非常规油气作为我国油气资源中的重要接替能源,其高效开发对于保障国家能源安全具有重要意义.采用水平井分段多簇压裂技术,并优化压裂段内多簇压裂参数,对最大化非常规储层产能至关重要.明确裂缝扩展规律,量化裂缝形态与产能之间的关系,是水平井段内多簇压裂方案优化的关键.本文基于相场方法仿真段内多簇裂缝竞争扩展形态,通过集成的裂缝形态识别技术,进而构建二维等效裂缝模型,用以表征压裂渗流通道,并提取改造后等效物性参数,分别作为几何与物性输入参数传递至裂隙流模型,实现两种方法的自动耦合与传递,进而对不同压裂工况下的产能进行定量评估,最终实现裂缝扩展—渗流一体化模拟.通过室内物理模拟实验与现场压裂施工数据对比分析,验证了双重模型耦合的准确性与可行性.在此基础上,本文进一步研究了基于该方法的段内簇数和簇间距对裂缝形态及产能响应的影响规律.研究结果表明:当簇间距由 15 m增加至25 m时,裂缝发生偏转的位置后移,裂缝尖端的偏转角度由 30°降低至 24°,裂缝周围压力梯度降低,流体驱动力减弱,裂缝之间的流体干扰效应显著减小,这一变化导致日产峰值与稳产水平有所下降,日产油、累计产油量降幅分别为 35.88%和 35.89%;当段内簇数由 3 簇增加至 5 簇时,外侧裂缝尖端偏转角度由 30°增加至 34°,诱导应力场控制面积由 36.74%增加至 42.46%,裂缝周围压力梯度增强,流体驱动力增大,原油的动用程度得到显著提升,致使日产峰值与稳产水平相应提高,日产量、累计产油量增幅分别为 40.49%和 45.467%.因此,优化簇间距与簇数,可以兼顾控制裂缝干扰程度和提高单井产能,从而提高水平井段内多簇压裂改造效果.

作为页岩油藏开发的一种关键技术手段,压裂阶段的动态渗吸驱油在近年来已成为油藏工程研究的热点.鉴于全球能源需求以及对非常规油气资源的持续勘探,这项技术在提高页岩油藏开采效率方面的重要性不容小觑.然而,页岩油储层动态渗吸过程中,不同因素在动态渗吸各个阶段的具体作用机制尚不明确,各因素对渗吸驱油效果的影响难以精确量化,严重制约了页岩油藏开发效率的进一步提高,导致开发成本上升,同时给资源的可持续开发带来了挑战.针对页岩油储层动态渗吸机理及作用规律不清的问题,建立了岩心尺度数值模拟模型,采用控制变量法设置了 15 个模拟方案,揭示了驱替压差、毛细管半径、润湿角、油水粘度对动态渗吸驱油效果的作用机制,明确了流体渗流变化规律.研究表明:动态渗吸中,毛细管半径从 0.1 μm增大至10 μm,毛细管力减小,流体渗吸速率加快,渗吸采收率提高了8.0%;驱替压差从 0 MPa开始增大,渗吸由静态升级为动态,3 MPa时渗吸采出程度提高了7.9%;认为驱替压差与采出程度符合幂函数关系,存在最优驱替压差.岩心润湿性由亲水向中性、亲油变化,采出程度由水润湿的 48.9%下降到油润湿的 33.9%;原油粘度由53.30 mPa·s降低至 13.99 mPa·s,渗吸采收率提高了 9.1%;驱替相粘度越大,初始渗吸速度越小,但渗吸驱油效果越好.现场操作中可通过优化注入压力,选择合适的压裂液、表面活性剂等,提高亲水程度和驱替相粘度,改善动态渗吸过程,从而增大驱油效率.未来应进一步考虑多相流动的复杂性,同时结合储层的非均质性,从不同尺度研究各因素对页岩动态渗吸过程的影响.

为探究水驱过程中不同润湿性条件下油水微界面的运移特征及其演变规律,基于N-S方程建立Hele-Shaw圆柱式模型,采用相场法界面追踪驱替过程中油水微界面的拓扑变形特征,研究润湿性、油水粘度比及毛细管数对油水微界面形变的影响.结果表明,水驱过程中油水微界面的动态演变过程可以分为 4 个阶段,即突破、分裂、三相接触线交汇及微界面融合.微界面的突破和分裂在驱替周期内重复发生,且不受润湿性和岩石颗粒分布的影响;三相接触线交汇和微界面融合具有相近的形变特征,主要受润湿性和岩石颗粒分布的影响.三相接触线交汇现象主要出现在亲水条件,而微界面融合现象则出现在亲油条件.润湿性由强亲水转变为强亲油时,水驱前缘变化幅度先降低后升高,在弱亲水条件时,呈现"活塞式"驱替模式.模拟发现在弱亲水条件下的驱油效率最高,而强亲油条件下的驱油效率最低(61.06%).在弱亲水和相同注入孔隙体积倍数条件下,随着油水粘度比从 20 增加到 100 时,三相接触线交汇现象的发生率逐渐降低,微观驱油效率降幅为8.56%,且驱替启动压力也随之降低;毛细管数从 0.66×10-3 增加至 2.0×10-3 时,三相接触线交汇的发生率增加,模型内的剩余油体积减小,驱油效率提高 9.36%.这表明在亲水条件下,增加三相接触线交汇现象的发生率能够显著提高驱油效率.研究结果能够丰富水驱微观渗流机理,为深度挖潜水驱剩余油提供理论依据.

岩石自发渗吸是孔隙内润湿相流体自发排驱非润湿相的过程,是致密油藏提高采收率的重要机理之一,由于多孔介质特性以及裂缝形态等因素的复杂性,目前对裂缝与孔隙间的渗吸传质规律的研究尚未完全阐明.本文基于相场法和流体运动方程,建立孔隙尺度动态渗吸数值模型,分析复杂孔隙结构内部裂隙与孔隙之间的传质机理及其与采收率的关系.结果表明:(1)渗流过程在孔隙内部主要涵盖 3 个关键阶段:裂隙的快速渗透,裂隙与孔隙间的相互作用(即渗吸现象),以及孔隙中的逐步推进(即驱替过程).较快的注入速率会阻碍渗吸过程的进行,从而导致更多的残余油滞留.(2)存在特定的临界裂缝宽度,当裂缝宽度约为平均孔径大小 40 倍时,采收率会在一定范围上下波动.较小的裂缝宽度使得流体在孔隙和裂缝间的流动通道更为狭窄,这增强了毛细管力对油滴的驱动作用.随着临界裂缝宽度的减小,裂缝无量纲数与采收率之间展现出正相关关系.(3)不同复杂度的裂缝系统对流体运移产生不同的影响.随着临界裂缝宽度的减小,不同复杂程度的裂缝对流体动用产生的影响呈现出差异性.随着裂缝复杂程度的增加,渗吸作用波及范围越大.裂缝宽度的减小会加剧油滴的聚集现象,进而显著减缓渗吸速率,并在小孔隙区域引发堵塞问题.(4)系统开放边界数的增加可有效提升润湿相接触面积,实现孔隙空间的最大化动态利用,进而形成协同渗吸驱动机制.四边开放(AFO)条件下的渗吸采收率为最优,而单边开放(OEO)条件下的采收效果最差.在相同无量纲时间下,TEO和OEO因开放端面数量与空间分布模型的强非均质效应,呈现更高归一化采收率,而其余三种边界条件采收率变化曲线呈现相对集中趋势.

低矿化度水驱是一种通过调控注入水的离子成分或浓度提高原油采收率的新技术,目前低矿化度水驱的适用油藏条件和提高采收率作用机理仍未达成共识.本文以中东地区海相碳酸盐岩油藏柱塞岩样为研究对象,开展了系列低矿化度水润湿调控驱油室内实验,基于胶体稳定性(DLVO)理论建立了一个典型原油/盐水/岩石系统的界面反应模型,联立增广Young-Laplace公式计算了润湿角和总分离压力,通过文献实验数据验证模型可靠性,阐明了离子浓度和离子类型对分离压力曲线和润湿角的影响.结果表明,在低矿化度环境中,碳酸盐岩孔隙表面在流体冲刷作用下亲水性更强,驱油效率更高,低矿化度水驱提高了3.2%的原油采收率;在恒定电荷的假设下,基于扩展DLVO理论建立的原油/盐水/岩石系统数学模型可以准确预测润湿角的变化;相比于离子浓度,离子类型对分离压力和润湿角的影响更大,在二价离子中,Mg2+离子对碳酸盐岩的浸润调控作用强于Ca2+离子;当水膜厚度较小时,范德华引力是影响分离压力的主要作用力,随着水膜厚度增大,双电层力逐渐变为主要作用力.本研究有助于更深入地理解低矿化度水驱提高采收率的润湿调控机制.

总有机碳(TOC)含量是评估烃源岩储层品质和生烃潜力的重要地球化学参数之一,其准确预测对页岩油气勘探开发具有重要意义.随着人工智能技术的快速发展,单一机器学习方法常被应用于TOC含量评价.然而,单一机器学习方法存在过拟合、欠拟合和目标函数局部最优等问题.集成模型被证实通过整合多个智能算法可以提高预测精度和稳定性能,其中组合策略是优化集成模型的关键之一.算术平均法作为组合策略难以充分发挥最佳模型的预测性能,而且容易受到预测误差较大的智能算法的影响.加权求和法作为组合策略根据训练数据确定加权系数,在训练集上表现出色,却在测试集中表现欠佳.本文提出了一种基于智能匹配技术的集成模型(IMTEM),采用极限梯度提升、随机森林、支持向量机和极限学习机作为算法模块对输入数据进行初步处理,提取的特征信息与原始测井响应共同输入到前馈神经网络层中进行非线性转换以及特征学习,从而对页岩TOC含量进行准确且连续的评价.将本文提出的方法应用于四川盆地龙马溪组页岩TOC含量预测,测试结果表明,相比于两种集成模型、5 种基础模型和ΔlogR方法,IMTEM的预测结果与岩心实测TOC含量一致性更高,更适用于页岩TOC含量的预测.

深层－超深层油气资源潜力大但探明率低，是我国油气现今勘探发展的重点领域。然而，针对深层－超深层领域的资源潜力评价仍面临烃源岩热演化程度高、储层成岩改造强、油气藏多期调整改造与有效保存等一系列科学技术难题。近期，元坝地区超深层油气勘探获得新突破，在埋深近9000 m的灯影组四段发现了天然气藏，揭示了四川盆地北部超深层良好的勘探前景。本文以最新钻井YS1井的资料为主，结合周缘钻井、露头及其分析测试等数据，对研究区灯四段气藏的烃源岩、储集层等成藏关键要素及油气成藏过程开展系统研究，以期为超深层油气藏勘探评价提供借鉴。结果表明：(1)YS1井灯四段气藏烃源岩来自寒武系筇竹寺组，烃源岩在志留纪进入低成熟阶段，至晚二叠世－三叠纪达到中－高成熟阶段，在中侏罗世－早白垩世达到高－过成熟阶段，目前处于过成熟阶段。(2)灯四段气藏储层主要为台缘丘滩相白云岩储层，其经历了长期压实、压溶和深埋胶结，现今表现为低孔、低渗的特征。(3)川北地区台缘丘滩储层紧邻筇竹寺组深水相优质烃源岩，具有“棚生缘储，上生下储”的有利源储配置条件，是古油藏形成的物质基础。(4)灯四段气藏经历了多期调整改造。古油藏期，研究区处于川中古隆斜坡区，受滩间致密层封挡形成规模岩性古油藏；油气转换期和气藏期，受北部盆缘米仓山隆升影响，研究区处于米仓隆起斜坡区的局部微幅隆起构造，形成受构造－岩性共同控制的古气藏；晚期受喜山运动影响，盆缘隆升挤压，元坝地区处于九龙山背斜南西翼，灯影组古气藏局部调整形成现今气藏，YS1井处于古气藏、现今气藏叠合有利区。四川盆地北部超深层油气藏勘探应以寻找大型规模古油藏为基础，进而落实成藏关键期的有利古构造特征；持续有效的保存条件和古、今构造高部位叠合区是油气运聚调整的有利富集区。

以页岩油气、低渗致密油气为代表的非常规油气是我国重要的接替资源,由于其储层物性差,有效开采难度大,目前主要通过水平井体积压裂技术进行储层改造,但依然存在水资源浪费、储层伤害大及增产效果一般等问题.超临界/液态CO2 具有低粘度、高密度、高扩散性等特性,能够快速进入储层微孔隙、微裂缝中,CO2 压裂可以有效降低破裂压力,形成复杂缝网,同时地层增能,提高返排率,降低储层伤害并实现单井增产,适用于非常规油气资源的高效、绿色开采.本文从CO2 压裂破岩造缝机理、CO2 对岩石性质影响机制、CO2 压裂井筒流动特性及CO2 压裂增产与地质封存作用等方面介绍了CO2 压裂基础研究进展,对CO2 泡沫压裂、CO2干法压裂、CO2 酸化压裂和CO2 混合压裂几种主要压裂技术的发展和应用进行了简要阐述.在目前我国"双碳"目标和加大页岩油气等非常规油气资源勘探开发力度的背景下,CO2 压裂技术是构建清洁环保、低碳负碳的能源安全、高效开发技术体系的关键核心技术之一,极具发展和推广应用潜力.

针对具有一定厚度的、整装的特稠油油藏,蒸汽辅助重力泄油(SAGD)相比于其他热采方法,开发效果更好.目前研究认为SAGD主要通过重力机理开采稠油而忽略了注采压差对SAGD开发的影响,导致矿场预测误差较大.本文针对这个问题,对SAGD生产过程中的注采压差进行了详细研究,基于加拿大Mackay River和Dover区块地质参数,建立地质模型,研究了注采压差对采油速度、SAGD开发稳产时间、蒸汽腔上升阶段及蒸汽腔横向扩展阶段的影响.结果表明:注采压差在SAGD开发过程中起重要作用,随着注采压差的增大,采油速度呈现先快速增加后增速变缓的趋势;在蒸汽腔上升初期,腔体呈扇形,一段时间后呈近似六边形;蒸汽腔到达油层顶部并不一定出现最大泄油速度,最大泄油速度一般在蒸汽腔到达油层顶部一段时间之后出现;注采压差影响着蒸汽腔上升扩展角的变化,而扩展角决定着蒸汽腔上升时的波及范围;注采压差在蒸汽腔上升阶段起着重要作用,而在其横向扩展阶段作用开始减弱.因此在现场实践中,SAGD生产前期可以适当的提高注采压差,而在蒸汽腔横向扩展阶段适当的减少注采压差,这样可以降低发生汽窜的概率,从而达到最优经济效益.

致密油藏的压裂开采过程中,压裂液对储层孔隙中原油的渗吸置换作用,逐渐成为提高采收率技术的重点研究领域.然而,渗吸过程中不同尺度孔隙原油动用特征及其机理尚不明确,严重制约了压裂液体系的优化设计与开采工艺的合理选择.以鄂尔多斯盆地长 7 段致密油藏为研究对象,采用两性表面活性剂(EAB-40)作为清洁压裂液体系主剂,结合T1-T2 二维核磁共振与润湿性测试,系统研究表活剂浓度对储层界面性质及压裂液渗吸驱油效率的影响规律,揭示其微观作用机理.实验结果表明,EAB-40 通过协同降低油水界面张力(达10-2 mN/m量级)与诱导润湿性反转(接触角由 147°降至 57.34°),显著增强毛细管驱动力与原油脱附效率;当表活剂浓度为 0.1 wt%时压裂液体系综合驱油效果最优.渗吸过程中,小孔隙因水湿矿物集中,表面活性剂扩散引发润湿性反转,驱动原油由小孔隙T2＜1 ms向中(T2 介于 1～100 ms)、大孔隙T2＞100 ms高效运移.聚合物分子改善压裂液体系流变性能,促进束缚油、盲端孔隙残余油深度动用.实现"IFT降低—润湿性反转—粘弹性流控"三重协同渗吸机制.

多孔介质中多相渗流问题是油气藏开发领域重要的研究内容,由于我国地质条件复杂,岩石性质如渗透率、孔隙度等分布不均匀,复杂多相渗流问题的数值求解需克服系统的多变量、强非线性、计算量大以及保持变量的物理属性等难点.对于传统的不可压不混溶两相渗流模型,隐压显饱(IMPES)的半隐格式是求解该类问题的一类广泛使用的重要算法,即隐式求解压力方程和显式更新饱和度,但传统的IMPES方法在更新饱和度时需计算饱和度梯度,因此在求解复杂非均匀介质中的两相流问题中并不适用,Hoteit和Firoozabadi提出了改进的IMPES方法,使得改进后的方法可以预测非均匀介质中饱和度不连续的情况.由于前两种IMPES方法在更新饱和度时只选取其中一相流体的质量守恒方程进行计算,因此无法保证另一相流体亦满足局部质量守恒.这两种IMPES方法对压力方程的推导都是在偏微分方程连续层面加合各相的体积守恒方程而得,然后对压力方程和饱和度方程用不完全匹配的空间离散方法,所以无法同时保证两相流体逐相局部质量守恒.本文基于课题组近几年发表的求解两相渗流问题的几类新型IMPES半隐格式,提出了一种新型推导IMPES中压力方程的框架,即先对每相的体积守恒方程用局部守恒的空间离散方法做离散,然后加合每相离散的体积守恒方程,从而实现了压力方程和饱和度方程在空间离散上的完全匹配,从本质上克服了以往文献中的IMPES半隐方法无法同时保证两相流体均满足局部质量守恒的难点,使得新型IMPES方法保各相流体均满足局部质量守恒、饱和度保界,计算格式为无偏求解,且适用于求解非均匀介质中具有不同毛管力分布的两相渗流问题.本文提出的新型逐相守恒IMPES框架还有一个传统IMPES没有的优势,即新型逐相守恒IMPES框架中只需要定义体积守恒或质量守恒方程的空间离散方法,不需要单独定义压力方程的空间离散方法.课题组近几年发表的几类新型的IMPES半隐格式求解可以认为是本文提出的新型逐相守恒IMPES框架的特例,本文IMPES框架还可以应用于更复杂的多组分多相渗流,构造更多的新颖格式.本文同时通过非均质多孔介质数值算例,验证了新型IMPES方法在处理复杂地质条件下两相流问题的有效性和优越性,相比传统方法更具适应性,同时更稳定也更高效.

页岩油是我国潜力最大、最具战略性的石油接替资源之一,厘清压闷采过程中多孔介质内流体分布演化规律对提高页岩油采收率具有重要意义.本文采用多组分多相格子Boltzmann模型对页岩油压闷采过程中的渗流机理开展研究.首先使用Laplace定律、接触角、分层流动验证了模拟模型的准确性.随后基于济阳页岩扫描电镜图像,构建了包含顺层缝、网状缝和基质孔隙分布的页岩多孔介质结构.利用格子Boltzmann模型对页岩多孔介质内压闷采过程开展模拟,分析了压闷采不同阶段的流体分布特征,探究了不同闷井时间、储层润湿性和排液速度的影响.结果表明闷井阶段压裂液会在毛管力作用下渗吸进入网状缝并将内部的油相置换出来,随着闷井时间增加压裂液返排率趋于减小;水湿岩心相较于中性和油湿岩心具有更好的开发效果,压裂液利用率和基质内原油动用程度更高;较高的排液速度会使孔隙内的压力快速下降,不利于后续页岩油的生产.本文从孔隙尺度研究了页岩油压闷采过程中流体流动机理,为页岩油井合理生产制度的制定提供了支撑.

随着人工智能技术在油气勘探领域应用的不断深入,地质力学参数预测从传统方法向智能化转型已成为必然趋势.本文系统归纳分析了机器学习算法在岩石力学参数直接与间接预测,地层孔隙压力钻前预测、随钻监测和钻后评估,一维地应力和三维地应力场预测中的应用现状,对比了不同预测任务下的机器学习模型、输入参数、样本数据量、输出参数以及模型预测性能.研究发现:相比于室内试验、现场测试和经验模型计算,机器学习算法在地质力学参数预测方面的准确性、时效性和适用性具有明显优势;集成模型、深度学习模型和物理约束神经网络模型凭借其准确性、鲁棒性、泛化能力和可解释性,已成为当前研究的热点和重点;但现有研究以一维地质力学参数的钻后预测为主,因而无法有效进行钻前和随钻三维地质力学参数预测.为了加快地质力学参数向智能化、数字化转型,本文提出了一种地质力学参数智能预测框架,该框架考虑地震、测井、录井等多源数据对地质力学参数预测的影响,通过数据+物理双驱动的机器学习模型进行三维地质力学参数的预测,并通过正钻井数据进行模型的实时更新,从而实现区域三维地质力学参数的钻前预测、随钻监测以及钻后评估.此外,分析了地质力学参数智能预测面临的关键技术难题:①实现非结构化数据类型的转换,降低数据集复杂度,确保数据的一致性和可比性;②开展多源数据融合研究,构建包括地震、测井、录井、室内试验、现场测试等方面的多源数据集,并进行数据处理、特征选择等工作;③加强机器学习模型研究以提升性能,采用集成模型提升预测精度,融入机理模型和领域知识提升模型鲁棒性和可解释性.

针对页岩储层的低孔隙度、特低渗透率且中性偏油润湿特征,本文设计了相应的微流控毛细管束微观模型.基于该模型,研究了分子膜剂(DM)与表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵(STAC)复配体系改变微观模型润湿性情况.发现在DM(1000 mg/L)/STAC(浓度≤临界胶束浓度)条件下,在玻璃表面润湿改性接触角与STAC浓度呈正相关,接触角最大能达到100.51°,且为单层吸附,吸附平均厚度为2.064 nm;在DM(1000 mg/L)/STAC(浓度＞临界胶束浓度)条件下,在玻璃表面润湿改性接触角与STAC浓度呈负相关,吸附层为多层吸附.以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储层为研究对象,刻蚀出与孔喉直径等效的毛细管束模型,半径为 5 μm,流道深度为 5 μm.然后通过DM/STAC润湿改性,基于亲水润湿和润湿改性后毛细管束模型进行压差—流量法测试流体渗流规律.结果表明,流体在低速流动时,呈非达西渗流特征,具有启动压力梯度.并且,润湿性改变致使毛管力转向,从而影响流体渗流规律.

页岩的孔隙作为页岩气的主要储集空间,其结构特征直接决定了气体的赋存状态、富集程度及渗流机制.然而页岩气储层中有机孔的结构十分复杂,非均质性强裂,制约了储层的精细评价和动态开发.为明确我国南方下古生界页岩储层有机孔的三维结构特征,本文以黔北地区寒武系牛蹄塘组和志留系龙马溪组两套富有机质页岩为研究对象,针对这两套热成熟度差异显著的页岩层系,本研究综合运用有机质提取、低温氮气吸附以及聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)三维重构技术,系统表征了两套页岩有机孔的微观结构特征,并且基于氮气吸附和FIB数据,分别利用FHH和盒子计数模型评估了不同尺度下有机孔的孔隙结构复杂程度.研究结果表明,中等热成熟度的龙马溪组页岩(等效镜质体反射率Ro=2.1%～2.8%)有机孔十分发育,孔隙形态以气泡状、海绵状团簇为主,孔径主要介于200～450 nm,具有较高的比表面积(133.9～159.5 m2/g)和孔体积;与之相比,过成熟的牛蹄塘组页岩(Ro=3.0%～3.8%)有机孔的孔径较小(r=10～140 nm),其形态多呈不规则状或狭缝状,比表面积(30.9～31.4 m2/g)和孔体积较低.三维孔隙网络建模显示,在龙马溪组页岩中,有机孔孤立分布,连通性差,大孔(r>140 nm)贡献了总孔隙体积的 70%.牛蹄塘组页岩由于热演化程度较高,有机质发生缩聚形成微裂缝,提高了大孔(r>150 nm)之间的连通性;而小孔呈孤立分布,孔隙之间的连通性差,小孔贡献了总孔隙体积的64%.另外,两套页岩的有机孔分形表征显示,牛蹄塘组页岩的大孔具有更高的分形维数(D2=2.37～2.78),表明其孔隙结构更为复杂;而龙马溪组页岩有机孔的形态相对规则,这主要受有机质热演化程度控制.该研究不仅为不同热成熟度页岩的三维孔隙结构演化机制提供了系统认识,还为黔北地区页岩气储层评价和渗流开发提供了理论依据.

地震勘探在野外采集到的地震数据受随机噪声和相干噪声的干扰而导致信噪比被降低,从而影响地震资料的后续处理,例如地震偏移和成像.因此,开发一种高效且自适应的方法来衰减地震数据中的随机与相干噪声是必要的.常规的监督学习算法需要人工生成大量标签来训练网络,这对于数据体量较小的地震勘探领域是十分困难的.此外,基于监督学习的噪声衰减方法在计算和人力成本上十分昂贵.为了解决该问题,本文构建了一种基于无监督学习策略的自适应深度学习框架来衰减多维地震数据中的随机和不规则(异常值)噪声.该方法采用编码和解码相对应的结构来压缩和重构数据特征.为了提高网络对重要波形特征的关注,本文采用软注意力机制以加权的方式给重要的波形特征分配更大的权重.本文采用小尺度地震数据分割技术将多维含噪数据分割为大量一维信号输入到网络进行迭代,从而自适应的衰减地震数据中的随机和异常值噪声.这种小尺度信号去噪方法可以有效地提升网络的噪声衰减表现,并有助于避免产生伪影.本文采用更具鲁棒性的Huber损失函数来衰减随机和异常值噪声,该损失函数结合了带有l2 范数的均方根误差和l1 范数的平均绝对误差损失.此外,在构建的网络中加入总变分(Total Variation,TV)正则化项来捕捉地震资料的局部光滑结构.通过实验调整Huber损失函数与TV正则化项的权重,使得网络获取最佳的去噪表现.本文构建的方法可直接用于多维地震数据的随机和异常值噪声衰减,并保证重构后地震信号的横向连续性.我们将提出的框架与经典的地震数据去噪方法和基于无监督学习的噪声衰减方法进行去噪对比来分析各方法的优劣.二维和三维合成数据与实际地震数据的测试结果表明本文提出的方法具有更好的噪声衰减和有效信号保护能力.

深度学习善于从原始数据输入中挖掘其内在的抽象特征,十余年来,其在语音识别、语义分析、图像分析等领域取得了巨大成功,也大大推动了人工智能的发展.本文基于深度学习中广泛应用的卷积神经网络算法,以大庆油田某区块密井网数据为对象,开展自动地层对比试验.实验中,随机选取部分井作为训练样本,对另一部分井分层进行预测,并与原始分层数据比对进行误差分析.按照训练样本的井数据比例65％、40％、20％和10％,将实验分为4组,每组实验包括油层组、砂层组和小层级3个相互独立的实验.12个实验结果表明:训练量越大,地层级别越高(厚度越厚),自动对比效果越好;20％的训练量就可以较可靠地进行砂组及以上级别地层单元(厚度不小于10 m)的自动对比.该实验表明卷积神经网络算法能有效应用于依据测井曲线进行油藏规模地层自动对比,具有良好的发展前景.

塔里木盆地经过50多年勘探,证明该盆地油气资源十分丰富,其中,石油资源量120.65×108 t,天然气14.7×1012 m3.目前共发现油气田30多个,其中大型油气田12个,累计探明油气地质储量约23×108 t,天然气储量2×108 m3,油气产量年产3400×104 t油当量,塔里木盆地已成为我国第一大天然气区和油气储产量快速增长的地区.本文论述了塔里木盆地近期油气勘探重大进展、油气分布规律、油气资源潜力及下步勘探方向,对当前和今后油气勘探和科学研究有重要指导作用.

钻柱动力学是安全、高效钻井的基础,许多研究人员对此进行了深入研究,成果累累.然而,钻柱具有超大长细比,工作环境恶劣,非线性特征显著,使得钻柱的安全性面临严峻挑战,这在超万米特深井中尤为突出.因此,把握钻柱动力学研究历程,提炼钻柱动力学核心关键问题十分必要.本文在简要回顾 3 种基本钻柱振动形式的研究进展基础上,重点阐述了这 3 种基本振动的耦合振动的研究进展,详细讨论了粘滑和涡动这 2 种复杂振动的危害、形成机制、研究方法、测量技术和控制方法,并对近十年来备受关注的高频扭转振动(HFTO)的研究进展进行了归纳. 现有研究成果表明,涡动是井下钻柱最易出现的一种复杂振动形式,包括向前、向后规则涡动和不规则涡动形式,且大都体现为不规则涡动.其中,反向涡动对钻柱的危害很大,不但会加剧钻具的疲劳破坏,而且会降低钻头的机械钻速.粘滑振动是另一种危害极大的复杂振动形式,其形成机制在于钻头与岩石之间的相互作用,并可用速度弱化效应进行很好描述;粘滑振动与涡动密切相关,粘滑振动中的滑脱阶段的最大转速可能达到地面转速的 3 倍以上,并伴随着剧烈的涡动.而振动频率远高于涡动和粘滑振动的高频扭转振动的危害不容忽视,但相关机理远未探明,迫切需要攻关研究.

陆相页岩油是一个全新领域,近期的勘探实践已在鄂尔多斯盆地、松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地等不同页岩层系取得了重要进展,截止2022年底,页岩油探明、控制、预测三级地质储量达44亿t,2022年产量达318万t.页岩油勘探理论和技术也取得了一系列进展,创新了有机母质类型分析与有机质生排烃实验、储层表征技术、页岩油赋存状态与含油性分析、保压取心与现场测试等页岩实验测试分析技术,基本上能满足页岩油相关实验测试要求;在细粒沉积与有机质富集机理、陆相页岩纹层结构与组合类型、储层孔缝结构与储集性、页岩油富集机理取得了一系列新的认识,指导了重点地区选区选带评价研究.研发了烃源岩品质测井评价、储层品质测井评价、工程品质测井评价、岩石物理敏感参数分析和定量预测、多任务学习储层参数预测、各向异性地应力预测、水平井地震地质导向评价、富集层(甜点)综合评价等技术,并推广应用,在页岩油储量提交、甜点区优选、水平井部署、随钻导向预警和钻完井工程改造方面提供了重要且面向全周期的技术支撑.但陆相页岩油规模勘探与效益开发目前还面临诸多挑战,必须建立全新的研究内容与研究重点,特别需要把研究精度升级并要加强微观研究,加强固/液/气多相多场耦合流动机理研究,加强多学科交叉研究等,以建立页岩油成藏新学科.

储层物性参数是表征储层储集与渗滤流体能力的重要参数,测井解释是获取物性参数的重要途径,是一个复杂非线性回归任务.针对已有物性参数测井解释方法在小样本学习条件下的泛化能力不足这一问题,本文首先提出了基于聚类分析的样本优选方法,通过K均值聚类划分样本的空间结构,根据样本在空间结构中的分布优选学习样本,从而最大化学习样本的多样性;然后提出了基于层次化残差神经网络的物性参数测井解释方法.方法在全连接神经网络基础上引入 4 种机制:(1)引入残差连接学习输入与输出间的残差映射,深化小样本的复杂物性特征提取过程;(2)引入集成学习整合多种不同机器学习方法,通过算法多样性降低过拟合风险;(3)引入多任务学习联系起孔隙度解释和渗透率解释这两个任务,以提高小数据情况下单一任务的泛化性;(4)引入二次加权均方根误差损失函数,降低高渗储层的物性解释误差.在实际研究区中设计的 90 组对照实验的分析结果表明,基于聚类分析的样本优选方法能够有效提升多种机器学习模型在小样本条件下的泛化能力;基于本文提出的层次化残差神经网络进行研究区孔隙度与渗透率测井解释,解释结果的决定系数分别达 88%、94%.与已有的多种方法相比,本文方法基于分布特征的样本选择及多任务协同等方式的算法优化有效提高了岩石物理数据的特征表征,方法的物性解释精度更高、泛化能力更强,在取心盲井上的精度分别领先 12和20个百分点.

针对鄂尔多斯盆地锦58 井区开发过程中存在的高含水、气水同出等问题,开展基于致密砂岩储层孔喉尺寸划分结果评价不同储层因素对可动流体的影响,有助于从微观角度明确气体分布规律.以下石盒子组 10 个典型致密砂岩样品为例,采用铸体薄片观察、扫描电镜观测、X射线衍射分析、高压压汞及核磁共振实验,利用多重分形理论及核磁共振参数转化孔喉分布方法,评价储层参数对不同尺寸孔喉内部可动流体分布的影响.研究结果表明,根据压汞曲线形态及参数可以将孔隙结构划分为3 种类型:Ⅰ类样品孔喉尺寸分布曲线呈双峰状,物性和孔喉连通性较好;Ⅱ类样品孔隙孔喉尺寸分布曲线呈单峰状,孔喉以中孔为主,分选较好,受限于孔喉尺寸,储层物性差于Ⅰ类样品.Ⅲ类样品孔喉尺寸分布曲线小孔为主峰,大孔为次峰,其物性非均质性最强.据孔喉尺寸及分形特征曲线转折点可以将储层孔喉划分为大孔(0.1～1 μm)、中孔(0.01～0.1 μm)和小孔(0.001～0.01 μm).可动流体主要大孔和中孔内部,其中大孔含量对可动流体的含量起决定性作用,而中孔在占比较高的情况下具有一定的储气潜力,小孔含量则对可动流体分布影响不大.脆性矿物的含量主要影响大孔内部的可动流体含量,而黏土矿物的含量对不同尺寸孔喉内部的可动流体含量均产生不利影响.不同尺寸孔喉所贡献的孔隙度与可动流体含量成正相关,但受限于储层连通性的影响,随着孔喉尺寸的降低,其相关性逐渐下降,而渗透率则控制着不同孔喉尺寸内部的可动流体分布.孔喉结构参数中,较高的分形维数对储层整体及不同尺寸孔喉内的可动流体分布均有不利影响.而受限于不同孔喉尺寸对物性的贡献,最大进汞饱和度参数仅可用于表征大孔内部的可动流体分布.

目前在天然气管道应急抢修过程中氮气置换工艺的选取主要依据经验进行,具有一定的盲目性.为增强其理论指导性,文章利用Stoner Pipeline Simulator(SPS)软件对川气东送某事故管段建立了动态物理模型,并分析了破损口综合特征(位置及大小)对氮气置换工艺的影响.分析了破损口位置对单端注氮氮气置换工艺总置换时间的影响,结果表明单端注氮时选取远端注氮工艺总置换时间较短.分析了破损口位置、破损口当量直径对单/双端注氮总置换时间的影响,结果表明破损口当量直径和破损口位置的耦合作用共同决定单/双端注氮工艺的优选结果.单/双端注氮工艺优选存在与破损口状态及破损口位置相关的"转换相图",可通过破损口状态以及破损口位置在"相图"中的位置优选氮气置换工艺,对工程实际具有重要理论指导意义.

针对牙哈储气库钻井中油基钻井液体系在高—低温循环条件下流变性恶化且堵漏承压能力不足难题,研发了一种温敏型抗高温提切剂RHT,并优选堵漏材料和配套处理剂,构建了一套抗高温防漏堵漏油基钻井液体系.通过红外光谱、核磁共振氢谱、热重曲线和DSC分析等表征手段,深入分析了RHT的分子结构、热稳定性及温敏特性,系统评价了其在乳液和油基钻井液中的流变性调控作用.实验结果表明:RHT显著改善乳液的剪切稀释性和触变性,且在高低温循环条件下具有良好的流变性调控能力,80℃条件下,体系动切力提升 87%,塑性黏度无增加;220℃时,动切力提升 220%,动塑比为 0.49 Pa/(mPa·s).经 220℃老化后的钻井液体系保持了较强的携岩性能,并能够有效封堵 20～40 目砂床和 1～3 mm缝板,最大承压能力 8 MPa.该体系在牙储-X井的现场应用中,显著改善了钻井液的携岩与堵漏性能,减少了漏失与卡钻等复杂问题,为牙哈储气库的高效开发提供了有力的技术支撑.

与岩溶相关的碳酸盐岩缝洞型油藏在全球油气田开发中占据重要地位,尤其在深层—超深层条件下,其内部结构和充填改造作用表现出高度复杂性.明确古岩溶洞穴中充填物类型及充填程度,对储集空间有效性评价、开发策略优化及剩余油挖潜具有重要的理论和实际意义.本文在大量文献调研的基础上,系统梳理了岩溶洞穴充填相和洞穴碎屑充填相划分的方案,总结了洞穴内部充填结构地质认识的主要理论进展.通过调研古岩溶洞穴充填物识别与预测、充填程度判识的技术进展,总结了目前塔河地区构建的岩溶洞穴充填模式.研究表明洞穴充填相的识别研究进展主要体现在:①现代地表洞穴碎屑质充填相成因类型和古岩溶洞穴充填的划分;②针对于洞穴充填物的识别与预测、洞穴充填程度的判别.早期采用的方法普遍为利用测井和地震资料的定性、半定量化方法.随着人工智能技术的兴起,利用机器学习强大的泛化能力进行充填物、充填程度的识别与预测成为该领域的前沿技术研发方向;古岩溶洞穴充填模式建议在古岩溶缝洞系统的层次性结构框架内,利用水文地貌与洞穴发育部位的耦合关系,并结合实钻井揭示(或是采用预测手段)的洞穴内部充填物类型进行构建.在岩溶洞穴充填作用研究方面存在以下问题:①古岩溶洞穴充填物类型的划分依据主要是岩石物理组分的差异,而并没有体现充填物形成的动力学机制;②针对洞穴充填物的识别精度不足,导致无法完整地识别洞穴内部充填物序列;③目前普遍利用地震反演技术得到的洞穴充填预测的结果只能对泥质含量进行预测,无法对所有充填物充填程度进行准确评价,因而古岩溶暗河网络充填程度空间差异分布预测仍待深入攻关.基于目前存在的问题,本文认为利用人工智能技术开展洞穴充填物类型和充填程度的识别与预测是大势所趋.如何提高样本集的代表性、预测网络的准确性和泛化度是未来攻关的方向.

低渗透油藏注CO2 开发中,CO2 溶于水后形成的碳酸水能够有效改善渗吸效果,进而提高油藏开发效益.本文通过测量油水界面张力、接触角和渗吸采收率,探究了温度和压力对高压CO2 作用下低渗透岩心渗吸采油的影响规律.结果表明,升高温度和增加CO2 压力均可改善油水界面特性,提高渗吸采收率.8 MPa时,温度由 20℃升至 80℃,界面张力增大 2.25 mN·m-1,接触角减小 15.2°.温度对油水界面特性的影响显著强于CO2溶解度,随着温度升高,CO2 溶解度减小,但界面张力增大,岩石亲水性增强,并且原油流动性增强,故渗吸效率提高.80℃时,压力由 4 MPa升至 10 MPa,界面张力减小 3 mN·m-1,接触角减小 18.4°.压力通过改变CO2 在液相中的溶解度来影响油水界面特性,随着压力升高,CO2 溶解度增大,界面张力减小,岩石亲水性增强,原油流动性也增强,继而渗吸效率有效提高.升温和增压在提高渗吸效率方面存在一定的协同效应,两者共同作用下,虽界面张力仅有小幅减小,但岩石亲水性明显增强,加速了基质孔喉中原油的逸出,有效提高了低渗透岩心渗吸采收率.研究结果丰富了渗吸采油机理,能够为低渗透油藏注CO2 开发提供理论参考.

中上扬子地区在早寒武世沉积了一套富有机质页岩层系,是该地区页岩气勘探的优选层位之一,揭示该套富有机质页岩形成机制对于准确认识海洋生物环境系统与地球资源内在联系具有重要意义.本文以雪峰隆起西缘下寒武统牛蹄塘组斜坡相海相页岩为研究对象,分析了其沉积古环境特征,揭示了斜坡相海相页岩有机质富集主控因素.结果表明,研究区牛蹄塘组有机质丰度高,下段TOC整体要高于上段.沉积地球化学分析显示,研究区牛蹄塘组页岩整体具有高古生产力水平,处于贫氧—厌氧甚至硫化的强还原环境,沉积晚期较早期还原程度逐渐降低.牛蹄塘组页岩整体处于中等滞留环境,因处于斜坡带,陆源碎屑输入程度较低,且热液活动相对较弱.牛蹄塘组有机质富集主要受控于古氧化还原条件,但上升洋流作用为有机质富集奠定了基础.牛蹄塘组沉积早期,上升洋流带来的营养元素促进了初级生产力,造成藻类生物勃发并引发后续的细菌硫酸盐还原作用(BSR)和海水缺氧硫化;牛蹄塘组沉积晚期,水体逐渐变浅,还原程度下降导致有机质丰度较早期要偏低.成果对深化海相富有机质页岩形成机理认识具有重要意义.

涪陵页岩气田南部白马构造带自下古生界海相页岩生气以来,经历了多期构造运动,构造变形复杂且差异性强,这对页岩气藏含气量具有控制作用,使得成藏模式多样,限制了勘探开发进程.本文通过三维地震精细解释,结合系列岩心、钻测井资料,分析白马构造带构造特征与演化过程,在此基础上建立了页岩气富集成藏的三种模式.研究表明:(1)白马构造带主要发育北东向构造,表现出纵向分层与东西分带的差异变形特征.纵向上被寒武系覃家庙组膏盐层、志留系龙马溪组泥页岩层和三叠系嘉陵江组膏盐层三套滑脱层划分为上、中、下及前寒武系四套构造变形层.平面上自西向东可划分为断褶变形带与宽缓向斜带.(2)燕山晚期为构造变形活跃期,江南—雪峰造山作用产生自南东向北西的挤压,形成白马构造带主体北东向构造.喜山期为构造改造及定型期,印欧板块碰撞与青藏高原向东逃逸的远程效应引起四川盆地发生逆时针旋转,在川东地区表现为右旋剪切作用,发育走滑剪切带.白马构造带受到近东西向挤压,先存的北东向构造受到改造,向北逐渐转为近南北向.(3)白马构造带可划分为低压破碎背斜型、常压宽缓向斜型与常压平缓斜坡型三种页岩气富集成藏模式.其中,白马南斜坡页岩气富集保存条件较好,单井含气量高,白马向斜核部与东翼次之,单井含气量较高,北翼较差,单井含气量略低;石门—金坪背斜带不利于页岩气富集保存.

本文详细阐述了渗流力学经典理论——达西定律的发展历程及其适用条件,并从Navier-Stokes(N-S)方程推导出了达西定律在多孔介质中的毛细管渗流和裂缝渗流中的数学表达式.文章指出了当前达西定律应用中存在的 8 大问题,并综合分析了渗流力学理论在油气田开发中的主要挑战.针对这些挑战,本文提出了一系列对策和思考.文章强调指出:构建多尺度、多物理场耦合模型并借助AI科学计算是揭示油气储层复杂真实流动机制,填补目前理论空白的必由之路.建议指出:进一步发展核磁共振、电镜扫描及智能数据与图像处理等高精度实验技术,以直观展现流体在储层中的流动行为和过程.最后,建议综合运用实验研究、新理论模型建立和AI科学研究方法(AI for Science),突破油气渗流力学理论中目前遇到的挑战.研究成果可为我国高校、科研机构和研究者开展石油科学理论研究和课题立项提供重要参考,同时可为我国油气资源可持续进行科学和技术战略规划提供强有力的技术支撑.

为获取煤层气藏气水相对渗透率实际变化特征,进一步深化对煤层气藏气水产出规律的认知,构建了结合煤层气藏实时动用情况的煤层气藏相对渗透率动态计算方法.该方法首先通过多煤层全过程耦合流动模型对目标单煤层或多煤层进行产量历史拟合,获得储层和流体的基本物性参数.而后,基于得到的基本物性参数开展煤层气井全生产周期产能预测,同时,根据储层压降漏斗的实时扩展规律对储层参数进行平均化处理,并结合流体的实际运移情况计算煤层气藏气—水相对渗透率曲线.研究结果表明:本文提出的煤层气藏相对渗透率动态计算方法可在对煤层气藏内部动用情况实时定量分析的基础上,动态计算煤层气藏实际气水相对渗透率.通过本文提出的方法计算得到的气相相对渗透率曲线上存在反转点,其反应储层中的解吸气开始稳定、连续的供应.若不考虑储层压降漏斗实际扩展规律,对储层参数进行全域平均,计算得到的煤层气藏气水相对渗透率将偏低.对于多煤层气藏,窜流效应导致的层间流体质量交换和储层压力下降不可忽略,生产3 y时气相窜流量与产气量比值可达 0.57,水相窜流量与产水量的比值可达 0.69.忽略窜流量条件下计算得到的煤层气藏气水相对渗透率偏低,仅为考虑窜流量条件下的 42.89%和 24.40%.在煤层气井实际生产过程中,含水饱和度保持在较高值,大于40%,受高含水饱和度的制约,煤层气藏气相相对渗透率值较低,小于 0.2.

高分辨率地震数据在地震数据处理中扮演着关键角色,特别是当地震勘探目标变得越来越复杂时,它可以提供更准确的储层识别和描绘.近年来,随着深度学习技术的快速发展,它越来越多地被引入到高分辨率地震数据处理中.基于大量标记数据,建立了低分辨率地震数据和高分辨率地震数据之间的复杂非线性关系.然而,深度学习在高分辨率数据处理中的精度与稳定性高度依赖于训练集的准确性与多样性.深度学习技术在生产中实际应用的主要挑战之一是稀疏的井数据,这经常导致训练集受限.为了解决这个问题,本文提出了一种基于深度学习的高分辨率处理方法,通过使用大量逼真的训练集,将井数据所表示的分层结构与地震数据所表示的空间地质结构相结合.建立训练集包括三个步骤:(1)使用井数据计算波阻抗序列,并利用高斯匹配函数拟合波阻抗高频部分的振幅分布,得到一个概率密度函数,最后生成一系列符合井数据统计分布的波阻抗序列.(2)在波阻抗序列的基础上,建立二维水平分布的波阻抗模型,并逐步添加折叠变形、倾角变形和断层变形,生成包含各种地质模式的二维阻抗模型.(3)使用阻抗模型计算反射系数,然后用反射系数模型分别卷积低频和高频子波,得到训练集.通过自动生成具有地下地质信息的大量训练集,训练的网络可以估计稳定而准确的高分辨率结果.深度学习的框架由两个部分组成:提取输入数据特征的编码部分和通过提取的特征重建输出的解码部分.此外,残差模块被整合到框架中,使网络更有效地从训练集中提取特征进而提高网络性能,从而实现计算精度和效率之间更好的平衡.通过模型数据和实际数据的测试,本文提出的方法相比于传统深度学习方法对噪声具有更好的鲁棒性,可以产生更精确且横向连续性更好的高分辨率结果.

地层孔隙压力是油气井从设计到完钻过程中重要的基础数据,准确计算地层孔隙压力是保障钻井安全、提高钻井效率的重要前提.为了克服传统地层孔隙压力计算方法精度不足、计算效率不高的问题,本文考虑到钻井与地层沉积均为序列性和非线性过程,提出了将长短期记忆神经网络(LSTM)和误差反向传播神经网络(BP)相结合计算地层孔隙压力的方法,利用LSTM层提取钻-测-录多源数据中的序列性特征信息,经过BP层构建特征信息与地层孔隙压力之间的非线性映射关系.通过对油田现场钻测录数据进行清洗并综合相关性分析和钻井经验知识优选了18种输入参数,对LSTM-BP地层孔隙压力计算模型进行训练和测试,并采用网格搜索法对LSTM-BP神经网络模型的5种模型超参数进行了优选,效果最优的单井计算模型和邻井计算模型的平均绝对误差分别为4.92 MPa和2.34 Mpa,均方根误差分别为6.65 Mpa和3.03 Mpa,平均相对误差分别为4.36％和8.31％.最后与传统BP模型、LSTM模型和支持向量机(SVM)模型的最优结果进行对比,结果显示,本文所建立的LSTM-BP神经网络模型精度均高于BP模型、LSTM模型和SVM模型,表明所提出的LSTM-BP地层孔隙压力计算模型具有较高的计算精度.

干热岩地热是一种具有独特优势的清洁可再生能源,具有储量大、分布广、低碳环保、稳定高效等特点,实现干热岩地热资源的高效开发对于推动我国能源结构转型和绿色低碳发展具有重要意义.本文从干热岩地热资源分布和成因类型出发,介绍了我国干热岩地热资源禀赋和热源机制,阐述了干热岩地热的主要开采方式和国内外研究现状,结合已建和在建的增强型地热系统(EGS)示范工程,系统剖析了干热岩EGS开采所面临的钻井建井、压裂造储及取热优化3大挑战,并从基础科学研究层面给出了未来攻关思路:以"岩体表征—钻井建井—压裂造储—流动取热—集成调控"为主体路线,探究干热岩破碎动态力学响应特征与缝网连通机理,阐明热储取热过程中热—流—固—化多场耦合关联机制,形成干热岩钻井建井、压裂造储与取热调控理论及新方法,为干热岩地热资源高效开采奠定理论和方法基础.

传统井壁失稳力学机制研究主要采用弹塑性静力学和孔隙弹性模型,忽略了井眼钻开瞬间引起的孔隙弹性动力学效应,无法解释超低渗透地层井壁围岩破坏的本质.本文基于Biot多孔介质弹性动力学理论,建立了多孔弹性地层各向异性应力场中井壁瞬时失稳力学模型,借助傅里叶变换将二维非均匀地应力场控制方程组分解为两个一维问题,分析了数值求解的收敛条件,模拟了井壁瞬时破坏动态演化过程及多孔弹性无因次参数对瞬时破坏的影响.研究表明,新模型计算出的井周孔隙压力场、有效应力场及切向与径向的有效应力差比经典孔隙弹性力学解大,在最小地应力方位井壁围岩易发生剪切破坏且破坏区域随时间增大,岩石孔隙流体饱和度对井壁瞬时失稳影响最大,饱和流体越多,井壁围岩失稳风险越高.本文所建立的孔隙弹性动力学模型为井壁失稳机理分析、井筒液柱压力设计提供了科学基础,并对超低渗透致密储层井壁失稳控制具有重要的工程意义.

鉴于油井生产过程中流体分布的复杂性和流动变化的随机性,正在兴起的多相流动测量与成像研究遇到严重挑战,尤其是敏感场构建、多模信息融合和流动图像重建等关键技术亟待突破.电磁全息方法旨在根据探测物理场特性,基于成像测量理论,研究建立全新的双模敏感场,对传感器采集信号的实部和虚部信息进行融合,探索高效适用的全息成像方法,并通过模拟流动测量实验检验全息成像可行性和精确度.研究表明,全息测量数据特征区别明显,能够充分突出各相流体导电特性与介电特性的差异;全息测量敏感场相比原有敏感场更加适用于油井多相流动电磁全息方法;基于双模融合的全息成像方法有益于提高全息成像精度.流动模拟测量检验结果表明,油井多相流动电磁全息方法是可行的,具有良好的应用前景.

在微地震监测过程中,压裂区域的应力状态对于水力压裂的效果有着不可忽视的影响,但是由于压裂区域裂缝形态交错,应力场较为复杂,往往很难有效地获取较为准确的应力状态.本文将探究应力场的复杂程度对于应力反演的影响,通过数值模拟均一应力场条件下和复杂应力场条件下的震源机制解,利用Vavry?uk的迭代联合反演方法进行应力反演,并对反演结果进行误差分析.发现均一应力场作用下震源机制的不确定性对于求解应力模型的影响不大,但是会对滑动方向的误差统计带来一定程度的影响;在复杂应力场的条件下进行应力反演,滑动方向的误差值会随着应力场复杂程度的增加而增大,并且比震源机制的不确定性造成的误差值大得多.此外,当应力场的复杂程度增加到一定水平时,反演得到的单一应力模型将使得相当一部分断层面无法满足摩尔—库伦破裂准则,这种反演结果是不可取的.本文还选择了与数值实验有相似特征的两组实际数据,大庆油田某压裂井和长宁区块的某压裂井监测数据,分别进行应力反演和误差分析,用以验证上述结论.

超临界二氧化碳(SC-CO2)压裂改造非常规储层具有提高油气产量、储层无污染、节约水资源、埋存CO2等优点,受到了工业界和学术界的广泛关注.本文综述了目前室内SC-CO2压裂实验方法、裂缝起裂扩展特征与机理,以及存在的问题并给出建议.SC-CO2与岩石的"热(T)—流(H)—力(M)—化(C)"多场耦合作用机理为诱导应力和弱化断裂性质两方面.诱导应力方面包括:SC-CO2低黏度和高扩散性导致的孔隙压力场和热应力场,共同降低有效应力并诱发天然裂缝的剪切破坏(TH-M);SC-CO2相变释放的能量以冲击载荷和热应力的形式促进裂缝动态扩展(TH-M).弱化断裂性质方面包括:零表面张力的SC-CO2可进入微裂纹尖端,降低裂缝扩展所需的缝内净压力(H-M);SC-CO2吸附在微裂纹表面,降低裂缝失稳扩展所需的临界应力(C-M).因此,SC-CO2压裂易于形成以I-II混合型破坏为主的多裂缝,适合改造裂缝性致密储层.未来应积极开展SC-CO2三维裂缝扩展实验模拟,进行裂缝特征重构和定量评价,利用理论模型和数值模拟研究方法,实现研究尺度的升级,加快SC-CO2压裂工业应用进程.