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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

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压力对页岩原位加热产出油气特征的影响——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段3亚段页岩为例

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石油学报 2024年第4期45卷 629-641页

作者：侯连华米敬奎罗霞于志超林森虎廖凤荣庞正炼赵忠英中国石油勘探开发研究院北京100083

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)页岩成熟度低、有机碳含量高、有机质类型较好,原位加热开发页岩油气的潜力巨大。为了探讨原位加热过程中压力对页岩产出油气特征的影响,为原位加热开发长7段页岩油气方案提供可靠依据,以长7段3亚段... 详细信息

鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(长7段)页岩成熟度低、有机碳含量高、有机质类型较好,原位加热开发页岩油气的潜力巨大。为了探讨原位加热过程中压力对页岩产出油气特征的影响,为原位加热开发长7段页岩油气方案提供可靠依据,以长7段3亚段页岩为研究对象,对其典型样品以20℃/d的升温速率进行了4组不同压力(0 MPa、2 MPa、4 MPa、8 MPa)的原位加热模拟实验。实验结果表明:在相同加热条件下,压力变化对长7段页岩的最大产油量和产出油性质均有影响,对产出气体组成的影响更大。在4组不同压力下,长7段页岩原位加热的最大产油量为36.97~41.47 kg/t,产油量随压力增加有一定减少。随着压力增加,产出油中轻质组分增加,油品变好,其原因在于高压下有机质生成的重质油的裂解程度相对较高;当加热到450℃时,总产气量为14.28~21.05 m^(3)/t,总产气量随压力增加而增加。4组实验序列产出页岩油气的气油比(289.70~427.04 m^(3)/m^(3))随着压力增加而增大;不同气体组分随着压力增加产量变化差异较大,其中,烃类气体与CO_(2)的总产气量随压力增加而增大,H_(2)产量随压力增加而明显减少,H_(2)S产量随压力增加变化较小。不同气体组分的产量随压力增加呈现出不同的变化规律,这与加热温压范围内不同气体的形成机理、页岩对不同气体组分吸附能力的差异和一些次级反应等因素有关。根据不同压力下页岩原位加热的产油量、油品、不同气体组分的产率,结合考虑油气价格与油气处理成本,提出在实施原位加热开发长7段页岩油气时应尽量保持低的生产井井底流压的建议,这一认识对长7段原位加热页岩油气开发方案的确定具有重要的参考意义。

关键词：鄂尔多斯盆地延长组页岩原位加热压力页岩油气产率

回收低温余热的热电耦合电解制氢系统及性能评估

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天然气工业 2024年第5期44卷 167-176页

作者：赵永明周泽付宏浩谢小芳张连娣宋佳妮中国石油勘探开发研究院智能控制与装备研究所

固体氧化物电解制氢时,水以气态进行电解,但仅依靠电解产物冷却所释放的热能不足以将液态给水蒸发气化,电解制氢系统存在供热缺口。为解决该问题,基于高温热泵技术,提出了通过热泵吸收外界低温余热(100℃),以满足给水蒸发气化用热的系... 详细信息

固体氧化物电解制氢时,水以气态进行电解,但仅依靠电解产物冷却所释放的热能不足以将液态给水蒸发气化,电解制氢系统存在供热缺口。为解决该问题,基于高温热泵技术,提出了通过热泵吸收外界低温余热(100℃),以满足给水蒸发气化用热的系统工艺方法,设计了系统流程,研究了热泵系统关键参数对系统性能的影响,并通过建模仿真的手段评估了该系统的制氢性能。研究结果表明:①利用热泵吸收环境中的低温余热,制取较高温热能使电解给水蒸发,具有技术可行性,该方法同样适用于系统内部电解产物所携带余热的回收再利用;②外界余热温度越高,越有利于降低系统的制氢能耗,直流电解功率为1 MW的电解制氢系统,对余热源的热需求约为138 kW;当余热源为水且温降在5℃时,水的需求量约为20 t/h;③假设外界余热不计入制氢能耗,利用热泵集成外界余热时,系统理论单位制氢能耗约3.5 kW·h/m^(3),全部为电能消耗。结论认为,通过热泵吸收低温余热向高温电解制氢系统供热的系统工艺,开辟了一种低品位余热向高品位氢能转化的新思路、新途径和新方法,具有广阔的应用前景。

关键词：高温电解固体氧化物电解制氢低品位余热余热回收热集成热泵模拟仿真

陆相湖盆夹层型页岩油甜点分级测井评价方法研究——以鄂尔多斯盆地陕北吴起地区延长组长7段为例

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中国石油勘探 2024年第4期29卷 156-165页

作者：李潮流王长胜张文静王敏李高仁徐红军中国石油勘探开发研究院中国石油长庆油田公司勘探开发研究院

针对夹层型页岩油甜点测井评价难题,提出了从烃源岩品质参数、储层品质参数和二者的空间距离等多角度定量评价其耦合关系,实现了基于试油井资料刻度的夹层型页岩油产能分级和具有工业产能的“甜点”下限标准的确立,其可靠性得到多口井... 详细信息

针对夹层型页岩油甜点测井评价难题,提出了从烃源岩品质参数、储层品质参数和二者的空间距离等多角度定量评价其耦合关系,实现了基于试油井资料刻度的夹层型页岩油产能分级和具有工业产能的“甜点”下限标准的确立,其可靠性得到多口井的验证。根据岩心地球化学实验分析数据建立基于测井资料定量计算烃源岩总有机碳含量的区域模型,并参考相关标准确定鄂尔多斯盆地陕北吴起地区延长组长7段有效烃源岩发育段。基于研究区砂岩储层的孔渗曲线计算储层品质因子,在此基础上确定待试油储层段与有效烃源岩的纵向最短距离,最终综合储层品质因子、平均TOC及有效烃源岩厚度等,构建能够反映试油层段与邻近主力烃源岩段耦合关系的源储耦合系数计算公式,根据已知井测试结果标定,在一个油田或一个井区确定能够获得工业油流的甜点段源储耦合系数下限,据此可以对新井待试油层段进行评估,避免无效试油,从而为提高非常规油气试油成功率、优化产能建设提供决策依据。

关键词：页岩油甜点产能分级测井解释产能预测

深层—超深层海相碳酸盐岩地震勘探技术发展与攻关方向

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石油地球物理勘探 2024年第2期59卷 368-379页

作者：李闯韩令贺杨哲闫磊丰超王振卿中国石油勘探开发研究院西北分院甘肃兰州730020 中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室北京102249 中国石油勘探开发研究院北京100083

随着塔里木盆地顺北油气区、轮南地区轮探1井在8200 m深度以下获得工业油气流,碳酸盐岩勘探迅速向深层-超深层领域迈进,向地震勘探技术提出了严峻挑战。主要分析了超深层复杂波场地震成像理论研究进展及面临的问题。在超深层储层预测关... 详细信息

随着塔里木盆地顺北油气区、轮南地区轮探1井在8200 m深度以下获得工业油气流,碳酸盐岩勘探迅速向深层-超深层领域迈进,向地震勘探技术提出了严峻挑战。主要分析了超深层复杂波场地震成像理论研究进展及面临的问题。在超深层储层预测关键技术方面,分析了由地震数据结构表征识别小断裂、基于数字岩心的孔隙结构定量化预测方法等现状;从勘探地质需求的角度,提出深层—超深层碳酸盐岩储层与流体预测技术发展趋势和重点攻关方向,以期为海相碳酸盐岩地震勘探的理论及技术研究提供借鉴。获得以下认识:①针对超深层低信噪比地震数据,Q叠前深度偏移和TTI介质RTM技术在碳酸盐岩储层成像中取得了一定效果,基于波动理论的层间多次波压制、各向异性Q⁃RTM、最小二乘Q⁃RTM及各向异性全方位角度域成像技术是重点攻关方向。②深层—超深层强非均质性碳酸盐岩储层地震预测技术存在欠缺理论依据、预测精度较低等问题,亟待加强理论方法探索和技术攻关。③地震岩石物理实验与储层地质的深度融合以及基于双相介质波动特征(频率、频散与衰减等)的储层敏感属性精细化地震预测技术、人工智能碳酸盐岩储层定量预测及流体检测技术等均是重要发展方向,“可靠的深层地震资料、多学科联合的储层高精度表征和深度学习人工智能”发展趋势十分明显。

关键词：超深层海相碳酸盐岩地震成像断裂识别岩石物理人工智能

鄂尔多斯盆地长7段重力流砂岩长石溶蚀特征及控制因素

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石油勘探与开发 2024年第1期51卷 102-113页

作者：祝海华张秋霞董国栋商斐张釜源赵晓明张喜西南石油大学地球科学与技术学院成都610500 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院西安710018 中国石油勘探开发研究院北京100083

基于岩心薄片、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射全岩分析及溶蚀实验,研究鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(简称长7段)重力流砂岩中长石溶孔发育特征及控制因素,明确长石溶孔的形成与分布,为预测优质储集层分布提供依据。研究表明:(1)研究区... 详细信息

基于岩心薄片、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射全岩分析及溶蚀实验,研究鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段(简称长7段)重力流砂岩中长石溶孔发育特征及控制因素,明确长石溶孔的形成与分布,为预测优质储集层分布提供依据。研究表明:(1)研究区长7段砂岩中的长石经历3类成岩作用:长石次生加大、黏土以及方解石的交代、长石碎屑的溶蚀作用。(2)长7段致密砂岩中的长石溶蚀主要源于有机酸溶蚀,此外还受长石类型、长石早期蚀变程度以及砂岩中云母碎屑对有机酸的缓冲作用影响。(3)不同长石的溶蚀程度不同,表现为钾长石较斜长石易溶蚀,钾长石中正长石较微斜长石易溶,未蚀变的长石较早期高岭土或绢云母化的长石易溶蚀。(4)溶蚀实验显示云母的存在会抑制长石溶蚀,相同质量的云母对有机酸的消耗能力明显强于长石。(5)在云母含量低的情况下,长7段砂岩长石溶孔较为发育,储集层物性得以改善,而云母含量较高的地区长石溶孔则明显减少。

关键词：重力流砂岩长石差异溶蚀云母-长石溶蚀实验三叠系延长组长7段鄂尔多斯盆地

地质盆地金属氧化物还原作用及其识别和对油气的影响

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天然气地球科学 2024年

作者：帅燕华李剑陶小晚胡国艺米敬奎中国石油勘探开发研究院

油气作为强还原剂，在地质盆地容易被各类氧化剂氧化，热硫酸盐还原作用（TSR）、高价态金属氧化物还原作用是烷烃被氧化的典型例子。后者氧化能力更强，易于发生在碎屑岩与火成岩储集体，但却未获广泛关注。源于反应产物与有机质热裂... 详细信息

油气作为强还原剂，在地质盆地容易被各类氧化剂氧化，热硫酸盐还原作用（TSR）、高价态金属氧化物还原作用是烷烃被氧化的典型例子。后者氧化能力更强，易于发生在碎屑岩与火成岩储集体，但却未获广泛关注。源于反应产物与有机质热裂解产物类似，为碳数更小的有机质（含烷烃）、CO2和水，造成识别难度大。然而，该作用意义深远，可改变油气组成和特征，干扰油气来源与成藏规律认识；反应产生的酸性流体，改善储集体储集性能，导致非均质性，是深部优质储层和油气高效聚集的可能影响因素。本文从模拟实验出发，对高价态金属氧化物还原反应机理、影响因素、鉴别与示踪及对储层改造等进行初步分析，提出烷烃分子内同位素、伴生CO2同位素与碳酸盐胶结等可作为示踪指标。基于富含高价态金属氧化物的红色碎屑岩与风化壳型火成岩广泛分布，指出该反应的普遍性和重要性，希望为碎屑岩及火成岩油气藏成藏机制、储层预测及油气田高效开发有所助益。

关键词：碎屑岩火成岩金属氧化物还原作用油气示踪储层改造

U元素在黑色页岩中的富集机理及其对有机质生油气性能的影响

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地学前缘 2024年

作者：朱紫光朱光有李茜中国石油勘探开发研究院

国内外沉积盆地黑色页岩的形成常伴随着不同程度的U元素富集，理清黑色页岩中U的富集机理及其对有机矿产形成的影响至关重要。为此本文系统梳理了U元素在有机质、微生物、粘土矿物、含铁矿物、含硫矿物、含磷矿物中的富集过程，并重点... 详细信息

国内外沉积盆地黑色页岩的形成常伴随着不同程度的U元素富集，理清黑色页岩中U的富集机理及其对有机矿产形成的影响至关重要。为此本文系统梳理了U元素在有机质、微生物、粘土矿物、含铁矿物、含硫矿物、含磷矿物中的富集过程，并重点阐述了黑色页岩中U元素的赋存机理，和U元素对有机质生油性能、生气性能和干酪根结构的影响。总体而言，黑色页岩富集U的途径是丰富而多样的，页岩中的多种组分均可通过络合、吸附、还原等方式富集环境中的U元素，富集效率会受到pH、干扰离子浓度等多因素的控制。此外，U对页岩有机质生油气性能的影响也较为复杂，可能是模拟条件和样品存在差异，模拟实验展现出的结果不尽相同，目前仍存在较大争议。尽管诸多学者已开展了大量的研究工作，但国内外关于U元素对有机质影响的研究工作大多数局限于定性分析，目前也存在一些问题亟待解决，主要包括以下几个方面： U元素在黑色页岩中富集的微观机理，难以建立U在黑色页岩中的富集模式；有效表征石油受辐射剂量的指标，难以分析原油的储层滞留时间；人工辐射和自然辐射对有机质生油气影响的异同性，难以揭示有机质在辐射作用下演化的主控因素。未来，应采用先进手段分析辐射影响的微观机理，开展分子组成和结构分析，识别石油中有效的辐解指标，扩展辐射影响在地质领域中的应用。本文对于扩展油气形成机理、探索新型油气资源、丰富黑色页岩中U的地质认识有着较高的借鉴意义。

关键词： U元素黑色页岩富集机理有机质生油气性能

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石油酸含量对稠油流体性质影响实验研究

特种油气藏 2024年

作者：李步林张胜飞王强苟燕沈德煌王红庄中国石油勘探开发研究院

石油酸是稠油体系中的强极性组分，为研究其对稠油流体类型、黏度及乳化特征的影响，以新疆风城油田SAGD井组超稠油油样为研究对象，采用高能质谱仪分析石油酸分子结构特征。通过实验研究石油酸含量对稠油黏温特性及剪切流变性的影响特... 详细信息

石油酸是稠油体系中的强极性组分，为研究其对稠油流体类型、黏度及乳化特征的影响，以新疆风城油田SAGD井组超稠油油样为研究对象，采用高能质谱仪分析石油酸分子结构特征。通过实验研究石油酸含量对稠油黏温特性及剪切流变性的影响特征，分析含水率在不同石油酸含量条件下对稠油表观黏度的影响特征以及其相应的油水乳化特性。研究表明：超稠油样品酸值（以KOH计）为5.46 mg/g，样品中石油酸含量约为1.71%，以2～3环一元酸为主，碳数主要分布在15～35；稠油黏度随石油酸含量增加而降低；石油酸含量从0增至50%时，样品从牛顿流体转为非牛顿流体的拐点温度从120℃降至100℃；含水率升高时表观黏度先增加后降低，当石油酸含量从0增至50%时，反相点的含水率由30%～40%降至20%～30%，且不同含水率下的黏度均有大幅下降。该研究揭示了中国西部超稠油石油酸分子结构特征和石油酸含量对稠油流体性质的影响规律，为降低稠油乳化、腐蚀程度及提高稠油资源高效开发提供了借鉴。

关键词：超稠油石油酸黏温关系流变性乳化风城油田