DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 粘土矿物是碎屑岩中重要的填隙物，对油气储层有着重要的地质意义。本文利用X衍射、扫描电镜、铸体薄片和电子显微镜等方法，对济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的特征、形成机理、蚀变规律及影响因素进行了研究。结果表明：济阳坳陷始新统孔店组所含粘土矿物主要为伊利石、高岭石、绿泥石和伊/蒙混层，伊利石在扫描电镜下呈蜂窝状、丝缕状和丝带状，高岭石呈书页状、蠕虫状，绿泥石呈叶片状、细鳞片状，伊/蒙混层则呈不规则细粒状、鳞片状；粘土矿物的形成机理可分为陆源碎屑粘土矿物形成机理和自身粘土矿物形成机理两种，陆源碎屑粘土矿物形成机理与水动力强度有关，自生粘土矿物的形成机理受地温，成岩流体性质的影响，在一定的温度下，成岩流体在碱性范围内易形成蒙脱石、伊利石、绿泥石而在酸性范围内则有利于高岭石的形成；古地温和成岩流体共同控制了粘土矿物的形成机理和蚀变过程，当地温为70℃~140℃时，蒙脱石和高岭石蚀变形成伊利石；当地温升高到100℃~140℃时，伊/蒙混层蚀变成伊利石；当成岩流体由酸性变为碱性时，高岭石蚀变形成绿泥石；当成岩流体碱性逐渐变强时，蒙脱石蚀变形成伊利石和绿泥石。 关键词 :粘土矿物，形成机理，蚀变规律，影响因素，成岩流体
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user: 1. 引言 粘土矿物是由细分散的含水层状硅酸盐和含水非晶质硅酸盐矿物组成的，它是地层中含量最丰富的矿物，碎屑岩中常见的粘土矿物有高岭石、绿泥石、伊利石和混层粘土[ 1 ] 。粘土矿物具有分布广泛、晶体结构独特、形成机制复杂等特性，这些特性决定了它在油气开发过程中的重要意义 [ 2 ] 。20世纪60年代我国就有学者开始对粘土矿物进行研究，但当时粘土矿物的分析方法还是以热分析和透射电子显微镜分析为主，直到1975年X射线衍射分析仪的引入，碎屑岩中粘土矿物的研究才得到进一步的发展。随后Needham利用X射线衍射对粘土矿物的结构进行了研究，研究发现自生粘土矿物在砂岩孔隙中的孔隙度、渗透率基本上按分散质点式—薄膜式—搭桥式的顺序依次降低 [ 3 ] 。徐同台等人在前人的基础之上对粘土矿物进一步深入研究，于2003年出版了《中国含油气盆地粘土矿物》这是我国当前最具代表的粘土矿物研究著作之一 [ 4 ] 。随后粘土矿物的研究进入一波热潮，黄思静等通过研究发现碎屑岩中绿泥石包膜大大降低了压实作用对储层孔隙的破坏，并使原生孔隙与次生溶孔都得到了较好保存，同时他运用热力学、动力学方法对储层砂岩中粘土矿物进行模拟研究，使粘土矿物研究从定性分析向定量分析发展 [ 5 ] 。李明瑞利用粘土矿物X-射线衍射、砂岩薄片等方法对粘土矿物进行了研究，得出了粘土矿物分布的主要控制因素 [ 6 ] 。从前人的研究发现很少有学者对碎屑岩中粘土矿物的形成机理和蚀变规律进行探讨。粘土矿物作为砂岩重要的胶结物和填隙物同时是页岩的主要组分，其形成机理和蚀变规律直接影响和控制着碎屑岩的粒间孔隙，因此探讨碎屑岩中粘土矿物的形成机理及蚀变规律对碎屑岩中油气的勘探、开发具有指导性意义。本文在前人研究的基础上，系统总结了碎屑岩中不同类型粘土矿物的形成机理和蚀变规律，并分析了粘土矿物蚀变对储层孔隙的影响。
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user: 2. 研究方法 本文利用X衍射、扫描电镜、铸体薄片等方法，对济阳坳陷始新统孔店组68个碎屑岩样品进行了研究，其中，68件样品做了普通薄片分析，分析测试在复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室进行；34件样品做了X射线衍射分析，分析测试在胜利油田地质院测试中心进行；23个样品做了扫描电镜实验，分析测试在复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室进行。X射线衍射分析的基本原理是：利用X射线衍射图谱进行粘上矿物的定量分析，根据布拉格定律：d = nλ/2sinθ (d为晶面间距；n为正整数；λ为入射X射线的波长；θ为产生衍射峰值时X射线的入射角)衍射的峰值计算出晶面间距，判断出粘土矿物的类型，推断出样品中各种粘土矿物的百分含量。
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user: 3. 粘土矿物的类型及特征 3.1. 粘土矿物的类型 通过济阳坳陷始新统孔店组4口具有典型代表的井进行观察后得出该地区黏土矿物的类型及各自相对含量如图1所示，粘土矿物主要为伊利石、高岭石、绿泥石和伊/蒙混层等。其中，HK1井含的粘土矿物主要为绿泥石占46%，其次是伊利石占29%，其它粘土矿物含量较低；W46井则主要含伊利石占68%，伊蒙混层占23%，其余粘土矿物的含量不足10%；WX131井和W100井粘土矿物的含量与前面两口井差异较大，它们所含的粘土矿物主要为伊/蒙混层，分别占73%和64%。HK1井与W46井具有一定的水平距离，对比这两口井粘土矿物的种类和含量可知，不同地区粘土矿物的含量具有差异；对比HK1井与W46井，两口井的深度相差不远，可认为在是一个时期沉积形成的，结果显示不同地区同一时期，形成的粘土矿物可能不同。由此得出不同地区粘土矿物的类型、含量、分布等存在着一定的差异，同一地区也可能有差别 [ 7 ] 。这现象的出现可能与当时的沉积环境、粘土矿物的形成机理和蚀变有关。 3.2. 粘土矿物的镜下特征 通过对济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的电镜观察表明(如图2)，伊利石在扫描电镜下其微观结构如图2中(a)、(b)所示，单体形态呈丝带状、条片状和羽毛状，集合体形态呈蜂窝状、丝缕状和丝带状；蒙脱石是常见的2:1型层状结构硅酸盐，具有膨胀吸水的特性。在扫描电镜下的微观结构如图2中(c)所示，可见不规则细粒状、鳞片状、绒状颗粒，结晶度差，轮廓不清楚 [ 8 ] ；高岭石是碎屑岩中常见的一种粘土矿物。其微观结构如图2中(d)所示。在扫描电镜下其单晶体呈自形或半自形假六方板状，而集合体则表现为平直堆叠或波状堆叠的书页状、蠕虫状、手风琴状、及扇状等 [ 9 ] ；绿泥石是2:1:1型的由镁、铁、银按不同比例组成的含水层状硅酸盐矿物，其微观机构如图2中(e)所示，在扫描电镜下呈叶片状、细鳞 图1. 济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物平均相对含量柱状图 图2. 济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的扫描电镜特征 片状、玫瑰花状，叶片状；伊蒙混层如图2中(f)所示，在扫描电镜下其单体既具有伊利石的丝带状、条片状和羽毛状，又具有蒙脱石的不规则细粒状、鳞片状、绒状，其集合体形态呈蜂窝状、丝缕状和丝带状。 3.3. 粘土矿物在水介质中的分布特征 粘土矿物形成时受水体pH值的影响，可形成晶体结构、形态及类型各异的粘土矿物，不同的粘土矿物能在一定程度上反映形成时的水介质条件及环境。通过对济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的研究发现：在此K + /H + 比率低的弱酸性(pH = 5~6)氧化环境中SiO 2 和Al 2 O 3 胶体中和生成高岭石 [ 10 ] ；而在较大贫K + 且富Na + 和Ca 2+ 的弱碱性(pH = 7~8.5)环境中则有利于蒙脱石的形成和保存；伊利石在K + /H + 比率高的碱性(pH = 8)环境中容易形成，绿泥石则形成于温度相对较高富含Mg 2+ 的较强碱性(pH = 9~10)的环境 [ 11 ] 。
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user: 4. 粘土矿物的形成机理及影响因素 一般地，碎屑岩中的粘土矿物按形成机理如图3所示，可分为陆源碎屑粘土矿物和成岩过程中新形成的自生粘土矿物2大类 [ 12 ] 。沉积成岩过程中形成的粘土矿物进一步细分为原生(自生)和次生(蚀变)粘土矿物2种，前者是沉积期及成岩早期所形成的粘土矿物，而后者则是成岩晚期及以后在次生作用下形成的新粘土矿物。 根据图3可知同一种粘土矿物可由不同的形成机理形成，形成之后又可蚀变，所以粘土矿物的形成机理相当复杂，下面以济阳坳陷始新统孔店组为例，着重探究粘土矿物的两种主要的形成机制，即成岩过程粘土矿物的形成机理和陆源碎屑粘土矿物的形成机理，成岩过程粘土矿物的形成机理又可进一步分为自生粘土矿物的形成机理和由其它硅酸盐矿物蚀变而形成的粘土矿物。 4.1. 陆源碎屑粘土矿物的形成机理 陆源碎屑粘土矿物是地表岩石在风化、剥蚀作用下形成陆源碎屑物质，在一定条件下，经过地表水的搬运作用发生机械分异而沉积形成的。这种沉积主要发生在滨浅湖、半深湖、深湖与半深湖的过度相里。一般该过程形成的陆源碎屑粘土矿物，充填在碎屑岩的颗粒之间形成杂基。通过对济阳坳陷始新统孔店组陆源碎屑粘土矿物研究发现，该地区陆源碎屑粘土矿物的形成机理遵循的一般规律是：蒙脱石→伊利石、高岭石→伊利石，其产状主要有6种：1) 千枚岩屑、泥质岩屑、板岩屑中的粘土；2) 砂岩屑内的粘土、粉砂质泥岩纹层、泥砾 和泥质团块；3) 与粉砂同时沉积的粘土；4) 生物搅动引入的粘土；5) 泥岩中的大部分粘土。济阳坳陷始新统孔店组陆源碎屑粘土矿物的形成机理如图4所示，(a)为陆源碎屑粘土矿的湖泊相沉积，在大气淡水的淋滤作用下母岩遭受风化剥蚀，形成陆源碎屑物质，陆源碎屑物质在地表水的搬运过程中发生机械分异作用和化学分异作用；粉砂颗粒在清水中的沉降速度为1.5 × 10 −2 mm/s 至6 × 10 −2 mm/s；粘土颗粒在清水中的沉降速度为9.375 × 10 −4 mm/s至1.5 × 10 −2 mm/s，当流水的流速小于沉降速度的12倍时，此时流水的动力不足以克服悬浮碎屑物质的重力，碎屑物质发生沉积。如图4中(b)所示，P = 1.5 × 10 −2 mm/s，当流动强度小于等于P时，粘土矿物开始沉积 [ 9 ] 。图4中的(c)为当流动强度急剧减小到1.5 × 10 −2 mm/s或更小时，形成的分选较差，砾、砂、粉砂和粘土的混合沉积物。(d)则是与模型c对应的济阳坳陷始新统孔店组的浊流沉积；作浊流沉积主要发生于大陆边缘地区，当发生地震、滑坡、暴风浪时，粘土矿物随富含悬浮固体颗粒的高密度水流，在重力驱动下顺坡向下流动发生浊流沉积形成分选较差的碎屑物质与粘土矿物同时沉积的混合沉积物，该过程是将陆源物质由浅海输送到深海的重要机制。 图3. 粘土矿物的形成机理模式图(据沃克，1975) 图4. 济阳坳陷孔店组湖泊环境下粘土矿物成因模式图 4.2. 自生粘土矿物的形成机理 自生粘土矿物指的是由孔隙溶液直接沉淀出的，或硅酸盐经过溶解之后再沉淀形成，以及其它硅酸盐矿物蚀变形成的矿物。 4.2.1. 自生高岭石的形成机理 济阳坳陷始新统孔店组的自生高岭石比较发育，结合扫描电镜和X射线衍射分析结果，发现济阳坳陷始新统孔店组自生高岭石由长石、铝硅酸盐等矿物，在弱酸性环境中，通过大气淡水的淋滤作用，脱去碱性离子富集硅铝晶化而形成 [ 13 ] ，如图5所示，长石、云母以及其它硅酸盐矿物溶解形成 [ 14 ] [ 15 ] 高岭石其反应式如：式(1)、(2)、(3)、(4)： (1) 图5. 济阳坳陷孔店组自生高岭石的形成机理模式图 (2) (3) (4) 由上面4个化学反应式以及图5可以得出，长石或云母形成高岭，要求源源不断的大气淡水参与为反应提供一个弱酸性条件[ 16 ] 。同时要求反应所产生的K + 、Na + 、Ca 2+ 能被及时带出，也就是说高岭石的形成过程是在一个开放或半开放性成岩体系中完成的 [ 8 ] 。所以受大气的控制，高岭石常常形成于近地表环境中。如果当时的成岩体系封闭，则会造成SiO 2 和Ca 2+ 、Na + 等离子的浓度过高，使高岭石被蒙脱石所替代。 4.2.2. 自生蒙脱石的形成机理 蒙脱石是常见的2:1型层状结构硅酸盐，在电镜下其单晶体呈自形或半自形假六方板状，集合体为平直堆叠或波状堆叠的书页状、蠕虫状、手风琴状、及扇状等 [ 9 ] ，常以孔隙充填的形式存在于粒间。济阳坳陷始新统孔店组的自生蒙脱石也表现出相同特征。蒙脱石晶粒间结构比较疏松，在流体冲刷作用下容易随流体移动，从而堵塞、分割粒间的孔隙和喉道等特性，因而备受人们的关注。碎屑岩中的蒙脱石常形成于温带半湿润区，它的形成需要在碱性介质(pH = 7~8.5)条件下完成，并且与水解强度有关，只要有充足的水分长石和硅酸盐矿物就可以蚀变形成蒙脱石。 如图6所示，钠长石和钙长石在碱性环境中容易形成蒙脱石，因为钠长石和钙长石在碱性环境中溶解形成Ca 2+ 、Na + 参与反应，而钾长石溶解产生的K + 将阻碍蒙脱石的形成。 4.2.3. 自生伊利石的形成机理 伊利石因其自身的特殊的性质，它对储层孔隙的影响比其他粘土矿物更大。主要表现为，伊利石在开发注水阶段容易会发生断裂，断裂的伊利石常常堆积在吼道处，从而减低储层的渗透率。因此近年来，伊利石形成机理的研究 [ 12 ] [ 14 ] ，越来越受到人们的重视。自生伊利石的形成机理与相对封闭条件下长石溶解有关，刘昊年、黄思静等对川西坳陷上三叠统须家河组砂岩中粘土矿物的研究也证明了这一点 [ 17 ] 。通过对济阳坳陷始新统孔店组的研究发现，该储层中伊利石的形成机理主要有两种。一种是在相对封闭 图6. 蒙脱石的形成机理模式图 系统中，钾长石溶解提供K + 或原孔隙流体中就富含K + 时，长石与机酸反应形成伊利石，同时伴随着自生石英的形成。其反应式为： 从上式可知随着埋藏深度的增加，温度、压力也随之升高，相对封闭系统中的钾长石不断溶解，储层中伊利石的含量也不断增加。另一种形成机理，则是在富K + 相对开放系统中，通过蒙脱石的蚀变而形成，该反应要求反应过程中的地温在70℃~100℃之间。 4.2.4. 自生绿泥石的形成机理 绿泥石是一种富铁、镁的层状硅酸盐矿物，是砂岩储层中的重要组分，并且绿泥石的存在，对储层原生孔隙具有保护作用。因此，有关绿泥石的形成机理一直是国内外研究的热点。绿泥石一般形成于富铁、镁较强碱性(PH = 9~10)的半封闭系统 [ 11 ] 。绿泥石可由钾长石、黑云母等矿物，在富Fe 2+ 、Mg 2+ 的碱性环境中形成 [ 18 ] ，除此之外也可由高岭石蚀变而形成，济阳坳陷始新统孔店组自生绿泥石的形成化学反应式如下： 从上式可知，系统中的这些铁、镁物质在成岩早期水解，为绿泥石的形成提供了一个半封闭的碱性还原环境，绿泥石的形成可以分为两个阶段：首先是颗粒表面的粘土矿物在富铁、镁的环境中转化形成颗粒包膜，然后由孔隙水中沉淀出来的绿泥石将其包裹起来，并且从颗粒边缘向孔隙中心逐步形成，绿泥石的自形程度较好，具有明显的世代性。
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user: 5. 粘土矿物的蚀变规律 粘土矿物的蚀变与古地温、成岩流体中的酸碱度有着直接的关系。随埋藏温度的升高，镁铝蛇纹石蚀变形成绿泥石，说明古地温对粘土矿物的蚀变起着控制作用 [ 19 ] 。孙庆峰、陈发虎等通过研究发现成岩流体中的酸碱对粘土矿物的蚀变也有影响 [ 10 ] 。下面以济阳坳陷始新统孔店组为例，就古地温、成岩流体中的酸碱，这两个影响粘土矿物蚀变的主要因素进行探究，从而得出粘土矿物的蚀变规律。 5.1. 古地温与粘土矿物蚀变 温度是控制粘土矿物蚀变的一个主要因素，随埋藏深度的增加和温度的不断升高，在开放系统中当温度在70℃~100℃时蒙脱石和高岭石发生蚀变形成伊利石，只要温度在该范围内，该反应就会地层中不断的发生 [ 8 ] ，图7为蒙脱石蚀变形成伊利石和高岭石蚀变形成伊利石的模式图，其反应如式(1)和式(2)： (1) (2) 当温度高于130℃时，伊利石生长所需的K + 主要有钠长石溶解来提供，从而高岭石在钾离子参与下发生蚀变形成伊利石和石英，其反应如式(3)： (3) 由图7可知，高岭石的蚀变成伊利石所需的K + 几乎全部来自钾长石的溶解，因此在该封闭系统中的高岭石和钾长石不能共存 [ 20 ] 。本文利用X射线衍射法对济阳坳陷始新统孔店组高岭石与钾长石进行了研究，发现高岭石蚀变形成伊利石，其矿物组合可根据高岭石和钾长石相对含量的关系分为3种。1) 高岭石含量大于钾长石含量，此时钾长石全部溶解，高岭石部分发生蚀变，地层中高岭石与伊利石共存；2) 高岭石含量等于钾长石含量，此时钾长石全部溶解，高岭石全部蚀变，地层中只保存着伊利石；3) 高岭石含量小于钾长石含量，钾长石只溶解一部分，高岭石全部蚀变形成伊利石，地层中保存的是伊利石和钾长石。蒙脱石→伊利石/蒙脱石混层→伊利石，这一蚀变过程的蚀变温度约为：70℃~140℃ [ 21 ] 。张哲、陈小明等对山东济阳坳陷，古地温与伊利石/蒙脱石混层中各自含量做了研究，结果表明粘土矿物的蚀变与古地温有关，当温度100℃~140℃左右时，伊利石/蒙脱石混层发生蚀变形成伊利石 [ 22 ] 。由图7可看出，在储层中随着深度的增加地温不断升高，先发生蚀变的粘土矿物是蒙脱石，蒙脱石蚀变形成伊/蒙混层矿物，随着温度进一步的升高，伊/蒙混层矿物开始蚀变最终形成伊利石。说明了粘土矿物的蚀变与古地温有着直接的联系。 5.2. 成岩流体性质对粘土矿物蚀变的影响 成岩流体中的盐度和酸碱度在粘土矿物的蚀变过程中发挥了重要的作用。通过对济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物薄片观察，发现粘土矿物分布、蚀变受成岩流体中的盐度和酸碱度的影响。不同的流体条件控制着不同粘土矿物的蚀变，成岩流体的酸碱度和盐度对粘土矿物蚀变的关系如图8所示。下面对济阳坳陷始新统孔店组成岩流体中影响粘土矿物蚀变的这两主要因素进行探讨。储层中粘土矿物的蚀变不仅受地温的影响，也受蚀变时成岩流体中酸碱度的影响，不同的粘土矿物的蚀变能在一定程度上反映蚀变时成岩流体的酸碱度。蒙脱石可在富钾的碱性流体条件下发生蚀变形成伊利石 [ 12 ] 。在济阳坳陷始新统孔店组发现了，在富钾的碱性流体条件下蒙脱石蚀变成伊利石，其过程为：流体中的Al 3+ 、K + 与蒙脱石中的Fe 2+ 、Mg 2+ 发生置换并脱水其化学反应式如(1)式： (1) 由反应式可知蒙脱石要蚀变形成伊利石除了成岩流体质条件为碱性外，还要求系统中含有充足的K + ，当该反应在封闭系统中发生时，K + 可由系统中钾长石溶解提供，若该封闭系统储层孔隙中缺K + 和钾长石贫泛，则该反应不会发生。发生蚀变时如果水介质中富含的是Fe 3+ 、Mg 2+ 而不是Al 3+ 、K + ，则蒙脱石可蚀变形成绿泥石。济阳坳陷始新统孔店组成岩流体中富含Al 3+ 、K + 而贫Fe 3+ 、Mg 2+ 离子，所以在该储层中伊利石和绿泥石比较发育，而蒙脱石很不发育。 由此可知成岩流体条件中，对粘土矿物蚀变影响较大的因素除了酸碱度外还有盐度。王少依等对中国18个陆相含油气盆地粘土矿物分布特征与成岩流体条件的关系进行研究后发现，在富镁的储层中大量存在绿泥石；而富钾的储层中大量存伊利石 [ 23 ] ，这一特点与济阳坳陷始新统孔店组中绿泥石和伊利石的分布特征相符。这样的现象也说明了，成岩流体中盐度变化会引起粘土矿物的蚀变。在碱性系统中当储 图7. 地温与粘土矿物蚀变的关系 图8. 济阳坳陷孔店组成岩流体性质对粘土矿物蚀变的影响 层里含大量的Al 3+ 、K + 时，蒙脱石很容易发生蚀变形成伊利石。这现象说明了成岩流体中的盐度会影响粘土矿物的蚀变，同一种粘土矿物发生蚀变，若参与的盐不同则形成的粘土矿物也会不同。如图8所示，在较强碱性水介质条件下，当温度较高时绿泥石可由高岭石蚀变形成 [ 11 ] [ 12 ] ，其反应式如(2)式： (2) 该反应的发生需要在富含Mg 2+ 的较强碱性(pH = 9~10)的成岩流体条件下完成。在K + /H + 比率低的弱酸(pH = 5~6)氧化性水介质条件下，高岭石可有其它硅酸盐粘土矿物蚀变而成。 综上所述，当储层中成岩流体条件的酸碱度由酸性变为碱性过程中，高岭石可能发生蚀变形成绿泥石；当成岩流体条件的碱性逐渐变强时，伊利石和绿泥石可能由蒙脱石蚀变形成；当成岩流体条件由碱性变为酸性过程，高岭石可由其它粘土矿物蚀变形成。蒙脱石在富含Fe 2+ 、Mg 2+ 蚀变形成绿泥石，而在富含Al 3+ 、K + 的成岩流体条件下容易蚀变形成伊利石。说明了成岩流体性质会影响粘土矿物的蚀变。
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user: 6. 粘土矿物的油气地质意义 6.1. 自生粘土矿物对储层的影响 粘土矿物的存在对储层有重要的油气地质意义。济阳坳陷始新统孔店组中的自生伊利石是在相对高温的深埋藏封闭条件下，由钾长石溶解或高岭石的伊利石化所形成，高岭石蚀变成伊利石需要消耗钾离子，这两个过程都促进了钾长石的溶解，钾长石的溶解对储层次生孔隙的形成具有显著的积极作用 [ 24 ] 。成岩阶段在有机酸的参与下，钾长石大规模的溶蚀，这是济阳坳陷始新统孔店组次生孔隙形成的主要因素 [ 25 ] 。由此可知，自生伊利石的形成，对储层次生孔隙的形成与保护有着积极的作用。 本文通过对济阳坳陷始新统孔店组绿泥石的扫描电镜观察得出，含有绿泥石的储层中，砂岩颗粒接触强度很低，没有石英的次生加大，孔隙度较高；若储层中缺乏绿泥石时，则砂岩颗粒表现出具有很高的接触强度、较强的石英次生加大和极低的孔隙度，说明了绿泥石的存在大大的降低了压实作用对岩石颗粒间孔隙的破坏作用 [ 26 ] 。 6.2. 粘土矿物的蚀变对储层孔隙的影响 本文利用扫描电镜分析，对济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物进行研究，发现粘土矿物的蚀变可能引起粘土矿物的种类、成分和产状中的一种或多种发生变化，从而影响储层的发育。图9为济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的扫描电镜图，蒙脱石在富钾的碱性开放系统中，可发生蚀变形成伊利石，其反应式可表示如下： 图9. 济阳坳陷孔店组蒙脱石蚀变成伊利石对储层孔隙的影响 如图9(a)所示，蒙脱石是一种常见的层状结构粘土矿物，其颗粒呈不规则细粒状、鳞片状，粒度较小，结晶较差；而伊利石则以纤维状、卷片状存在于储层中，当储层中的蒙脱石大量蚀变为伊利石时，因伊利石常以网状搭桥式分布于储层中，会把大量的孔隙和喉道切割成微细的束缚孔隙，从而使孔隙和喉道减小，降低储层的渗透率，如图9(b)所示。 除此之外还发现，济阳坳陷始新统孔店组中的高岭石在储层中常以孔隙充填的形式存在于粒间孔隙，晶粒间结构比较松，在流体冲刷作用下容易随流体移动，从而堵塞、分割粒间的孔隙和喉道；而绿泥石则以孔隙衬垫包于颗粒表面，使储层中的原生孔隙得以较好的保存。当储层中的高岭石蚀变形成绿泥石时，储层的孔隙度和渗透率会因高岭石的粒间充填转变为绿泥石的孔隙衬垫而增大。
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user: 7. 结论 1) 济阳坳陷始新统孔店组的粘土矿物比较发育，主要以伊利石、高岭石、绿泥石和伊/蒙混层为主；在扫描电镜下其各自的特征分别是：伊利石呈蜂窝状、丝缕状和丝带状，高岭石呈书页状、蠕虫状，绿泥石呈叶片状、细鳞片状，而伊/蒙混层则呈不规则细粒状、鳞片状；伊利石一般分布于K + /H + 比率较高的碱性环境，高岭石在K + /H + 比率低的弱酸性至中性环境中较稳定，绿泥石分布于富Mg 2+ 的强碱性环境，伊/蒙混层分布于贫K + 的弱碱性环境。 2) 济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的形成机理大致可分为两种：一种是母岩在大气淡水的淋滤作用下，发生分化、剥蚀形成陆源碎屑物，再经地表水搬运，当水流强度小于1.5 × 10 −2 mm/s时，陆源碎屑物中的粘土开始发生沉积形成陆源碎屑粘土矿物；另一种是，地层中的长石、云母以及其它硅酸盐矿物，在一定的成岩条件下发生溶蚀，与成岩流体中的离子发生一系列反应，再次沉淀形成自生粘土矿物。 3) 影响粘土矿物蚀变的因素有很多，主要因素有三种，分别是成岩流体的酸碱度、盐度和古地温；粘土矿物的蚀变具有一定的规律：当成岩流体由弱酸性变为碱性时，高岭石会蚀变形成绿泥石；当成岩流体碱性逐渐变强时，蒙脱石会蚀变形成伊利石和绿泥石；当地温为70℃~140℃时，蒙脱石和高岭石会蚀变形成伊利石；当地温升高到100℃~140℃时，伊/蒙混层会蚀变成伊利石；当成岩流体中富含Fe 2+ 、Mg 2+ 等离子，蒙脱石就会蚀变形成绿泥石，如果成岩流体中缺乏Fe 2+ 、Mg 2+ 等离子而富含Al 3+ 、K + 离子，蒙脱石则会蚀变形成伊利石。 4) 通过对济阳坳陷始新统孔店组粘土矿物的研究发现，不同粘土矿物对储层有着不同的油气地质意：高岭石的形成和蚀变都会促进储层中钾长石的溶解，钾长石溶解又是储层次生孔隙形成的主要原因之一；储层中绿泥石的存在会大大的降低压实作用对岩石颗粒间孔隙的破坏；储层中伊利石的存在会使孔隙和喉道减小，降低储层的渗透率，因为伊利石常以网状搭桥式分布于储层中，会把大量的孔隙和喉道切割成微细的束缚孔隙。
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user: 摘 要 风电、光伏、储能等新电源形式接入大电网，已成为电网发展的必然趋势。由于上述新型电源与传统水火电运行控制特性上的根本差别，传统经济调度模型与方法已经不能适应多种电源形式下的分析使用需要。为此本文通过深入分析新型电源运行特性，提出了多种电源形式下大电网经济调度模型，并通过引入DisFlow潮流式，将上述问题简化，提出了QCQP快速算法，能够实现对上述问题的高效高精度求解。 关键词 :多种电源，大电网，经济调度
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user: 1. 引言 随着风电、光伏等分布式发电设备，储能装置，互动负荷等新型能源在电网中的广泛应用，多种能源形式接入已成为现代电力系统电网发展的必然趋势。作为大电网运行优化的核心，其运行优化模型与算法对协调不同类型能源的运行方式，保证电网安全可靠运行，提升电网综合运行效益具有十分重要的作用。 传统的电网运行研究，主要集中于调度运行计划。由于传统电源，如火电、水电无功电压控制能力较强，因此在传统调度计划分析中往往不考虑无功电压对电网运行的影响。然而随着新型电源的大量接入，首先由于新型电源的运行模式与传统电源存在根本不同，其次新型电源无功电压支撑能力相比传统水火电较弱。因此传统的经济调度计划模型与算法难以适应新型电源大量接入情况下电网调度运行的实际要求[ 1 ] -[ 3 ] 。 文献 [ 4 ] 最早提出了电网中的调度计划问题，文中系统阐述了电网中考虑分布式电源、储能装置等设备进行调度计划编制的重要性，同时总结了电网调度计划编制中应该关注的控制手段。早期电网调度计划的研究方法类似与输电网的调度计划方法，直流潮流成为电网调度计划模型的基础。节点电压是配电网安全运行的重要方面，但是直流潮流无法考虑系统电压的限制，利用该模型不能保证系统节点电压稳定 [ 5 ] 。因此，越来越多的电网调度计划模型以交流潮流为基础，考虑节点电压和支路潮流约束。文献 [ 6 ] [ 7 ] 所提出的调度计划模型以交流潮流为基础，考虑了节点电压、线路潮流限制。文献 [ 8 ] 提出了两阶段的电网调度计划编制模式，第一阶段为日前计划编制期，以直流潮流为基础，考虑储能、风电、光伏、燃气轮机等不同设备有功出力约束，对次日的系统有功出力进行规划。第二阶段是日内计划编制，设计了单时段的调度计划模型，该模型以交流潮流为基础，通过对潮流计算和出力优化两个子问题反复迭代进行求解。其中出力优化是在交流潮流局部线性化的基础上，考虑分布式电源、储能装置等出力限制，节点电压限制等限制。 本文首先全面研究分析了多种电源的运行特性，在此基础上提出了多种电源接入下大电网经济调度模型。然后基于QCQP模型特点，引入简化的DisFlow潮流工具，将上述复杂优化模型转化为QCQP建模模型，并通过迭代求解算法实现了对上述问题的高精度求解。最后基于REDS-135节点算例对本文算法的效率和精度进行了验证。
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user: 2. 多种电源形式下大电网经济调度模型 2.1. 新型电源运行特性 传统的水电、火电运行特性已经得到了广泛的研究，然而近年来风电、光伏、储能等新型电源大量接入，负荷侧响应模式日新月异，成为电网调度运行面临的新挑战。其中分布式发电设备主要包括风电机组、光伏机组、燃气轮机三类；储能装置包括超导储能，飞轮储能，化学电池储能等；需求侧响应主要通过电网公司与用户签订使用协议进行控制，削峰型和移峰型互动负荷是需求侧响应两种主要形式也是本文建模中所考虑的需求侧响应类型。 与传统的大型火电、水电机组不同，分布式发电设备往往是通过电力电子变换装置与电网连接，其出力特性很大程度上取决于电力电子装置的元件类型、组织结构和控制策略。目前，分布式发电设备的电力电子装置主要采用恒功率因数和恒电压两种控制模式。分布式发电设备主要包括风电机组、光伏机组与燃气轮机三类。 从储能方式上，储能装置包括化学电池储能、飞轮储能、超导储能等。但是从并网储能装置的拓扑结构来看，上述不同类型的储能装置具有相同的拓扑结构。 按照对系统负荷曲线的影响，用户侧互动负荷可分为削峰、移峰两类。如图1和图2所示，削峰和移峰的核心理念均是降低高峰时段系统的负荷电量。但是削峰方式下，高峰时段削减的电量在低谷时段不会进行补偿；然而移峰方式下，高峰时段削减的电量会在低谷时段进行等量补偿，维持系统总用电量不变。由于削峰方式容易造成系统负荷在其他时段不可控的电量恢复现象，相比之下移峰方式的电力负荷可控性更强，因此在本文将重点考虑移峰方式下的用户侧互动负荷。 结合多时段协调的大电网运行优化建模的实际需求，本文将从灵活运行特性、时段间协调特性、有功–无功协调关系三个方面对其运行特征进行描述，如表1所述。灵活运行特性是对分布式能源出力范围的描述；时段间协调特性是多时段优化过程中对分布式能源时段间出力关系的约束限制；考虑到电网优化问题必须考虑系统的无功情况，因此还有必要分析分布式能源的有功–无功协调关系。以上三方面约束，是多时段大电网运行优化模型中对分布式能源分析所需要考虑的特性关系。 上式中， 、 和 分别表示风电机组、光伏机组、燃气轮机在时段 的有功功率。 、 表示风电机组、光伏机组在时段 的有功最大出力限制。 和 代表燃气轮机在时段 的有功出力上下限范围。 和 分别表示燃气轮机上爬坡和下爬坡的出力变化约束。 表示分布式发电设备在时段 的无功出力， 和 分别表示无功出力的上下限。 表示分布式发电设备的有功出力。 为恒功率因数控制模式下的功率因数设定值。 表示恒电压控制模式下节点电压的设定值。 和 分别表示储能装置放电的有功与无功， 为相应的功率因数角。 和 用于代表储能装置 在时段 的运行状态，(1，0)表示储能装置处于储能状态，(0，1)表示储能装置处于放电状态，(0，0)表示储能装置未与电网发生电能交换，由于设定了0-1变量 和 之和小于1，则能保证储能装置在任何时刻仅处于上述一种运行状态。和表示储能装置在储能状态下的储电量和放电状态下的放电量。 和 为储能阶段储能装置的储电量上下限， 和 为储能装置放电阶段放电量的上下限。 2.2. 多种电源形式下大电网经济调度模型 为系统描述系统中相关设备的运行状态，本文提出的优化模型既包含用于描述根节点、分布式发电设备、储能装置和互动负荷出力有功和无功量的连续变量，也包含用于描述储能装置和互动负荷运行状态的0-1变量。需要特别说明的是，储能装置存在充电和放电两个状态，因此需要用两组变量描述其状态。 图1. 削峰类型负荷 图2. 移峰类型负荷 Table 1 Operating characteristic summary tabl 项目 灵活运行特性 时段间协调特性 有功–无功协调特性 分布式发电设备 储能装置 互动负荷 表1. 运行特性汇总表 综上所述，本文提出的大电网经济调度优化模型中决策变量包括： 1) 连续变量： 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 其中， 和 分别表示大电网平衡节点在时段的有功和无功注入量，其余决策变量的含义如上分布式能源运行特性一节中所述。 2) 0-1状态变量： 、 、 、 上述0-1状态变量中， 和 用于描述储能装置的运行状态， 和 用于描述移峰型互动负荷的运行状态，具体的含义如上一节所述。 本文的优化目标设定为系统全时段运行的成本最低，考虑根节点、分布式发电设备、储能设备和可控负荷四方面运行效益。 (1) 如上式， 代表不同设备的价格系数，用其上标中的前半段区分不同类型设备， ， ， 分别表示根节点、分布式发电设备、储能装置，用其后半段区分其有功或者无功， 和 分别代表有功、无功；用其下标区分设备的编号和不同时段， 表示处于时段 某种类型分布式能源第 个设备。 系统运行约束需要考虑系统运行和设备特性两方面约束条件，下面分别进行介绍。 1) 系统运行约束 系统运行约束，包括功率平衡方程、线路潮流约束和节点电压约束，是对电网基本运行约束的规范。 2) 设备特性约束 设备特性约束，是基于分布式能源的实际运行特点规定的设备运行特性方程，以保证分布式能源的运行满足其自身运行性质要求。如上一节中对分布式发电设备、储能装置、互动负荷的运行性质分析，这里的特性约束也将主要考虑这三类分布式能源的灵活运行约束、时段间协调约束、有功–无功协调约束。
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user: 3. 基于QCQP的建模方法 3.1. QCQP模型简介 Quadratically Constrained Quadratic Program (二次约束二次规划问题，QCQP)，是目标和约束项中均含有二次形式的规划问题。其基本形式如下： (2) 如上式， 为决策变量的列向量， 为其转置。 至 为 系数矩阵， 至 为 系数矩阵。 为 系数矩阵， 为 系数矩阵。 需要特别说明的是，QCQP规划需要保证系数矩阵 至 均为正定矩阵。否则不能确保上述问题为凸规划。如果上述问题中，系数矩阵 至 为零矩阵，则该问题转化为普通的线性规划问题。 3.2. 基于Distflow潮流的模型转化方法 DistFlow法是在1989年由学者Baran等人提出的电网潮流计算关系式，形式如下： (3) 上式(2)中，首先需要对线路传输模型进行简化，忽略其中线路容抗，设定线路的阻抗为 ，线路首端的节点电压为 ，末端节点电压为 ，相应的电压幅值分别为 和 。由节点 流向节点 的潮流为 。 将式(2)代入多种电源接入下大电网经济调度模型，可将其转化为含非凸二次约束项的优化问题，即SOCP问题。然而受限于当前优化计算水平，尚不具备对该问题的高效求解算法。将新问题的非凸二次约束项列写如下： (4) 可以发现节点电压项是上述非凸二次约束中的关键环节，固化节点电压项，忽略优化过程中电压幅值的细微变化，则(4-2)式中的三项非凸二次约束项，第一式电压关系式可以删除，第二和第三线路损耗关系式可转化为凸二次约束的形式，从而实现了上述问题中非凸二次约束的“凸化”。 3.3. 基于QCQP的大电网经济调度模型 按照上述模型转化思路，固定模型中的电压幅值项，可将此模型进一步转化为QCQP问题。 所得的基于QCQP的优化模型，最大的优势在于系统运行约束项上，由于电压幅值固定，因此系统运行约束中节点电压关系式和节点电压范围约束式不再需要考虑；同时线路网损关系式将变为凸二次约束式。模型的目标项和分布式发电设备、储能装置、互动负荷运行特性约束形式不会改变。新的优化模型，其系统运行约束如下： (5) 如上式，各项的含义已在前文逐一介绍，这里不再赘述。如前文所述固定电压幅值后，上述模型将转化为含混合整数项的QCQP优化问题。当前优化工具包对这一问题的解决相对更为成熟。
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user: 4. 算例分析 4.1. 基础数据 REDS (Repository of Distribution Systems)是由Kavasseri和Ababei两位学者携手设计的配电网标准分析库。该分析库旨在整合配电网研究中常用的模型体系，特别是规模比较大的配电网模型，从而为配电网研究分析服务。 本文中所使用的配电网模型均取自该模型库，每套模型的节点连接关系及线路参数等基本信息均可以从REDS网站直接下载得到。在REDS标准配电网模型的基础上，本文通过添加分布式发电设备、储能装置和互动负荷，构造形成本文适用的大电网经济调度模型，进而利用本文所提出的优化方法，对分布式能源的运行方式进行优化，以说明本文优化方法的有效性。 REDS-135节点模型共包括节点136个(含根节点一个)，线路135条，辐射状网络结构，其网络连接关系如图3所示。 本算例中系统负荷曲线如图4所示。 如图4中分别表示系统的有功与无功负荷曲线。其中带“+”标示的实线表示系统有功负荷曲线；带“△”的虚线表示系统无功负荷曲线。 同时，本算例中新增加分布式发电设备8台，储能装置1台，整形负荷1处，平移负荷1处。分布式发电设备中共有燃气轮机5台，风电机组2处，光伏机组1处，其基本信息如表2所示。储能装置的基本信息如表3所示。 如上表2为多时段REDS-135节点算例系统中新增加的机组的基本信息表。上表中若机组没有所在项目的约束条件，则值设为“-”。需要说明的是，上表中功率因数和电压设定用于说明分布式发电设备的有功–无功运行特性，恒功率因数控制方式的机组在本算例中其功率因数设定为0.8，恒电压控制方式的机组在本算例中其电压设定值为1.05。一台机组仅能运行于一种控制方式下，因此，对于任何一台分布式发电设备其功率因数项和电压设定项，仅能有一项取值，另一项必须为“-”。风机、光伏的出力特性取自其预测信息，各时段的情况不同，因此，上表中没有展示这两类分布式发电设备的爬坡速率和有功出力范围。 如表3为多时段REDS-135节点算例系统中新增加的储能装置的基本信息表。上表中若机组没有所在项目的约束条件，则值设为“-”。 本算例中增加了一处整形负荷和一处平移负荷，分别接于节点30和节点68。 4.2. 优化结果分析 根节点的出力计划曲线如图5所示。图中，带“+”标示的实线表示系统根节点的有功出力计划曲线，带“*”标示的实线表示系统根节点无功计划曲线。 所添加的分布式发电设备的出力计划如图6所示。图中带“+”的实线表示机组的有功出力计划，带“△”的实线表示无功出力计划。在优化过程中，特别将风机和光伏的价格因数设定值降低，以提高其消纳比例。同时，可以发现对于编号为3、5、7的三台燃气轮机，由于采用恒电压控制模式，无功出力受其节点电压影响，而对于编号为4、6的两台燃气轮机，由于采用恒功率因数控制模式，因此在运行过程中其，有功和无功出力式中保持比例恒定。 如图7表示的是储能装置的运行状态，图中储能装置的运行状态取值为“1”时，表示其处于储能阶段，从电网吸收能量；当其运行状态取值为“−1”时，表示其处于放电状态，向电网发出能量；当取值为“0”时，表示储能装置与电网之间没有能量交换。图8表示储能装置与电网能量交换情况，当交换功率为正值，表示储能装置从电网吸收的电能；交换功率为负值，表示储能装置向电网放出的电能。 图3. REDS-135节点系统网络连接图 图4. 多时段REDS-135节点算例系统负荷曲线图 图5. 多REDS-135节点算例根节点出力计划曲线 图6. REDS-135节点算例分布式发电设备运行曲线 图7. 多时段REDS-135节点算例储能装置运行状态 图8. 多REDS-135节点算例储能装置能量交换曲线 Table 2 REDS-135 node example additional units parameter tabl 序号 节点 对象 因数 电压 爬坡(kW/15min) 有功范围/kW 1 2 风机 0.8 - - - 2 22 风机 0.8 - - - 3 37 燃气 - 1.05 100 (0， 1500) 4 46 燃气 0.8 - 100 (0， 2000) 5 62 燃气 - 1.05 100 (0， 1500) 6 86 燃气 0.8 - 100 (0， 1500) 7 101 燃气 - 1.05 100 (0， 2500) 8 121 光伏 0.8 - - - 表2. 多时段REDS-135节点算例新增机组参数表 Table 3 REDS-135 node example additional energy storage parameter tabl 序号 节点 初始/kWh 最大/kWh 有功范围/kW 放电有功/kW 因数 电压 1 39 0 2000 (10， 500) (0， 500) 0.9 - 表3. 多时段REDS-135节点算例储能参数表
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user: 5. 结论 本文针对当前新型电源大量接入实际问题，提出了多种电源接入下大电网经济调度模型，并研究了基于QCQP迭代的高效求解算法。实际算例表明本文所提出的模型与算法不仅具有较高的计算精度，同时计算效率明显优于当前已有算法，能够有效解决不同类型电源接入下电网的调度运行分析实际需要。期望本文工作对新能源接入下电网调度运行水平提升有所裨益。
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user: 摘 要 西非深水地区发现的油气田储量规模一般比较大，但大都因属于特殊沉积类型，复杂流体特征，常规开发方式效果较差，经济评价结果往往十分边际。本文以位于西非刚果深水水域的浊积、带气顶稠油油田A为研究对象，对该深水浊积气顶稠油油田的浊积水道期次划分及储层连通性、地层原油粘度分布规律等地质油藏特征开展了精细研究，并对储量动用策略、开发方式等影响开发的主控因素进行了优化研究，针对性地提出了改善油田开发效果的开发策略和开发方法，研究结论也对如何提高此类边际油田开发的经济性具有一定的指导意义和参考价值。 关键词 :浊积水道，气顶，稠油，粘度分布，少井高产，开发方式
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user: 1. 引言 近年来，海外发现的油田数量越来越多，地质油藏特征越来越复杂。尤其是在西非深水区域，虽然油田储量规模较大，但因大都属于特殊沉积类型，复杂流体特征，常规开发方式效果较差。 A油田位于西非地区、刚果(布)刚果扇盆地，水深350~1200 m (图7)。油田含油气层位为中新统，发育A1、A2两个主要含油气目的层段。油田整体构造表现为向北西向倾伏的堑垒构造，内部发育多条北西-南东向断层；储层为深水浊积水道复合体沉积，层内夹层发育；油藏为正常的压力系统。其中下部A1油藏埋深1900 m，属构造–岩性底水油藏，有效厚度20 m，高孔(31%)高渗(4500 mD)，原油粘度较低(3 mPa.s)，储量占A油田的15% (图1)。上部A2油藏埋深1700 m左右，油柱高度37~80 m，顶部伴有80 m的气柱高度，气顶指数1.0，有效厚度13~22 m，高孔(27%~29%)高渗(1800~3000 mD)，原油粘度较高(~80 mPa.s)。总体上，A2为典型的、带气顶的边-底水普通稠油油藏(图2)，储量占A油田的85%。 开发设计之初，在储量全动用的情况下，采用注水开发。A1油藏共设计2口采油井，1口注水井，生产期末平均单井累产油量127 × 10 4 m 3 ，A2油藏共设计24口采油井，12口注水井，1口产出气回注井，生产期末平均单井累产油量27 × 10 4 m 3 左右，初步评价结果表明，开发时，经济性评价结果较差，因此，亟需提出针对油田的研究思路及优化方法，以实现该油田经济有效的开发。
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user: 2. 开发方案优化策略 对此类边际油田的开发优化，需要首先确定其面临的主要问题，抓住主要矛盾，才能随之提出解决 图1. A1油藏剖面图 图2. A2油藏剖面图 该边际油田开发难题的、切实可行的优化研究结果。 2.1. 静态法经济效益分析 对于油田开发的经济性，可以采用“静态经济评价方法”进行分析，快速、准确地判断影响油田开发效果的主控因素，理清思路、把握优化方向。在设定油价下，本油田A2油藏初期开发指标及分类费用见表1、图3。 从表1、图3、图4可以看出，在笼统开发的条件下，A2油藏由于浊积储层内部结构复杂、油气水关系复杂、原油品质差，开发过程中产量低、气窜、水窜严重，单井累产和收益较低，单井静态收益便 Table 1 Parameters of the initial FDP of A2 reservoi 方案 开发时间 年 总井数 口 平均单井累产油量 10 4 m 3 平均单井收益 MM$ A2注水 15 15 27.0 −51.3 表1. A2油藏初步开发方案主要指标汇总表 图3. A油田初步开发方案单井分摊投资比例图 已经无法支撑其分摊的高额钻完井费用和工程设施费用。即是说井数越多，工程设施规模越大，亏损越严重。再加上财税条款等与国内不同的种种限制条件，共同构成了该油田难以经济有效的开发的主要原因。 2.2. 开发方案优化策略制定 根据以上静态法分析结果，对于A2油藏来说，因油品相对较差，此类海外深水边际油田绝不可能全体动用、笼统开发，而是需要一方面精细刻画储层展布特征及连通性、研究稠油油藏地层原油粘度分布规律，再划分储量品质相对较好的“优势区”，少井数、水平井、长井段，提高单井产能；另一方面，地质油藏与钻采、工程等多专业结合，全盘考虑，重点研究并选择最优的开发方式，提高单井EUR (单井经济可采储量)。即实现 “少井高产”[ 1 ] 。
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user: 3. 开发方案优化研究 3.1. 浊积水道期次划分及储层连通性 对此类浊积水道沉积的油田(储层)，精细划分水道期次和描述储层连通性是开发方案优化首要的基础、重点和难点。 采用Mike Mayall (2000)浊积水道定义分类 [ 2 ] ，研究区A2为3rd深水浊积水道复合体沉积，水道展布方向为北西–南东向。浊积水道复合体内部结构非常复杂，结合沉积模式和井点储层钻遇情况来看，其内部发育多期4th和5th水道。但由于受研究区地震数据分辨率的影响，无法进行非常细致的水道期次划分，只能划分出4th水道复合体。结合岩心资料、测井资料和地震资料，A2段识别划分出北部、南部一和南部二共3期4th水道复合体(图4)。从地震资料上看，北部水道复合体与南部水道复合体局部叠置连通，南部两期水道复合体相互切割、叠置关系复杂，靠近物源方向以垂向叠置为主，向北西方向以侧 图4. A2油藏典型地震剖面 向迁移为主。 对于储层连通性研究，目前针对已开发油气田已形成了多种研究手段 [ 3 ] - [ 5 ] 。但对于A油田由于井点资料较少，且无干扰测试等资料，地震资料品质较差，储层内部地震反射特征表现为连续性差、杂乱反射，如何判断该类储层的连通程度是开发前期研究面临的难题之一。研究中，主要采用了地质类比和地质统计的方法定性判断储层连通程度。地质类比选取了沉积背景、沉积类型、地震反射特征类似的已开发油田，同时结合井点钻遇的储层统计参数(厚度、层数、净毛比)，综合比较分析储层连通相对程度，从而为确定开发相关参数提供地质基础。A油田A2段井点钻遇储层净毛比为0.41~0.55，基于Mike Mayall (2006)统计 [ 6 ] ，整体上储层连通性较好。 3.2. 稠油油藏地层原油性质(粘度)分布规律 A2油藏有取样的B1井和B2井基本数据见表2。化验分析结果表明，两井取样位置相近，原油粘度却相差一倍以上，因此，对A2油藏来说，地层原油性质(粘度)差异原因和分布规律描述也是方案优化的前提、重点和难点。 研究表明，两井取样深度相近，且均距离油水界面均较远(20 m左右)。另外，测井解释结果，水顶以上尚有泥岩段。因此，原油粘度随取样深度与油水界面高度差的分布规律不明显。就组分来说，两井取样化验分析结果表明，两组样品的轻质及重质组分组成相似，此外，C11 + 成分组成也相近，因此，原油粘度随组分的变化规律亦不明显。就地层温度来说，基于B2井DST取样原油粘温曲线实验结果，B1井在其取样温度下的实测原油粘度与B2井粘温实验在同一温度下的粘度相近。所以，A2油藏地层原油粘度分布应主要受地层温度影响。 首先须确定地层温度差异原因和分布规律，再进一步确定原油粘度分布规律。分析MDT测温，两井相差6℃~7℃，按常规分析方法 [ 7 ] [ 8 ] ，两井取样深度相差仅25 m，因此地温梯度不同(图5)，这在同一个油藏里很难解释。实际上，笔者认为，对于此类深水油藏，存在海床恒温层(当地地温常数为5℃)，而区块所处地带水深变化非常快，因此测温所对应的深度应当取各井各自的“海底起算深度”，且由此得到的两井深度差异将在100 m左右。由此计算，两井的地温梯度是一致的(图6)。再经过DST测温校正，便可得到真实的地层温度和地温梯度值。 Table 2 Data of well sampling in A 层位 井号 水深 m 射孔中深 mTVDSS 取样温度 ℃ 取样 位置 饱和压力 MPa 气油比 m 3 /m 3 地层原油粘度 mPa∙s A2 B1 674 1730.3 56 井下 14.38 35.4 76.64 A2 B2 550 1705.5 62.2 井下 14.65 36.69 29.82 表2. A2油藏取样基本数据表 图5. B1/B2井测温–深度(TVDSS)关系图 图6. B1/B2井测温–深度(海底起算TVD)关系图 接下来，根据海底深度等值线图和地温梯度绘制油层温度分布图，并结合粘温曲线进一步得到油层粘度分布图(图7~9)。实际上，数值模拟研究表明，本油田考虑地层原油粘度分布前后，初期产量由1000.3 m 3 /d提高至1303.2 m 3 /d，增幅30%，最终采出程度(15年)提高2%。 3.3. 储量动用策略 基于浊积水道期次划分及储层特征研究、以及地层原油粘度分布规律研究结果，可进一步获得Φh/μ o 属性分布规律(图10)。再结合储量规模、落实程度、储量丰度等，共同确定储量品质相对较好的“优势区”，并以此区域为主要动用储量和布井的位置，增加单井产能和累产油量，实现“少井高产”。 图7. 海水深度等值线图 图8. A2油层温度分布图 图9. 油层粘度分布图 图10. A2油层中深Фh/μ分布图 Table 3 Production index statistics of different developing methods of A 开发方式 总井数 口 生产年限 高峰日产油量 m 3 /d 高峰年产油量 10 4 m 3 累产油 10 4 m 3 平均单井累产油量 10 4 m 3 衰竭 6 15 1302.6 43.7 283.4 47.2 回注气 7 15 1303.2 43.8 358.7 51.2 注水 8 15 1314.4 44.1 377.7 47.2 油气同采 7 15 1291.6 43.4 202.7 29.0 表3. A2油藏不同开发方式生产指标统计表 3.4. 开发方式优化 在掌握油田储层展布及地质、油藏特征，确定储量动用策略、优选储量动用范围后，对例如A2这类带气顶的稠油油藏来说，尤其需要优化开发方式。由于油、气、水关系复杂，不同开发方式下的产量指标和相应的设施类型也不尽相同(表3)。本文通过调研 [ 9 ] - [ 11 ] ，并结合油藏数值模拟等方法，研究了衰竭、产出气回注、注水、油气同采等多种开发方式。主要开发指标见下表。研究表明，此类气顶稠油油藏，注水开发油田累产油量相对较高，但衰竭 + 产出气回注时平均单井累产油量最高(51.2 × 10 4 m 3 )。与国内油田开发不同，海外深水油田钻完井和工程设施投资巨大，需首先考虑单井成本而非总体规模，因此优选单井累产油量更高的衰竭 + 产出气回注的开发方式。
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user: 4. 小结 1) 本文讨论了深水浊积气顶稠油油田A所面临的主要开发问题，经济效益分析与技术方案相结合，提出针对此类边际油田的优化策略制定方法。 2) 对气顶稠油油藏A2，提出浊积水道期次划分及储层连通性、稠油油藏地层原油粘度分布规律等储层精细描述方法以及储量动用策略、开发方式优化等方案优化方法。提高油田初期产量30%，采收率2%，平均单井累产油量提高至51.2 × 10 4 m 3 。有效地提高了油田可采储量和经济效益。 研究结论对于合理、有效地开发A油田这类海外深水、浊积、边际油田具有较好的指导意义，同时，本文提出的优化方法也对提高此类边际油田开发经济性具有一定的参考价值。
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user: 摘 要 变电站二次设备状态评估是实现状态检修的基础，是保证一次设备安全运行的关键工作，而二次设备故障机理复杂，存在隐性故障，其状态评估所需指标更为复杂。提出基于云模型的智能变电站二次设备状态评估方法，建立基于云模型状态评估方法流程，划分评估智能变电站二次设备状态等级，采用层析分析法变权重方法进行处理。结果表明采用云模型的评价方法能更准确的评估智能变电站二次设备运行状态。为智能变电站二次设备状态检修工作提供理论依据。 关键词 :智能变电站，云模型，状态评估，层次分析法
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user: 1. 引言 随着二次设备的不断优化升级，其故障概率以及复杂程度也相应增加。从而直接影响到对一次系统的可靠保护，导致电网安全和稳定性下降[ 1 ] 。有必要对影响二次设备正常工作的关键指标进行分析，在此基础上对二次设备运行状态进行评估，进一步指导电力部门相关人员采取及时的维修措施。智能变电站二次系统的状态监测能够完成自动信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能。为智能变电二次系统状态评估提供有利支撑，而状态评估又为二次设备的状态检修提供指导 [ 2 ] 。 目前进行状态评估的方法主要有采用马尔科夫、故障树及神经网络等方法。有文献采用BP神经网络，D-S证据理论，灰靶理论，贝叶斯方法等进行状态评估，此类状态评估方法主要针对变压器设备 [ 3 ] - [ 6 ] ，而对于智能变电站二次设备状态评估研究相对较少。也有学者将云理论引用到变压器状态评估 [ 7 ] 。以上研究主要针对一次系统或一次设备进行评估，并没有针对智能变电二次设备进行评估，二次系统具有异于一次系统的特征。并且以上评估方法均从单一方面考虑模糊性状态评估，缺乏对随机性的分析，采用云模型的评价方法不仅可以兼顾模糊性，同样将随机性考虑其中。 智能变电站二次系统结构 智能变电站二次系统本质上是一个信息交换系统，二次系统是一次系统的镜像，收集一次设备信息，根据负荷对一次设备进行控制，并根据一次设备的运行状态做出相应的反应。如图1所示。 智能变电站二次系统从按功能上可以分为三部分：站控层、间隔层、过程层，智能变电站与传统的变电站二次系统的主要区别在于其增加了过程设备 [ 1 ] 。按照在智能变电站二次系统中出现运行故障的对象不同，可以将二次设备进行不同的划分，过程层包括合并单元、智能终端。间隔层包括保护装置、测控装置、电度表、故障录波器、网络分析仪、备自投、稳控、PMU等。站控层包括监控主机、操作员主机、五防主机、远动装置、保信子站。二次系统的连接示意图如图2。 智能变电站二次设备通过IEC61850通信协议进行信息传输。IEC61850系列标准由于在互操作性、开放性、可扩展性方面的杰出表现，很大程度上推动了数字化变电站的建设，必将成为智能电网信息通信体系的重要组成部分。 为了尽量使评估指标全面客观的反映智能变电站二次设备工作状态，选择影响各二次设备运行的主要因素作为其状态指标，根据相关规程规范和已有研究文献 [ 8 ] [ 9 ] 建立智能变电站二次设备状态评估指标体系如图3。 图1. 二次系统信号示意图 图2. 智能变电站二次系统 图3. 状态评估指标体系