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基于新采集三维地震与钻井资料分析，系统解剖宝岛凹陷地质结构及其断裂体系，开展转换断阶带特征及其对天然气成藏的控制作用研究。研究结果表明：宝岛凹陷发育北部断阶带、中部凹陷带与南部斜坡带，其中，北部断阶带自西向东发育宝岛B、A、C等多个转换断阶带，控制宝岛凹陷烃源岩、圈闭、储集层、油气运移及烃类气富集。转换带主干断裂在渐新世早期崖城组沉积期的活动性控制生烃灶与生烃潜力，自西向东活动性增强且距离物源区更近，烃源岩厚度、三角洲规模呈增大趋势，发育多个生烃洼陷；主干断裂在张扭背景下发生局部挤压，形成大型鼻状构造背景下的复合型圈闭，且向东宝岛A、宝岛C圈闭规模大于宝岛B圈闭；多级断阶控制隆起区物源碎屑注入形成大型三角洲砂体，宝岛A转换带F12断裂中西段同向转换带和东段缓坡段控制两大物源碎屑注入，形成西支、东支等多个三角洲朵叶体；主干断裂控制形成的大型构造脊紧邻生烃中心，具有高效运聚特征；主干断裂组合方式、活动时间与天然气充注期次的良好匹配，控制烃类气富集。宝岛A转换带紧邻生烃洼陷宝岛27、25、21洼，发育神狐隆起物源供给的大型辫状河三角洲沉积，具有大型构造脊高效汇聚及主干断裂平行组合且停止活动时间早的特征，是烃类气优势汇聚区，实钻发现厚层优质气层，获得宝岛凹陷首个大型气田宝岛21-1的发现，证实松南—宝岛北部转换带成藏条件好，向东转换断阶带拓展勘探潜力大。
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由于天然气水合物能够以孔隙充填、颗粒支撑及成层状3种不同形式同时存在，采用针对砂泥岩地层的传统解释模型和方法计算水合物饱和度，相当于只考虑了孔隙充填这一种存在形式，并不适用于水合物的其他赋存状态类型。通过水合物电阻率实验数据分析，从电阻率-含油（气）饱和度关系一般形式出发，导出适合水合物饱和度计算的最佳简式，明确了简式中3项的物理意义，即分别代表水合物颗粒完全分布于地层岩石孔隙中、以颗粒方式支撑和以成层状存在时的电阻增大率，建立了相应的水合物饱和度定量评价方法。现场应用表明，通过该方法计算得到的水合物饱和度不受水合物存在形式的影响，与现场取样分析得到的水合物饱和度更为吻合，同时也为水合物探明后确定有效开发方式提供测井参数依据。
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通过岩石学、X衍射全岩成分分析、稳定碳氧同位素组成分析，以及微量元素和稀土元素组成分析，对济阳坳陷古近系沙河街组页岩中白云石的成因进行研究。结果表明，研究区沙河街组湖相富有机质页岩中的白云岩发育规模小，可识别出3种白云石矿物：原生白云石（D1）、准同生白云石（D2）和铁白云石（Ak）。D1具有原生球形白云石的结构，高镁高钙，白云石有序度为0.3~0.5，且普遍具有外缘次生加大现象和内核溶蚀孔共存的特征；D2有序度为0.5~0.7，具有次生加大、高镁高钙和含铁锰元素的特点；Ak具有高有序度（0.7~0.9）、菱形晶、高镁、高钙和高铁的特征。在利用碳氧同位素组成和稀土元素分馏特征佐证泥晶方解石为原生成因的基础上，根据共生白云石和泥晶方解石之间的氧同位素组成分馏方程，计算得到研究区页岩中白云石的形成温度为36.76~45.83 ℃，属于湖相低温白云石。此外，基于原生和准同生白云石晶体的熟化生长机制，恢复了与研究区沙河街组湖相页岩成岩环境相对应的白云石成岩序列和白云石化作用进程。
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应用大量地球化学、流体包裹体和生产动态等资料，对鄂尔多斯盆地苏里格气田晚白垩世以来大幅度抬升引发的天然气膨胀及其聚集效应进行研究。结果表明，晚白垩世以来，盆地显著抬升引发的天然气膨胀作用是苏里格气田致密砂岩气后期调整和二次充注的重要动力。抬升引起烃源岩中滞留的天然气体积膨胀导致天然气再次排出并运移充注到储集层，从而形成二次聚集效应，致密储集层中天然气的膨胀则引起含气饱和度、含气面积及气柱高度增加，进一步提高了储集层含气性，形成规模天然气聚集调整事件。整体上，苏里格气田经历早白垩世末前埋藏和晚白垩世以来抬升两期天然气聚集过程，埋藏阶段天然气主要受生烃超压驱动运移并聚集，抬升阶段则为天然气体积膨胀产生的膨胀力驱动的储集层内部调整和二次充注聚集。总体上，气田东部抬升阶段的天然气调整及二次充注聚集效应大于西部，有利于形成富气区。
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综合利用岩心、壁心、铸体薄片、储集层物性、常规和成像测井等资料，建立渤海湾盆地渤中凹陷暴露型和覆盖型两类太古宇变质岩潜山储集层垂向结构单元划分方案，明确不同储集层结构单元的地质特征和储集空间构成，并确立其常规测井和成像测井识别标志。太古宇变质岩潜山垂向上可分为风化壳和潜山内幕两个一级储集层结构单元。风化壳可进一步划分黏土带、风化砂砾岩带、淋蚀带和崩解带4个二级储集层结构单元；潜山内幕中可识别内幕裂缝带和致密带2个二级储集层结构单元，其中内幕裂缝带可进一步细分为碎裂段和裂缝密集段。暴露型潜山有利储集层主要发育在风化砂砾岩带、淋蚀带、崩解带叠加碎裂段和内幕裂缝带碎裂段4个部位，储集层的形成受风化和构造改造双重控制；覆盖型潜山有利储集层主要发育在风化壳叠加碎裂段和内幕裂缝带碎裂段中，有利储集层发育主要受构造控制。
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通过对野外露头、测录井、岩心及地球化学资料分析，基于海平面升降、层序充填、古地貌与岩相的相互关系研究，恢复四川盆地及周缘下二叠统梁山组—栖霞组（简称栖霞阶）层序-岩相古地理及其演化过程。研究结果如下：栖霞阶可划分为SQ0、SQ1、SQ2共3个三级层序，各层序厚度所反映的古地貌表明，早二叠世栖霞阶沉积前四川盆地周缘发育古隆/古陆，盆地内部则为高地与洼地相间的古地貌特征；SQ2为栖霞组主要的成滩期，高能丘滩相主要发育于沉积古地貌高地等处；白云质岩类（白云岩、灰质白云岩和白云质灰岩）储集层分布与沉积地貌高地等具有良好相关性；有利丘滩、白云质岩类储集层具有沿台缘带规模分布的特点。指出四川盆地西部台缘带依然是目前勘探的重点领域，而台内成都—绵阳、广旺以及川中—川南地区是下一步栖霞组白云质岩类储集层有利的发育区。
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以四川盆地东南缘二叠系龙潭组海陆过渡相页岩为例，通过岩石学和地球化学分析，划分研究区海陆过渡相页岩岩相类型，分析页岩物性及富气主控因素。研究认为：研究区龙潭组海陆过渡相页岩发育4类岩相，即贫有机质钙质页岩、贫有机质混合页岩、贫有机质黏土页岩和富有机质黏土页岩。不同岩相孔隙类型差异明显，黏土矿物相关孔是最主要的孔隙类型。页岩物性的主控因素是黏土矿物含量，TOC是控制含气性的最主要因素。相对于海相页岩，海陆过渡相页岩在TOC含量、孔隙度、孔隙结构参数等方面表现出均值低、分布范围广和非均质性强的特征，但仍不乏物性和含气性较高的有利勘探层段，其中潮坪—潟湖沉积体系中的富有机质黏土页岩是研究区最有利的岩相，有利于形成页岩气甜点区，建议在页岩气勘探实践中给予更多关注。
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为揭示鄂尔多斯盆地西南部三叠系延长组长7段微古地貌环境中重力流沉积体系发育特征及分布规律，在采用印模法对长7段沉积期古地貌形态进行恢复的基础上，精细刻画各微古地貌单元，并结合露头、岩心、录井和测井等资料研究重力流沉积特征及发育模式。研究结果表明：①长7段沉积期古地貌形态为东北部宽缓、西南部陡窄的不对称坳陷形态，盆内主要发育古缓坡、古斜坡和古洼地3个次级古地貌单元，再进一步细分为凸起、沟槽、坡折带、湖底平原、湖底深洼、古沟道、湖底古脊和湖底古隆8种微地貌单元；②长7段主要发育9种岩相类型、4种岩相垂向组合方式，依据岩相组成和岩相垂向组合，重力流沉积进一步细分为限制性水道、非限制性水道、天然堤、水道间、朵叶体5种沉积微相类型；③古地貌对长7段沉积物源方向、沉积微相类型和空间展布、砂体成因类型及分布具有重要控制作用。
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基于地震和钻井资料，利用地震剖面解析与平衡剖面恢复等方法，对西非裂谷系Termit裂谷盆地的地质结构与运动学过程开展研究，探讨其成因机制。研究认为：①Termit盆地整体为狭长裂谷，以伸展构造为主，兼有伸展走滑及挤压性构造；平面上表现为“南宽北窄，向南撒开”结构，自北向南由地堑向半地堑逐渐过渡；北部发育边界断裂控制的地堑，南部以断超式半地堑为特征。纵向上，该盆地可以划分出5套地质构造层：以发育先存断裂为特征的前白垩系基底、下白垩统裂陷层、上白垩统坳陷层、古近系裂陷层和新近系-第四系后裂谷期坳陷层。②Termit盆地的形成受控于泛非构造基底；早白垩世受南大西洋张裂影响，基底的泛非构造薄弱带活化，Termit盆地发育裂陷Ⅰ期，形成盆地雏形；晚白垩世活动性减弱，以坳陷为主；古近纪主要受新特提斯洋俯冲汇聚的远程效应影响，Termit盆地发生强烈构造分异，发育裂陷Ⅱ期，形成近南北向系列断裂，逐渐形成现今隆坳格局。
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针对松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组一段富含黏土且页理缝发育的页岩地层含油饱和度计算难题，基于Simandoux模型，通过聚焦离子束扫描成像及扫描电镜矿物定量评价分析配套测试和对比分析，对纳米孔准确描述和定位，构建四维数字岩心格架，采用有限元模拟确定页岩储集层岩石电性参数，提出了确定页岩岩石电性参数和含油饱和度计算的方法。通过与岩心数据和二维核磁共振测井饱和度结果对比表明，采用该方法得到的富黏土页岩储集层含油饱和度公式误差符合现行国家储量规范要求。经多井对比分析表明，在单井纵向上和多井平面上，计算的含油饱和度与取心样品分析化验结果及区域沉积规律吻合，进一步验证了该方法模型的精度和适用性。
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通过挖掘多源异构多尺度数据中的裂缝信息降低裂缝预测的不确定性，在单井裂缝识别裂缝指示参数法的基础上，改进3种人工智能方法，从小样本分类预测、多尺度非线性特征提取、预测模型方差减小提升裂缝识别精度。井间裂缝发育趋势预测方法是通过人工智能地震属性裂缝预测获取井间裂缝带细节，与地质力学数值模拟获得的断层相关裂缝信息互补，提高裂缝预测的可靠性。最后通过协同序贯模拟耦合单井与井间裂缝信息，生成裂缝网络建模所需的裂缝密度体。以中东扎格罗斯盆地A油田渐新统—中新统AS组致密碳酸盐岩储集层为例，对该方法进行了应用和检验。结果表明，单井裂缝识别准确率相比常规裂缝指示参数法提高15个百分点以上，井间裂缝发育趋势预测法相比复合地震属性预测提高25个百分点以上，所建裂缝网络模型与产液指数具有较好一致性。
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为高效开发川南海相深层页岩气，在“极限动用”开发理论指导下提出深层页岩气开发的基本思路和解决方案，并开展具体应用实践。针对页岩气开发影响因素多、单井产量偏低、多处于效益边际等问题，建立“透明地质体”，通过地质-工程一体化多因素评价、全生命周期持续优化，最大限度平衡生产目标与开发成本的关系。提出“极限动用”开发方案为：①计算“黄金靶体”指数，精准确定水平井钻井靶体位置，通过地球物理等多手段精准刻画页岩储集层，构建地下“透明地质体”；②优化钻完井工艺，通过降温、降密度、优化钻井液性能提升关键工具适用性，建好开发井，综合考虑地应力、裂缝等特征，有效构建“人造气藏”；③通过高效管理、建立学习曲线和优化排采制度，全生命周期提质提效，实现“极限动用”开发。实践表明，川南深层页岩气单井预测最终可采储量（EUR）比上一年提高10%~20%。
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在分析气藏向储气库转化过程中流体相行为的基础上，建立了描述储气库注采全过程油气相行为特征的数学模型和模拟方法，并以辽河双6带油环气藏型储气库为典型实例，模拟验证了数学模型的可靠性和精度，揭示了流体相行为特征与作用机理。研究表明：注气形成库容阶段，油气相行为表现为气顶气对油环油以蒸发抽提为主、溶解扩散作用为辅，气顶气轻质组分含量升高，中间和重质组分含量降低，密度、黏度增大；油环油重质组分含量降低，轻质、中间组分含量升高，密度、黏度减小，体积系数、溶解油气比增大。储气库周期注采稳定运行阶段，油气相行为表现为气顶气对油环油的蒸发抽提能力逐渐减弱，而溶解扩散作用逐渐增强，气顶气中间组分含量缓慢降低，轻质组分含量缓慢上升，气顶气逐步轻质化，但对密度、黏度影响较小；油环油重质组分含量增大，中间组分含量降低，密度、黏度升高，体积系数、溶解油气比减小。
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采用微乳液稀释法制备具有“壳核结构”的下相微乳液，优选耐高温体系并开展性能评价实验，明确体系在特低渗—致密储集层中的自发渗吸提高采收率机理，指导矿场油井微破裂吞吐试验。室内实验结果表明，“壳核结构”以阳离子-非离子表面活性剂为亲水外壳、3号白油为油相内核的微乳液体系（O-ME体系）渗吸采收率最高，其渗吸机理主要为：超低界面张力和润湿反转能力降低原油黏附功，提高渗吸驱油效率；纳米级尺寸“壳核结构”极易进入微纳米孔喉，扩大渗吸波及体积；显著的分散、增溶原油作用增强原油渗流能力，提高渗吸驱油效率。基于室内实验研究结果，在胜利油田YBD43-X506井开展O-ME体系微破裂吞吐矿场试验，开井生产后该井持续受效，日产液从1.4 t增至5.0 t，日产油从1.0 t增至2.7 t。
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为了明确水力脉动波驱动剩余油的微观机理，利用水力脉动微观可视化驱替装置开展水力脉动波驱动剩余油微观可视化实验。实验结果表明，对于水驱后残存的膜状、柱状、簇状、盲端4种剩余油类型，水力脉动波通过扰动油水界面，打破界面微平衡，使注入水侵入小孔道和盲孔与其中的剩余油接触，通过变形叠加效应将剩余油推动或剥离至主流通道，再由注入水携带驱出。其中，脉动频率主要影响簇状、盲端剩余油，频率为1 Hz的水力脉动波提高采收率效果最好；脉动振幅值主要影响膜状、柱状剩余油，振幅值越大，水力脉动波驱动剩余油越多；存在较低强度的续流压力和持压端压力可以促进脉动能量集中，大幅提高簇状剩余油的动用效果；温度升高会促进水力脉动波发挥其动用剩余油的作用，从而提高驱油效率。
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采用一维长岩心和大型二维平板岩心模型开展了一维注气建库、单轮次注采模拟实验与二维平板岩心建库、多轮次注采模拟实验，研究了储集层物性、注采平衡时间等对储集层孔隙动用效率、有效库容形成及达容周期等的影响。研究表明：储集层物性、地层含水饱和度是影响气藏型储气库建库和运行的主要因素。气藏型储气库建库达容及运行过程中，储集空间可划分为高效、低效和无效3 类工作区，储集层渗透率越高，孔隙动用效率越高，无效工作区越小或不存在无效工作区，注入气的损失越小，利用率越高。储集层物性越好，储集空间越大，最终形成的库容量越大。储集层含水饱和度越高，储气库建库达容及运行过程中气体损失越多，优化注采驱替排水，降低含水饱和度是减少储气库气量损失的有效途径。多轮次注采过程中，注采平衡时间存在合理区间，超过该合理区间，继续延长注采平衡期对储气库扩容贡献不大。
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为了同时利用（类）金属氧化物和碳纳米材料在提高采收率方面的作用，合成了碳纳米管-二氧化钛（CNT-TiO2）纳米复合材料，用接触角、界面张力和乳液稳定性等评价其性能，通过玻璃刻蚀模型驱油实验评估CNT-TiO2纳米流体驱油效果。合成的CNT-TiO2纳米复合材料由二氧化钛基体和碳纳米管增强相组成，二氧化钛为主要的结晶相，二氧化钛纳米颗粒覆盖在碳纳米管上。CNT-TiO2能够将岩石的润湿性从油湿变为水湿，并降低油水界面张力。CNT-TiO2可提高Pickering乳液的稳定性，在90 ℃条件下形成的乳液仍能保持稳定；NaCl质量分数高达2%时，配制的乳液在静置7 d后仍保持稳定。驱油实验结果显示，CNT-TiO2纳米流体提高采收率效果较好。
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基于电导式含水率传感器结构、原理和工作环境分析，揭示传感器金属电极在井下长期服役时因井液冲蚀、电化学腐蚀和油液污染等因素综合作用而发生早期失效的过程，提出利用掺硼金刚石（Boron-doped diamond，BDD）薄膜进行电极表面改性处理的方法，提高薄膜改性电极的服役性能。采用热丝化学气相沉积法沉积BDD薄膜，依次调整掺硼浓度、优化沉积时间并进行氟化处理，综合优化BDD薄膜的耐磨损性、耐电化学腐蚀性和疏油性。研究表明：掺硼浓度为6×10-3时薄膜的高耐磨性和耐电化学腐蚀性赋予改性电极良好的耐冲蚀和抗腐蚀能力，摩擦系数和磨损率较因瓦合金分别降低92%和78%，低频阻抗模值大于1×104 Ω·cm2；沉积时间8 h制备的BDD薄膜沉积晶粒尺寸较小且分布均匀，表现出良好的微纳结构，最利于提高改性电极的疏油性能，在模拟井液中的接触角达102°。BDD薄膜改性电极在模拟工况下的应用实践表明，改性电极表现出优异的耐冲蚀磨损、耐电化学腐蚀性以及抗油污黏附能力，可实现电导式含水率传感器在井下苛刻工况下的长期稳定工作。
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采用Pickering乳液聚合法在聚苯乙烯表面镶嵌改性的纳米二氧化硅颗粒，研发出具备微纳米粗糙度的疏油剂OL-1，分析其对岩石表面性能的影响和抑制油相渗吸性能，评价新型疏油剂提高页岩气井井壁稳定性的效果及其机理。实验结果表明：疏油剂OL-1在岩石表面吸附成膜，构建微纳米双级粗糙度，将岩石表面能降至0.13 mN/m，进而使白油在岩石表面接触角由16.39°升至153.03°；添加疏油剂前后，毛细管浸入3号白油中，毛管压力由273.76 Pa反转为?297.71 Pa，油相在毛细管中渗吸高度由31 mm降至低于外部液面33 mm，页岩岩心油相浸入量减少64.29%；岩心浸入含1%疏油剂的油基钻井液中，孔隙度降幅仅为4.5%，与不含疏油剂的油基钻井液相比，岩心内聚力提高24.9%，说明疏油剂通过抑制油相渗吸可显著提高岩石的力学稳定性。
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基于国内外CO2驱油矿场实践启示，探讨终极埋存情景下二氧化碳捕集、驱油利用与埋存（CCUS-EOR）开发方式的采收率问题。碳中和背景下，向地质体注入CO2应追求永久埋存，CCUS-EOR成为一种终极开发方式，应追求采收率最大化，为此提出了CO2驱油极限采收率概念，明确其与终极采收率、经济合理采收率概念的内涵区别，指出实现极限采收率已具备成熟配套的CCUS-EOR全流程技术基础。根据吉林油田黑79北小井距CO2驱先导试验等国内外CO2驱油项目生产实际数据，回归得到了混相气驱采收率与累计注入量的经验关系式；结合气驱增产倍数概念，建立了任意混相程度下CO2驱提高采收率幅度计算的油藏工程方法。累计注气量为1.5倍烃类孔隙体积时，采出程度与极限采收率的相对偏差小于5%，绝对差值小于2.0个百分点。基于扩大波及体积技术的大孔隙体积倍数注入是逼近CCUS-EOR极限采收率的必要条件，需从大孔隙体积注入方案设计、提高混相程度和持续扩大波及体积3个方面入手实现。
