利用高碳气运移驱替开发高烃气的机理研究及效果预测

南海西部莺歌海盆地部分气藏高含CO_2,常规开发方法下直接采出的经济价值较低,且不利于环保。提出通过建立高碳气藏与已开发高烃气藏之间的运移通道,依靠层间压力差将高碳气运移注入到高烃气藏,提高高烃气藏开发效果的同时间接开发高碳气藏的思路。从室内试验研究、数值模拟研究以及先导区开发效果模拟等多方面对新思路的开发机理及效果进行了深入研究分析,认为开发机理主要是高碳气驱替置换高烃气以提高高烃气采收率和地层束缚水溶解吸收部分高碳气中CO_2从而改善高碳气品质。在南海西部海域莺歌海盆地,通过本文方法开发利用高碳气藏,既可提高高烃气藏的采收率,又可改善部分高碳气品质,最终大部分高碳气仍封存在地下,可以实现经济效益和环境效益的双赢。     

气润湿性岩石吸附甲烷的实验和量子化学研究

为解决凝析气藏开采中反凝析液堵塞损害和低渗特低渗储层液相圈闭损害,气润湿方法近年来成为研究热点,然而岩石的润湿性改变后,其表面对CH₄的吸附能力变化不容忽视。为此,对气润湿反转前后固体对CH₄的吸附能力变化进行了实验和量子化学研究。采用AST系列煤层气吸附/解吸实验装置对气润湿反转前后石英砂对CH₄的吸附能力进行测试,并依据所提出的液湿和气润湿岩石表面原子簇模型,利用量子化学从头计算法（HF-3-21G）计算了两种润湿性表面与CH₄分子的相互作用关系,包括吸附势阱和吸附距离。在同等平衡压力条件下,气润湿石英砂对CH₄的吸附量约比液湿石英砂低1个数量级;量子化学研究结果表明,气润湿反转后的固体表面对CH4分子的吸附能力减弱,吸附距离增加约1nm,CH₄分子在液湿岩石和气润湿岩石表面均为单分子层物理吸附。     

气藏中CO2封存过程气水互溶特性实验研究

利用PVT装置开展了不同CO₂ 含量下CO₂ —烃—水体系在不同条件下气水互溶特性实验,研究气藏注CO₂ 封存过程中CO₂ —烃—水体系互溶规律。结果表明,相同温度压力下,随CO₂ 的不断注入,气相中CO₂ 含量和水蒸汽含量不断增加,液相中CO₂  在水中的溶解度越大,CH₄ 溶解度越小,地层条件下CO 含量为68％物质的量的气样比CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度增加1.116％物质的量,而CH₄ 的溶解度减小0.13％ 物质的量。CO₂ 和CH₄ 在水中的溶解度均随压力升高而增大,随温度升高而减小;在CO₂  临界点附近,CO₂ 在水中的溶解度变化显著,40℃下CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度6～9MPa增加了0．138％ 物质的量,而9—12 MPa仅增加0.092％ 物质的量,且压力越大增加量越小。高温低压时受水蒸发作用影响,气相中CO₂  及CH₄ 含量随温度升高急剧降低,随压力升高缓慢上升,当压力高18MPa后,气相中CO₂及CH₄ 含量基本保持不变。     

文昌某区低渗凝析气田循环注气可行性研究

针对文昌某区低渗凝析气藏反凝析现象严重、边水水侵加剧、产量递减快等问题,系统地开展了循环注气提高凝析气藏采收率可行性研究,通过PVT、岩心驱替等实验手段,明确了注入不同CO₂含量干气的提高采收率机理,应用组分数值模拟方法,明晰了不同开发方式下的驱替特征,深度优化了注入方式、注气速度等关键注采参数。研究显示,目标区可通过循环注气大幅改善开发效果,注入富含CO₂的干气可以有效抑制反凝析及边水水侵,提高凝析油气采收率。预计循环注气10年,凝析气采出程度达57.65%,凝析油采出程度达36.88%,与衰竭开发相比分别提高14.63%和10.17%,有效延长气藏经济寿命期。该成果为区块的高效开发提供了技术支撑,对类似的凝析气藏开发也具有重要指导意义。     

江汉盆地南部监利地区浅层生物气的发现及成因

江汉盆地南部监利地区由于农田灌溉打水井,偶然发现井水抽出时伴有气体流出,点燃后能长时间燃烧。为此,对该地区的浅层气进行了采样分析。结果表明,浅层天然气气样CH₄含量介于44.11%~51.57%之间,均值为47.03%,不含C₂H₆及其他重烃气体,干燥系数(C₁/C_1-5)为1,属典型干气。CH₄碳同位素值介于-70.8‰ ~-71.0‰之间,均值为-70.9‰,CH₄氢同位素值介于 -223‰~-226‰之间,均值为-224‰,CO₂碳同位素值介于-12.6‰~-14.7‰之间,均值为-13.9‰,同位素特征表明研究区浅层气为氢气还原二氧化碳途径生成的生物气。通过与江浙-沿海平原、长江三角洲和洞庭盆地的第四系浅层生物气赋存特征进行对比,进一步明确了研究区内第四系生物气成藏特征,认为研究区第四系浅层生物气具有进一步勘察和研究的潜力。     

低渗致密气藏注超临界CO2驱替机理

为了提高低渗致密气藏采收率,探索研究将CO₂注入气藏中,实验与数模相结合论证超临界CO₂驱替天然气的驱替机理。首先,通过超临界CO₂-天然气相态实验研究CO₂与天然气混合规律。平衡相行为实验定量测定了储层条件CO₂与天然气的物性参数,结果表明CO₂与天然气的物性差异有利于CO₂驱替天然气提高采收率以及封存。超临界CO₂-天然气扩散实验论证了CO₂与天然气混合过程中驱替前沿的混合程度,结果表明CO₂在天然气中的扩散度不高,可形成较窄的互溶混相带,实现CO₂有效驱替。在分析了CO₂与天然气混合特征的基础上,开展致密储层CO₂驱替天然气长岩心驱替实验。实验结果表明,CO₂提高天然气采收率12%,超临界CO₂驱可有效提高致密气采收率。最后,以相态及驱替实验为基础,应用数值模拟方法,建立了长岩心模型,单注单采倾角机理模型及背斜模型,系统证实了超临界CO₂驱替天然气的驱替机理。通过分析认为,CO₂与天然气驱替前沿部分混溶,一方面保持了气藏压力,另一方面超临界CO₂沉降在气藏圈闭下部形成“垫气”提高了天然气采收率。从实验及数值模拟两方面系统论证超临界CO₂的驱替机理,为探索注CO₂提高天然气采收率选区评价奠定了基础。     

哈尔金混合气藏成因及气体的垂向分布规律

松辽盆地长岭断陷哈尔金气藏（营城组）是烃类（CH₄）与CO₂混合气藏。对哈尔金混合气藏成因、气源特征及成藏期次研究表明,该混合气藏是烃类先于CO₂注入,气藏定型于新近纪,属晚期成藏。根据天然气在气藏中浮力与毛细管力平衡的物理模型,推演出烃类气藏含气饱和度分布的数学模型,该模型反映了储层中原始含气饱和度分布的基本原理。混合气藏中各种气体垂向分布符合重力分异原理,在均匀介质储层条件下,从气藏的底部向顶部,密度较大的CO₂饱和度逐渐降低,而密度相对较小的CH₄饱和度逐渐增加。在构造混合气藏的多孔介质储层中,密度大的CO₂气占据较大的孔隙部分,密度相对较小的CH₄气占据中等孔隙部分,而束缚水占据较小的孔隙部分。哈尔金混合气藏顶部CO₂含量高于底部是由于储层孔隙结构的变化所致。     

济阳坳陷花沟地区高含He气藏成藏分析

He气在天然气藏中的含量很低,一般小于01%.它既有重要的工业价值,又是天然气尤其是非烃类天然气成因的重要区分标志.济阳坳陷花沟地区上第三系明化镇组(Nm)发现的花501气藏,He气含量达3.08%.气藏中气体成分复杂,既有以N₂和CO₂气为主的非烃类气层,又有以CH₄为主的气层,是一个多元复合成因的特殊气藏.δ13C_CO2=-8.3‰,3He/4He=447×10-6,这些代表性指标表明N₂、CO₂和He等非烃气主要是幔源成因;δ13C1=-48.8‰,表明CH₄气是下第三系生成的有机成因的油型气.气藏位于济阳坳陷和鲁西隆起的结合部,受高青断层这一中生界以来长期活动的深大断裂控制,与多期次岩浆活动密切相关.CH₄气层与N₂、CO₂及He气等非烃气层是两期成藏的产物.CH₄聚集成藏早,而高含He的非烃类气的聚集成藏发生在距今3Ma以内.      

CO2置换法开发不同体系CH4水合物的实验

CO₂置换法引起了许多研究者的注意，该方法能够使CH₄水合物开发和CO₂气体的长期储存同时进行，是一种开发CH₄水合物的新方法。在自行设计的反应装置中考察了3.25 MPa压力下，温度271.2 K、273.2 K和276.0 K时CO₂气体置换十二烷基硫酸钠（SDS）体系和纯水体系CH₄水合物中CH₄的置换过程。实验表明：提高温度有利于置换反应的进行；SDS体系的置换速率比纯水体系的置换速率高。276.0 K、3.25 MPa时，SDS体系和纯水体系100 h的置换效率分别达到6.93% 和14.50%。由于水合物相中静态水的存在，置换反应过程中，CO₂的消耗量与CH₄水合物的分解量并不是1∶1的关系。基于实验结果，简单地分析了CO₂置换CH₄水合物中CH₄的置换机理。     

褐煤有机显微组分生物气产出模拟实验研究

为了深入理解褐煤生物气生成过程和机理,针对褐煤有机显微组分对其生物气生成的影响及控制作用,选用龙口矿区褐煤样品作为研究对象,通过人工手选和浮沉实验对原煤有机显微组分进行富集分选,获得单腐植组和惰质组组分,在37℃下进行100天褐煤及单显微组分生物气生成模拟实验研究。结果表明：1)TOC和C含量具有原煤>腐植组>惰质组的特点,氯仿沥青“A”,H和H/C具有腐植组>原煤>惰质组的特点。2)褐煤、单腐植组及惰质组都可以被产甲烷菌群降解而产生生物气,产气量均显示出快速增加—持续降低的阶段性特征,且单腐植组总产气量>原煤>惰质组。3)CH₄总生成量为腐植组>原煤>惰质组,且CO₂含量先增加后减少,CH₄含量先减少后增加;腐植组含量与CH₄生成量之间呈现明显的正相关关系,而惰质组含量增加时,CH₄含量则线性降低。4)氯仿沥青“A”,H和H/C与总产气量之间呈现显著的正相关关系,可以作为评价煤层生物气产出的重要指标。该研究成果对阐释褐煤生物气生...     

底水砂岩气藏注CO2驱气提高采收率机理及埋存效果

注CO₂已被广泛应用于提高油气藏采收率,但有关底水砂岩气藏注CO₂驱及CO₂埋存协同开发的研究较少,气态CO₂和超临界态CO₂驱替天然气的机理和差异尚不明确。为了改善底水砂岩气藏水侵情况和明确气态与超临界态CO₂驱提高采收率及CO₂埋存机理,以X底水砂岩气藏为例,开展了注CO₂驱适宜度评价,提出了X气藏CO₂驱最优开发方案,并对比了气态和超临界态CO₂驱提采机理和效果,最后对注CO₂驱最优方案开展了生产及埋存预测。研究结果表明：(1) X气藏适合进行注CO₂驱,注CO₂提高采收率的最优方案即注采井网为低注高采、关井时机为采出气CO₂浓度达10%～20%、转注时机为地层压力7.5 MPa、压力恢复水平为地层压力7.5 MPa、注气速度为3.5×10⁴ m^...     

低渗透油藏二氧化碳气溶性泡沫控制气窜实验研究

吉林油田黑79区块CO₂驱气窜严重,水基泡沫的井筒CO₂腐蚀问题日益明显。为此,探讨了CO₂气溶性泡沫新技术,结合该区块油藏条件,对5种气溶性起泡剂的溶解性能及起泡性能进行了评价,并开展了气溶性泡沫的岩心流动实验,评价了泡沫的封堵效果、吸水剖面改善效果及提高采收率情况。研究表明：起泡剂1529溶液在超临界CO₂中的气溶性最好,随着醇类助溶剂的加入,其最高溶解量可达1.36%,起泡体积为657.8mL,半衰期为47min;在气液比为2∶1、注入速度为0.01mL/min、注入6周期条件下,阻力因子最高可达37.92,吸水剖面改善率为69.89%,与水驱相比可提高采收率39.045个百分点。CO₂气溶性泡沫新技术可封堵气窜通道,避免井筒腐蚀,提高低渗透油藏泡沫剂的注入性。研究成果对于改善黑79区块CO₂驱开发效果和大幅度提高采收率具有重要意义。     

致密砂岩气藏注CO2提高天然气采收率微观机理

中国致密砂岩气藏资源储量丰富,复杂的气水渗流关系和气水同产特征制约了单井产能的发挥和天然气采收率提高,注CO₂是提高气藏采收率(EGR)和实现碳埋存的双赢途径。为明确致密砂岩气藏CO₂驱替微观渗流和提高天然气采收率机理,指导致密砂岩气藏CO₂-EGR方案设计,基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立了孔隙尺度多相多组分流动模型,揭示了致密砂岩气藏储层微观气水分布特征和CO₂-EGR的微观渗流机理,并明确了CO₂-EGR的主控因素。研究结果表明：(1)驱动压差显著影响了致密砂岩气藏的气水微观分布和水锁程度,使得气水流动能力和气水相对渗透率特征不同;(2) CO₂-EGR微观渗流过程包括气水两相的非混相驱替和CO₂-CH₄的混相驱替,对应EGR机理为分别受生产压差和地层压力控制的黏性驱替和混相扩散;(3)注入的CO₂可有效缓解水锁现象和贾敏效应,与CH₄良好的混相能力能促进沟通分...     

页岩油储层裂缝对CO2吞吐效果的影响及孔隙动用特征

为了分析页岩水力压裂后产生的裂缝对CO₂吞吐效果的影响,采用低场核磁共振测试技术,开展了不同渗透率级别页岩CO₂吞吐试验,研究了裂缝对不同渗透率储层CO₂吞吐效果的影响。研究发现,裂缝显著提高了CO₂吞吐初期的采油速度和采收率;但随着渗透率升高和吞吐次数增多,裂缝对采收率的影响程度逐渐降低;渗透率对裂缝岩心的吞吐效果影响明显小于无裂缝岩心,表明裂缝能够降低渗透率对CO₂吞吐采收率的影响;随着吞吐次数增多,裂缝提高大孔隙原油采出程度的幅度减小,而提高小孔隙原油采出程度的幅度增大,但大孔隙仍是原油的主要产出部位。研究结果表明,大孔隙原油的产出主要靠体积膨胀和溶解气驱,速度快且产量大;而小孔隙中原油的产出主要靠抽提和传质方式,过程缓慢且产量小。研究结果为评价裂缝性油藏的产油特征、改善生产动态提供了理论依据。      

塔巴庙地区上古生界气藏产能控制因素分析

鄂尔多斯盆地东北部塔巴庙地区上古生界气藏属致密低渗气藏，加砂压裂是该气藏开发投产的重要方式。测试资料统计表明，气藏经压裂后增产效果显著，90%以上的压裂井层达到或超过工业产能。气藏流体特征研究表明，气藏上部盒_2-3段的天然气是经山₁-盒₁段相对发育的区域性有效垂直裂缝由下部太原组、山西组生烃层运移上来的，表现出盒_2-3段的地层压力系数高和天然气组分中轻烃(CH₄)含量高的特点，使得压裂后高产能井主要集中分布在上部盒_2-3段；气藏试采曲线分析亦表明气藏上部地层能量和产量较下部高。通过气藏地质、测井、测试等资料综合分析研究，认为高含气丰度和适宜的压裂施工规模是气层压裂后获得高产能的必要条件，提出气藏压裂选层应优选上部盒_2-3段河道沉积含气砂体。文章的分析方法对同类型气藏的研究具有一定的指导和借鉴意义。     

生物气形成过程中CH4碳同位素变化规律的研究

高盐沉积物生物气形成过程中,随着产气时间的增长和温度的升高,生成的CH₄有着逐渐富集¹²C的规律,有别于有机质热分解成气过程,热解成气是随时延长、温度升高而降解增强,形成的CH₄则是逐渐富集¹³C。海洋沉积物生成的CH₄较盐湖沉积物生成的CH₄略富¹²C。     

四川盆地西部致密砂岩气来源及运移地球化学示踪

通过典型钻井天然气组分、轻烃、碳同位素以及烃源岩抽提轻烃的系统测试,研究了四川盆地西部致密砂岩气的成因类型和来源。研究表明,研究区致密砂岩气以煤型气为主,须二段（T₃x²）存在部分混合气。天然气来源具有下生上储的特征,其中须二段（T₃x²）天然气主要来源于须二段（T₃x²）自身的烃源岩以及下伏小塘子-马鞍塘组（T₃m+t）烃源岩,须四段（T₃x⁴）天然气主要来源于须三段（T₃x³）烃源岩,天然气运移距离短;而侏罗系天然气则主要来源于下伏须五段（T₃x⁵）烃源岩以及须家河组早期气藏的贡献,天然气运移距离长。在此基础上,优选了3组9类天然气运移地球化学指标,分别为：①天然气运移方向和距离指标为甲烷含量［W（CH₄）］、乙烷含量［W（C₂H₆）］、非烃含量［W（CO₂）］,［W（N₂）］、甲烷碳同位素（δ¹³C₁）;②天然气运移相态指标为苯/正己烷、苯/环己烷;③天然气运移通道指标为iC₄/nC₄和iC₅/nC₅。对研究区陆相天然气的运移进行了示踪,明确了研究区致密砂岩气的运移方向、运移相态以及运移通道。结果表明：研究区上侏罗统天然气主要由下部须家河组天然气沿高速优势通道窜层渗流运移而来,断裂是其最重要的运移通道;中侏罗统部分天然气由须家河组气源沿高速运移通道运移而来,而部分天然气为下部气源以水溶相的方式运移聚集成藏;须四段（T₃x⁴）天然气成藏时,储层相对致密,运移通道发育不佳,天然气以扩散相短距离运移为主;须二段（T₃x²）天然气主要通过断裂及其伴生裂缝以游离相和水溶相短距离运移为主。     

天然气藏 CO2驱及地质埋存技术研究进展

目前,随着 CO₂ 排放量的增加,全球温室效应日趋显著, CO₂ 的处理问题显得愈加重要。 中国现阶段的 CO₂ 埋存点均为油藏或盐水层,将干气藏 CO₂ 驱与其埋存相结合的研究甚少,现场试验更是没有。为此,调研了大量国外的相关研究,综述了目前已有的衰竭干气藏 CO₂ 驱及地质埋存示范工程,并结合已发表的气藏 CO₂ 驱室内实验与数值模拟研究成果,分析了影响 CO₂ 驱提高气藏采收率(EGR）的各个因素, CO₂ 驱的优缺点及发展方向,以及今后在低渗致密气藏 CO₂ 驱方面应做的工作。 结果表明： CO₂ 埋存于干气藏中安全可靠、存储量大、成本低,同时可采出部分剩余天然气;束缚水可减弱储层非均质性对干气藏 CO₂ 驱的影响;在中高渗气藏中,与气态 CO₂ 驱相比,液态或超临界态 CO₂ 驱效果更好;进行气CO₂ 驱开注时气藏压力越小,注入压力和注入速度越大,其提高采收率效果越好。     

松辽盆地北部深层火山岩气藏的充注：来自流体包裹体的证据

厘清松辽盆地北部徐家围子断陷营城组火山岩气藏天然气的来源和充注特征对天然气的勘探开发具有重要意义。系统研究了营城组储层中次生流体包裹体的成分和均一温度,旨在揭示天然气气藏的来源和充注特征。研究结果表明该储层中发育了富CH₄和富CO₂两类流体包裹体。富CH₄流体包裹体均一温度出现频率最高的区间包括：160～163℃、185.2～225℃和233～243.4℃,说明存在3期含烃流体;富CO₂流体包裹体均一温度为235.2～269.1℃,为一期充注。均一温度高于烃源岩沙河子组地层的最高埋深温度（230℃）的富CO₂流体包裹体和高温富CH₄流体包裹体内的天然气可能来源于深部。流体包裹体主要成分和气藏天然气主要成分对比表明,本区天然气充注存在3种充注方式：①一期天然气充注形成;②多期混合充注形成;③前期充注被后期天然气充注取代形成。     

德惠断陷有机烃类气与无机CO2气成藏期研究

松辽盆地南部德惠断陷存在着丰富的有机烃类气和无机CO₂气资源,应用烃类气与CO₂气储集层流体包裹体均一温度实测结果与构造演化史分析相结合,确定营城组烃类气藏是二期成藏,时间分别是泉头组沉积末期(103×106a)和嫩江组沉积期(83×106~76×106a);CO₂气藏形成时间存在多解性(98×106a或者是10×106a)。烃类气藏与CO₂气藏的成藏方式截然不同,烃类气是缓慢、持续成藏,CO₂气伴随着幔源构造运动的发生与构造事件密不可分,是瞬间成藏。营城组天然气藏的成藏序次是,烃类气藏先期形成,CO₂气藏后期形成。