油气钻采过程中地质的不确定性、井下实时工况的不可见性、工程仿真的复杂性阻碍了其科学高效的设计及施工.数字孪生技术能够提供实时智能且可视化的方案设计和工程决策,但缺乏针对油气钻采的系统建模方法.对此,本文首先剖析油气钻采数字孪生的国内外研究及应用现状,进而应用成熟度指标定量评价该技术的发展程度;其次,逐次提出油气钻采数字孪生模型的建模方法,包括建模流程、拆分策略、装配及融合架构、建模工具,并以钻井井壁稳定和海上生产系统为例,介绍数字孪生在钻井与开采方面的应用案例;最后,分析困难与挑战并提出发展建议.研究发现,相对制造业,钻采孪生多处于可视化阶段,整体成熟度偏低.油气钻采系统的复杂需求被拆分为若干清晰且较容易实现的子需求;基于需求分析将建模对象在粒度、维度、生命周期上拆分为不同的子模型,通过模型层、功能层、需求层逐层装配子模型,进而实现多维度、多领域模型间的融合.同时,需要在模型管理、数据管理和工程仿真方面完善方法和提高效率.此外,钻采孪生面临多源异构数据选择与融合困难、子模型定义模糊、模型验证不清的问题,以及复杂动力学过程、多部门多任务协同、自主软件工具开发方面的挑战.综上,本文提出的数字孪生模型构建方法和案例能为油气钻采工程提供方法指导和应用参考.

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.

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.

断控缝洞型油气藏在塔里木盆地碳酸盐岩领域勘探开发中占有着重要的地位.针对不同断裂、同一断裂不同段油气开发效果差异明显、油气富集特征不清晰,影响了超深层高效开发效果的问题.以塔里木盆地富满油田一间房组—鹰山组为例,采用钻井数据、高品质三维地震数据和生产动态数据,开展超深走滑断裂对油气富集程度的控制作用研究.结果表明:①断裂带控制油气富集主要受断裂与烃源岩接触关系、优势运移通道及储集体规模三方面因素控制;②通过已钻井生产效果的对比分析,构建了通源性、断裂疏导、储集体储量规模与油气富集的定量关系,完善了一套超深断控油气藏差异化富集程度的评价计算方法;③深大断裂通源性是断控油气藏富集程度的重要影响因素,断裂与烃源岩接触关系好、运移通道上下连通性好、有效储集体规模大的油藏富集程度高.利用新方法对富满油田 19 号断裂油气富集程度进行评价,其结果与钻探成果符合率达 92%.基于断控缝洞体油藏断裂"三性"分析新认识,形成了一种断控缝洞型油气藏富集程度评价方法,并对塔里木盆地其他类似油田高效开发实践具有较好的借鉴意义.

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.

暂堵转向压裂是非常规油气资源开发过程中的重要增产改造手段之一.通过对国内外暂堵转向压裂技术文献的整理,从暂堵转向压裂机理、材料和工艺3个方面对暂堵转向压裂技术的发展进行了总结.首先,暂堵转向压裂过程包括3个关键步骤:暂堵剂运移、封堵、裂缝转向.不同暂堵剂颗粒的运移分异行为影响了其后续的封堵过程,进而影响新缝的开启,三者紧密相连.其次,在现场应用的暂堵剂种类繁多,包括固体颗粒、纤维、凝胶、泡沫等类型,需要根据储层特征优选适合的暂堵剂,特别是考虑其耐温性、降解性以及承压能力.目前,可降解颗粒和纤维暂堵剂是主流的发展趋势.最后,暂堵转向压裂技术具有广泛的应用场景,其效果得到多种监测手段的证实.在作业过程中需要根据暂堵剂类型的差异采用不同的加注方式,暂堵剂用量和加入时机可根据管外光纤、高频压力监测等多种先进技术手段进行优化设计.随着这些先进技术的应用与推广,暂堵转向压裂作业终将实现实时调控与优化.

西江30洼位于惠州凹陷西南部,由于前期深层地震资料差、钻井少等原因,研究区地质研究及油气发现主要集中在浅层,而对深层文昌组关注相对较少,缺少系统的源汇体系分析及有利砂体预测,制约了该区勘探进程.利用最新三维地震资料和钻井资料,在"源-汇"理论指导下对西江30洼陡坡带文昌组沉积体系进行了系统研究.结果表明:惠西低凸起中生界花岗岩为西江30洼提供物源,源区发育6个汇水单元,对应6个沟谷通道,并定量统计了汇水面积、集水高差、搬运距离、沟谷类型、宽深比等参数.基于地震沉积学及构造背景分析,认为西江30洼陡坡带垂向上发生了由扇三角洲向辫状河三角洲沉积体系的转换,文四段发育扇三角洲沉积,可识别出5个扇体,文三段发育辫状河三角洲沉积,可识别出3个朵叶体.惠州运动所引起的裂陷迁移和古地理格局的变化是西江30洼陡坡带发生扇-辫沉积体系转换的主要原因.通过源汇各要素相关性分析,明确汇水面积和搬运距离是控制西江30洼陡坡带砂体发育规模的主控因素,并指出F汇水单元输砂能力最强,其对应的文四段扇体4和文三段朵叶体3,展布规模最大,地震相特征最优,有利于优质储层发育,是下步勘探的有利区带.通过以上分析指明了西江30洼陡坡带文昌组勘探的有利方向,并且对陡坡型源汇体系研究提供了独特案例.

西湖凹陷平湖斜坡带北部孔雀亭含油构造油气资源丰富,但成藏过程复杂,其油气来源和充注过程尚不明确.通过油源对比及流体包裹体岩相学、均一温度、盐度、结合激光拉曼测试等多种方法,对孔雀亭构造油气来源、油气充注期次和成藏时间进行了分析.研究表明孔雀亭地区烃源岩主要分布在古近系始新统沉积的平湖组、宝石组地层,烃源岩类型包括煤、碳质泥岩和泥岩,有机质类型为Ⅱ1—Ⅱ2型;平湖组上、中、下段和宝石组烃源岩总有机碳含量(TOC)、生烃潜力(S1+S2)、氢指数(HI)等指标有所差异,其中平下段烃源岩有着较高的总有机碳含量;平湖组、花港组砂体多层系含油,油气地球化学性质均有差异,油源对比显示该区油气可划分为2类,Ⅰ类较低成熟度的油气来源于孔雀亭地区中低带平湖组下段烃源岩,Ⅱ类较高成熟度的油气可能来源于中低带宝石组烃源岩;平湖组储层发育2期流体包裹体,第1期气液两相包裹体发黄色、黄绿色、蓝绿色荧光,因经历再平衡作用,认为其捕获均一温度为130～140°C,成藏时期为5～2 Ma,以轻质油和凝析油充注为主;第Ⅱ期天然气包裹体呈灰色,无荧光显示,未经历再平衡作用,结合主峰均一温度140～150°C,认为成藏时期为2 Ma至今,以天然气充注为主,呈现晚期充注特征.激光拉曼检测到包裹体中含有沥青质,推测晚期可能伴有气洗作用.研究认为孔雀亭构造油气主要成藏时间为三潭组沉积至今,具备优良的储盖组合与构造演化的时空配置,具有"早油晚气,晚期成藏"的充注特点.

储层可压性评价是提高非常规油气压裂均衡改造效果的先决条件之一.目前储层可压性评价主要依赖测井数据理论解释岩石力学参数,应用效果不均衡.本文利用钻头破岩数据直接反映岩石力学参数的特点,以钻录井和测井数据驱动聚类储层可压性,建立了基于SOM无监督聚类算法的储层可压性聚类模型,手肘法确定最优聚类数,形成了压裂布缝位置参数优化方法.针对塔里木盆地巨厚储层典型直井,开展了三簇射孔布缝位置优选设计.结果表明,钻井钻时、dc指数、钻压、扭矩和测井地层电阻率、声波时差和中子等参数与储层可压性显著相关,可作为特征参数;所建立的模型可有效区分储层可压性沿井筒轴向的差异性,优选同类别储层可压性井段布置裂缝,有望提高均衡压裂改造效果.

研究了不同硅铝比NaY沸石先混合再进行铵离子交换和水热处理对USY沸石孔结构和酸性质的影响.对改性所得的USY沸石进行X射线衍射、低温氮气物理吸附脱附、固体铝核磁、氨气程序升温吸附脱附、扫描电镜、投射电镜等表征分析,结果表明,混合改性所得USY沸石的相对结晶度为70％,孔分布比较集中,介孔体积为0.200 cm3·g-1,最可几分布为10 nm,酸量较高.与高硅铝比NaY沸石单独改性所得USY沸石相比,能明显提高介孔体积和酸量.与低硅铝比NaY沸石单独改性所得USY沸石相比,能提高相对结晶度和酸量.与两种硅铝比NaY沸石分别改性后再进行机械混合所得的混合USY沸石相比,提高了酸量.混合改性USY沸石既含有丰富的介孔,又保留了较高的酸量.以重油为原料的催化裂化评价结果表明,混合改性所得USY沸石制备的催化剂与对比催化剂相比具有较好的重油转化能力,汽柴油总收率达到61.96wt％,焦炭收率为8.23wt％.

社会技术系统的日益复杂不仅滋生了更多潜在的安全问题,也促进了安全思维的不断改变.安全思维由基于事后响应的被动式管理向基于实时监控的主动式管理转变,事故模型也从简单线性思维发展到复杂系统思维.对事故模型功能和内涵的深刻理解有助于针对具体实际问题进行模型优选与开发.目前鲜有研究对安全思维及其与事故模型的关系进行深入探究,缺乏对各事故模型的特点、适用性和局限性的综合分析.本文在总结分析安全理念和思维发展历程的基础上,将事故模型划分为基于事件的因果链式模型、基于系统理论的事故模型和基于安全屏障的事故预测模型,从模型起源、功能和适用性等方面对3类模型中的代表性模型进行了综合分析,通过对比不同类别模型的优缺点和应用前景,展望了事故模型面临的挑战和未来的发展方向.

中东地区低渗孔隙型碳酸盐岩油藏开发潜力巨大,但其储层物性差,渗流能力低,压裂改造是解锁其商业潜能的关键手段,对达成中国石油"高速开采、快速回收"的开发目标具有重要意义.本文针对该类油藏压裂改造方式不明确,改造后单井产能差异较大等开发难题,开展了基于物模实验的合理储层改造方式论证和基于数模模拟的改造方式优化设计.通过真三轴物理模拟实验验证了低渗孔隙型碳酸盐岩储层压裂的可行性,明确了胍胶和滑溜水在压裂裂缝形态上的差异性.使用井下全直径岩心制作岩板,基于支撑剂导流能力实验确定了最佳支撑剂粒径和配比.基于中东某油田S油藏测井数据,建立了典型的地质力学模型和数值模拟模型,以净现值为目标,优化了低渗孔隙型碳酸盐岩压裂施工参数并形成配套施工工艺.研究结果表明:对于天然裂缝不发育或发育较少的低渗孔隙型碳酸盐岩储层,可使用水力加砂压裂进行储层改造,室内岩心压裂改造实验显示,利用滑溜水和胍胶的混合压裂液可形成相对复杂的裂缝形态.相同闭合压力下,支撑剂粒径越大,相应的导流能力越大.70～140目粒径支撑剂在30 MPa闭合压力下其导流能力不足3 D·cm.对于S油藏,当压裂段数为6段、射孔簇数为4簇、每段压裂液340 m3、每段支撑剂50 m3时,压裂效果最好.现场应用结果显示压裂效果良好.该研究成果对中东低渗孔隙型碳酸盐岩油藏经济高效开发具有一定的指导意义.

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.

天然气水合物是一种清洁高效的潜在替代能源,提高开采效率对促进其产业化发展具有重要意义.本文借助开源程序HydrateResSim,针对具有强封闭性边界的第三类水合物藏薄层进行了直井和径向井降压开采天然气水合物产能模拟,对比了直井和径向井降压开采过程中温度场、压力场、水合物饱和度及产能变化规律,分析了径向井降压开采增产机理.模拟发现径向井降压开采能够显著降低近井区域的渗流阻力,增加储层中的有效泄流面积.通过促进压降向储层内部传播,径向井不仅扩大了水合物的分解范围,也减缓了开采过程中水合物的二次生成.由于水合物的分解是一个吸热过程,径向井开采水合物时所产生的低温区域不仅范围更大,且温度更低.相同压降条件下,径向井开采1000 d时累计产气量超过25万m3,是直井的3倍以上,累计产气产水比超过60,约为直井的2倍,表现出较好的增产潜力.研究表明径向井能显著提高水合物产能,有助于促进我国南海水合物早日实现商业化开发.

中国页岩油资源丰富,截止至 2022 年底,中国陆相页岩油预测储量达到 29.74 亿t,但在如此规模的储量下只有可采页岩油才具有经济价值.吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层根据矿物组分及源储比可分为夹层型、纹层型及混积型 3 种类型.但由于三类储层孔隙结构特征及流体赋存状态差异较大,导致在相同的压裂手段下产能差异甚远.为明确吉木萨尔凹陷芦草沟夹层型、纹层型储层孔隙结构特征及其约束下的流体可动性差异,本文通过XRD、铸体薄片、扫描电镜、氮气吸附等方法对孔隙结构特征进行研究,利用核磁共振离心技术对纹层型、夹层型储层样品页岩油可动性进行定量评价,采用T1-T2 谱方法明确不同储层类型页岩油赋存状态,最终结合孔隙结构特征参数对页岩油储层流体可动性的主控因素进行分析.结果表明,纹层型储层碳酸盐岩类矿物含量较高,储集空间以碳酸盐岩晶间孔、黏土矿物层间缝及有机质孔为主,干酪根含量较高,游离油组分含量极低,可动流体饱和度均值仅为 7.97%;夹层型型长英质含量较高,储集空间以晶间孔、长石粒内溶孔为主,流体组分以可动油为主,其次为束缚油、干酪根,不含可动水,可动流体饱和度均值为29.26%.孔隙结构特征参数中最大孔喉半径大小是控制页岩油储层可动流体饱和度的主要因素,两者呈指数正相关,相关系数可达 0.9521.通过本次研究,明确了吉木萨尔凹陷芦草沟组夹层型、纹层型页岩油储层的主要储集空间类型分别为粒间孔、粒内孔.从单峰夹层型储层到双峰纹层型储层可动流体饱和度逐渐减小,但均随着最大孔喉半径的增大而呈指数增加,表明最大孔喉半径对页岩油储层可动流体饱和度有较大的影响.

连续管钻井完井技术是上世纪90年代初迅速发展起来的新技术,它具有作业效率高、成本低、安全可靠等优点.本文回顾世界连续管技术的发展概况,分析国内外连续管钻井和完井的技术现状;阐述连续管寿命及可靠性、变形伸长量、管内流体摩擦压降、钻井携岩和水平井冲砂洗井等连续管钻井完井相关基础理论研究进展;探讨连续管超临界CO2钻井、连续管非接触式破岩钻井、连续管无水压裂、连续管无限级压裂和连续管钻井与压裂改造一体化等前沿技术可行性与发展趋势;最后,展望连续管钻井和完井技术的发展前景.

邻井低频分布式光纤声波传感监测作为近年来兴起的压裂监测技术，是实现压裂裂缝精细诊断的有效手段。为使业界进一步了解低频分布式光纤声波传感技术在水力压裂裂缝监测中的研究进展，推动光纤压裂监测现场规模化应用，本文从分布式光纤声波传感技术原理出发，简要阐述了分布式光纤声波传感机理及井中布设方式，系统总结了该技术在数值模拟、物理模拟和水力压裂现场应用方面的研究进展，最后提出了未来低频分布式光纤声波传感技术的发展方向。研究结果表明：①水力压裂低频光纤声波传感技术具有精度高，实时性强的优点，正逐渐应用于现场压裂监测，并得到了国内外学者的广泛关注。一次性光纤具有部署简单、成本低、占用空间小和性价比高等优点，未来有望成为邻井压裂监测的主要方式。如何有效降低光纤滑移效应对光纤应变响应的影响对于提高光纤监测的应变数据质量具有重要意义。②正演模拟主要通过光纤应变场模拟与实际监测数据进行对比分析，定性分析光纤应变规律，从而建立不同裂缝扩展类型与光纤应变规律的对应关系，解释邻井水力裂缝形态和扩展模式，目前应变解释模型主要考虑水平邻井和垂直邻井两种监测方法，尚无法表征应力干扰引起的裂缝偏转，与实际现场监测结果存在一定差距，未来亟需建立考虑应力干扰和流量分配的多裂缝复杂正演模型，为现场光纤数据解释提供指导。③反演模拟主要通过位移不连续法构建裂缝扩展模型求解裂缝尺寸，目前主要求解方法包括最小二乘法、Picard迭代、L-M方法和DRAM算法，但均无法同时反演3个方向上的裂缝几何参数。未来反演模拟的研究需要集中于求解算法的优化，如何更好地降低多解性影响将是后续算法优化的主要攻关方向。④物理模拟主要依托基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤解调器与真三轴压裂设备相结合开展裂缝监测实验，试验参数设置尚无法完全贴合现场实际情况，分布式光纤在不同岩石试样中的布设方式以及光纤试验数据解释是未来室内物理模拟研究的主要攻关方向。结论认为，邻井光纤监测对于压裂裂缝尺寸解释具有显著的应用潜力，未来有望成为解决非常规资源开发瓶颈问题的关键技术。

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.

目前,尚未存在全面的断控岩溶型溶洞训练数据集用于深度学习建模.本文采用基于露头资料、地震数据、可靠的地质模型以及基于目标的方法研制了断控岩溶型溶洞原型模型,对不同来源的原型模型集进行组合、旋转、裁剪和优选操作来构建可靠且多样的断控岩溶型溶洞相训练数据集,同时构建相应的虚拟井和概率体训练数据集,作为训练条件化生成对抗网络的数据输入.将训练好的生成器卷积神经网络应用于塔河油田TH12330 井区,生成的多个断控岩溶型溶洞地质模型符合地质模式,吻合条件井、概率体数据,且与构造、裂缝和累产基本一致.本研究探索了断控岩溶型溶洞多源训练数据集的构建并在实际应用中取得了显著成果,同时也为其它类型储层深度学习建模中构建可靠且多样化的训练数据集提供了新思路.

本文详细阐述了全球尤其是北美页岩气开发现状,论述了Marcellus与Haynesville页岩气区的主要特征,认为持续技术创新、高效经营管理模式、多元产业扶持政策是美国页岩气飞速发展的主要驱动力,对我国页岩气的开发具有良好的借鉴作用.作者系统梳理了中国页岩气近 20 年的探索攻关与实践历程,认为历经评层选区、开发试验、示范区建设、海相页岩气规模开发4 个阶段,国内页岩气开发取得了重大成就,建成川南、涪陵等中深层页岩气大气田,实现了海相页岩气规模效益开发,2022 年产量达 238 亿方,成为我国天然气重要的供应来源,同时深层页岩气产能建设稳步推进,新区新层系勘探也取得重大突破.在深入分析我国页岩气地质与资源特征的基础上,文章论证了我国具备年产 500 亿～800 亿的开发潜力,但需要从完善页岩气立体开发配套技术、持续优化页岩气地球物理评价技术、加快钻井与压裂工程技术迭代升级、加大新层系新领域的勘探评价力度4个方面持续攻关.

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.

煤层气藏数值模拟是煤层气水平井历史数据拟合以及生产预测的有效工具,但是计算耗时长,所需参数多.为了得到一个简单而精度足够的生产预测方法,由稳态解析的产能方程结合非稳态的边界条件可以得到煤层气井在线性流下的半解析模型.根据煤层气水平井的数值计算结果以及前人的研究成果,煤层在一维(线性或径向)非稳态渗流阶段流体饱和度和压力的关系随时间、空间变化不明显.本文通过煤层渗流控制方程推导了压力和饱和度的计算模型,并给出了由地层压力近似计算含水饱和度的方法,为气水两相渗流模型提供了计算基础.通过半解析模型与数值计算结果的对比,以及对沁水盆地两口水平井的历史数据拟合,验证了半解析模型的正确性和实用性.

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.

塔里木盆地作为我国最重要的油气资源接替区，其深层/超深层油气资源开发面临诸多世界级技术难题。本文系统梳理了塔里木油田超深油气储层改造技术的发展历程与技术体系，重点论述了塔里木油田两大主力储层的改造技术突破：针对台盆区深层/超深层复杂碳酸盐岩储层，创新性地提出了缝洞体识别与改造一体化设计方法；针对库车山前超深裂缝性碎屑岩储层，研发了系列高效改造技术。研究取得了3项重要技术突破：一是耐高温酸液体系的成功研发，显著提升了超深储层改造效果；二是高密度加重压裂液技术的突破，为超深井改造提供了关键支撑；三是配套工艺技术的持续创新，为超深油气储层高效开发奠定了坚实基础。结合塔里木超深油气储集层的勘探开发趋势，论述了储层改造的生产需求及技术不足，包括深层/超深层储层改造室内基础研究及人工裂缝扩展机理、新型改造液、分层工具、暂堵材料及配套应用工艺技术、改造直接监测解释技术等。提出了6个方面的技术发展建议：1)构建超高温高压基础实验平台，开展岩石力学、流体渗流和导流能力测试等基础研究；2)深入研究高应力复杂储层人工裂缝扩展规律，建立考虑多场耦合的裂缝扩展模型；3)研发耐温200 ℃以上的高性能酸液体系，重点突破可加重、低摩阻、耐高温可控生酸技术；4)研发软硬分层工具、暂堵材料及配套工艺技术，完善软硬分层工艺；5)优化超深水平井“多簇限流”压裂工艺，提高缝控储量；6)建立基于光纤监测的裂缝实时诊断系统，开发耐高温井下监测工具。本研究不仅系统梳理了塔里木油田“三超”储层改造技术体系，更为我国万米储层改造提供了关键技术储备。研究成果对推动我国深层油气资源高效开发具有重要理论价值和工程指导意义，相关技术创新思路也可为全球类似地质条件的油气田开发提供参考。

在中国能源供需矛盾、结构性矛盾突出的情况下,如何提高炼油企业的能源效率成了亟待解决的问题;为了促进经济、能源与环境的可持续协调发展,提高能源利用效率有着极为重要的现实意义.为此,本文在分析影响炼油企业能源效率因素的基础上,构建了炼油企业能源效率评价指标体系,并运用组合赋权法确定各项指标的最终权重,进而建立了基于灰色关联TOPSIS的炼油企业能源效率评价方法.同时运用8家炼油企业的生产数据,对炼油企业的能源利用效率评价体系进行有效性检验.实证结果表明,该指标体系能够客观、有效地反映出炼油企业能源效率水平,可广泛用于评估炼油企业能源效率水平.

地下储气库作为大型天然气管网系统的重要组成部分,确保其安全可靠运行对保障管网系统的供气能力尤为重要.本文针对枯竭油气藏型地下储气库的工艺特点和功能分区,将储气库系统工艺流程分为采气工艺和注气工艺;功能区块分为地下储层、注采井系统和地面系统.通过注采井系统将地下储层和地面系统联系起来,并采用基于一体化的可靠性分析方法,计算给定注采任务下,储气库系统的运行可靠性.最后,以某储气库为例,对其运行可靠性进行评价.

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.

海底扇作为深水区重要的油气储集场所，其储层质量差异对于油气差异聚集及开采具有重要的影响。前人对海底扇储层质量差异进行过较多的研究，但对于陡陆坡背景下的海底扇内部储层质量差异特征及分布样式尚不清楚。本文以东非鲁伍马盆地X气田渐新统海底扇储层为研究对象，综合应用岩心、测井及地震资料，对陡陆坡背景下的海底扇沉积微相与岩相对储层质量差异的控制作用及分布样式进行了深入的研究。结果表明，在弱成岩作用下，海底扇内储层质量的变化主要受岩石沉积组构、岩相(组合)和沉积微相的控制。颗粒分选和泥质含量分别控制储层的孔隙度和渗透率，颗粒大小与储层物性之间的关系很复杂。富砂型岩相中，细砂岩相因其分选性好而具有最高的孔隙度，而块状含砾粗砂岩相因其低泥质含量而具有最高渗透率。在陡陆坡背景下，顺源方向海底扇构型单元依次为泥质水道-砂质水道-朵叶主体-朵叶边缘，导致了储层质量“差-好-差”的顺源差异。近源端泥质水道为细粒及富泥型岩相，其物性整体较差；中部砂质水道与朵叶主体变为块状含砾粗砂岩相和中-粗砂岩相，泥质含量低，物性变好，其中，砂质水道储层质量优于朵叶主体，其内部高孔渗带呈长透镜状，朵叶体相对高孔渗区呈朵状；远端朵叶边缘变为细粒的岩相(中-细砂岩相、细砂岩相)，泥质含量变高，物性逐渐变差。

邻井分布式光纤监测技术逐渐成为非常规油气藏压裂过程中裂缝监测的重要手段之一，建立邻井分布式光纤应变正演模型对于探究邻井光纤应变响应机理和裂缝几何特征反演等具有重要意义，但现有的光纤应变响应正演解释模型存在裂缝扩展模型选择灵活性不足和网格精度导致的计算效率降低等问题。本文建立了任意开度与几何形态裂缝扩展过程中应力—位移场的半解析计算模型，构建了邻井光纤应变正演模型。通过硬币型裂缝计算案例对裂缝周围应力场进行求解并与Sneddon解析解进行了对比分析，采用水平邻井光纤监测垂直椭圆裂缝计算案例正演了邻井光纤应变响应，并与位移不连续法邻井光纤应变正演结果进行对比分析，分析表明本文模型在经典常规算例下的计算结果与解析方法和位移不连续方法具有一致性。本文进一步将不同裂缝扩展模型与半解析应变计算模型耦合应用于现场光纤数据解释，针对美国HFTS-2矿场实验中B1H井19段和B2H井20段邻井光纤监测结果，本模型模拟结果契合了现场光纤数据响应特征模式，对于呈现复杂特征的B2H井20段，本文模型模拟结果在细节特征和时间尺度上相较于位移不连续法计算模型有更好的对应效果。本模型建立了任意开度与几何形态裂缝扩展邻井光纤应变正演模型，减少了邻井光纤正演计算量，同时可以耦合多种裂缝扩展模型，在现场数据正演解释中可以实现细节特征和时间尺度的更优匹配。

随着油气资源开采难度加大,旋转导向钻井已经成为控制井眼轨迹和连接油藏的重要技术.旋转导向钻井过程中,遇到地层漏失时常需添加随钻封堵剂,但目前主要采用的小尺寸堵漏材料可能降低堵漏效果,尤其是纤维类材料,因其长径比大且易交织,会导致钻井液黏度增加,严重时引发卡钻.本文研发了一种随钻堵漏纤维,并与现场堵塞旋导筛网的纤维材料进行了对比分析.研究结果表明,研发纤维符合行业标准,具备良好的过旋导性能和承压封堵性能.在钻井液体系中添加 3%改性纤维后,能在 150℃、6 MPa的条件下能够有效封堵 20～40 目石英砂,30 min累计漏失量仅为 4 mL.该研究对于旋转导向钻具用随钻堵漏材料的选择有重要现场指导意义.

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.