石油勘探与开发

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中国页岩气特征、挑战及前景（一）

邹才能;董大忠;王玉满;李新景;黄金亮;王淑芳;管全中;张晨晨;王红岩;刘洪林;拜文华;梁峰;吝文;赵群;刘德勋;杨智;梁萍萍;孙莎莎;邱振

, 2015, 42(6): 689-701.

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基于近年中国富有机质页岩沉积模式、页岩储集层表征等方面取得的研究进展，分析页岩气富集高产主控因素。研究落实了上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组笔石带发育序列时空对比依据，提出缓慢沉降的稳定海盆、高海平面、半封闭水体和低沉积速率是海相富有机质页岩重要沉积模式，确定晚奥陶世—早志留世早期持续发育的大型深水陆棚沉积环境有利于黑色页岩发育，优质页岩厚20～80 m、TOC值为2.0%～8.4%。对比分析焦石坝、长宁、威远3大页岩气田，指出规模储集层主要受富生物硅质与钙质页岩、适中热演化程度、高基质孔隙与丰富的裂缝控制。五峰组—龙马溪组总孔隙度为3.0%～8.4%、渗透率为0.000 2×10?3～0.500 0×10?3 μm2，基质孔隙体积及其构成区域稳定，裂缝孔隙发育特征在不同构造区、同一构造的不同井区和不同层段差异较大。筇竹寺组受有机质炭化、黏土矿物结晶度高和生物碎屑粒内孔后期充填等因素影响，物性普遍较差，总孔隙度为1.5%～2.9%、渗透率为0.001?10?3～0.010?10?3 μm2。明确了页岩气富集高产受沉积环境、热演化程度、孔缝发育程度、构造保存等“四大因素”控制，且特殊性在于高演化（Ro值：2.0%～3.5%）、超高压（压力系数：1.3～2.1），从而建立了“构造型甜点”和“连续型甜点区”两种页岩气富集模式。图13表3参23

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四川盆地川中古隆起震旦系—寒武系天然气特征及成因

魏国齐;谢增业;宋家荣;杨威;王志宏;李剑;王东良;李志生;谢武仁

, 2015, 42(6): 702-711.

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利用高石梯—磨溪地区大量新钻探井和野外露头资料，开展震旦系—寒武系天然气组分、同位素、轻烃组成、烃源岩干酪根碳同位素、储集层沥青生物标志物等地球化学特征研究。研究表明：①震旦系灯影组和寒武系龙王庙组天然气均为典型的干气，以烃类气体为主。但灯影组干燥系数大、烃类组分含量低、非烃组分含量高。非烃气体含量的差异主要表现在氮气、二氧化碳、硫化氢和氦气方面。烃源岩成熟度不同和含硫矿物与烃类反应生成H2S是造成灯影组和龙王庙组天然气组成细微差别的原因。②灯影组和龙王庙组天然气δ13C2值差异明显，主要反映母质类型的差异。③灯影组和龙王庙组天然气甲烷δ2H值差异大，主要反映母质沉积水介质盐度的差异。④下寒武统页岩、灯影组泥岩、陡山沱组泥岩和灯影组碳酸盐岩干酪根碳同位素平均值分别为?32.8‰、?31.9‰、?30.7‰和?27.8‰。⑤灯影组储集层沥青4-甲基二苯并噻吩/1-甲基二苯并噻吩值介于筇竹寺组和灯影组烃源岩之间。研究认为高石梯—磨溪地区震旦系—寒武系天然气主要为原油裂解气，震旦系天然气来源于震旦系和寒武系烃源岩，寒武系天然气主要来源于寒武系烃源岩。图5表4参35

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柴达木走滑叠合盆地及其控油气作用

付锁堂;马达德;郭召杰;程丰

, 2015, 42(6): 712-722.

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在对柴达木盆地西部周缘地区野外地质调查的基础上，结合盆地内近年来的油气勘探实践，提出了新生代柴达木盆地是由东昆仑左行走滑断裂和阿尔金左行走滑断裂联合控制的走滑叠合盆地的新认识，认为阿尔金左行走滑断裂带为主要控盆边界，东昆仑走滑断裂为主要调节边界，柴北缘—祁连山逆冲褶皱带为挤压转换被动适应边界。在印度与欧亚板块碰撞的动力学背景下，阿尔金断裂自始新世发生左行走滑，使得柴达木盆地向北东方向逐渐迁移，造成柴北缘—祁连山地区北西—南东走向断层的逆冲推覆与走滑变形，使得柴达木盆地自古近系路乐河组沉积期开始了新生代沉积。柴北缘地区古近系表现为类似前陆盆地区的粗碎屑沉积组合，烃源岩品质较差，而在柴西南地区表现为伸展构造背景下的凹陷沉积区，发育品质优良的古近系烃源岩。自中新世，东昆仑左行走滑断裂开始活动，走滑断裂逐渐向北迁移，形成了一系列雁行排列的分支断裂（如昆北断裂、阿拉尔断裂以及红柳泉断裂等），柴西南地区古近纪的伸展背景逐渐反转为新近纪的走滑挤压背景。形成于新近纪的走滑挤压相关构造(如英雄岭构造等)是柴西南地区以古近系烃源岩为主的油气聚集和成藏的重要场所。因此，东昆仑走滑断裂和阿尔金走滑断裂这两条世界级大型左行走滑断裂带在时间与空间上的叠合，控制了柴达木盆地的形成与新生代盆地的沉积和变形，也是控制柴达木盆地特别是柴西地区油气成藏的关键。图10表1参65

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渤海湾盆地富油凹陷二次勘探工程及其意义

赵贤正;王权;金凤鸣;罗宁;范炳达;李欣;秦凤启;李勖

, 2015, 42(6): 723-733.

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通过系统分析渤海湾盆地富油凹陷勘探程度与勘探潜力，引出开展富油凹陷二次勘探工程的意义，阐述了富油凹陷二次勘探工程的地质理论进展、关键工程技术和勘探方法，并以饶阳凹陷为例进行勘探实践论述，展望其广阔的应用前景。资源丰度大于20×104 t/km2、石油资源量大于3×108 t的富油凹陷是渤海湾盆地油气勘探与开发的主体，目前石油探明率已达50%以上，进入了高勘探程度阶段，油气储量的发现难度越来越大。但其剩余油气资源依然丰富，待发现石油资源量约105×108 t，仍是寻找油气储量的重要方向。以渤海湾盆地冀中坳陷富油凹陷的二次勘探为例，论述了洼槽聚油、隐蔽型潜山成藏与弱构造斜坡带油气运聚特征，阐述了全凹陷整体连片三维地震勘探、相控储集层精细预测、复杂储集层改造增产和快速高效钻井等勘探技术进展，进而提出了开展新一轮次的重新整体认识、整体评价和整体部署的二次勘探工程，论证了二次勘探工程对于推动高勘探程度富油凹陷持续规模增储的重要作用。图8参34

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松辽盆地三肇凹陷葡萄花油层油源断层新探

王有功;严萌;郎岳;付广;李鑫

, 2015, 42(6): 734-740.

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从断层活动引起断层两盘地层变形特征分析断层在松辽盆地三肇凹陷上白垩统葡萄花油层油气成藏关键时刻（构造反转期）的活动特征，重新厘定油源断层。基于前人对三肇凹陷断层系统划分及活动规律研究结果，对上白垩统嫩江组二段、三段沉积时期及反转期构造变形特征进行分析，认为断层断至T06地震反射层（嫩江组三段底界面）不能作为断层是否在构造反转期发生活动的判断依据。而反转期构造变形使伸展期地层受断层影响形成断层扩展反转褶皱变形，表现为反转期前后断层上下两盘地层变形存在明显差异，据此可确定反转期断层是否发生活动，进一步可厘定葡萄花油层的油源断层。根据油源断层是否断穿伸展期地层进一步划分为隐伏型和穿透型两种油源断层，这两种油源断层对研究区葡萄花油层油气平面分布的控制作用与以往研究结果相比更加明显。图8参14

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准噶尔盆地吉木萨尔凹陷凝灰岩型致密油特征与成因

蒋宜勤;柳益群;杨召;南云;王睿;周鹏;杨焱钧;寇均益;周宁超

, 2015, 42(6): 741-749.

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通过岩心和薄片观察，结合X光衍射、电子探针和地球化学分析，对准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组凝灰岩型致密油特征与成因进行综合研究。芦草沟组沉积岩中发育凝灰岩、沉凝灰岩和凝灰质白云岩夹层。凝灰岩类中碱性长石、石英均表现出富Sr特征，矿物地球化学分析显示其来自碱性—过碱性岩浆岩。白云石87Sr/86Sr值与地幔值非常接近，表明凝灰岩类组成矿物形成于与岩浆作用相关的热液环境。白云石Sr/Ba值较高，δ13C较重，扫描电镜下发现石盐晶体，表明芦草沟组沉积于较高盐度的环境。与火山作用、地幔热液有关的富Mg2+、Fe2+和高盐度湖泊环境促进了白云石的沉淀。致密油分布、烃源岩有机质丰度和储集层物性表明，火山活动提供的丰富营养物质控制了高丰度烃源岩形成。剩余粒间孔和溶蚀孔发育的凝灰岩、凝灰质白云岩为有利储集层发育层段。凝灰岩类控制了致密油的形成与分布。图7表4参36

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阿姆河盆地成藏组合划分与资源潜力评价

余一欣;殷进垠;郑俊章;李锋;陶崇智;徐小龙;吴航

, 2015, 42(6): 750-756.

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结合阿姆河盆地最新地质资料和勘探成果，通过成藏要素和油气聚集规律分析，以储集层为核心划分成藏组合，针对各成藏组合进行资源潜力和地质风险评价，最后应用资源-地质风险概率双因素法优选有利成藏组合。在阿姆河盆地上白垩统赛诺曼—土伦阶砂岩、下白垩统欧特里夫—阿尔布阶砂岩、上侏罗统卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩和中下侏罗统砂岩等主力储集层内划分出10个成藏组合，采用蒙特卡洛模拟法计算得到阿姆河盆地待发现油气资源量可达3.308×109 t，其中天然气占98%以上。参考对储集层、圈闭、运移和保存等成藏要素的地质风险评价结果，应用资源-地质风险概率双因素法进行有利成藏组合的评价和优选。共划分出2个Ⅰ类成藏组合，1个Ⅱa类成藏组合，2个Ⅱb类成藏组合，3个Ⅲ类成藏组合，1个Ⅳa类和1个Ⅳc类成藏组合。综合分析认为阿姆河盆地最有利的勘探领域是位于木尔加布坳陷内的上侏罗统卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩储集层。图5表3参21

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鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油微观赋存形式定量研究

王明磊;张遂安;张福东;刘玉婷;关辉;李君;邵丽艳;杨慎;佘源琦

, 2015, 42(6): 757-762.

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结合核磁共振与微米—纳米CT扫描技术，对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密油微观赋存形式开展定量研究。利用核磁共振技术确定致密油在储集层中赋存量，测得原始含油饱和度为63.99%；利用CT扫描技术获取致密油储集层二维切片图像，经数字合成处理得到三维立体图像，据此将储集层中致密油分为薄膜状、簇状、喉道状、乳状、颗粒状和孤立状6种赋存形式。定量计算各种赋存形式致密油的含量发现，乳状和薄膜状致密油为主要的赋存形式，二者约占储集层中致密油总量的70%，其次为簇状和颗粒状致密油，孤立状和喉道状致密油含量低，各种赋存形式致密油含量与储集层原始含水饱和度、黏土矿物含量、孔隙结构等有关。图6表1参30

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三塘湖盆地二叠系芦草沟组二段混积岩致密油地质特征及勘探潜力

李新宁;马强;梁辉;张品;张琪;贾雪莉;蒲振山;闫立纲;孟元林

, 2015, 42(6): 763-771.

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依据三塘湖盆地致密油勘探最新资料，对二叠系芦草沟组二段混积岩系统开展了致密油“七性”关系评价。芦二段发育一套新型的优质烃源岩层系，呈楔状分布，厚度大，有机质丰度高、类型好、整体处于生油窗内；芦二段岩性复杂，为一套由陆源碎屑、空落火山灰、碳酸盐3大类按不同比例频繁混积而成的纹层构造混积岩组合；宏观电性特征为低自然伽马、高电阻率；储集层物性非均质性强，基质孔隙以微孔为主，具有特低孔、超低渗的特点，裂缝提供了一定储集空间，对渗流贡献巨大；芦二段含油性好，常规取心分析含油饱和度在15%～80%；芦二段脆性矿物含量高（80%～90%），黏土矿物含量普遍小于10%；岩心敏感实验显示芦二段水敏及速敏差异变化大，酸敏普遍较弱。通过对芦二段的“七性”关系评价，认为这套源储一体的致密油的“成藏”主控因素是烃源岩成熟度和储集层物性，优选出芦草沟组二段有利混积岩致密油“甜点区”，即凹陷成熟烃源岩范围内的储集层物性优越区。图10表2参13

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页岩有机质孔缝内液态烷烃赋存状态分子动力学模拟

王森;冯其红;查明;卢双舫;秦勇;夏天;张驰

, 2015, 42(6): 772-778.

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利用分子动力学模拟方法研究页岩有机质孔缝内液态烷烃赋存状态。基于OPLS（Optimized Potentials for Liquid Simulation）力场模拟计算了烷烃在不同温度和压力条件下的密度，并与实验值比较，验证了该方法的有效性。在此基础上，以正庚烷为例分析了油藏条件下有机质孔缝内烷烃赋存的基本特征，并探讨了缝宽、有机质成熟度、烷烃碳链长度以及同分异构体对其赋存的影响。结果表明：①烷烃在有机质孔缝内的密度分布并非均匀，而是呈现周期性的波动；②在靠近固体壁面处烷烃会形成“类固体”层，其密度约为游离态流体密度的1.9～2.7倍；③液态烷烃在有机质孔缝内主要发生多层吸附，每个吸附层的厚度约为0.48 nm，吸附层的数目受缝宽和流体组分影响。实例模拟分析表明，原油在有机质孔缝内以吸附态形式存在的比例为18.2%。图9表2参24

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古潜山岩溶储集层特征及其对产能的控制作用

王进财;赵伦;张祥忠;杨智刚;曹海丽;陈礼;单发超;刘明慧

, 2015, 42(6): 779-786.

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以哈萨克斯坦南图尔盖盆地NWKK碳酸盐岩油田为例，建立了古潜山岩溶储集层概念模型，从纵向上和平面上分析了储集层特征及其对产能的控制作用。纵向上，岩溶储集层自上而下可划分为风化壳带、表层带、洞穴带、渗流带和潜流带，裂缝发育程度依次增强；发育角砾孔隙型、洞穴型、孔洞型、裂缝-孔洞型、裂缝-孔隙型、孔隙型等6类储集层类型，裂缝和溶洞的发育使各岩溶带生产初期高产油低含水，但产量递减及含水上升快。平面上，岩溶储集层特征受控于构造海拔高度和古岩相特征：构造海拔高、岩性疏松的古潜山储集层受地表风化淋滤作用强，溶孔溶洞较发育，储集层类型主要为角砾孔隙型、洞穴型和孔洞型；构造海拔低、岩性致密的古潜山储集层裂缝发育程度高，储集层类型主要为裂缝-孔洞型和裂缝-孔隙型，储集层与底水沟通作用强，产能效果好，但产量递减及含水上升快，平面不同区域应采用不同的开发技术政策。图8表4参14

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基于洛伦兹曲线模型评价精细分层注水效果

高大鹏;叶继根;胡云鹏;董毅夫;朱振坤;袁贺;黄磊;王书义

, 2015, 42(6): 787-793.

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为了定量评价不同时间精细分层注水油藏的吸水效果，基于改进的四参数Sarabia洛仑兹曲线模型，结合多年次单井吸水剖面测试数据，建立了描述单井累计射开砂岩厚度与累计吸水量之间关系的洛仑兹曲线模型。提出了无因次注水强度、油层动用程度和吸水非均衡程度3个评价指标及其计算方法，分别用于定量评价各油层的注水强度、有效动用的油层厚度所占比例以及整体吸水均衡状况，采用粒子群智能优化算法对模型及各评价指标进行求解。结合大庆杏树岗油田杏六中区38口精细分层注水井开展吸水效果评价，最终综合考虑分段结构、配水方案和地层物性确定了影响单井注水效果的因素，提出了全区“双特高”开发阶段的细分层段政策界限。图8表2参12

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水平井定面射孔条件下水力裂缝起裂机理

刘合;王素玲;许建国;赵晨旭

, 2015, 42(6): 794-800.

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建立水平井定面射孔局部地应力计算模型，利用建立的模型分析水平井定面射孔条件下水力裂缝起裂机理，研究井筒位置、射孔参数等对起裂压力的影响规律。根据渗流力学理论建立了定面射孔岩体三维流固耦合地应力模型，采用最大拉应力理论给出了定面射孔起裂压力确定方法，并通过应用实例验证了模型的可靠性。采用模型进行计算分析后发现：对于正断层型和逆断层型地应力场，定面射孔时裂缝均在射孔壁面上起裂，正断层型地应力场易形成宽而短的垂直缝，逆断层型地应力场易形成长而窄的转向缝；对于正断层型地应力场，井筒方位角和井筒倾斜角越大，定面射孔的起裂压力越低；对于逆断层型地应力场，井筒方位角越大、井筒倾斜角越小，定面射孔起裂压力越低；射孔夹角越小、射孔直径越大、射孔深度越大，定面射孔起裂压力越低。图17参15

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美国页岩气水力压裂开发对环境的影响

张东晓;杨婷云

, 2015, 42(6): 801-807.

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通过调研美国页岩气开发所面临的环境问题及研究进展，总结页岩气水力压裂开发对环境的影响，并探索对中国页岩气开发的参考意义。美国页岩气大规模商业性开发的环境风险主要包括水资源消耗与污染、引发地震及大气污染等。水资源消耗方面，通过评估能源生产耗水密度，可知与常规油气和其他能源生产方式相比，页岩气开发并非“高耗水”行业，其总用水量占地区总量比例较低，不会显著增加用水压力。水资源污染方面，由于水力压裂诱发连通储集层和地下水的裂缝而直接造成污染的可能性很低，且已知的浅层地下水污染案例可能与完井缺陷有关，提高井身完整性是防止污染的关键；页岩气规模开发阶段返排水总量大、污染物种类多、成分复杂，处理不当会造成污染，需要监测和评估其污染风险。现有证据表明页岩气开发不会引发破坏性地震。对页岩气井全生命周期的温室气体排放估计结论不一，在生产中应当采取更为有效的措施减少泄漏。页岩气开发环境影响方面的研究重点包括地表水和地下水污染监测方案与指标体系的建立、注入压裂液和储集层流体运移规律的分析、开发活动对高矿化度地层水及地下水层中天然甲烷运移的影响分析、页岩气开发返排水再利用和处理技术的应用。图2参62

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钻井工具多轴高周疲劳寿命预测模型优选

Narayanan Govindarajan

, 2015, 42(6): 808-811.

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针对钻井工具多轴高周疲劳问题，进行了疲劳寿命预测模型优选。结合多轴疲劳理论，分析了非比例加载条件下的多轴应力状态及多轴疲劳情况下材料开裂行为，总结了多轴疲劳模型，并推荐Dang Van模型用于判断钻井工具在特定应力下是否会发生疲劳失效。介绍了Dang Van模型的基本准则、推导原理、适用范围及疲劳极限计算公式。基于钻井现场实际应用的稳定器转向定子驱动轴实际故障验证了Dang Van多轴疲劳模型，并将其与原始平均应力模型进行了对比，结果表明，原始平均应力模型计算结果偏于保守，Dang Van模型更适用于钻井工具多轴高周疲劳寿命预测。图5参10

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聚晶金刚石钻头切削齿切削岩块过程的有限元模拟

Pryhorovska T O;Chaplinskiy S S;Kudriavtsev I O

, 2015, 42(6): 812-816.

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建立了聚晶金刚石（PDC）钻头切削齿切削岩石过程的有限元模型，模拟了不同形状切削齿不同切削深度下的线性和圆弧切削过程。模拟前确定了切削齿的空间形态、切削速度、切削深度、材料的流变模型、摩擦模型等。模拟结果表明：线性和圆弧切削过程没有本质区别；各类切削齿的切削力波动均为振荡和不均匀的，不存在周期性；采用同一切削齿时不同切削深度下的切削力波动没有类似规律，但切削深度增加会引起波动幅度增大；切削深度为0.5 mm和1.0 mm时，切削参数保持稳定后平均切削力减小，而切削深度为2.0 mm时，进入稳定切削区后平均切削力并未减小；使用球形齿和圆锥形齿时切削力较小，而使用锥形齿、斜角形齿和平板形齿时切削力较大；采用平板形齿时切削力波动图上单位时间内峰数最少，采用球形齿时最多。图5表1参13

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基于有限体积法的三维油气运聚模拟技术

郭秋麟;陈宁生;谢红兵;吴晓智;刘继丰;赵锡然;高日丽;胡俊文

, 2015, 42(6): 817-825.

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针对三维油气运聚模拟技术地质模型过于简化所导致的应用效果难于达到实际需求的问题，建立顺层柱状PEBI网格动态三维地质模型，解决不同沉积相内储集层非均质性问题，降低混合岩性对模拟精度的影响。构建基于有限体积法的三维数值模拟技术，包括变网格渗流方程构建、全张量渗透率的分解与计算、传导率的计算等。通过对关键参数曲线的光滑、网格流动上下游稳定性处理等，提高牛顿法迭代收敛性能。采用自动调整时间步长与多核并行计算的技术，提高软件运行效率。模拟计算了渤海湾盆地南堡凹陷油气运聚过程、不同时期地层含油饱和度与油气资源丰度，模拟的含油饱和度、油气聚集量和分布位置符合当前勘探现状，揭示了目标层资源探明率为84.4%，主要资源分布在B区和C区，预测未发现资源主要分布在C区NP2-16井附近和A区NP5-4井北侧的构造上。图6表7参15

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矿权叠置区内多层系致密气藏开发技术探讨 ——以鄂尔多斯盆地神木气田为例

武力超;朱玉双;刘艳侠;周兆华;何东博

, 2015, 42(6): 826-832.

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以煤炭和天然气矿权完全叠置的鄂尔多斯盆地神木气田为例，分析煤炭和天然气协同开发的难点，制定协同开发技术对策。在研究上、下古生界气藏有利区展布主控因素和规律的基础上，结合井型井网论证、配套高效钻采和地面集输工艺优化出不同区域技术政策。结果表明：矿权叠置区内煤炭和天然气可以协同开发；多层系致密气藏有效储集层平面上可划分为上古生界砂体多边式叠合区、上古生界砂体多层式叠合区、上古生界砂体孤立式发育区、上下古生界有效储集层叠合发育区；9井丛井组为最优井网模式；储集层不同分区需用不同井型组合；集群化丛式井组部署、优化钻采工艺和配套地面集输新工艺，可缩短气藏建设和开发周期。实践证明，在矿权叠置区内煤炭和天然气协同开发的同时，也实现了上、下古生界多层系致密气藏的立体开发。图3表2参13

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2015年, 第42卷, 第6期　刊出日期：2015-12-23

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