油页岩原位开采井钻井工艺设计与施工

为了研究油页岩的地下原位开采技术,设计施工了FK-1井。该井地处吉林省松原市扶余县,完钻井深500 m,完钻层为嫩江组地层。该井设计施工中主要需克服大口径钻井的保直钻进、软塑性地层的裸眼钻进、水敏性地层中钻井液的应用、泥页岩层中发生钻头泥包现象及原位开采井的特殊成井、固井等问题。通过对钻井设备的优选,钻井液性能和井身结构的相应优化,钻头和钻具组合的选择等措施来解决钻井过程中的施工难题。设计结果在施工过程中进行了应用,施工效果良好,缩短了钻井时间,减少了钻井投入,解决了施工难题,为同类钻井的施工提供了借鉴和指导依据。     

页岩气基础地质调查万地1井钻井堵漏技术

米仓山-大巴山前缘页岩气基础地质调查万地1井钻遇二叠系吴家坪组巨厚层硅灰岩、燧石灰岩,坚硬致密,裂隙、溶隙、溶洞极发育,钻进过程中钻井液漏失严重甚至失返,造成钻进困难。先后采用了随钻堵漏、桥接材料堵漏、水泥砂浆堵漏、胶质泥浆-水泥浆堵漏、拦截式堵漏工艺技术,基本解决了钻进中钻井液失返问题。     

鄂尔多斯盆地延长探区延长组页岩气储层孔隙结构特征

为了评价陆相页岩气储层的储集空间和储气能力,以鄂尔多斯盆地延长探区上三叠统延长组长7段、长9段页岩为研究对象,运用电子扫描显微镜、高压压汞、低温CO2和N2气体吸附等实验方法,对陆相页岩气储层孔隙类型特征、孔隙结构及其影响因素进行研究。结果表明：(1)延长探区上三叠统延长组陆相页岩发育多种类型微观孔隙,以粒间孔和粒内孔为主,少量晶间孔和溶蚀孔,有机质孔发育较少,为陆相页岩气赋存提供了储集空间;(2)延长组页岩中介孔(2～50 nm)贡献了其主要的孔容和比表面积,占总孔容的7437%,占总比表面积的6440%,且长9段页岩的总孔容和总比表面积均大于长7段页岩;(3)延长组页岩孔隙结构以狭缝型孔和板状孔为主,孔径主要分布在04～09 nm、3～25 nm和5～200 μm区间段内,延长组页岩平均孔径为853 nm,且长7段页岩平均孔径大于长9段页岩;(4)页岩有机碳含量、有机质成熟度及矿物成分含量共同影响着延长组页岩孔隙的发育,其中矿物成分含量是以介孔孔隙为主的延长组页岩孔隙发育的主控因素,有机碳含量及成熟度的增加主要对页岩中微孔孔隙的发育起到积极作用。     

高真空与脉冲放电气相色谱联用装置研发及其在岩石脱气化学分析中的应用

岩石中气体化学组成的分析具有重要意义。载气保护下的岩石脱气,过程比较复杂;高真空下岩石脱气的气相色谱分析报道较少,一般不能测量气体的总量;真空脱气质谱法对于分子量相近的气体,很难进行测量。针对上述问题,本文研制了高真空岩石样品脱气分析装置,该装置真空度10-4Pa,空白样品压强0.1 Pa,N2含量测量精度为0.63%,标准温压下最少可测样品量1 mm3。将其与带脉冲放电检测器的气相色谱仪联用,实现了岩石脱气及其微升量级气体化学组成的高灵敏气相色谱分析。利用本系统分析了五大连池火山岩、松辽盆地储层岩石和四川盆地页岩样品中释放的气体,结果表明:相比以往的实验装置和方法,该系统能够直接测量岩石脱出气体的总量,分段加热脱气分析样品用量更少,气体组成分析灵敏度更高,检测的主要成分是岩石脱气常见的成分,针对性较强。     

利用纳米透射X射线显微成像技术研究页岩有机孔三维结构特征

页岩纳米级孔隙的三维结构特征直接决定页岩气微观渗流机理,是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。本文以龙马溪组页岩有机孔样品(直径约7μm)为研究对象,分别利用同步辐射纳米CT和实验室纳米CT重建有机孔三维空间结构,针对两个装置获得的孔隙结构参数进行对比研究,结果表明:(1)龙马溪组页岩有机孔样品呈蜂窝状,孔隙度约60%,连通性较好;孔径分布呈双峰模式,集中于60~150nm和500~1400 nm;孔径大于500 nm的孔隙对样品的总孔隙度贡献较大。(2)同步辐射纳米CT与实验室纳米CT结果相较,孔隙度和孔隙总数两参数基本一致,喉道总数和喉道半径偏差较大;孔径分布和配位数分布规律虽然类似,但具体数值存在明显差异,值得进一步深入比较分析和研究。(3)纳米CT方法在页岩纳米孔隙三维结构表征方面存在阈值划分难度大与扫描视场过小的问题,可从切片重构算法、三维数据处理、表征单元体三方面进行改进。     

页岩孔隙空间的形成与演化及孔隙对含气性的影响

虽然页岩气的勘探已经在北美以及中国取得了突破,但是对页岩中孔隙空间的形成与发育仍然存在较大的争议,页岩中是否存在有效的孔隙,这些孔隙与气体的赋存有何联系都需要解答。本文对不同地区、不同岩石类型以及不同热成熟度的页岩进行微观分析,对比前人的研究,同时结合四川盆地龙马溪组页岩的实际分析数据,将页岩划分为富有机质页岩和含粉砂质泥页岩。富有机质页岩中有机质纳米孔是主要的孔隙类型,同时也是气体聚集与吸附的主要空间,有机质孔隙度与有机质含量、热成熟度密切相关;含粉砂质泥页岩中以粒间、粒内溶蚀孔为主,由于有机质含量较少,因而受热成熟影响很小。对页岩的孔隙形成机理分析发现,富有机质页岩孔隙度与有机质含量呈正相关,特别是与初始有机碳含量密切相关,因此恢复初始有机碳的含量是评价页岩含气量与含气性的关键。在热演化程度较低时（Ro < 0.6%）,页岩中有机质孔隙不发育,页岩几乎不含气;随着热演化程度升高（Ro = 0.8%）,页岩微孔隙发育,此时页岩以吸附气为主;随着热演化程度增大（Ro > 1.2%）,微孔逐渐向中孔和宏观孔转化,总的比表面积减小,页岩中游离气含量开始增加,吸附气含量减少。     

Impact of water and nitrogen fracturing fluids on fracturing initiation pressure and flow pattern in anisotropic shale reservoirs

A numerical model is proposed to investigate the impact of water and nitrogen fracturing fluids on the fracturing initiation pressure and the flow pattern in anisotropic shale reservoirs. This model considers the anisotropy of shale deformation and permeability, the compressibility of fracturing fluid, and the fluid moving front. A crack initiation criterion is established with the stress intensity factor of mode I crack. Both crack initiation pressure and seepage area are verified and analyzed. These results show that shale deformation and permeability anisotropy, fracturing fluid compressibility, viscosity, and pressurization rate have significant impacts on fracturing initiation pressure and seepage area.     

同生逆断层控制的砂砾岩沉积模式及有利储集相带分布--以玛湖凹陷南斜坡白25井区上乌尔禾组为例

通过岩芯相-测井相-地震相-分析化验数据对比,结合砂砾岩沉积野外考察实践综合归纳分析,认为上乌尔禾组同生逆断层控制的冲积扇-扇三角洲砂砾岩沉积体系整体呈进积式沉积,具"冲积扇扇根（槽流带）-冲积扇扇中/扇三角洲平原（辫流带）-扇三角洲前缘（水下分流带）-前扇三角洲/滨浅湖（夹杂水下扇）"相序特征,发育槽流、泥石流/砂质碎屑流、辫状河道、水下分流河道、扇面水道五种典型砂砾岩沉积微相类型。同生逆断层带不断抬升剥蚀的累积效应,使近物源区冲积扇扇根沉积整体减薄,同时使同生逆断层控制沉积相带分异的趋势越来越明显。泥质含量是控制挤压背景下砂砾岩储层质量的关键因素,贫泥砂砾岩储层成岩压实减孔效应弱,剩余粒间孔发育,且粗粒级颗粒内部多发育压碎缝沟通粒间孔隙,储层质量最佳。依据储集空间组合类型将有利储集相带分为原生粒间孔-压碎缝发育带、原生粒间孔-次生溶孔发育带两大类。前者主要分布于构造高部位近断裂带-中上斜坡带;后者主要分布于中下部斜坡带。     

塔里木盆地阿克苏地区下寒武统玉尔吐斯组两套黑色岩系的差异及成因

玉尔吐斯组黑色页岩是塔里木盆地寒武系盐下最具有潜力的烃源岩之一,普遍认为其沉积于统一、相似的沉积环境(斜坡相),而作者的研究结果与上述结论不符。为了探讨两套在岩石矿物组合方面完全不同的黑色岩系分布规律和成因,并重建其各自的沉积模式,本文对研究区12条剖面进行了详细描述、测量,从沉积学特征、岩矿鉴定入手,结合扫描电子显微镜、X-衍射、地球化学等分析手段,着重研究了库勒剖面和于提希剖面两套黑色岩系的沉积学特征和地球化学特征差异。沉积层序、岩石矿物组合、微量元素富集系数、氧化还原敏感元素比值(V/(V+Ni)、V/Cr、U/Th)、REE+Y配分模式、有机质含量以及饱和烃色谱特征分析结果表明:两套黑色页岩均为有机质高度富集的,处于热成熟生油阶段的海相优质烃源岩(干酪根类型Ⅱ1-Ⅱ2型,第一套黑色页岩TOC均值为5.37%,第二套TOC均值为1.46%),均沉积于海水氧化-还原分层的还原环境,但各自的空间展布规律和控制因素差异较大。建立了热液喷流缺氧模式和斜坡缺氧沉积模式:第一套黑色页岩主要沉积于第一个旋回海侵高峰期水体较深、沉积速率较高的内缓坡,其发育主要受热液喷流活动、微生物活动以及氧化还原条件影响,分布范围广,台内厚,缓坡带薄,靠近台内或台地内部热液喷流中心的裂洼陷主要控制着该套黑色页岩的展布,成烃生物以底栖藻类、细菌为主,少量浮游藻类为辅;而第二套黑色页岩主要沉积于第二旋回海侵初期水体不断变深的中-外缓坡低能带,其发育主要受古生产力、氧化还原条件以及古地形(斜坡陡缓)控制,分布范围局限,外缓坡带厚度较稳定,靠近台内不发育,成烃生物以浮游藻类为主,微生物和低等水生生物为辅,其发育条件则在台缘中-外缓坡更为有利。     

城巴断块明月剖面陡山沱晚期沉积环境的地球化学特征

由于造山带地层系统混乱,部分地区甚至无法恢复、鉴别,给古环境、岩石成因及其成矿性研究带来了困难。以震旦系陡山沱组出露较完整的明月剖面为重点研究对象,通过野外观测和室内综合研究,尝试从稀土元素的配分模式、Eu/Eu*、Ce异常（Ce/Ce*和Ce/Ce**）、微量元素Sr/Ba、Sr-Mn等地球化学特征研究该地区沉积环境以及岩石成因,厘定明月剖面陡山沱晚期沉积环境为大陆边缘沉积环境,指出热水沉积作用对硅质岩成因及成矿性的影响,为下一步找矿提供思路。