页岩凝析气藏相态特征研究

随着传统油气资源逐渐枯竭,人们将眼光转向了非常规油气资源。页岩凝析气藏是一种非常宝贵的非常规油气资源,在页岩凝析气藏的开发过程中,由于储层存在大量纳米级孔隙,使得流体在页岩储层中表现出与常规储层中截然不同的相行为,从而导致开采一段时间后凝析液析出使得产量急剧下降。如果能够对凝析气藏的相态变化了解透彻,就可以在开发过程中及时转变开发方式。进而提高油气采收率,达到高效开发的目的。本文通过查阅大量文献,综述了页岩凝析气藏相态特征实验研究、理论研究及数值模拟研究,并且综合分析了相态特征的影响因素。为描述储层流体在页岩凝析气藏中的相行为提供了有益的指导,进一步经济有效地开发好页岩凝析气藏。     

纳米尺度下液体的流动机理研究进展

页岩储层的储集空间主体为纳米级孔隙-裂隙系统,仅在局部发育微米—毫米级孔隙。随着以页岩油气、致密油气为代表的非常规油气资源成为全球油气勘探开发的新热点,纳米尺度下的液体流动机理研究引起了国内外学者的广泛关注。通过大量的文献调研,对纳米尺度下液体的流动特征进行了系统总结,分析了目前常用的物模实验、分子动力学模拟和直接Monte Carlo模拟等研究手段的基本原理和优缺点,并从实验和模拟两大方面介绍了纳米孔隙内液体流动机理研究的最新进展及成果。在此基础上,探讨了纳米尺度下液体流动机理研究对页岩油勘探开发的启示,指出分子动力学模拟方法是开展页岩储层纳米级孔隙系统内原油流动机理研究的必然选择,同时需要进一步推进纳米尺度流动的实验方法研究。     

页岩油气赋存特征及相态理论应用基础研究进展

刘月亮博士一直致力于致密油气藏流体相态模拟技术研发及基础理论和分子尺度页岩油气吸附解吸机理的基础研究.在微纳米尺度油气相变特征、超临界C O2页岩油气高效开发技术以及多尺度空间页岩油气吸附解吸规律方面开展了全面系统的研究工作.克服传统相平衡测试弊端,研发了油藏流体相平衡的原位测试技术,由体相大空间相特征测试突破为页岩多...     

毛细管力在非常规油气藏开发中的作用及应用

相对于常规油气藏而言,非常规油气藏储层岩石孔喉尺度小、毛细管力作用突出,极大地影响油气勘探与开发。对于常规油气藏的研究,通常忽略毛细管力效应,但是对于页岩油气与煤层气等自生自储的非常规储层,其纳米孔隙发育,润湿性、毛细管力及其相渗特征的研究还存在难点。通过结合地质成藏理论和开发过程渗流理论,以致密油、煤层气和页岩油气为例,阐明了毛细管力在非常规油气成藏及开发中的作用及应用。同时,进一步刻画了油藏原始条件下油水多种分布关系及对应的流体压力分布特征,借此可以分析评价注水(气)过程润湿相与非润湿相流体渗流机理及非润湿相的卡断尺度,为二次采油、三次采油参数设计提供理论依据;通过评价高有机质含量(TOC)的煤层气储层,发现其多呈现水湿特征,强极性的水分子与孔隙介质少数极性官能团的结合力要比甲烷与孔隙有机质结合力高几倍到几十倍,而润湿角测量与毛细管力测量均体现了极性与非极性吸引力的作用,因此尽管煤层气储层有机质含量远高于无机质,但是其分子间作用力较弱导致润湿性更倾向于水湿;区别于煤层气,页岩气储层无机质体积分数远大于有机质体积分数,由于无机质孔隙原始条件多为水湿,因此该类储层多为水湿;页岩油岩石组...     

毛细管力在非常规油气藏开发中的作用及应用

相对于常规油气藏而言，非常规油气藏储层岩石孔喉尺度小、毛细管力作用突出，极大地影响油气勘探与开发。对于常规油气藏的研究，通常忽略毛细管力效应，但是对于页岩油气与煤层气等自生自储的非常规储层，其纳米孔隙发育，润湿性、毛细管力及其相渗特征的研究还存在难点。通过结合地质成藏理论和开发过程渗流理论，以致密油、煤层气和页岩油气为例，阐明了毛细管力在非常规油气成藏及开发中的作用及应用。同时，进一步刻画了油藏原始条件下油水多种分布关系及对应的流体压力分布特征，借此可以分析评价注水（气）过程润湿相与非润湿相流体渗流机理及非润湿相的卡断尺度，为二次采油、三次采油参数设计提供理论依据；通过评价高有机质含量（TOC）的煤层气储层，发现其多呈现水湿特征，强极性的水分子与孔隙介质少数极性官能团的结合力要比甲烷与孔隙有机质结合力高几倍到几十倍，而润湿角测量与毛细管力测量均体现了极性与非极性吸引力的作用，因此尽管煤层气储层有机质含量远高于无机质，但是其分子间作用力较弱导致润湿性更倾向于水湿；区别于煤层气，页岩气储层无机质体积分数远大于有机质体积分数，由于无机质孔隙原始条件多为水湿，因此该类储层多为水湿；页岩油岩石组成尽管与页岩气类似，但是由于油相具有复杂的组成，其中的表面活性物质将会影响储层的润湿性，据此影响储层的毛细管力；由于页岩油要比页岩气流动困难，渗流阻力大，但是页岩油的油水毛细管力又小于页岩气的气水毛细管力，因此需要对二者量化计算评价。     

基于LBM页岩微观尺度气体流动模拟研究

页岩有机质存在大量的微纳米孔隙,分布在该尺度孔隙中的页岩气在开采条件下的流动表现为特殊复杂的流动形态,达西渗流定律已不适用于页岩储层微纳米尺度孔隙中气体流动的模拟计算与表征。采用格子Boltzmann方法,基于页岩气微观尺度气体流动特征,结合真实气体状态方程,建立了页岩微尺度气体流动的物理模型和数学模型,得到不同参数下微观气体边界滑移速度分布和压力分布规律。计算结果表明:孔隙尺寸和压力是页岩气在微纳米孔隙中的流动能力的决定性参数,孔隙尺寸和压力的增加将导致气体压缩效应增强,滑脱效应减弱;温度升高和压力降低均能促进吸附气体发生解吸,且页岩气的解吸吸附效应对于温度的变化相对于压力更敏感。该研究对认识页岩气微观流动规律具有重要的理论价值,对制订合理的开采制度,实现页岩气长效生产具有重要指导意义。     

页岩无机质孔隙含水饱和度分布量化模型

目前对于页岩储层含水饱和度的评价多侧重于宏观尺度,而对页岩纳米孔隙内含水饱和度分布特征缺乏深入研究。在考虑页岩储层"超低含水饱和度"特征基础上,分析了储层液态水与气态水热力学平衡关系,结合水膜理论,建立了页岩无机质孔隙水膜厚度量化模型。研究表明：孔隙尺度、孔隙形状及天然气相对湿度是影响水膜厚度的主要因素;在原始含水条件下,部分微小孔隙可以被毛细管水充填,以研究样品为例,当储层含水饱和度为50 % ,天然气相对湿度为0.98时,孔隙直径为5.35 nm以内的孔隙将被毛细管水阻塞,此类孔隙对页岩气的吸附及流动不起作用。在微观尺度下,研究孔隙类型、孔隙半径、孔隙形状等对含水饱和度的影响规律对进一步认识页岩储层流体赋存方式、吸附特征及产气机理具有重要意义。     

致密储层复杂流体模型及其适用性分析

致密油气储层普遍面临油气流动性低、产量不稳定的问题,对低孔渗致密储层的渗透率预测是油气勘探开发中亟待解决的问题。致密储层流体流动的关键机理不清楚,传统孔隙介质流体模型难以为渗透率预测提供足够的理论支撑,这些问题均制约了渗透率预测的准确度。针对微纳米尺度的致密储层孔隙结构,详细分析了致密储层复杂流体模型的理论基础和适用范围。不同尺度孔隙空间流动参数的数值计算和对比分析结果表明,Knudsen模型适用于较低压力下微纳米孔隙中的气体流动,对于致密储层油、水等液体或稠密气体来说,Knudsen流动的影响可以忽略;Forchheimer模型适用于孔隙介质中流体速度较高的情况,当致密储层中流体流速较低时,对流动惯性项的修正基本可以忽略。流体模型理论及其适应性分析对于深入理解致密储层复杂流动现象至关重要,研究结果为致密储层渗透率技术的应用研究提供了理论基础。     

页岩油微观渗流机理研究进展

页岩油已成为全球非常规油气资源勘探开发的重点,但其开发面临诸多挑战。针对页岩油赋存孔隙空间复杂、渗流机理尚不明确和研究方法亟需探索的关键问题,从孔隙尺度和岩心尺度,系统阐述了页岩油微观渗流机理在实验方法和计算模拟方面的研究现状,探讨了目前存在的问题和未来研究的发展趋势。结果显示,目前多种实验方法结合能较好表征页岩孔隙结构,但对微尺度与岩心尺度流动的表征尚存在不足;孔隙尺度流动机理研究以格子玻尔兹曼方法为代表的直接法和以孔隙网络模拟为代表的间接法为主,但对微尺度效应的考虑有待完善;岩心尺度流动机理研究主要为基于毛管束模型和分形理论,建立考虑边界层效应的渗流模型。指出充分考虑页岩油微纳米孔隙中流动边界吸附/滑移、密度/黏度非均质性、应力敏感、启动压力梯度等因素,耦合不同尺度渗流机理,构建能够准确表征页岩油多相多尺度流动特征的数学模型是未来的主要研究方向。     

页岩油藏单相流体低速渗流特征

页岩油气的有效动用条件及可动性评价方式与常规油气相比存在明显差异,为探究页岩油在微纳米孔隙中的渗流特征,采用低速渗流实验对国内外典型页岩区块潜江凹陷、济阳坳陷、美国鹰滩储层单相流体的低速非达西渗流规律进行了研究。研究结果表明:页岩油低速渗流特征主要受液固界面的边界层效应、滑移长度和渗流通道的影响。潜江凹陷渗流曲线呈下凹形特征,压力梯度越小,液固界面作用力越强,非线性段越明显;济阳坳陷受岩心微裂缝发育影响明显,低压力梯度时无机孔、微裂缝等大孔隙是主要流动通道,表面粗糙度及迂曲度低,随压力梯度增大,小孔及有机孔中流体参与流动;鹰滩储层受矿物组成与孔隙结构影响,渗流特征呈现2段斜率不同的线性段,随压差增大渗流阻力增加。该研究明确了微纳米孔隙中页岩油低速渗流的主要特征及影响机制,为制订页岩油开发方案,指导页岩油高效开发提供了理论依据。     

济阳坳陷页岩油储层孔隙结构与渗流特征

微观孔隙结构是控制渗流特征的内在因素,渗流特征是微观孔隙结构的外在表现.借助高压压汞测试技术,获取表征页岩油储层孔喉大小、分布及连通性的微观孔隙结构参数,分析不同尺度孔喉对渗流能力的贡献程度.基于稳定流法,建立页岩油单相渗流曲线,分析岩石渗透率、地层原油黏度对渗流规律的影响.研究结果表明,济阳坳陷页岩油储层孔隙结构具有...     

核磁共振技术在页岩油气储层评价中的应用

自非常规油气业务开展以来,核磁共振技术因其无损、灵敏、快速等优点,已发展为页岩油气储层评价的重要技术方法之一。该文从核磁共振技术的实验原理出发,着重综述了目前核磁共振技术在全尺度一体化表征页岩孔缝分布、孔隙度、孔隙润湿性、流体可动性及流体分类等页岩油气储层研究难点方面的应用。除此之外,在描述水的迁移、甲烷吸附和解吸以及二氧化碳置换等流体行为,获取有机质信息、油页岩界面面积,判断有机孔、无机孔,分析孔隙连通性,获取高黏性沥青和干酪根有关信息等方面的应用也做了简单介绍。最后分析了核磁共振分析技术目前存在的不足以及在页岩储层评价中的发展趋势。     

页岩纳米孔隙气体流动的滑脱效应

页岩具有超低基质渗透率及纳米尺度的孔喉结构,天然气在页岩纳米孔隙中的流动不再遵循达西定律,受到较常规储层更加显著的滑脱效应影响,研究页岩纳米孔隙气体流动的滑脱效应,对于指导页岩气的压裂设计、产能预测、气藏数值模拟等都具有重要的意义。为此,在文献调研的基础上,分析对比了目前页岩中气体流动的多尺度流动规律,并着重分析了评价滑脱效应对气体在页岩中流动的影响规律,以及气体解吸对于页岩纳米孔隙滑脱效应的影响。结果表明:Klinkenberg方程无法准确地描述页岩的滑脱效应,孔隙尺寸越小,滑脱效应对于气体流动影响越大,且页岩受到滑脱效应影响的压力范围更大,这不仅仅局限于低压范围内,如果在页岩气产能预测与气藏数值模拟过程中,不考虑滑脱效应将会带来更大的计算偏差;有机质孔隙表面的气体吸附、解吸会改变气体的流动通道,对纳米孔隙中气体滑脱效应存在重要的影响;最后指出,多尺度流动效应和基于孔喉分布的应力—温度—流动耦合模型是页岩气储层渗流机理的下一步研究方向。     

川东下侏罗统自流井组页岩储层特征及勘探潜力评价

通过对侏罗系自流井组页岩层系的岩心和野外露头观察、薄片鉴定、氩离子抛光、扫描电镜、压汞和气体吸附等手段,研究了页岩层系的岩石类型及储层微观类型和特征。页岩层系的岩石类型以黑色页岩为主,黑色页岩储层以矿物质粒间残留孔为主,微裂缝和有机质孔发育较少,孔隙度分布在1.4%～4.9%,孔隙结构以直径小于100 nm的孔隙为主,占85%以上。与研究区海相页岩相比,陆相侏罗系页岩微观储层有机质气孔较少、孔隙度较小且孔喉直径也较小。在勘探上,考虑到侏罗系大面积和全层系油气显示以及页岩油气在个别地区的突破,建议在侏罗系页岩（烃源岩）厚度较大和成熟度较高的区域开展研究.这些地区具有较好的页岩油气形成物质基础和储集条件,在紧邻页岩的致密砂岩或灰岩也可能具有致密油气或常规圈闭油气成藏的良好条件。     

油气储层氧敏性概念、机理与意义

储层损害和流体敏感性等概念的提出使油气储层保护成为油气勘探与开发领域的重要研究方向,储层保护技术从系统工程理论出发,研究工程作业与地质对象的适应性问题,为油气田开发提供重要理论支持和技术保障。生烃层中形成的油气会发生滞留或短距离运移、初次运移和二次运移至储集层中,不仅多数油气仍然保留着还原性,而且也将储层岩石还原;源-储一体的非常规油气藏岩石富含有机质组分,且处于还原环境,而在钻完井液漏失、增产改造、注水等过程中大量氧化性流体可能进入油气储层,打破氧化-还原环境。鉴于此,提出了油气储层氧敏性的概念,明确了储层氧敏性的矿物组分与氧敏机理,并开展变氧化-还原电位流体驱替页岩岩心实验。研究结果表明,处于还原环境下油气储层易发生氧敏性,有机质和黄铁矿等还原性矿物组分氧化可改变岩石渗透率;油气储层氧敏性概念的提出为岩心保存、岩心流动实验提出了新要求,为储层损害机理诊断提供了新思路,助推了页岩"人工油气藏"氧化致裂增渗方法的提出。     

页岩油地质评价实验方法现状、挑战与发展方向

中国陆相页岩油资源丰富,已成为国家战略性资源。作为源内油气资源的典型代表,页岩油具有“原生源储”的富集特征,在微米—纳米级孔-缝系统内油气赋存与产出机理复杂。基于实验室的装置创新与技术革命是推动陆相页岩油理论创新、规模勘探与有效动用的重要助力。通过系统梳理细粒沉积与有机质富集、岩石结构与矿物组成、微米—纳米级孔-缝系统、流体赋存与可动流体、可压性与裂缝扩展等涉及页岩油地质评价热点领域的研究进展和主要认识,提出页岩油地质评价的实验方法要实现从烃源岩向储层、从生烃能力向储烃能力、从排烃能力向产烃能力的转变。当前,页岩油地质评价实验技术的发展面临3方面挑战：(1)细粒沉积矿物成分复杂,不同尺度储层准确表征难度大;(2)页岩储层在有机-无机复合作用控制下的孔隙演化和烃类赋存机理复杂,油气可动性评价难度大;(3)实验室难以完全复制地下真实的地质条件,实验评价的准确性有待提高。页岩油地质评价实验方法的下一步研发重点包括加强原位、精细化、跨尺度实验装置与评价方法的研发,加强页岩关键属性动态演化评价方法以及现场实验室建设与地质工程一体化技术的研发,以提高实验室表征精度、预测精度与现场应用力度。相关研究...