基础研究是整个科学体系的源头、所有技术问题的总机关、全球科技竞争的前沿阵地。在大庆古龙陆相页岩油国家级示范区建设中,中国石油勘探开发研究院雷征东带领刘一杉、彭颖锋、纪东奇、陈哲伟等科研骨干聚力攻关。团队坚持微观破题、模型求解、现场验证,把基础研究对接矿场实践,为古龙页岩油效益开发提供关键理论与技术支撑。
在纳米孔隙中看清油气相变机理。古龙页岩致密,孔隙大多仅为头发丝直径的1/500。纳米空间内流体物性、相态发生改变,传统认识不再适用,国内探索又多停留在理论推演,缺少直接实验证据。团队采用纳流控技术,在芯片上还原纳米孔隙环境,直观观测油气相变,证实纳米限域效应大幅改变相变临界参数,为现场“控压生产”制度优化提供实验依据。针对芯片与真实页岩复杂孔隙存在差距的问题,团队前移阵地,开展保压取心,结合核磁共振检测,岩心出筒后即刻测试,严控温压、减少逸散,保障组分数据完整可靠,打通微观相态机理向矿场应用转化的验证路径。
量化矿物表面的“吸附抓力”。页岩储层矿物类型繁多,行业知道黏土易吸附原油,却长期缺少定量评价手段,难以量化不同矿物吸附强度差异。团队融合第一性原理、机器学习力场计算与原子力显微镜测试,定量表征各类矿物对原油的吸附能,发现伊利石吸附力达到石英两倍以上。该研究建立油‑岩黏附力量化评价方法,补齐定量表征短板,为驱替剂优选、补能方案优化找准靶点。
构建跨尺度数学模型刻画地下油气流动规律。页岩油依靠天然能量开采,压力衰减快,后期补能有限。团队将纳米孔隙分子运动、微裂缝渗流、人工缝网汇流转化为数学方程组,建立跨尺度流动模型,逐尺度推导、逐项校验并优化算法,大幅提升模拟精度和效率。模拟表明,衰竭开采压力下降迅速,大量原油滞留基质孔隙;驱替保能开发可稳定地层压力,持续置换基质原油。团队由此跳出“衰竭后期补救”思路,探索开发初期持续保能的立体驱替技术体系,为开发方式转变提供理论依据。
依托渗流机理深化油井生产动态认识。团队基于室内实验与分子模拟,揭示页岩油组分分异差异化流动机制:孔壁对流体束缚明显,轻质组分运移更快,重质组分迁移缓慢。团队还明确古龙页岩油特殊的双曲递减特征,整体递减更慢;建立分阶段渗流图版,明确阶段变化特征,证实基质供给对产量的贡献;构建储层-井筒一体化全生命周期控压生产定量优化方法,推动开发政策由静态定性评价升级为时变定量调控。
从纳米相变、油‑岩吸附到跨尺度模拟、开发动态,团队以基础研究为根基,立足纳米尺度解析陆相非常规储层,打通微观实验到矿场应用,攻关立体驱替,实现驱替介质高效进入、能量长效维持,支撑古龙页岩油开发试验方案编制和示范区建设,助力2025年产量成功突破100万吨。(吴振凯,刘雨奇)