2017年, 第2卷, 第4期　
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  《石油科学通报》投稿须知

  . 2017, 2(4): 0-0.

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石油地质
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  沾化凹陷沙三下亚段陆相页岩储层微—纳米孔隙结构特征

  李廷微;姜振学;许辰璐;朱日房;李鑫;陈委涛;宁传祥;王智

  . 2017, 2(4): 445-456.

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  页岩油赋存于富有机质页岩的微—纳米孔隙中,因此研究页岩储层微—纳米孔隙结构特征是认识页岩油富集机理的关键.通过场发射扫描电镜、CO2吸附、N2吸附和高压压汞实验,对沾化凹陷沙三下亚段陆相页岩储层的微—纳米孔隙结构进行定性和定量的表征.沾化凹陷沙三下亚段陆相页岩发育有机质孔、粒间孔、粒内孔和微裂缝4种孔隙.页岩中微孔、中孔和宏孔均有发育,其中宏孔提供孔体积的能力远远大于微孔和中孔,约占总孔体积的60.61%,是页岩油的主要储集空间和渗流通道,而微孔在比表面积方面则具有绝对的优势,约占总比表面积的87.87%,是页岩油吸附的主要场所.
石油地球物理
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  钻头电阻率测井仪器探测特性研究

  康正明;柯式镇;李新;米金泰;倪卫宁;张冰;张红蕾

  . 2017, 2(4): 457-465.

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  钻头电阻率测量是一种服务于地质导向的方法,在钻井过程中可以有效地降低作业风险.开展钻头电阻率测井仪器探测特性的数值模拟是研制精密仪器的重要手段,但其复杂的螺绕环激励源为数值模拟带来困难,因此需要利用一种等效的方法来简化.本文利用三维有限元素法(3D FEM),将复杂的螺绕环激励源简化为延伸的电压偶极子,实现了钻头电阻率测井探测特性的数值模拟.考察了钻头电阻率测井探测深度、纵向分辨率与前视探边能力及其影响因素.数值模拟结果表明,钻头电阻率测井探测深度与泥浆类型、泥浆电阻率和井底钻具长度有关.钻头电阻率测井纵向分辨率取决于井底钻具长度,井底钻具长度越小,钻头测量分辨率越高.钻头测量具有一定的前视探边能力,其与源距没有关系,电导性地层前视能力好于电阻性地层.井底钻具长度越小,仪器的前视探边能力越好.本文结果可为钻头电阻率测井仪器设计与解释提供理论依据.
石油工程
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  致密油储层水平井体积压裂套管变形失效机理数值模拟研究

  刘伟;陶长洲;万有余;池晓明;李扬;林海;邓金根

  . 2017, 2(4): 466-477.

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  本文对国内某致密油区块4口水平井体积压裂套管变形失效情况进行了统计分析,运用有限元方法对体积压裂过程中3类因素引起的套管变形规律进行了数值模拟.现场数据统计与数值分析结果表明:(1)该区块体积压裂套管缩径变形量较大,可达1~3 cm;(2)压裂引起的套管外挤力及其非均匀性增加可能导致套管屈服,但是缩径变形量较小,一般不超过3 mm;(3)压裂改造区域在套管两侧分布不对称可能导致套管发生整体弯曲变形,但套管横截面形状与尺寸几乎不变;(4)该区块水平地应力差较大,天然裂缝/小型断层容易剪切激活,裂缝面错动量可达3~5 cm,导致套管受强烈剪切而变形,缩径量达1 cm以上,且变形特点与铅印探测的套管变形特点吻合.综合现场数据统计与数值计算结果,认为与套管相交的天然裂缝/小型断层在压裂过程中激活与错动是引起目标致密油区块体积压裂套管变形失效的主要原因.本文研究结果可为体积压裂套管变形失效防治提供理论参考.
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  致密地层井壁失稳的孔隙弹性动力学机理研究

  滕学清;陈勉;金衍;卢运虎;夏阳

  . 2017, 2(4): 478-489.

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  传统井壁失稳力学机制研究主要采用弹塑性静力学和孔隙弹性模型,忽略了井眼钻开瞬间引起的孔隙弹性动力学效应,无法解释超低渗透地层井壁围岩破坏的本质.本文基于Biot多孔介质弹性动力学理论,建立了多孔弹性地层各向异性应力场中井壁瞬时失稳力学模型,借助傅里叶变换将二维非均匀地应力场控制方程组分解为两个一维问题,分析了数值求解的收敛条件,模拟了井壁瞬时破坏动态演化过程及多孔弹性无因次参数对瞬时破坏的影响.研究表明,新模型计算出的井周孔隙压力场、有效应力场及切向与径向的有效应力差比经典孔隙弹性力学解大,在最小地应力方位井壁围岩易发生剪切破坏且破坏区域随时间增大,岩石孔隙流体饱和度对井壁瞬时失稳影响最大,饱和流体越多,井壁围岩失稳风险越高.本文所建立的孔隙弹性动力学模型为井壁失稳机理分析、井筒液柱压力设计提供了科学基础,并对超低渗透致密储层井壁失稳控制具有重要的工程意义.
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  应力条件下页岩二维数字岩心的改进研究

  李江涛;汪志明;魏建光;赵岩龙;闵健

  . 2017, 2(4): 490-499.

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  目前常用的数字岩心数值重构方法都是基于常压下得到的扫描电镜(SEM)图片或CT扫描结果,导致数字岩心孔隙结构与实际地层有偏差,不利于分析页岩的孔隙特点及模拟页岩气在数字岩心中的流动.本文基于二维数字岩心和岩石弹性力学方程建立了应力条件下页岩数字岩心矿物骨架和有机质的位移计算模型,对数字岩心孔隙结构进行了修正,得到了应力条件下的页岩数字岩心.利用模型模拟了不同应力条件下岩心的孔隙结构变化规律,结果表明:有机质中的纳米孔隙对应力更加敏感,随应力变化的程度更大.对于比较细长的孔隙,受到应力作用后沿短轴方向的位移要比沿长轴方向的要大,会导致一些细长孔隙闭合或形成几个孤立的孔隙.孔隙压力对有机质纳米孔影响最大,会影响页岩气在有机质纳米孔中的流动.数字岩心的修正为进一步利用格子Boltzmann方法研究页岩气的微观渗流规律提供了更准确的流动通道模型.
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  微颗粒成分对金属网布筛管的堵塞机理实验研究

  邓福成;林海;曹砚锋;潘豪;闫伟

  . 2017, 2(4): 500-506.

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  针对金属网布筛管被地层砂中微颗粒堵塞而造成低产或停产的情况,展开微颗粒对金属网布筛管堵塞机理的研究,提出微颗粒成分及出砂次序对金属网布筛管堵塞机理的影响.利用油气井防砂模拟实验装置模拟了微颗粒防砂过程中金属网布筛管的堵塞过程及堵塞机理,分析了影响金属网布筛管堵塞程度的因素及规律.结果表明:(1)金属网布筛管对微颗粒中蒙脱石含量非常敏感,蒙脱石含量越高,堵塞越严重,产能下降越快,致使其产生严重堵塞的蒙脱石含量分界线为10%.(2)微颗粒混合组分越多,金属网布筛管堵塞速度越快,堵塞程度越严重;微颗粒组分为单一组分时,纯蒙脱石堵塞后的米采指数最小.(3)筛管外泥饼颗粒外粗内细、明显分层,说明黏土的水化膨胀性及泥饼的形成是造成金属网布筛管孔喉堵塞的重要原因.
石油机械
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  变截面深水钻井隔水管系统涡激振动模型及其解法

  厉曈曈;梁伟;安晨;段梦兰

  . 2017, 2(4): 507-518.

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  现有深水隔水管涡激振动模型都以等截面圆柱体为假设推导得出,但是实际隔水管系统的截面随着水深而变化,因此只有建立隔水管系统水深方向截面变化的涡激振动模型,才能更加准确地反映隔水管系统的动力特性.本文将涡激振动模型与尾流振子非线性模型结合,建立了变截面深水钻井隔水管系统涡激振动模型,并提出一种快速、精确的基于广义积分变换法(GITT)的任意变截面钻井隔水管系统动力学行为的半解析预测方法.文中以3000 m超深水隔水管系统为例,验证了新建立模型以及解法的正确性和有效性,对不同海流速度下的变截面深水钻井隔水管进行时域分析和频域分析.当隔水管系统随水深方向的截面发生变化时,会造成系统在响应幅值、振动频率以及锁频区域等方面的明显差异.本文研究结果对正确认识和预测深水隔水管系统动力特性,指导超深水钻井隔水管系统结构设计,确保深水钻井的安全操作都具有重要的意义.
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  海洋钻井套管安全下放速度计算模型研究

  刘宝生;杨进;孟炜;胡南丁;仝刚;侯泽宁;李磊;张东昱甫

  . 2017, 2(4): 519-526.

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  由于海上探井泥线以上的井筒结构为长细杆结构,下套管时过大的冲击载荷常常会造成井口损坏或井筒失稳,确定套管极限下放速度是安全作业控制的关键.本文从探井井身结构的特征入手,开展了井口与井筒管柱的整体受力分析.基于压杆稳定性理论,建立了探井作业条件下井口和井筒承载力计算模型.利用能量守恒定理,建立了坐挂套管条件下冲击载荷的计算模型.以隔水导管承载力、井口结构强度、井筒失稳和薄弱地层破裂压力为约束条件,建立了套管最大下放速度计算模型.以渤海海上典型探井为例,结合地层土质参数与钻井作业工况,利用该模型分析了套管下放速度对井口载荷及井筒稳定性的影响.经海上探井的现场应用与实践证明,所建立的理论模型对海上钻井设计和现场施工具有很好的指导意义.
石油化学
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  多孔介质中二元复合体系乳化前后流动规律研究

  刘哲宇;李宜强;庄永涛;陈一航;马瑞程

  . 2017, 2(4): 527-535.

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  复合驱过程中出现的乳化现象直接影响开发效果,目前对复合体系乳化后形成的乳状液的流动规律缺少相关研究.本文采用岩心实验分别注入O/W型乳状液与等黏度的二元体系,测定采出液的流变性、粒度分布以及乳状液液滴形态,比较它们在多孔介质中的流动规律差异,再通过多孔介质模拟复合驱过程中乳状液的产生过程,通过压力变化研究各因素对体系乳化强度的影响.结果表明,二元体系乳化前后的运移规律存在明显差异,乳化前体系的压力可以很快达到平稳,而乳化后的压力呈现跳跃上升,既表现出幂律流体剪切变稀的特性,又由于分散性质加强而表现出剪切变稠的特征;采出液分析表明经过岩心后,乳状液的流变曲线上移,粒径变小,经过3 PV后乳状液的液滴形态才与初始时相似;各因素中表面活性剂浓度对乳化效果的影响大于剪切速率,含油饱和度对乳化效果的影响最小.
石油经济
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  基于因子分析法的城市燃气可持续发展评价

  王中元;罗东坤

  . 2017, 2(4): 536-545.

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  城市燃气可持续发展研究相对较少,以中国城市燃气为整体研究对象的可持续发展评价仍是空白.本文以系统论和层次分析法工作原理为指导,以城市燃气可持续发展为整体研究对象,通过指标的初选和筛选,构建了由5个子系统和47项具体指标构成的城市燃气可持续发展评价指标体系.在搜集和整理大量原始指标数据基础上,运用因子分析法对城市燃气可持续发展系统进行了分析和评价.2002—2014年,各子系统发展呈上升趋势,但又表现不尽一致.经济子系统波动幅度较大,社会子系统持续稳定增长,资源子系统前紧后松,环境子系统稳中趋缓,技术子系统最为显著.以城市燃气子系统运动的多维空间结构模型为基础,结合因子分析法评价结果,对城市燃气系统整体的发展能力、协调能力、持续能力和可持续发展水平做出评价.总体来看,城市燃气系统发展能力不断增强,整体协调性较高,持续能力稳步提升.在其共同作用下,城市燃气行业可持续发展水平不断提高.
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  中国隐含石油出口变动的产业间路径分解研究

  冯翠洋;唐旭;金艺;王雪成;张宝生

  . 2017, 2(4): 546-556.

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  中国在对外贸易的过程中出口了大量隐含能,随着贸易规模的不断扩大,这一现状受到了广泛关注.本文基于2002、2007和2012年投入产出表,从完全消费的视角对中国对外贸易中的隐含石油进行定量分析,并利用敏感性分析方法找到影响隐含石油消费的关键系数,借鉴结构化路径分析方法识别出这些关键系数所在的关键产业路径.核算结果表明,2002—2012年中国隐含石油出口量迅速增加,其中化学工业,电气机械及器材制造业,通信设备、计算机及其他电子设备制造业,交通运输及仓储业的累计消耗比例超过40%.敏感性分析结果表明,石油和天然气开采业到石油加工、炼焦及核燃料加工业,石油加工、炼焦及核燃料加工业到交通运输及仓储业,石油加工、炼焦及核燃料加工业到化学工业等的部门间联系是影响隐含石油出口的关键环节.路径分析表明,批发和零售业,化学工业,研究与试验发展业,非金属矿及其他矿采选业等是高隐含石油出口附加值行业.因此,要努力扩大中间投入的能源效率,推动高附加值行业产品的出口,从而实现外向型经济的低油耗发展.