日益受到人们的关注。强化工业活动与诱发地震关系研究、管控相关诱发地震灾害风险成为全球面临的重要课题和挑战。基于此,笔者等调研了工业活动诱发地震的全球典型案例,系统介绍了不同国家(美国、加拿大和韩国)工业活动诱发地震的现状及其差异,并对流体注入诱发地震的主要途径、物理机制、相关作业参数和诱发地震关系等做了全面的综述。发现诱发地震不仅与流体注入参数(体积、速率等)相关,还受控于特定的区域地质背景和断裂条件。合理管控地震灾害风险、促进相关能源的开采,应该统筹开采区地质地球物理的综合调查和开采过程的动态监测。     

地下流体注入诱发地震机理及其对CO_2地下封存工程的启示

二氧化碳地质封存(CO2Capture and Storage,CCS)项目应当评估诱发地震的潜在可能性。中强震、强震危及人类生命财产安全,有感地震甚至微震也对CO2储区的盖层完整性构成威胁,增加泄漏风险。地热开发、页岩气开发及油气增产等的水压致裂过程中都伴随有地下流体的注入,且时有地震诱发的案例。诱发地震活动通常在流体注入压力较高时沿已有断层发生,因此可通过应力分析等对其发生机理进行研究。超临界状态CO2密度比水小,在地层深部可能会形成密度流或者与构造中先存的水岩发生相互作用,进而导致渗透率和压力变化并引发地震活动。综述了全球相关的研究进展,主要从地震成因机理入手,考虑超临界CO2性质的特殊性,结合商业尺度和实验尺度的流体注入项目和地震监测分析,研究其对储区盖层完整性的影响。以期通过适当的选址、注入方法及监测方案的优化来避免破坏性地震的发生。     

地热资源与地震活动共生深部驱动机制研究现状与展望

地球内部地质过程及其相互作用不仅控制了全球地质格局的形成演化,也控制着地热资源的形成和地震活动的发生。本文通过系统调研及归纳总结,系统讨论地热资源与地震活动的共生深部驱动机制。首先,总结了全球高温地热带及大型/超大型地震带的形成背景,大多数高温地热与大型地震在空间分布上具有重合性,形成于活跃的板块边缘,而板内常形成中—低温地热且周缘伴随地震活动;其次,总结了地热资源及地震活动共生的深部驱动要素,发现流体及断裂构造在热能和地震的释放中起着至关重要的作用,是地热资源与地震活动深部主要的控制要素;再次,总结了地热资源与地震活动深部地球物理探测成果,表明大地电磁等方法可揭示地热与地震形成的同源关系与因果关系,地热与地震源于深部物质与能量的交换;最后,对地热资源与地震活动的共生深部驱动机制研究方法及发展方向进行了展望。     

重庆涪陵页岩气勘查开发区环境地质调查进展

紧密结合国家非常规能源勘探开发的重大战略,聚焦重庆涪陵页岩气勘查开发区环境地质调查工作,总结了研究区岩溶发育特征与分布规律,评价了涪陵页岩气开发区区域水资源量和地下水质量。在此基础上,收集分析国内外资料,梳理了页岩气勘查开发所引发的6类环境(地质)问题及勘查、钻井、压裂、开采、闭井等5个阶段需关注的地质环境问题或风险等,其中涪陵页岩气勘查开发区主要诱发水土污染、地质灾害和大气污染等环境(地质)问题; 基本识别了2种地下水污染模式、3种污染类型及可能的地下水污染风险途径; 初步确定了涪陵页岩气勘查开发区污染指示性特征因子,并形成了页岩气勘查开发区地质环境影响评价指标体系,可指导页岩气勘查开发的环境地质调查。该研究为页岩气国家新型清洁能源的绿色开发和开发区生态文明建设提供支撑。     

重庆涪陵页岩气勘查开发区环境地质调查进展

紧密结合国家非常规能源勘探开发的重大战略,聚焦重庆涪陵页岩气勘查开发区环境地质调查工作,总结了研究区岩溶发育特征与分布规律,评价了涪陵页岩气开发区区域水资源量和地下水质量。在此基础上,收集分析国内外资料,梳理了页岩气勘查开发所引发的6类环境(地质)问题及勘查、钻井、压裂、开采、闭井等5个阶段需关注的地质环境问题或风险等,其中涪陵页岩气勘查开发区主要诱发水土污染、地质灾害和大气污染等环境(地质)问题; 基本识别了2种地下水污染模式、3种污染类型及可能的地下水污染风险途径; 初步确定了涪陵页岩气勘查开发区污染指示性特征因子,并形成了页岩气勘查开发区地质环境影响评价指标体系,可指导页岩气勘查开发的环境地质调查。该研究为页岩气国家新型清洁能源的绿色开发和开发区生态文明建设提供支撑。     

国际水力压裂与地震关系研究进展及地质工作建议

水力压裂技术是开采致密气、煤层气、页岩油气、干热岩等资源的一项关键技术,随着中国页岩气主产区四川盆地及周缘规模化工业开采活动的不断推进,水力压裂等工作量激增,关于水力压裂是否诱发地震的问题受到各界高度关注。综述了国际水力压裂诱发地震风险的研究进展,梳理了国际上采取的有效风险防控措施,研究表明,水力压裂通过高压注入流体使岩石产生裂缝,不可避免地会导致微震活动发生;水力压裂诱发地震活动机理研究取得进展,为风险防控提供基础;水力压裂对三级以上地震活动影响有限,自然地震较少的地区人为地震活动记录也较少;水力压裂诱发微地震可能有助于释放累积的地应力或能量,降低大震风险;目前国际上水力压裂对地震的影响尚未量化。国际上已实施了应对水力压裂诱发地震风险的工程措施、法律制度、管理措施、技术研发等系列有效防控措施。对中国页岩油气、干热岩等资源开发提出建议：加强断裂构造调查评价,将水力压裂控制在距断层一定距离以内;加强微震监测,开展水力压裂地震危害评估;加强关键科学问题研究;加大公众科普宣传力度。     

重庆涪陵页岩气勘查开发区环境地质调查进展

紧密结合国家非常规能源勘探开发的重大战略,聚焦重庆涪陵页岩气勘查开发区环境地质调查工作,总结了研究区岩溶发育特征与分布规律,评价了涪陵页岩气开发区区域水资源量和地下水质量。在此基础上,收集分析国内外资料,梳理了页岩气勘查开发所引发的6类环境(地质)问题及勘查、钻井、压裂、开采、闭井等5个阶段需关注的地质环境问题或风险等,其中涪陵页岩气勘查开发区主要诱发水土污染、地质灾害和大气污染等环境(地质)问题;基本识别了2种地下水污染模式、3种污染类型及可能的地下水污染风险途径;初步确定了涪陵页岩气勘查开发区污染指示性特征因子,并形成了页岩气勘查开发区地质环境影响评价指标体系,可指导页岩气勘查开发的环境地质调查。该研究为页岩气国家新型清洁能源的绿色开发和开发区生态文明建设提供支撑。     

页岩气开采中典型毒害有机污染物来源及潜在风险研究进展

随着水平钻井和水力压裂技术的发展,页岩气的开发开采在全球范围有了长足发展,极大地缓解了全球日渐紧张的能源供需矛盾。但是因其埋藏和开采方式的特殊性,页岩气开发开采过程可能会诱发系列环境风险,如水资源占用与水体污染、土地资源占用与土壤污染、大气污染以及对生态系统和人体健康的潜在危害,生产过程中可能产生的毒害有机污染物污染特征、来源与释放途径及潜在风险值得高度关注。本文梳理了近年来国内外页岩气开发相关的资料和文献,针对国内外已经公开报道的与页岩气开发相关的几种被高度关注的毒害有机污染物(包括CH4、苯系物、多环芳烃和杀菌剂),解析其污染特征、污染来源和污染介质,评估其潜在环境风险和人体健康风险。针对不同污染物主要释放途径和污染介质,提出污染控制建议和研究展望,希望为我国页岩气开采中污染物防控和风险管理提供可借鉴的经验和教训。     

长江经济带资源环境条件与重大地质问题

本文系统梳理了长江经济带以往地质研究成果,对长江经济带资源环境条件和国土规划建设中应关注的重大地质问题进行了研究。研究结果表明,长江经济带耕地、页岩气、地热、锂等资源条件优越,0.3亿hm2无重金属污染耕地集中分布,拥有3个国家级页岩气勘查开发基地,探明储量5441亿m3,每年地热可利用量折合标准煤2.4亿t,相当于2014年燃煤量的19%,发现亚洲最大的能源金属锂矿床,资源环境条件有利于发展现代农业、清洁能源产业和战略新兴产业;长江经济带部分地区存在活动断裂、岩溶塌陷、地面沉降、滑坡崩塌泥石流等重大地质问题,影响过江通道、高速铁路、城市群和绿色生态廊道规划建设,应予以关注,本文提出了相关建议和对策,同时,提出了下一步支撑服务长江经济带发展地质工作设想。     

碳中和目标驱动下干热岩和增强型地热系统增产技术发展

地热能作为一种清洁低碳、稳定连续的非碳基能源,可为实现碳中和、碳达峰目标提供重要保障.通过回顾国内外干热岩和增强型地热系统的开发现状,储层改造建造技术现状和近期发展,微地震监测技术发展和诱发地震灾害评估方法进展,示踪技术进步和电磁法的监测潜力,展望干热岩和增强型地热系统增产技术发展前景和研究开发方向,为相关的工程技术和研究人员提供参考.     

高压注浆渗流数学模型与工程应用

依据活塞式驱替注浆渗流的数学模型,推导出高压注浆过程中浆体区和原水体区的压力分布, 以及停止注浆后井底压力消退情况。分析了注浆井底压力和原区压力与注浆时间、浆液粘度、渗透率、计算点与注浆井距离等关系;依据理论分析,并通过现场试验建立了注浆井底压力和水灰比的经验关系,将结果用于指导灌注桩高压注浆补强工程,取得了良好的实践效果。     

复合注浆法在基础加固中的应用

复合注浆法是将静压注浆法和高压旋喷注浆法进行时序上的结合，分别发挥两种注浆加固方法各自的优点，又可克服各自的技术和工艺缺陷的一种基础加固新方法，它可以较好地对既有建筑物地基和新建建筑基础出现质量问题进行加固处理。简述了复合注浆法的加固作用机理、设计及计算模型，在此基础上通过工程实例介绍其施工技术并分析其加固效果和经济性。     

水压式双栓塞止水压水技术的研究与实践

国内工程钻孔压水多结合造孔采用单栓塞止水,按0.3、0.6和1.0MPa3个压力点5个压力阶段进行试验,我们称其为常规压水试验。目前,进行勘测设计和施工的高坝高水头电站、抽水蓄能电站已有多座,查明岩体在实际水头作用下的透水率和渗透特性是工程设计的一项重要工作。因为一些低压力下不渗透的岩层在高压下可能渗透甚至会产生水力劈裂,常规压水试验结果已不能完全满足工程设计的需要。为此,我们研制了水压式双栓塞止水压水技术。实践证明,该技术具有止水效果好、操作简单、可在终孔后连续进行试验等优点。本文给出了使用该技术进行的常规压水、高压压水和水力劈裂三个方面的试验资料,简单分析了这些试验资料在工程设计中的作用和意义。     

煤储层注入/压降试井中注入段曲线的分析及应用

注入/压降试井是目前煤层气井获取煤储层渗透率、储层压力及井筒参数的主要手段。一般情况下,关井阶段压力变化平稳,排量稳定,因此注入/压降试井报告中采用压降阶段的压力数据进行分析。但在一些低渗储层使用压降段曲线进行分析时,能表征储层重要特征的径向流段往往不能出现。注入测试的实质是一次负产量的压降试井,在排量稳定、压力曲线光滑的前提下,可以对注入曲线进行分析,求取储层参数,并以A井为例进行了分析说明,分析结果显示,注入曲线与压降曲线分析所得渗透率一致。     

低渗透油藏CO2驱油开发方式与应用

CO₂驱是一种能大幅度提高原油采收率的三次采油技术,国内该项技术的研究和应用起步较晚,多以先导试验为主。苏北盆地溱潼凹陷经过10余年的探索,已经在5个低渗油田开展了CO₂驱先导试验和推广应用,针对这5个油藏利用一维细管模拟和油藏数值模拟方法开展了注气时机、段塞尺寸和注气部位的研究,并应用典型实例进行了分析,认为先期注入提高混相压力,可更有效地缩短两相区过渡带,增加油相中溶解的CO₂含量,降低油相粘度和油气界面张力,进而提高混相程度,更有利于驱油;采用大尺寸段塞可加大CO₂波及区域,较好地保持地层能量,从而提高油井见效率,增强驱替效果;高部位注气可有效地抑制重力超覆,减少CO₂气体过早地产出和突破的机会。就苏北盆地低渗油藏而言,采用先期注入、大尺寸段塞和高部位注气不失为一种成熟有效的提高采收率方法。     

钻（冲）孔灌注桩灌注质量的控制

钻（冲）孔灌注桩在灌注施工及成桩后常见的事故有堵管、卡管、埋管、桩身蜂窝、夹泥、混浆、露筋甚至断桩，通过对常见事故的分析找出其产生的根本原因，在灌注施工巾针对产生事故环节严格控制，从而避免事故发生。     

大型化综放开采煤层注水方案及参数确定

强调在大型化综放开采煤层中开设抬高中间巷进行煤层注水，其注水效率高，可一巷多用，防灾效果全面。结合算例，用有限元数值模拟方法模拟了在厚煤层中注水的过程，得到最小湿润范围准则为煤层厚度的1．5倍。分析了综放开采煤层注水工艺参数中注水压力、时间和钻孔间距与湿润范围的动态变化关系，给出了选取合理的注水工艺参数的方法。指出在大型化综放开采进行煤层注水，湿润时间充裕，同时，考虑到压裂并软化煤体，应采用较高的压力注水，此时，钻孔间距可扩大至35m。     

特低渗砂砾岩油藏多段压裂水平井合理注水开发方式

在特低渗砂砾岩的储层条件下,采用长井段压裂水平井弹性开发时,常出现产能随地层能量衰竭较快,难以收回开发成本的问题,采用多相渗流理论和油藏数值模拟的方法,以盐家地区特低渗砂砾岩油藏盐227块为例,根据现场实际资料,建立油藏数值模型,对盐家地区砂砾岩油藏的注水开发的可行性进行研究。基于不同开发方式的渗流机理和开发规律,研究了常规注水、超前注水、注水吞吐开发等措施的合理性,提出了针对特低渗油藏多段压裂水平井的有效开发方案,研究结果表明:与弹性开发相比,采用注水开发能解决地层能量衰竭较快的问题的同时,增大了储层动用面积及驱替时效;注水吞吐的最终含水率比常规注水降低25%左右,超前注水在前期能提高常规弹性开发产量的30%左右,可见这两种新型开发方式有利于抑制水淹和提高采收率。     

低渗透致密岩性储层注水工艺技术研究

随着鄂尔多斯盆地石油资源的开发,为提高低渗透储层的采收率,开展对低渗透致密岩性储层的注水工艺技术的研究。通过对油套分注技术、空心集成分注技术、偏心分注技术等应用于低渗透致密岩性储层的注水技术的对比研究,结果认为桥式偏心注水技术和偏心注水技术是现阶段最有效的低渗透储层分层注水技术。在延长油田永宁采油厂的三口注水井组中应用桥式偏心注水以及偏心注水技术进行试验,均见到了增液、增油的效果。     

美国地下灌注井分类与管理法规介绍

经过几十年的探索与实践,地下灌注在美国已成为一种成熟、经济和有效技术,被广泛地应用于工农业废物处置与民用污水处理及油气开发。按灌注液体的性质与注入位置,美国地下灌注井分为六类。本文较为详细地介绍了每类灌注井的结构、灌注液体性质、作用及应用领域,随后简要介绍了这些灌注井的管理法规与技术要求,希望对我国地下灌注技术的发展与规范化管理提供一些参考。