珠江口盆地珠一坳陷古近系高自然伽马砂岩形成机制及油气地质意义

运用放射性元素寻找油气是一种非常规油气勘探手段。近年来,在珠江口盆地珠一坳陷富烃凹陷周边古近系钻遇高自然伽马(GR)砂岩,其GR值(100~300 API)甚至大于同区泥岩的GR值(100~200 API)。为了弄清该特殊现象背后的地质意义,对珠江口盆地珠一坳陷古近系高自然伽马砂岩开展了铀(U)、钍(Th)、钾(K)等3种元素含量与GR值的相关趋势线分析,从井震特征、岩性特征及矿物成分特征等入手分析了砂岩GR值增高的主要原因及成因机制,探讨了放射性元素聚集的条件、运移通道、驱动力以及油气意义。结果表明:西江、惠州地区由U含量增高导致砂岩GR值偏高,恩平、番禺地区由K,Th含量增高导致砂岩GR值偏高;砂岩GR值增高有两大成因机制,一是地下流体带来的放射性元素离子U4+在氧化-还原面处富集后导致地层GR值偏高,这种特殊现象说明在具有连通基底大断裂旁的圈闭中,U4+的富集指示了曾经油气的存在,证实了研究区油气运移通道的有效性,对于油气藏的预测有着非常重要的指导性意义,二是地表流体带来的含放射性元素的矿物大量沉积后导致地层GR值偏高,含放射性元素矿物性质不稳定,可指示近源供给的存在,对于判断物源及沉积环境有着非常重要的意义。该研究成果为预测研究区油气成藏有利区带提供了依据。     

致密砂岩油藏能量补充方式评价及优化

针对致密砂岩油藏大规模体积压裂开发后能量补充困难的问题,利用自主设计制作的大型人造三维岩心物理模型和物理模拟实验舱,开展致密砂岩油藏能量补充方式优化研究。实验结果表明:致密砂岩油藏压裂开发过程中,地层能量损耗严重,采取注水或注气的方式可有效进行能量补充;地层中裂缝规模越大,越有利于原油渗流,后续补充能量的传播范围越广,有助于进一步提高原油采收率;从提高驱油效率和扩大波及系数方面优选吞吐渗吸介质,CO₂均优于活性水,CO₂吞吐开发在矿场试验中取得了显著的增油效果,因此,CO₂吞吐作为一种有效的能量补充方式在致密油开发中展现了良好的应用前景。该文分析了致密砂岩储层水平井压裂开发的渗流规律,优选出致密砂岩储层大规模压裂开发后最佳渗吸介质,可为致密砂岩油藏开发设计提供重要的理论依据。     

Initial and residual trapping of hydrogen and nitrogen in Fontainebleau sandstone using nuclear magnetic resonance core flooding

Hydrogen is among a few promising energy carriers of the future mainly due to its zero-emission combustion nature. It also plays an important role in the transition from fossil fuel to renewable. Hydrogen technology is relatively immature and serious knowledge gaps do exist in its production, transport, storage, and utilization. Although the economical generation of hydrogen to the scale required for such transition is still the biggest technical and environmental challenge, unlocking the large-scale but safe storage is similarly important. It is difficult to store hydrogen in solid and liquid states and storing it in the gaseous phase requires a huge volume which is just available in subsurface porous media. Sandstone is the most abundant and favourable medium for such storage as carbonate rock might not be suitable due to potential geochemical reactions.It is well established in the literature that interaction of the host rock-fluid and injected gas plays a crucial role in fluid flow, residual trapping, withdrawal, and more generally storing capacity. Such data for the hydrogen system is extremely rare and are generally limited to contact angle measurements, while being not representative of the reality of rock-brine-hydrogen interaction(s). Therefore, we have conducted, for the first time, a series of core flooding experiments using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) to monitor hydrogen (H₂) and Nitrogen (N₂) gas saturations during the drainage and imbibition stages under pressure and temperature that represent shallow reservoirs. To avoid any geochemical reaction during the test, we selected a clean sandstone core plug of 99.8% quartz (Fontainebleau with a gas porosity of 9.7% and a permeability of 190 mD).Results show significantly low initial and residual H₂ saturations in comparison with N₂, regardless of whether the injection flow rate or capillary number were the same or not. For instance, when the same injection flow rate was used, H₂ saturation during primary drainage was 4% and it was <2% after imbibition. On other hand, N₂ saturation during the primary drainage was 26% and it was 17% after imbibition. However, when the same capillary number of H₂ was utilised for the N₂ experiment, the N₂ saturation values were ～15% for initial gas saturation and 8% for residual gas saturation. Our results promisingly support the idea of hydrogen underground storage; however, we should emphasise that more sandstone rocks of different clay mineralogy should be investigated before reaching a conclusive outcome.     

小青煤矿北二采区4煤层顶板含水砂岩富水性研究

由于小青煤矿北二采区顶板含水砂岩较为发育,给安全生产造成了隐患,为保证矿井安全生产,通过对顶板砂岩沉积、岩性和地质构造等因素进行研究,分析了4煤层顶板含水砂岩的富水性。该项研究对类似条件下其他矿井水害防治工作具有一定的参考价值。     

余吾矿水文地质特征及涌水量计算

以余吾煤矿为研究对象,介绍了矿井的水文地质特征,提出了3号煤的直接充水含水层为3砂、三灰。采用无限边界的承压一无压公式计算余吾矿正常涌水量为316.61 mVh,最大涌水量为398.4 mTh,并分析了相邻煤矿采空区积水目前对矿井生产影响不大,本井田3号煤采空区积水对生产影响较大,并通过公式计算得到3号煤层采空区积水量为381.7km3.     

白云岩与砂岩致密储集体质量的差异性

白云岩与砂岩致密储集体质量参数为随机分布的连续谱系，孔隙结构、物理参数复杂多变，表征难度较大。基于铸体薄片、压汞、核磁共振、孔隙度和渗透率等测试技术，结合大量天然气勘探开发实际资料，采用统计分析对比方法，重点讨论了储层质量宏观与微观参数特征。结果表明，白云岩与砂岩致密储集体质量参数具有正态分布特征，是一种金字塔数据结构，常规储层比例一般为15%~20%，是砂岩或白云岩致密储层的“甜点”；致密砂岩储层微观孔隙发育，孔、喉连通性较好，分布比较均匀，储层孔、渗关系较好，表现为相对高孔和低渗；白云岩致密储层质量尽管具有孔、喉连通性差和孔、渗关系较差的不利因素，但也具有相对高渗、低束缚水饱和度、低排驱压力及裂缝网络发育等有利因素，天然气渗流能力较好，勘探开发潜力较大。我国发育碳酸盐岩沉积，应加强致密白云岩气藏成藏条件研究与勘探。     

含水率对砂岩动态拉伸强度的影响

工程中的岩石具有不同的含水性，研究不同含水率岩石动态力学性质的变化规律，对岩石工程的设计和建设具有很强的指导意义。为研究不同含水率对砂岩动态拉伸强度的影响，利用霍普金森压杆（SHPB）试验装置对不同含水率试样进行了一系列动态巴西劈裂试验，研究了不同含水率砂岩在不同加载率条件下的动态拉伸强度变化规律。试验结果表明：岩石的动态拉伸强度随着加载率的增加而增加，其率相关性与含水率有关，饱和试样的率相关性较强，而干燥岩石的动态强度对加载率的变化不敏感。当加载率较低时，岩石的拉伸强度随着含水率的增加而降低；当加载率较高时，由于水的Stefan效应，水对岩石裂纹产生抗力，阻碍其扩展，导致岩石强度增加，饱和试样的动态拉伸强度出现高于非饱和试样强度的现象。     

流量替代渗透率评价破碎性储层工作流体伤害程度

若地层岩石整体强度偏低,在力学环境改变后岩石易破碎成不规则破裂体,则储存油气资源的此类破碎地层被称为破碎性储层。由于破碎性储层在纵向上存在着较强的非均质性,通过测试单个柱塞岩样在工作流体伤害前后的渗透率变化难以体现工作流体对储层的整体伤害程度。为此,利用达西定律先从理论上探讨用流量替代渗透率定量表征储层伤害程度的可行性,再开展单层开采、双层及三层并采的流量测试实验,评价工作流体对单层、多层储层的整体伤害程度,并将流量损害率与渗透率损害率进行对比以求证流量替代渗透率的可行性。研究结果表明:①单层开采时,流量损害率与渗透率损害率基本一致,渗透率损害率是流量损害率的一种特殊形式;②双层及三层并采时,单层各自稳定流量损害率与渗透率损害率接近,且流量损害率可以定量表征并采储层的整体伤害程度,而渗透率损害率则无法定量表证;③稳定流量损害率较累积流量损害率更接近渗透率损害率。结论认为,测定稳定流量可以替代测定渗透率评价工作流体对破碎性储层的伤害程度,从而为优选工程技术与评价工作流体的适应性提供了方法依据。     

苏里格致密砂岩气藏未动用储量评价及开发对策

为落实苏里格气田强非均质致密砂岩气藏储量规模和动用程度、评价稳产潜力，基于储层地质知识库，通过细分计算单元采用"容积法"完成储量复算；结合储层静态参数、气井生产指标及内部收益率建立了储量分类评价标准，将储量分为富集区、致密区和富水区三类；优选"单井控制面积法"评价已动用储量和剩余未动用储量。评价结果表明，苏里格气田储量基础落实，各区块储量动用程度差异大，储量综合动用程度为40.1%，剩余未动用储量规模大，稳产潜力较好。目前经济技术条件下，气田稳产主要通过井网加密、侧钻水平井及查层补孔的方式来提高富集区和致密区储量动用程度，富水区剩余储量的有效动用仍须进一步攻关。