2020年, 第5卷, 第2期　
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  征稿

  . 2020, 5(2): 0-0.

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  中扬子地区非常规天然气资源潜力及勘查方向

  康玉柱

  . 2020, 5(2): 141-147.

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  中扬子地区位于中国南方中部,包括湖北省大部、湖南省西北部.其地貌类型复杂多样,以山地为主.构造上可划分为江汉盆地、秭归盆地、湘鄂西隆起地区、湘中地区和洞庭湖地区.近年来,非常规油气勘探取得了新进展.该区发育多套烃源岩,油气资源十分丰富,具有多时代多类型成藏组合,非常规油气资源潜力大,是我国非常规油气勘查重要地区之一.
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  五峰—龙马溪组海相页岩生—储耦合演化及对页岩气富集的控制效应

  杨威;蔡剑锋;王乾右;崔政劼;崔哲;徐亮;李兰;顾小敏;王井伶

  . 2020, 5(2): 148-160.

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  四川盆地五峰—龙马溪组海相页岩热演化程度高,含气性好,有机质与有机质孔随演化程度升高演化机制具有耦合性,这对盆内不同地区页岩气藏含气量具有控制作用.为揭示有机质与有机质孔在不同演化阶段下的协同演化对页岩气富集成藏的控制效应,选取了与研究区具有相似地质地化特征的下马岭组海相页岩开展了高温高压热模拟实验来模拟页岩生烃演化过程.基于海相页岩生烃热模拟实验烃气产率与碳同位素序列特征,厘定了海相页岩滞留原油接替干酪根生气的成熟度下限RO为1.5％与生气高峰期(RO为2.5％～3.4％).开展了下马岭组与五峰—龙马溪组页岩扫描电镜分析,基于有机质定性识别与孔隙定量提取,以有机质形态学参数及等效圆直径、周长面积比等孔隙结构参数分析表明:海相页岩在低成熟阶段以原始干酪根有机质为主,有机质主要为团块状,有机质内主要发育微孔,孔隙连通性差,无机矿物粒间孔残余;高成熟阶段原始干酪根在总有机质中占比逐渐减少,迁移有机质占比上升,最高达80％,为早期干酪根形成的原油充注于残存的粒间孔形成,迁移有机质内普遍发育焦沥青孔,等效圆直径、周长面积比等孔隙结构特征参数表明焦沥青孔发育良好,孔径较大,孔隙形态为圆状、长椭圆状,连通性好.有机质与有机质孔的耦合演化保证了晚期海相页岩气的富集成藏,低演化阶段干酪根与残余粒间孔提供了液态烃的物质基础与充注空间,高演化阶段大量存在的迁移有机质与焦沥青孔提供了成气母质与储气空间,有利于页岩气富集成藏.
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  宁蒗—盐源盆地泥盆系油气地质特征及勘查方向

  张子亚;石砥石;兰志勤;张聪;覃英伦;陈榕;康海霞

  . 2020, 5(2): 161-171.

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  云南宁蒗地区云宁地1井首次在康滇古陆以西泥盆系钻获稳定天然气流,取得了新区新层系油气调查重大发现.本文基于宁蒗—盐源盆地云宁地1井的系列岩心、测录井、地震以及地质地化综合实验分析,开展泥盆系烃源岩地化特征、储层物性特征以及保存成藏等方面的综合研究,对宁蒗—盐源盆地泥盆系油气地质条件进行了系统评价.研究结果表明:(1)云宁地1井钻遇中泥盆统大槽子组生屑泥页岩段累计厚度约130 m,富有机质页岩厚度大,热演化程度适中,具有良好的页岩气富集基础.(2)大槽子组页岩脆性矿物含量较高,平均为63.1％,有利于储层改造;孔隙度为0.66％～3.3％,微米—纳米级孔隙发育,有机质孔、溶蚀孔、粒间孔、晶间孔、层间孔和微裂缝等均广泛分布,具备良好的页岩气赋存储集空间.(3)上覆中泥盆统碳山坪组发育礁滩相沉积,下段生物礁灰岩孔隙度达4.91％;原生孔隙、溶蚀孔和缝合线等均较为发育,其中原生孔隙多为层孔虫和珊瑚等构成的生物格架孔.碳山坪组储层物性较好,上段致密灰岩排替压力大,封盖能力佳,和大槽子组泥页岩构成良好的生储盖组合.综合认为,宁蒗—盐源盆地泥盆系具备良好的常规天然气藏与页岩气藏形成条件,是下一步勘查和攻关研究重点方向.该成果同时也为四川盆地外复杂构造区天然气勘查提供了启示和借鉴.
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  随钻核磁共振测井探测器构建方法研究

  李新;罗嗣慧;肖立志;孙哲;汪正垛

  . 2020, 5(2): 172-181.

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  随钻核磁共振测井技术在钻井过程中实时获得油气藏的地球物理信息,钻井条件下的恶劣环境对随钻核磁共振测井探测器的设计和实现提出挑战.本文探讨了随钻核磁共振探测器设计的基础工程和科学问题,基于井下条件和核磁共振测量的特殊性研究探测器构建方法.采用居中式测量、旋转对称低梯度静磁场、单一工作频率、适中探测深度、中等敏感区高度等构建适于标准钻铤的探测器实用结构.主磁体基于经典"inside-out"组合,引入聚焦磁体改善敏感区形状,利用2D和3D有限元方法仿真模拟电磁场分布,研究得到共振频率、静磁场梯度和敏感区等探测特性.磁体组合产生的静磁场旋转对称、梯度中等,有利于降低仪器轴向和径向对测量的影响.收发线圈由多匝铜带绕螺线管构成,产生轴对称的射频场,推导调谐和匹配计算方法得到谐振快速调节图版,将样机天线阻抗调谐与谱仪系统匹配提高发射效率.在实验室搭建了全尺寸随钻核磁共振测井探测器,利用自研电路系统联调验证方案.开展了多等待时间和多回波间隔的回波串采集实验,利用正则化拉普拉斯逆变换得到单相流体样品的横向弛豫时间分布.实验结果表明,核磁共振回波串信号信噪比良好,横向弛豫时间分布呈单峰分布并与期望值一致,验证了探测器构建方法和方案设计.
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  水合物开采储层出砂数值模拟研究进展

  宁伏龙;窦晓峰;孙嘉鑫;刘志超;李彦龙;李晓东;赵颖杰;刘昌岭;陆红锋;于彦江;李芷;罗强;曹鑫鑫

  . 2020, 5(2): 182-203.

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  出砂是水合物安全、高效、长期、可控开采面临的主要风险之一,也是制约水合物产业化发展的瓶颈难题之一.通过数值模拟手段对水合物开采过程中井眼出砂的发生、发展及防控效果进行研究是揭示开采过程中储层出砂机理并厘清出砂规律的经济有效手段,对科学设计防砂控泥完井方式、推进水合物产业化进程具有重要作用.据此,本文系统梳理了水合物开采储层出砂数值模拟研究现状.首先简要分析了水合物开采出砂多场耦合作用机理,然后以出砂判断准则为切入点分析了连续介质理论在水合物出砂数值研究中的应用,接着扩展到基于离散介质理论的出砂行为机理分析和规律预测,总结了离散单元法构建水合物出砂模型的核心要素,包括水合物赋存模式、水合物分解效应和流固耦合作用.最后讨论了当前数值模拟研究存在的主要问题,对今后水合物开采储层出砂数值模拟研究提出了相应的建议.
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  碳化水驱提高采收率研究进展

  于海洋;陈哲伟;芦鑫;程时清;谢启超;屈雪峰

  . 2020, 5(2): 204-228.

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  碳化水驱是指将CO2溶解在水中再注入地层驱油的方法.碳化水驱结合了CO2驱和水驱的优势,具有较好的驱油效率和波及效率,是一种具有广阔前景的提高油藏采收率的方法.自上世纪50年代以来,诸多学者对碳化水驱进行研究,开展了多项室内实验和矿场试验.本文综述了当前国内外碳化水驱机理、实验研究、数值模拟研究、矿场应用、驱替参数敏感性分析等方面内容.碳化水驱的主要增油机理包括原油膨胀、打破水锁效应、原油降粘、改变储层润湿性、降低界面张力等.室内实验结果表明,碳化水驱比水驱和CO2驱有更好的增油效果,碳化水渗吸能够进一步提高渗吸采收率、渗吸速率.矿场试验表明,碳化水驱能够有效提高产油量,并提高注入井的注入能力.在碳化水驱相关理论研究中,学者提出多种模型描述CO2从水相传递至油相的过程,以便于准确获取油水体系中CO2的分配系数和扩散系数.碳化水驱敏感性因素分析研究表明,影响碳化水驱效果的主要因素有碳化水中CO2浓度、注入时机、注入速度和盐度,此外利用表面活性剂协同作用可以进一步提高碳化水驱的增油效果.但是,碳化水驱现场应用面临两个主要问题,一是碳化水对套管的腐蚀性较强,二是碳化水驱过程中可能导致沥青沉降.
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  水合物开采对深水锚板基础承载性能影响的THMC数值模拟研究

  黄翔;刘芳;巨鑫

  . 2020, 5(2): 229-238.

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  天然气水合物是极具潜力的未来清洁能源之一,海洋天然气水合物的大规模商业开采可能影响周边深水设施基础结构的承载性能,进而诱发工程事故和环境风险.本文采用数值模拟的方法研究水合物降压开采过程中典型深水锚板基础的抗拔承载性能的变化规律.基于Python语言开发了含水合物多孔介质的多相流分析程序TOUGH+HYDRATE和有限元商业软件ABAQUS的交互模块,实现了水合物开采过程中储层—锚板基础相互作用的热—流—力—化学(THMC)单向时序耦合分析.根据南海水合物富集区典型储层条件,建立了水合物储层—锚板基础数值模型,模拟经历不同开采时间后锚板拉拔承载试验.结果表明,锚板承载性能同时受控于两种机制:(1)孔压下降引起储层摩擦强度增加,提高锚板抗拔承载力;(2)水合物分解引起储层黏聚强度减小,降低锚板抗拔承载力.当锚板距离开采井较近时,两种机制交替起主导作用,锚板抗拔承载力先提高后降低;当距离较远时,降压的影响机制并不明显,锚板抗拔承载力随时间降低.当水合物停采后,孔压影响机制消失,锚板抗拔承载力降低至初始值的20％左右.
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  超临界CO2压裂诱导裂缝机理研究综述

  周大伟;张广清

  . 2020, 5(2): 239-253.

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  超临界二氧化碳(SC-CO2)压裂改造非常规储层具有提高油气产量、储层无污染、节约水资源、埋存CO2等优点,受到了工业界和学术界的广泛关注.本文综述了目前室内SC-CO2压裂实验方法、裂缝起裂扩展特征与机理,以及存在的问题并给出建议.SC-CO2与岩石的"热(T)—流(H)—力(M)—化(C)"多场耦合作用机理为诱导应力和弱化断裂性质两方面.诱导应力方面包括:SC-CO2低黏度和高扩散性导致的孔隙压力场和热应力场,共同降低有效应力并诱发天然裂缝的剪切破坏(TH-M);SC-CO2相变释放的能量以冲击载荷和热应力的形式促进裂缝动态扩展(TH-M).弱化断裂性质方面包括:零表面张力的SC-CO2可进入微裂纹尖端,降低裂缝扩展所需的缝内净压力(H-M);SC-CO2吸附在微裂纹表面,降低裂缝失稳扩展所需的临界应力(C-M).因此,SC-CO2压裂易于形成以I-II混合型破坏为主的多裂缝,适合改造裂缝性致密储层.未来应积极开展SC-CO2三维裂缝扩展实验模拟,进行裂缝特征重构和定量评价,利用理论模型和数值模拟研究方法,实现研究尺度的升级,加快SC-CO2压裂工业应用进程.
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  安全思维和事故模型研究分析与展望

  伍星光;侯磊;刘芳媛;吴守志;伍壮

  . 2020, 5(2): 254-268.

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  社会技术系统的日益复杂不仅滋生了更多潜在的安全问题,也促进了安全思维的不断改变.安全思维由基于事后响应的被动式管理向基于实时监控的主动式管理转变,事故模型也从简单线性思维发展到复杂系统思维.对事故模型功能和内涵的深刻理解有助于针对具体实际问题进行模型优选与开发.目前鲜有研究对安全思维及其与事故模型的关系进行深入探究,缺乏对各事故模型的特点、适用性和局限性的综合分析.本文在总结分析安全理念和思维发展历程的基础上,将事故模型划分为基于事件的因果链式模型、基于系统理论的事故模型和基于安全屏障的事故预测模型,从模型起源、功能和适用性等方面对3类模型中的代表性模型进行了综合分析,通过对比不同类别模型的优缺点和应用前景,展望了事故模型面临的挑战和未来的发展方向.
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  熵产理论在液力透平内流场分析中的应用

  黄宁;李振林

  . 2020, 5(2): 269-276.

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  液力透平通常用于取代石油化工工艺流程的焦耳—汤姆逊节流阀起到降压作用,可以提高整体效率,也能回收高压液体能量,提高能量利用率.液力透平的整体性能关乎其回收能量的效率,为了对液力透平流场中的能量损失做出定量、定向的评价,更准确地计算流场水力损失的大小和位置,本文引入基于热力学第二定律的熵产分析理论进行分析.选用RNGκ-ε湍流模型对透平全流道进行数值模拟,并与实验结果进行对比,发现计算结果与实验结果吻合性较好.对数值模拟结果进行熵产理论分析,得到了不同工况下导叶和转轮流域的熵产,计算结果表明,在设计工况点,转轮流域流场的流线分布最佳,熵产最小,导叶和转轮流域熵产分别占总熵产的56％和44％,转轮内高熵产率主要分布在入口区域,由冲击损失造成.在偏工况点转轮内流场出现旋涡,熵产增大.转轮的熵产与内流场速度场分布相关,在非设计工况点,转轮流域内存在不良流动,引起的湍流脉动导致水力损失增大,同时伴随着熵产的增加.结果表明,熵产理论在水力损失评估上具有明显的优势,可以准确定位能量损失来源.
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  不确定条件下页岩气开发废水管理双层规划模型及应用

  王建良;张兴达

  . 2020, 5(2): 277-289.

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  页岩气资源的勘探开发已成为近年来能源领域关注度最高的话题之一,并对世界天然气工业和天然气市场产生了显著影响.进一步,作为最为清洁的化石燃料,页岩气资源的开发也将在全球能源低碳化转型中扮演重要角色.在此背景下,可以预期页岩气资源的开发规模将在未来越来越大.然而,需要关注的是,开发页岩气资源并不是一个对环境完全无害的过程.大量研究显示,页岩气资源的开发活动会产生一些严重的环境影响,例如甲烷泄露以及大量的水资源消耗等.在这些众多的环境影响中,与水相关的问题被认为是最根本且对页岩气规模开发而言长期产生阻碍的一个话题.而最佳的水资源管理是应对水资源相关问题的最有效处理措施.本文聚焦于页岩气开发中产出废水的分配与回用等水资源管理问题.进一步,在产出废水的分配和回用过程中,存在大量的不确定性因素,且这些因素会对最终优化结果产生显著影响.因此,本文首先对页岩气开发废水处理与回用流程及过程中的不确定因素进行了详细描述与分析;然后以经济效益和环境效益分别作为双层规划模型的上下两层目标函数,用模糊规划来处理产出废水的不确定性,区间规划处理废水运输、处理、回用中的其他不确定性,进而构建页岩气废水资源管理的不确定双层规划模型;在模型构建之后,基于满意度的交互式算法被用于模型的求解;最后将模型应用于具体算例以论证模型的有效性.研究结果表明:对于每一个钻井点而言,都存在一个主要的产出废水分配和回用方案,且该方案主要受到经济因素、废水处理设施的处理能力以及上下层目标函数的相对位置影响.此外,对于各类不确定性因素的考虑,确实提高了优化过程的客观性,且优化结果与实际也更加相符.进一步,在求解过程中,对产出废水量不确定性的合理容忍可以提高全局满意度,这有助于给出更好的优化结果.最后,通过对比本文建立的双层规划模型和传统的两个单目标模型显示,本文的双层规模模型可以实现在经济效益和环境效益目标之间的权衡,而这种权衡与现实更加匹配.
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  基于DEA方法的中国油气勘探开发行业技术进步贡献率测算与分析

  刘明明;胡欢;王建良

  . 2020, 5(2): 290-298.

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  作为国民经济的主导产业之一,油气行业对国民经济有着重要的推动作用.在影响油气行业上游发展的诸多因素中,技术进步带来的作用十分关键.本文针对我国15个油气生产省份,基于技术进步与经济增长理论,采用DEA方法,从纵向和横向上定量测算了这些省份2003—2017年间技术有效值、全要素生产率和技术进步贡献率3个指标的变化情况,以科学解释技术进步对我国油气工业上游发展的具体效果.计算结果表明,不同省份的技术有效值存在较大差异,广东、四川和青海省的技术有效值相对较高,而甘肃、吉林和河南的技术有效值较低,导致这种差异的重要原因在于油气资源状况与技术水平;我国油气勘探开发行业全要素生产率总体上呈现出了增长趋势,2003—2017年全要素生产率的平均增长率为9.1％,同期对油气产出的平均贡献率为215.4％,表明综合技术进步确实对油气上游产出产生了显著的正贡献;对全要素生产率分析发现,技术进步平均增长率为6.4％,技术效率平均增长率为14.9％,规模效率平均增长率为8.8％,纯技术效率平均增长为3.5％,表明规模效率显著提升引起的技术效率提高是全要素生产率增长的主要原因.在未来油气资源勘探难度增大、资源丰度下降、资源劣质化程度加深的背景下,中国油气行业上游勘探开发将更加依赖科技的持续进步,需要国家、行业、企业3个维度共同作用,一方面重视规模效率对技术效率的影响,通过对新技术的推广利用做大技术的规模效应,进而提高技术效率;另一方面,加大对革命性技术的投入,并加强对科技人员的培养,以不断涌现的技术成果解决油气勘探开发行业遇到的一系列难题,促进油气勘探开发行业的可持续发展.