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氦气资源形成地质条件、成因机理与富集规律

石油勘探与开发 2024年第2期51卷 436-452页

作者：陶士振杨怡青陈悦刘祥柏杨威李剑吴义平陶小晚高建荣陈燕燕王晓波吴晓智陈秀艳李谦贾进华中国石油勘探开发研究院北京100083

借鉴含油气系统思路及方法,基于典型富氦气田解剖,并利用地球化学成藏方法技术,研究天然气中氦气资源形成的地质条件、成因机理与富集规律。结果表明:①氦气“生-运-聚”机理与天然气有显著差异性,氦气主要为基底富U、Th元素缓慢α衰变... 详细信息

借鉴含油气系统思路及方法,基于典型富氦气田解剖,并利用地球化学成藏方法技术,研究天然气中氦气资源形成的地质条件、成因机理与富集规律。结果表明:①氦气“生-运-聚”机理与天然气有显著差异性,氦气主要为基底富U、Th元素缓慢α衰变或深部壳幔氦释放,沿岩石圈复合输导体系运移至天然气成藏系统,依附适宜载体气聚集成藏。②氦运移输导主要受“岩石圈断裂、基底断裂、沉积层断裂、有效输导层”复合输导体系控制,基于地下流体中“氦-气-水”相平衡及相-势耦合综合分析,提出氦气运聚过程中具有“水溶相、气溶相、游离相”3种主要赋存状态,存在氦气“集流、渗流、扩散”3种运移方式。③富氦气藏形成和氦气富集通常受控于“优质氦源、高效输导、适宜载体”3大主控要素,具有“脱溶汇聚、浮力驱动、压差驱替”3种聚集成藏动力类型,已发现富氦气藏具有相对“近氦源、邻断裂、低势区、高部位”的分布规律和成藏模式。④氦气富集区勘探和评价需要依托天然气兼探/并探,在评价落实氦气“源-运-聚”要素与天然气“生-储-盖”条件耦合匹配性、局部相对低势高部位有利圈闭载体气区的基础上,综合评价优选“通源连圈、低势高位、气氦适配”的有利氦气富集区。

关键词：氦气富氦气田地质特征形成条件成因机理富集规律

中深层煤炭地下气化的气化腔安全宽度计算方法

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 183-193页

作者：东振任博陈艳鹏赵宇峰陈浩陈姗姗薛俊杰张梦媛易海洋吴瀚琦中国石油勘探开发研究院北京100083 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 华北科技学院建筑工程学院河北廊坊065201 中国石油天然气股份有限公司储气库分公司北京100101

煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注... 详细信息

煤炭地下气化是目前温度最高(超过1200℃)的化石能源非常规开发方式,中深层(本文指埋深800~1500 m)煤炭地下气化在提高气化压力、降低地质安全风险方面优势明显,科学预测气化腔安全宽度对保障气化稳定运行十分重要,由于目前基于可控注入点后退(CRIP)工艺的气化腔安全宽度计算方法尚未建立,为保证现场试验顺利实施,需要开展针对性研究。气化腔顶板“裸露”在气化腔后会受到高温影响,通过数值模拟方法研究了压应力约束条件下岩石内部热应力产生位置以及颗粒、基质热膨胀系数差异对热应力大小的影响规律,结合高温处理后的岩石电镜扫描结果,查明了高温下岩石热损伤机理。根据CRIP气化工艺造腔特点,建立了考虑高温影响的气化腔顶板薄板模型,结合“关键层”理论提出了气化腔安全宽度计算方法。研究表明:岩石热损伤是岩石物理化学反应与热应力互相促进、共同作用的结果,高温下岩石发生不规则变形,岩石热损伤引起的微观结构变化是导致岩石力学性质、物理性质变化的根本原因。岩石的最大拉张热应力出现在颗粒界面或热膨胀系数较小的颗粒中,颗粒与基质热膨胀系数比值在[0.01~1)时,最大拉张热应力随颗粒热膨胀系数减小而快速增加。泥岩加热到200℃时开始出现微裂隙;加热到400℃时裂隙发育更加明显,主要是沿颗粒边缘破裂;加热到600~800℃时,裂隙数量增多、尺寸变大;加热到1000℃时,除出现较大裂隙外,还产生了大量孔隙;1200℃时裂隙连通性明显增加,气孔发育较大。由于高温的影响,薄板模型的步距准数不再是定值,需要根据气化腔顶板热破坏范围与顶板硬岩层的空间位置关系确定具体数值。气化腔安全宽度受温度影响,在研究算例中,砂岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为34.3 m和14.1 m,相差达58.9%,泥岩顶板在35、1000℃时安全宽度计算结果分别为16.7 m和15.9 m,相差4.8%。最后从降低顶板垮落风险、有利于气化控制角度,提出了煤层纵向靶区位置的确定方法,当煤层厚度超过气化腔安全宽度一半时,建议将水平井纵向靶区设计在距离煤顶不超过气化腔安全宽度一半的位置。

关键词：煤炭地下气化可控注入点后退工艺气化腔热应力热损伤薄板模型步距准数安全宽度

深层砂岩储层孔隙结构特征及影响因素——以银额盆地拐子湖凹陷为例

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 249-264页

作者：彭谋李江海杨博北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国石油大学(北京)地球科学学院北京102249

以银额盆地拐子湖凹陷巴音戈壁组深层砂岩为研究对象,在探究储层基本特征的基础上,采用恒速压汞法区分孔隙与喉道,定量地表征孔喉特征参数;通过扫描电子显微镜和铸体薄片,定性地表征孔喉形态特征,分析微观孔隙的结构差异;结合孔喉分形... 详细信息

以银额盆地拐子湖凹陷巴音戈壁组深层砂岩为研究对象,在探究储层基本特征的基础上,采用恒速压汞法区分孔隙与喉道,定量地表征孔喉特征参数;通过扫描电子显微镜和铸体薄片,定性地表征孔喉形态特征,分析微观孔隙的结构差异;结合孔喉分形维数划分孔隙类型,探讨影响储层孔隙发育的主要因素。研究结果表明,该区储层岩石类型以长石岩屑砂岩为主,成分成熟度较低,平均孔隙度为10.8%,平均渗透率为1.17 mD,属于低孔低渗型储层。储集空间类型主要为原生粒间孔、溶蚀孔和微裂缝,孔隙半径平均值为195μm,喉道半径平均值为3.5μm,储层的孔隙结构类型分为微孔小喉型、小孔小喉型和大孔粗喉型。研究区储层孔喉比总体上较大,良好的孔喉配置关系是影响储层物性的重要因素,影响孔隙发育的主控因素则是早期成岩作用、有机酸溶蚀和烃类充注的综合作用。经过相对较弱的压实作用和胶结作用改造后,原始碎屑为后期溶蚀提供了物质和空间基础,储层顶部和底部巨厚的富有机质泥岩提供了有机酸溶蚀和烃类充注的物源。

关键词：深层砂岩恒速压汞储层特征孔隙结构

基于串行及并行多任务学习网络的储层参数评价研究

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1613-1626页

作者：徐彬森肖立志中国石油大学(北京)地球物理学院北京102249

选取基于串行还是并行多任务学习的储层参数评价网络建模是近期涌现的一个问题.本文以中国西部某油田老区储层参数试验数据为基础,对比20种不同的基础神经元模块组成的多任务学习网络的孔隙度、饱和度和渗透率评价结果,据此提出模型选... 详细信息

选取基于串行还是并行多任务学习的储层参数评价网络建模是近期涌现的一个问题.本文以中国西部某油田老区储层参数试验数据为基础,对比20种不同的基础神经元模块组成的多任务学习网络的孔隙度、饱和度和渗透率评价结果,据此提出模型选择策略:确定系数为评价指标,选择串行而不是并行结构网络模型的条件为模型参数量小于1000的参考值;模型参数量大于1000时,串行多任务网络不如并行多任务网络.当平均绝对误差为评价指标时,选取串行多任务的前提是模型参数量小于10000的参考值.模型参数量大于10000时,串行和并行多任务网络结果具有一定相似性.如果平均绝对误差和模型参数量均在允许范围内,两种架构网络均可行.本文旨在为后续不同类型多任务学习网络架构模型设计及应用提供支持.

关键词：多任务学习储层参数评价机制模型策略

美国典型富氦无机成因气田中氦气地质特征与聚集机制

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地学前缘 2024年第1期31卷 327-339页

作者：杨怡青陶士振陈悦中国石油勘探开发研究院北京100083

美国广泛发育具有经济效益的富氦无机成因天然气田,如其中富氦氮气田甚至可以含有高达10%的氦。原地和周边地区的基底提供充足的氦源而氮气可来自不同圈层,且通常N_(2)/He(He>0.1%)在5~50之间。但是富氦氮气田在美国独特地质环境之外是... 详细信息

美国广泛发育具有经济效益的富氦无机成因天然气田,如其中富氦氮气田甚至可以含有高达10%的氦。原地和周边地区的基底提供充足的氦源而氮气可来自不同圈层,且通常N_(2)/He(He>0.1%)在5~50之间。但是富氦氮气田在美国独特地质环境之外是否也有发现还需要进一步的研究。富氦二氧化碳气田中的氦主要也来自壳源且产量可观。科罗拉多高原上的富氦二氧化碳气田均被认为是来源于新生代晚期的岩浆活动,且该地区岩浆岩具有较高的U、Th含量。地下水溶气脱气-再溶解(Groundwater Gas Stripping and Re-dissolution,GGS-R)模型被普遍认为可以合理解释CO_(2)气藏中氮气、氦等惰性气体的聚集成藏机制。具体来说,幔源CO_(2)载体气充注时将溶解在地下水中的大气源惰性气体与壳源惰性气体脱出成藏,并与地下水达到水/气溶解平衡。虽然不同气田的平衡值各有不同,但是科罗拉多高原上的各气田均显示出相似的范围值,即在相应的储层压力和温度下为0~100 cm^(3)水/cm^(3)气。本文系统分析美国无机成因富氦气藏的氦气生成、运移和聚集机制,讨论氦气在经历氦源岩内游离相扩散初次运移后通过水溶相、气容相集流或是多相渗流方式进行的二次运移及由无机成因载体气N_(2)和CO_(2)共同参与的富集成藏机制,既可为我国氦气勘查提供理论认识依据,也可为二氧化碳地质评价和开发利用及安全封存提供参考。

关键词：氦气富氦气田 CO_(2)气田 N_(2)气田非烃气无机成因地质特征聚集机制

氦气地质理论认识、资源勘查评价与全产业链一体化评价关键技术

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地学前缘 2024年第1期31卷 351-367页

作者：陶士振吴义平陶小晚王晓波王青陈胜高建荣吴晓智刘申奥艺宋连腾陈荣李谦杨怡青陈悦陈秀艳陈燕燕齐雯中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油勘探开发研究院西北分院甘肃兰州730020

鉴于我国氦气产业链理论技术需求,针对国内外尚无系统的氦气地质理论认识,缺乏针对性的氦气资源评价方法、参数取值标准,缺乏氦气含量综合准确检测、有利富集区优选方法,无成本指标优化体系及全产业链一体化评价方法等卡点和难点,本文... 详细信息

鉴于我国氦气产业链理论技术需求,针对国内外尚无系统的氦气地质理论认识,缺乏针对性的氦气资源评价方法、参数取值标准,缺乏氦气含量综合准确检测、有利富集区优选方法,无成本指标优化体系及全产业链一体化评价方法等卡点和难点,本文运用地质、地球化学、重磁电震、投资经济等多学科方法及实验技术,集中力量攻克氦气成藏机理、资源评价及资产评价的关键技术瓶颈。研发形成1项地质理论认识和3项关键技术:基于典型富氦气藏解剖、地下流体中“氦-气-水”相平衡及相-势耦合分析,研究提出氦气“水溶相、气容相、游离相”3种主要赋存状态、“集流、渗流、扩散”3种运移机理、“近氦源、邻断裂、低压区、高部位”4项分布富集控制因素,初步建立了基于“优质氦源、高效输导、适宜载体”的氦气“生-运-聚”地质理论认识。针对国内氦气含量检测技术参差不齐、部分准确度差、与国外数据差别大、无针对性的氦气资源评价方法等系列难题,以氦气源及氦气含量为核心,研发氦气含量综合准确检测技术,构建4类10种氦气资源评价方法,解决了氦气资源分级分类评价的技术瓶颈。针对基底氦源分布、岩性识别、通源断裂刻画及含氦储层评价难题,创建了归一化重磁下延方案,研发了基于深度学习的多尺度断裂智能识别技术和不同氦气含量下的气藏声学性质模拟方法,为氦源岩分布预测、通源断裂刻画、含氦储层测井解释评价及预测奠定了基础。通过建立多元控氦的富氦区带与目标优选技术,解决了富氦区带与目标优选难题。针对国内贫氦实际情况,以提氦装置投资和操作成本最小化为目标,采用响应面法建立优化目标与各主要工艺参数的非线性回归模型,建立了氦气全产业链一体化评价技术,初步解决了天然气低成本提氦工艺流程优化的技术需求。研究成果为我国长期、安全、规模利用氦气资源资产提供了有效支撑。

关键词：氦气氦源岩氦气成藏机理资源评价区带目标优选响应面法深度学习回归模型

煤系氦气富集机理与资源潜力-以鄂尔多斯盆地东缘为例

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煤田地质与勘探 2024年第9期52卷 49-66页

作者：刘祥柏陶士振杨秀春赵群陈燕燕刘自扬裴向兵王龙飞伊伟冯建秋张谭高建荣陶小晚柳庄小雪李超正杨怡青陈悦中国石油勘探开发研究院北京100083 中石油煤层气有限责任公司北京100028

【背景】氦气因其化学性质稳定、导热性能好等优势,被广泛应用于国防、军工、航空、航天等高科技领域,具有不可替代的作用。目前我国氦气主要源于进口,对外依存度高,氦气资源安全问题突出。前人对氦气的研究主要集中在常规天然气,对煤... 详细信息

【背景】氦气因其化学性质稳定、导热性能好等优势,被广泛应用于国防、军工、航空、航天等高科技领域,具有不可替代的作用。目前我国氦气主要源于进口,对外依存度高,氦气资源安全问题突出。前人对氦气的研究主要集中在常规天然气,对煤系氦气的关注较少。【目的和方法】为了明确煤系中氦气资源分布及资源潜力,对鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)煤系气进行取样分析,系统研究氦气分布规律及其控制因素。并结合沁水盆地煤层气中氦气测试结果,对比这两大盆地煤系中氦气富集机理,深入研究煤系中氦气资源潜力。【结果和结论】结果表明:鄂东缘韩城和大宁–吉县深部煤层气中氦气含量高于中浅部煤层气,其中,韩城深部和中浅部煤层中氦气平均体积分数分别为0.0428%和0.0130%,大宁–吉县深部和中浅部煤层中氦气平均体积分数分别为0.0307%和0.0121%;煤系致密气和深部煤层气中氦气含量相当,其中,韩城和大宁–吉县致密气中氦气平均体积分数分别为0.0467%和0.0355%,但都属于贫氦煤层气;三交北区块煤系气中氦气含量较高,平均0.0930%,近一半的井可以达到富氦煤系气标准。鄂东缘煤系中原位自生氦气极少,主要来源于深部基底岩石、铝土岩和紫金山岩体,氦源岩的分布决定了煤系中氦气的分布。鄂东缘断裂系统是深部氦源和紫金山岩体中氦气的有利运移通道,断裂系统的发育强度和位置是氦气运移、聚集的关键,有效的盖层和封闭的水体环境是氦气保存的必要条件。沁水盆地原位自生氦气较少,成藏后期剧烈构造抬升是煤层氦气散失近90%的主要原因。深部煤层气和煤系致密气中氦气浓度相对较低,但是资源量巨大,应加大煤系氦气资源勘查力度。同时,应加强对贫氦–含氦煤系天然气的提氦技术攻关,有效利用煤系天然气中的低浓度氦气,以保障国家的氦气资源安全。

关键词：煤系气氦气富集机理资源潜力鄂尔多斯盆地沁水盆地

测定驱油用聚合物静态吸附浓度损失的新方法及其应用

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石油化工 2024年第6期53卷 884-889页

作者：李佳慧闫新政中国石油天然气股份有限公司冀东油田分公司河北唐山063000

建立了一种测定(含)聚合物溶液静态吸附浓度损失的新方法,即运动黏度法。该方法是在静态吸附过程中同时开展待测组和参照组实验,建立参照组溶液的比浓黏度-质量浓度曲线,测定待测组溶液的黏度并代入上述方程,计算得到溶液质量浓度及静... 详细信息

建立了一种测定(含)聚合物溶液静态吸附浓度损失的新方法,即运动黏度法。该方法是在静态吸附过程中同时开展待测组和参照组实验,建立参照组溶液的比浓黏度-质量浓度曲线,测定待测组溶液的黏度并代入上述方程,计算得到溶液质量浓度及静态吸附浓度损失,同时对该方法进行可行性验证。实验结果表明,该方法控制增比黏度在0.2~1.5之间,比浓黏度-质量浓度线性关系良好,精密度的相对标准偏差为0.61%,重复性的相对标准偏差为0.043%,用于单一常规聚合物溶液质量浓度测定时与淀粉-碘化镉法测定结果一致。与淀粉-碘化镉法相比,该方法具有不受杂质离子颜色干扰、无需控制化学反应进程、适用性广的优点,可广泛应用于(含)聚合物溶液静态吸附浓度损失的测定,为驱油用聚合物的评价和优选提供指导。

关键词：聚合物溶液运动黏度浓度浓度损失性能评价

鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段储层微观孔隙结构和固液作用力

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2208-2221页

作者：沈瑞徐蕾李洋杨航曾旭徐锐董庆浩艾信中国石油勘探开发研究院北京100083 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中国石油测井有限公司国际公司北京100101 中国石油长庆油田公司油气工艺研究院陕西西安710016

针对鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩储层孔隙结构和固液作用力问题,首先,通过聚焦离子束电子显微镜、计算机断层扫描技术和原子力显微镜对纯页岩储层样品开展研究;其次,结合Avizo软件建立页岩多尺度三维重构模型,定量分析页岩孔隙结构特征... 详细信息

针对鄂尔多斯盆地长7_(3)亚段页岩储层孔隙结构和固液作用力问题,首先,通过聚焦离子束电子显微镜、计算机断层扫描技术和原子力显微镜对纯页岩储层样品开展研究;其次,结合Avizo软件建立页岩多尺度三维重构模型,定量分析页岩孔隙结构特征;最后,提出页岩储层固液相互作用黏附力测试方法,测定原油与孔隙壁面之间的黏附力。研究结果表明:长7_(3)储层发育有粒间孔、粒内孔和有机质孔隙,有机质孔隙形状主要有条状、弯月状和椭圆状;在微米尺度下,可以清晰看到层理缝;在纳米尺度下,不同页岩结构的样品孔隙结构特征无明显差异,孔喉形态多为片状和条状;有机质与原油之间的黏附力最大,长英质与原油之间的黏附力次之,层理面与原油之间的黏附力最小,3种平均黏附力分别为0.098、0.063和0.041μN,长7_(3)页岩储层中壁面原油启动难度较大,这从力学角度解释了该区为原位转化重点区域的原因。

关键词：页岩油孔隙结构渗流黏附力有机质孔原子力显微镜