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中国页岩气研究与发展20年:回顾与展望

天然气工业 2024年第3期44卷 20-52页

作者：聂海宽党伟张珂苏海琨丁江辉李东晖刘喜武李沛李鹏杨升宇赵建华刘秘陈前孙川翔王鹏威刘子驿页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室中国石化页岩油气勘探开发重点实验室中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院西安石油大学地球科学与工程学院中国地质大学(北京)能源学院中国石油国家卓越工程师学院中国石油大学(华东)

中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023年中国页岩气产量达250×10^(8) m^(3),在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩... 详细信息

中国页岩气科学研究和勘探开发已历经20年,创新形成了以中国南方海相页岩气富集规律为代表的诸多理论与认识,支撑了国内页岩气产业健康快速发展,2023年中国页岩气产量达250×10^(8) m^(3),在当年全国天然气总产量中的占比超过10%,页岩气已经成为中国天然气产量增量的主力军之一。为了给中国页岩气产业高质量发展提供借鉴和参考,系统回顾了国内页岩气科学研究和勘探开发历程,归纳总结了富有机质页岩发育机理、页岩气优质储层特征及其成因机制、页岩气源—储协同演化机制、页岩气赋存机理与含气性评价、页岩气富集高产机理与评价、页岩气储层改造、页岩气开采等理论和技术进展,分析研判了面临的技术难题和挑战,指出了海相/陆相/海陆过渡相页岩气富集高产机理、基于动态演化过程的页岩气富集区评价方法、低丰度页岩气高效开发技术以及提高页岩气采收率技术等4个亟需攻关的研究方向。进而针对中国页岩气商业化勘探开发所面临的挑战,提出以下建议:从新区新领域、老区挖潜及提高采收率现场试验等方面开展页岩气勘探开发攻关探索,以期早日实现中国页岩气多领域多层系、由点到面的大突破和大规模高效勘探开发,全方位推进中国页岩气革命,提升能源高效供给能力,保障国家能源供应安全。

关键词：页岩气富集机理赋存机理储层特征储层改造高产机理提高采收率勘探方向

页岩储层钻井液-压裂液复合损害机理及保护对策

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石油勘探与开发 2024年第2期51卷 380-388页

作者：孙金声许成元康毅力经浩然张洁杨斌游利军张瀚奭龙一夫中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 西南石油大学油气藏地质及开发工程全国重点实验室成都610500 成都理工大学能源学院成都610059

为了分析钻井液与压裂液复合作用导致的储层损害,考虑油基钻井液侵蚀页岩矿物诱发的裂缝延伸,建立钻井液动态侵入深度预测方法,评价页岩裂缝面力学性质弱化、裂缝闭合与岩粉堵塞导致的天然/水力裂缝损害,提出钻井液-压裂液复合作用储层... 详细信息

为了分析钻井液与压裂液复合作用导致的储层损害,考虑油基钻井液侵蚀页岩矿物诱发的裂缝延伸,建立钻井液动态侵入深度预测方法,评价页岩裂缝面力学性质弱化、裂缝闭合与岩粉堵塞导致的天然/水力裂缝损害,提出钻井液-压裂液复合作用储层损害模式,揭示页岩油气层钻完井损害机理并提出保护对策。研究表明,钻开储层过程中,钻井液通过页岩诱导裂缝和天然裂缝深度侵入储层,侵蚀页岩矿物并导致侵入带页岩力学性质普遍弱化;水力压裂过程中,钻井液-压裂液复合作用进一步弱化页岩力学性质,导致生产过程裂缝更易闭合并发生岩粉脱落,诱发天然/水力裂缝应力敏感损害和固相堵塞损害,造成钻井液-压裂液复合作用带裂缝导流能力大幅降低,制约页岩油气井高产稳产。提出了防塌防漏加速储层段钻进、化学成膜防止页岩裂缝面力学性质弱化、强化页岩裂缝封堵减少钻井液侵入范围、优化压裂液体系保护裂缝导流能力的页岩储层保护对策。

关键词：页岩油气钻井液压裂液应力敏感固相堵塞储层损害储层保护

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东南亚多岛海构造体系圈层相互作用与油气富集机理

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中国科学：地球科学 2024年第2期54卷 587-603页

作者：朱日祥王红军王华建王晓梅万博张旺祝厚勤柳宇柯刘俊来孟庆任郝芳金之钧中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 中国石油勘探开发研究院提高油气采收率全国重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室青岛266580 北京大学能源研究院北京100871

50Ma以来全球持续降温,但东南亚多岛海构造体系域依然保持了较高的气候温度,形成并保存极其丰富的新生界油气资源.本研究从地球系统视角出发,通过分析东南亚新生代构造活动、气候环境演变和油气富集特点,获得以下新认识:(1)大洋板块俯... 详细信息

50Ma以来全球持续降温,但东南亚多岛海构造体系域依然保持了较高的气候温度,形成并保存极其丰富的新生界油气资源.本研究从地球系统视角出发,通过分析东南亚新生代构造活动、气候环境演变和油气富集特点,获得以下新认识:(1)大洋板块俯冲和上覆大陆岩石圈伸展导致东南亚发生广泛火山喷发、形成裂谷盆地和浅海陆架,造成深部构造活动与浅部山、盆、海之间复杂的相互作用;(2)微陆块在赤道低纬度区的聚合与长期滞留促使信风偏转为季风,改变了洋流通道和流量,深刻影响了东南亚乃至全球的降雨和温度变化;(3)东南亚多岛海构造体系和高温多雨气候环境促进了热带雨林、红树林、浮游藻类等繁盛,为油气资源形成提供了丰富的有机质;(4)裂谷盆地演化与海侵-海退事件的耦合导致多类型油气系统源-储-盖有效叠置,有机质快速深埋和高大地热流促进油气大量生成和规模聚集;(5)多板块俯冲汇聚所造成的圈层相互作用是导致东南亚新生界油气资源异常富集的主导因素,这一认识对发展地球系统控制下的油气富集理论具有重要意义.未来研究重点应关注澳大利亚与巽他陆块碰撞和高温多雨气候环境的油气资源效应,大力发展海上富含CO_(2)油气田的经济开发与CO_(2)封存技术,以期在东南亚的盆地深层、海域深水和非常规油气三大领域继续取得重大油气勘探发现.

关键词：东南亚多岛海构造体系圈层相互作用油气资源新生代

CO_(2)-EOR过程中油藏储层构造封存能力的模拟

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非常规油气 2024年第2期11卷 99-107页

作者：王璐刘森姬泽敏廉黎明田茂章宋文枫岳孝昆房红旭鲁效庆中国石油勘探开发研究院北京100083 中国石油大学(华东)材料科学与工程学院山东青岛266580

为应对日益严峻的能源危机和温室效应,CO_(2)提高采收率技术脱颖而出,因此CO_(2)提高采收率后的地质封存安全性和相应的封存能力评估引起了广泛关注。借助数值模拟方法,基于吉林油田某区块油藏的实际储层条件,构建了注入CO_(2)含量为10%... 详细信息

为应对日益严峻的能源危机和温室效应,CO_(2)提高采收率技术脱颖而出,因此CO_(2)提高采收率后的地质封存安全性和相应的封存能力评估引起了广泛关注。借助数值模拟方法,基于吉林油田某区块油藏的实际储层条件,构建了注入CO_(2)含量为10%~90%的9个模型,分别探究了含水饱和度为30%,50%和90%以及储层压力为10 MPa,20 MPa和30 MPa时油藏各相组分的分布规律;基于前人对封存CO_(2)安全储存状态划分的研究,最终明确了CO_(2)的安全封存量。结果表明:1)当含水饱和度(30%)和压力(10 MPa)一定时,增加CO_(2)含量(10%~90%)可大幅提高CO_(2)的有效封存体积分数(26%~93%);2)压力的提升(10~30 MPa)促进了CO_(2)在油相中的溶解,从而略微降低了储层的封存能力(18%~7%);3)含水饱和度对储层封存CO_(2)的能力的影响微乎其微。该研究旨在阐明不同条件下CO_(2)的构造埋存量,为相关研究提供借鉴。

关键词： CO_(2)封存封存能力评估含水饱和度储层压力 CO_(2)含量数值模拟

松辽盆地古龙页岩油储层干酪根的有机元素组成及其N元素的地球化学意义

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地质学报 2024年第6期98卷 1840-1866页

作者：何文渊白雪峰钟建华赵莹孙宁亮中国石油国际勘探开发有限公司北京100032 多资源协同陆相页岩油绿色开采全国重点实验室黑龙江大庆163002 东北大学秦皇岛分校资源与材料学院河北秦皇岛066004 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 东北大学海洋工程研究院河北秦皇岛066004

对青山口组页岩的317件干酪根样品进行了工业、元素及能谱分析,对样品进行两次校正,引入合理评价干酪根C、H、O、N的指标C_(cc)、H_(cc)、O_(cc)、N_(cc)概念。研究结果显示:古龙凹陷青山口组泥页岩Ⅰ型干酪根具有较高的H_(cc)、N_(cc)... 详细信息

对青山口组页岩的317件干酪根样品进行了工业、元素及能谱分析,对样品进行两次校正,引入合理评价干酪根C、H、O、N的指标C_(cc)、H_(cc)、O_(cc)、N_(cc)概念。研究结果显示:古龙凹陷青山口组泥页岩Ⅰ型干酪根具有较高的H_(cc)、N_(cc)和很低的O_(cc),而Ⅲ型干酪根的O_(cc)则较高,H_(cc)、N_(cc)较低。Ⅱ干酪根的H_(cc)和N_(cc)低于Ⅰ型干酪根,而高于Ⅲ型干酪根;Ⅱ干酪根的O_(cc)高于Ⅰ型和Ⅲ型干酪根。N_(cc)主要以有机官能团(NH3+)方式存在的于黏土的F-F纳缝中,而不是存在于黏土晶胞间的无机N(NH4)。微量元素研究表明,古龙青山口组页岩油储层沉积时经历了十几次干旱咸水环境,因为咸水环境有利于形成黏土的F-F凝聚,使发育有NH3+官能团的有机质被吸附在黏土片的F-F纳缝之间。随着深度的增加,N_(cc)的克分子量增加速率是C_(cc)克分子量增加速率的0.96~2.04倍,在青山口组1300~2550m深度内青一段干酪根的N_(cc)含量明显比上部的干酪根相对高,主要原因与下部青一段藻类较富集有关,其次与H_(cc)的快速脱落而使N_(cc)相对富集有关,间接地揭示了青一段生烃能力较上部强。通过研究N_(cc)可以间接地知道古环境中的咸度、黏土的孔隙类型及其干酪根的来源。经过论证,O_(cc)和N_(cc)越大,页岩的封存性也就越好,含油气性也越好。因此,O_(cc)和N_(cc)值可以作为判别页岩油发育程度的指标。古龙页岩油储层的N_(cc)和O_(cc)的研究可以提供一些重要的沉积环境、地球化学、黏土结构、干酪根有机质类型和成岩成储及成藏等信息,应该受到重视。

关键词：黏土干酪根有机元素 N 页岩油古龙凹陷

松辽盆地古龙凹陷青山口组生排烃扩张微米孔/缝的发现及其意义

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地质论评 2024年第3期70卷 1159-1191页

作者：何文渊白雪峰张金友赵莹刘召钟建华孙宁亮中国石油国际勘探开发有限公司北京100034 多资源协同陆相页岩油绿色开采全国重点实验室黑龙江大庆163002 东北大学秦皇岛分校资源与材料学院河北秦皇岛066004 海洋油气勘探国家工程研究中心北京100028 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 东北大学海洋工程研究院河北秦皇岛066004

笔者等通过电子背散射、二次成像和能谱分析,结合薄片和反射显微镜观察,发现松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩中发育了大量由生排烃扩张形成的微米孔和微米缝。生排烃高压扩张微米孔的特点有:①一般只发育在超高压的页岩油储层中;②一般只... 详细信息

笔者等通过电子背散射、二次成像和能谱分析,结合薄片和反射显微镜观察,发现松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩中发育了大量由生排烃扩张形成的微米孔和微米缝。生排烃高压扩张微米孔的特点有:①一般只发育在超高压的页岩油储层中;②一般只发育在黏土质长英页岩中,纯黏土岩少见;③多为近圆形或半圆形,直径多在0.5μm到数微米,一般1~2μm,最大可达8μm;④孔缘一般为以绿泥石为主的黏土,形成不连续的圈环;圈环上缘的黏土多呈弧形或眉状,绿泥石化明显,在背散射图像中呈亮色;⑤孔内多有自生的纳米级葡萄状或豆渣状黏土,是构成封存油气的物质基础;⑥生排烃高压扩张微米孔可以组合成4种类型:即垂向联结成垂直的排烃烟囱型、垂向联结成倾斜的排烃烟囱型、水平联结成顺层的排烃管型和竖面上联结成更大的片状大孔型。排烃烟囱直或微曲,直立或倾斜;宽1~3μm,最宽可达200μm;高十几到30μm,最大可达1500μm;顶部多与顺层微米缝(或毫米缝)联结,是排烃烟囱的最终泄压和泄油气的总库;生排烃扩张微米孔孔隙度变化大,面孔率一般在5%~6%,局部面孔率最高可达39.66%。生排烃高压扩张微米缝的特点有:①一般只发育在超高压的页岩油储层中;②一般只发育在黏土质长英页岩中,纯黏土岩少见;③多以顺页理为主的微米缝为主;④略曲的张性缝,多呈锯齿状,绕过刚性矿物;⑤宽度多在0.5μm到数十微米;最宽可达150μm;⑥多与黄铁矿、白云石、磷灰石等自生矿物伴生;⑦多与生排烃扩张微米孔和排烃烟囱相连。生排烃扩张微米孔缝的形成动力主要有两种:一种是烃类流体的高压扩张力;第二种是烃类流体的化学溶蚀力。笔者等计算了形成这种生排烃微米孔和微米缝的压力,形成生排烃扩张微米孔从1500 m的44.74 MPa到2500 m深的74.81 MPa;形成生排烃扩张微米缝的排烃压力稍大,在相同深度比形成生排烃扩张微米孔大3 MPa。生排烃扩张微米孔缝与其他孔缝相连构成了一个储运网络,使储层的储集能力和渗透性大幅增加,是可动用储量的主要贡献者,为古龙页岩油的开发创造了有利条件。生排烃扩张微米孔缝的发现对于古龙页岩油的勘探开发具有重要意义,同时对于页岩油储层的研究具有启发作用。

关键词：生排烃扩张微米孔微米缝超高压古龙页岩青山口组

塔里木盆地富满地区走滑断裂带精细刻画及勘探应用成效

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现代地质 2024年

作者：张银涛余一欣谢舟孙冲王小鹏申彪杜琦睿中国石油塔里木油田分公司中国石油大学(华东)地球科学学院中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室中国石油大学(北京)地球科学学院

塔里木盆地中部阿满过渡带内的富满地区走滑断裂带发育，并对奥陶系碳酸盐岩具有明显的控储控藏作用，但该地区的走滑断裂仍然存在难以识别的问题。为了精细刻画富满地区的走滑断裂，本次研究基于该地区最新三维地震资料，通过多重滤波... 详细信息

塔里木盆地中部阿满过渡带内的富满地区走滑断裂带发育，并对奥陶系碳酸盐岩具有明显的控储控藏作用，但该地区的走滑断裂仍然存在难以识别的问题。为了精细刻画富满地区的走滑断裂，本次研究基于该地区最新三维地震资料，通过多重滤波、相干分析、信号分解等方法技术对主干和次级走滑断裂带进行精细识别，并建立走滑断裂带分级量化标准，同时利用“三定”法评价油气资源量，落实走滑断裂的勘探潜力。在塔北隆起-中央隆起区共识别出70条规模较大的主干走滑断裂带，根据断裂带延伸长度、活动期次及其强度等特征，划分出25条Ⅰ级和45条Ⅱ级控储控藏的走滑断裂带，其中富满地区发育主干走滑断裂34条。结合走滑断裂刻画及钻探情况，提出“定断裂带体系”“定缝洞体边界”“定油气藏单元”的奥陶系碳酸盐岩油气藏“三定”资源量评价方法，并初步确定70条走滑断裂带的石油资源量约为20×108t、天然气约为1×1012m3，富满地区石油资源量约11×108t。在走滑断裂带精细刻画基础上新落实三条油气富集带，并得到钻探证实，表明富满地区不同级别的走滑断裂带均具备增储上产的巨大潜力。本研究不仅有利于推动塔里木盆地台盆区走滑断裂带研究以及碳酸盐岩断控-缝洞型油气藏勘探开发，对其他克拉通盆地内走滑断裂体系研究也具有重要借鉴意义。

关键词：走滑断裂带断裂识别技术断裂分级 “三定”评价方法富满地区塔里木盆地

深层砂砾岩中的深部热流体作用及其地质意义——以渤海湾盆地东营凹陷民丰—盐家地区古近系沙河街组四段为例

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石油与天然气地质 2022年第4期43卷 929-942页

作者：袁静周涛乔俊杨贵丽赵广昊山东省深层油气重点实验室山东青岛266580 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院山东东营257000 中国石化石油勘探开发研究院北京昌平102206

以渤海湾盆地东营凹陷北部陡坡带东段民丰—盐家地区古近系沙河街组四段(沙四段)深层砂砾岩为例,通过岩心和扫描电镜观察、薄片鉴定、流体包裹体、粘土矿物X射线衍射、镜质体反射率、岩心物性和烃源岩热解参数分析等方法,结合构造演化... 详细信息

以渤海湾盆地东营凹陷北部陡坡带东段民丰—盐家地区古近系沙河街组四段(沙四段)深层砂砾岩为例,通过岩心和扫描电镜观察、薄片鉴定、流体包裹体、粘土矿物X射线衍射、镜质体反射率、岩心物性和烃源岩热解参数分析等方法,结合构造演化和岩浆活动背景、地层埋藏史和油气成藏史等研究成果,明确深层砂砾岩中的深部热流体作用标记和时间,并初步探讨其地质意义。结果表明:研究区沙四段砂砾岩中存在爆裂角砾、立方体黄铁矿等和伊/蒙混层-铁白云石-磷灰石、伊/蒙混层-磷灰石-黄铁矿、绿泥石-磷灰石-黄铁矿、磷灰石-黄铁矿等反映深部热流体作用的岩石学特征和矿物(组合);粘土矿物的垂向演化过程中出现伊/蒙混层比值异常增大、高岭石含量短暂激增的现象;在埋深3400~4800 m处游离烃含量(S_(1))和裂解烃含量(S_(2))异常高,埋深5500 m处S_(1)和S_(2)较低,而热解峰温(T_(max))异常高,在埋深4269~4800 m处的石英裂缝内有异常高温包裹体;天然气稳定碳同位素中δ^(13)C_(CO_(2))值大于-8‰,具有无机成因特征,且具有与深部富CO_(2)热流体作用相关的NaHCO_(3)型地层水。以上现象均反映出民丰—盐家地区沙四段砂砾岩在馆陶组-明化镇组沉积时期经历了富CO_(2)幔源成因的深部流体活动。深部热流体进入砂砾岩储层后对物性起到双重改造作用:引发破裂和促进溶蚀从而改善储层物性;沉淀自生矿物堵塞孔隙,阻碍流体运移,损害储层物性。此外,深部热流体参与沙四下亚段烃源岩热演化及油气生成过程,对烃源岩排烃和原油裂解具有潜在影响。

关键词：判识标记油气生成储层改造深部热流体深层砂砾岩沙河街组四段东营凹陷渤海湾盆地

四川盆地及周缘奥陶系-志留系深层页岩气富集特征与勘探方向

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石油勘探与开发 2022年第4期49卷 648-659页

作者：聂海宽李沛党伟丁江辉孙川翔刘秘王进杜伟张培先李东晖苏海琨页岩油气富集机理与有效开发国家重点实验室北京102206 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院北京102206 西安石油大学地球科学与工程学院西安710300 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石化江汉油田分公司勘探开发研究院武汉430223 中国石油化工股份有限公司华东油气分公司南京210019 中国地质大学(北京)能源学院北京100083

基于高温高压条件下页岩物性、三轴应力和甲烷等温吸附等针对性实验,对四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组深层页岩气富集特征进行研究。结果表明:①深层页岩孔隙度和水平渗透率比中浅层页岩出现较大程度的降低,含气结构以... 详细信息

基于高温高压条件下页岩物性、三轴应力和甲烷等温吸附等针对性实验,对四川盆地及其周缘奥陶系五峰组—志留系龙马溪组深层页岩气富集特征进行研究。结果表明:①深层页岩孔隙度和水平渗透率比中浅层页岩出现较大程度的降低,含气结构以游离气为主。②深层页岩偏应力和轴向应变等参数增大,导致破裂难度增加。③受构造位置和形态、裂缝特征和流体活动期次等控制,深层页岩气保存条件更复杂。④为实现深层页岩气经济开发,深化地质认识是基础,探索针对性压裂改造工程工艺是关键。⑤Metabolograptus persculptus带—Parakidograptus acuminatus带(LM1—LM3笔石带)硅质页岩、含灰硅质页岩是深层页岩气富集高产层段和水平井穿行的有利靶窗,厚度超过10 m的焦石坝、武隆、长宁和泸州等地区是深层页岩气最有利富集区。研究指出深层页岩气勘探应优先在宽缓构造且埋深小于5000 m、LM1—LM3笔石带页岩厚度大于10 m的“深水深层型”页岩气区进行勘探开发部署,开发工程应增加开发井水平段长度,并采用密切割、强加砂、双暂堵等工艺,以最大程度地改造深部页岩储集层。

关键词：深层页岩气富集条件储集层特征勘探方向奥陶系五峰组志留系龙马溪组四川盆地