2020年, 第5卷, 第3期　
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  . 2020, 5(3): 0-0.

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  浅表沉积有机质生烃特征研究现状及发展趋势

  牛琮凯;姜福杰

  . 2020, 5(3): 299-315.

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  油气成因理论一直在不断发展,尽管目前以干酪根晚期热降解为主导的生烃理论已被大多数学者所接受,但是对于有机质在未熟—低熟情况下能否向油气转化及其转化的能力,一直没有形成系统的认识.本文系统查阅了国内外对第四系沉积物和现代生物生烃特征相关研究文献,总结了浅表沉积有机质来源、生烃潜力、生烃模式等方面的认识,并提出浅表沉积有机质生烃发展趋势和建议.现代沉积物中存在丰富的可溶有机质,仅有0.1％～2％的初级生产有机质进入到成岩后期阶段,其中脂肪酸是未熟—低成熟阶段向液态烃转化的重要物质,藻类、树脂、孢粉的热模拟实验显示特殊有机质的类脂物在低温催化作用下不需要经历干酪根阶段就可以向液态产物转化,热解产物显示为沥青质和胶质含量远高于总烃含量的特征,并且极性组分不断向总烃组分转化,生烃路径表现为生物原生有机质向可溶有机质转化、可溶有机质脱杂原子官能团向烃类演化,现代生物生烃总结为4个阶段,即原始状态、早期成烃、成烃高峰、成烃后期.总体而言,对于现代沉积有机质生烃机理、模式和能力的研究相对薄弱,目前研究主要针对某一种单一或多种原始生命体,缺少对原始生命体自沉积开始进入到生烃门限阶段的演化过程与生烃转化的机理性认识,并且研究手段仍依赖于有机质热模拟,以温度为主控因素,忽略了可溶有机质受到的综合地质作用,建议未来立足于现代海洋或湖盆沉积,发展成岩过程实验与生烃过程等检测技术,完善原始生命体自沉积后到进入生烃门限过程的生烃演化机理,加强现代沉积有机质生烃过程的系统模拟和生成产物的后期演化分析,以完善有机质生烃理论,为油气资源评价提供更有力的理论支撑.
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  粒子群优化的等效基质模量提取和横波预测方法

  王国权;陈双全;王恩利;闫国亮;周春雷

  . 2020, 5(3): 316-326.

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  常规横波预测方法从基础的岩石物理模型出发,根据部分弹性参数与岩石物理参数间的定量关系,确定横波速度对应约束参数(如孔隙纵横比)的解空间,不断搜索寻求最优解从而确定地下每一深度点对应的横波速度.但这样做会存在两点不足:一是简单的遍历搜索制约了预测方法的计算效率;二是对于缺乏矿物含量信息的井资料而言,岩石物理建模已经严重受限,最终预测结果的精度必然会有很大影响.为了解决这类矿物含量未知地区进行横波预测所存在的计算精度和效率问题,论文提出基于粒子群非线性优化算法框架下的横波预测策略.首先需要解决矿物基质模量未知或不准确的问题,即在引入干岩石泊松比σdry后根据岩石骨架模型预设法,确定其与基质模量K0的范围,之后利用流体因子定义适应度函数,将矿物基质模量反演转化为二维粒子群寻优问题,将最终得到的基质模量作为输入更新到粒子群优化的横波预测过程中.使用论文提出的横波预测策略,可以很好地解决基质模量未知的难题,更好地利用Xu-White、Xu-Payne等岩石物理模型进行储层描述.同时,论文针对传统方法计算效率低的问题进行了优化,在基质模量反演和横波预测中都采用了粒子群算法来反演约束参数.实际资料应用结果表明:基于粒子群优化框架下的基质模量反演结果满足Voigt-Reuss界限条件,验证了算法的正确性及准确度.与传统遍历搜索的横波预测对比结果表明,在精度得到保证的情况下,采用粒子群优化算法可以大大提升整个横波预测的计算效率.
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  随钻电阻率成像测井在裂缝地层中的响应模拟

  蔡亚琳;柯式镇;康正明;李新;李铭宇;马雪瑞

  . 2020, 5(3): 327-336.

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  随着石油勘探的深入发展,随钻测井技术已成为及时准确获取钻井和地质资料的重要手段.其中,随钻电阻率成像测井在实时井场数据采集、解释、现场决策以及指导地质导向钻井中起着关键作用.然而,目前关于随钻电阻率成像测井影响因素的研究较少.针对随钻电阻率成像仪在裂缝地层中的测井响应及其影响因素尚不明确的问题,本文基于三维有限元法,利用COMSOL MULTIPHYSICS有限元仿真平台,对单一裂缝地层及网状裂缝地层中的随钻电阻率成像测井响应进行了模拟,分析了井眼尺寸、泥浆电阻率、电阻率对比度、裂缝张开度、裂缝倾角及延伸距离等因素对测井响应的影响.模拟时,采用有限元局部网格细化技术,以达到求解精度,提高求解速度.数值模拟结果表明,井眼泥浆的电阻率会影响裂缝分辨率,而由于泥浆的存在,当井眼尺寸较小且仪器纽扣电极距离井壁较近时,仪器对裂缝的分辨率较高.当井眼尺寸保持在7 in以内时,视电阻率曲线效果较好.井眼环境对不同尺寸纽扣电极影响不同.当裂缝的张开度小于纽扣电极的分辨率时,随裂缝张开度增加,裂缝处的视电阻率逐渐接近真实值.而当裂缝张开度大于纽扣分辨率时,随钻电阻率成像测井受其张开度的影响较大.裂缝的延伸距离对成像结果的影响有限,当该延伸距离超过0.3 m时,该影响可以忽略.应用斯伦贝谢解释模型考察异常电流面积A与裂缝张开度的关系,两者呈较好的线性正相关关系,而A与电阻率对比度呈负相关关系.裂缝倾角会影响成像时的视张开度,随倾角增大,成像图上裂缝的视张开度增大,且倾角对低角度裂缝的视张开度大小的影响小于高角度裂缝.研究结果对随钻电阻率成像测井仪在复杂裂缝地层中的测井解释及模型建立具有一定指导意义.
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  基于嵌入式技术的声波测井阵列式声系测试系统

  刘栋;鞠晓东;卢俊强;门百永

  . 2020, 5(3): 337-348.

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  为增加测井解释的准确性,目前声波测井仪器正向复杂阵列化发展,仪器的复杂化提高了对稳定性的要求,同时也增加了仪器声系组装、调试的难度.为提高测井设备研发和现场故障诊断的效率,更好地验证声波测井阵列式声系的有效性、性能一致性,设计并实现了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的阵列式声系检测系统,并应用其进行声波测井阵列式声系测试.测试中,通过标准接收换能器测试了测试系统发射装置的幅度、频率调整范围;通过标准发射换能器验证了测试系统接收装置的接收一致性.并将测试系统应用到实际声系的测试中,通过理论模拟与实际测量数据的对比分析,发现该系统能够很好地检测接收声系各通道的有效性和一致性,并单独对发射声系的单极子和偶极子模式进行性能评价,同时可以对换能器阵列进行刻度,为实际测井中资料处理作参考.本系统主要包括以下两个部分:基于嵌入式uclinux系统和网络互连的主从式系统架构,以基于ARM技术的芯片为硬件核心,上位机通过以太网接口与嵌入式前端机通讯,实现发送控制命令与接收上传数据的功能,并完成数据处理、图显、存储等任务,嵌入式前端机与声系检测电路板通过扩展I/O总线相连,完成各调试功能的控制、数据采集、网络互连等功能;基于FPGA的声波发射装置和接收装置以及相应的数据处理模块,声波发射装置由扬声器、波形发生电路、数模转换电路、滤波电路及程控放大电路构成,声波接收装置由拾音器、滤波电路、程控放大电路及模数转换电路构成.该系统不仅可以快速检测仪器声系的工作状态,而且能够提高仪器研发和维修过程中的层次性、科学性和调试诊断的效率.
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  空化射流钻径向井开采天然气水合物关键技术研究进展

  李根生;田守嶒;张逸群

  . 2020, 5(3): 349-365.

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  天然气水合物是一种资源量丰富的高效清洁能源,该资源的开发利用对满足我国日益增长的能源消费需求、保障国家能源安全以及推进绿色发展具有重要的战略意义.本文在调研国内外水合物开采技术、研究现状的基础上,提出了利用空化射流钻径向水平井+筛管完井一体化方法开采深海浅层天然气水合物的新思路.介绍了包括总体工艺流程、射流破岩钻孔能力、射流钻头送进方式与延伸极限、井眼轨迹测量与控制等关键技术的研究基础和进展,并使用开源软件HydrateResSim进行了径向井开采天然气水合物数值模拟.本文还讨论了该技术未来的主要研究方向,包括高压水射流作用下水合物储层成孔特性、水力喷射钻井井筒多相流动规律、水合物储层微小井眼井筒稳定性评价与控制、天然气水合物径向水平井增产机理与效果评价、泥质粉砂水合物储层径向水平井开采工程参数优化等.研究发现空化射流钻径向水平井方法具有纯水力高效钻进、超短半径转向、精准中靶钻遇、衬管粗护井眼、井筒精细防砂的特点,所形成的多层多分支井眼可与降压法或热激发法相结合,扩大储层接触阵面、提高热量利用效率.研究成果可望为早日实现天然气水合物的商业化开采奠定基础.
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  四川页岩气水力压裂诱发断层滑动和套管变形风险评估

  范宇;黄锐;曾波;陈朝伟;周小金;项德贵;宋毅

  . 2020, 5(3): 366-375.

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  四川盆地长宁—威远国家级页岩气示范开发区在水力压裂施工期间发生了严重的套管变形,给压裂施工及后续生产作业带来了严重影响.为厘清套管变形问题原由,探寻解决途径,本文以四川盆地长宁—威远区块H平台为实例研究对象,观察该平台的套管变形分布情况,识别断层产状,建立地质力学模型,并分析水力压裂施工下断层滑动的风险概率.H平台套管变形位置与蚂蚁体断层、微地震信号之间的相关性分析表明,水力压裂诱发的断层滑动可能是造成套管发生变形的原因,且MIT多臂井径测井显示套管变形形状呈S型剪切变形,该变形特征与断层上下两盘相对错动的剪切特征一致.由此,基于该区块的地质构造特征,以蚂蚁体技术识别的断层为主体,以微地震信号解释的断层为补充,全面观察断层产状并建立断层模型.分析该区块的常规测井、成像测井和小型压裂测试等数据,获取该区块的地应力及孔隙压力,建立该区块地质力学模型.利用摩尔库伦准则分析断层在水力压裂施工后的激活状态,并应用定量风险分析(QRA)评价断层滑动风险高低及各因素对断层滑动的敏感性.分析结果表明,该平台大部分断层在现今地应力状态下均接近临界应力状态,处于优势滑动方位的断层在当前施工条件下容易被激活.在水力压裂诱发的孔隙压力扰动值为17 MPa情况下,与套管变形井段相交断层的滑动概率最低达65％,证明大部分套管变形的确是由水力压裂诱发的断层滑动所引起.在本例分析中,孔隙压力和摩擦系数对断层滑动风险结果的影响最大,将两者的误差控制到最小可以使风险评估模型预测的结果更准确.综上,基于此风险评估结果,可以识别水力压裂施工下断层滑动风险的高低,为优化井眼轨迹设计以减缓套管变形提供参考,该方法可能为解决套管变形问题提供一种有效的分析方法.
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  基于微流控模型的孔隙尺度剩余油流动状态变化规律研究

  王川;姜汉桥;马梦琪;徐飞;于馥玮;赵玉云;李俊键

  . 2020, 5(3): 376-391.

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  水驱是我国常规砂岩油藏最主要的开发方式,研究微观剩余油流动动态对于指导处于高含水阶段的水驱油藏开发具有重要意义.本文在微观玻璃模型驱替实验的基础上,建立了微观剩余油特征参数定量表征方法,以"微观剩余油占据的孔喉数"、"形状因子"、"油—岩石接触比"和"欧拉数"为特征参数,对微观剩余油进行了分类识别和定量统计,进而研究了水驱过程中微观剩余油的赋存状态和动态演化特征.在此基础上,进一步地以不同类型微观剩余油所占据孔隙的"平均孔隙半径"、"平均孔喉比"和"平均配位数"为特征参数,研究了微观剩余油的流动路径特征.研究结果表明:孔隙半径是决定簇状剩余油赋存的主控因素,孔喉比是形成多孔状剩余油的主控因素,而滴状微观剩余油分布的孔隙半径、孔喉比和配位数都更加宽泛,柱状和膜状剩余油分布的孔喉比和配位数也均较为宽泛;在非均质模型中,非均质性对簇状和多孔状微观剩余油流动动态起着主导作用,微观剩余油主要存在于孔喉半径较小的低渗区域,孔喉比和配位数的影响不大,而其他三类非连续相剩余油均在水驱过程中尤其是高含水阶段形成,并且多存在与水驱已波及区域,非均质性对其微观剩余油的流动动态影响较小.
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  CO2近混相驱的关键科学问题与展望

  陈浩;刘希良;贾宁洪;张可;杨冉;杨胜来

  . 2020, 5(3): 392-401.

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  CO2驱是一种具有广阔前景的提高油藏采收率的方法.自上世纪60年代以来,诸多学者对CO2驱进行研究,开展了多项室内实验和矿场试验.CO2注入对原油的影响非常复杂,主要包括:溶解、膨胀、降粘、扩散和传质等,各机制相互耦合、协同作用.原油组成不同,微观上各机理所起作用各异.另外,杂质气体的混入、水盾对油气体系的分隔以及孔隙尺度效应的存在,加剧了各微观机理作用机制的差异.本文综述了当前国内外CO2驱油现状,并结合油气勘探开发的实际需求,阐述了CO2驱油技术在油田推广应用的现状和问题.目前,对于CO2驱油的研究以及现场应用对最小混相压力过度关注,使得能否实现混相成了油田实施CO2驱油的决定因素.许多具有优势条件的油藏,仅仅因为无法达到最小混相压力而被否决.因此,针对工程实践更易实现的CO2近混相驱技术,提出了限制其发展的三大主控因素,探讨并展望了该技术未来的应用前景和发展方向.室内实验和矿场试验已充分证明了CO2近混相驱技术在改善油田开发效果方面的优势.较低的注入压力和操作成本,明显放宽了传统混相驱技术对我国普遍存在的储层条件、原油品质和气源匮乏等的限制.然而,近混相的定义并未完全统一,压力区间的确定方法仍属空白,典型特征和驱替机理尚未明确.实际应用过程中,"杂质气体混入"、"水盾阻隔"及"孔隙尺寸效应"对近混相的影响不可避免.非纯条件下产出气中CO2的浓度下限如何确定,油、气、水三相条件下的绕流、错流和马格朗尼流等不同形式的水盾阻隔效应如何表征,润湿性、孔隙分布和孔隙尺寸效应如何影响混相程度,各因素之间如何协同作用等诸多问题,亟待开展深入研究,以应对我国CO2近混相驱技术在推广和应用过程中的关键科学问题和随之而来的工程问题.
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  2-D纳米黑卡室内评价及缝洞型碳酸盐岩油藏矿场应用

  梁拓;侯吉瑞;屈鸣;张炜;吴文明

  . 2020, 5(3): 402-411.

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  塔河油田是国内一种缝洞型碳酸盐岩油藏,具有巨大的开发潜力和广阔的开发前景.针对塔河缝洞型碳酸盐岩油藏孔、缝、洞介质发育且储层非均质性严重,天然能量底水开发过程中易形成水锥;注水开发过程中,驱替介质易从裂缝窜进并产出,导致井间富集大量剩余油,注水开发效果差的问题;注气过程中,易发生气窜等问题.为了克服以上问题,中国石油大学(北京)自主合成了具有亲水—亲油性的纳米黑卡材料并开展了纳米黑卡调驱潜力室内实验研究.纳米黑卡具有95 nm横向尺寸,0.5～1.5 nm的厚度.借助Turbiscan多重光散射仪筛选出体系最稳定的纳米黑卡浓度为50 mg/L;室内静态实验证明纳米黑卡能够寻找油水界面并形成黑卡吸附层,改变界面性质.再者,当纳米黑卡浓度为50 mg/L时,油水界面张力达到0.6 mN/m,将模拟油乳化成10～50μm的稳定乳状液,也能够将油湿石英片(116°)转变成中性润湿(91.2°).根据二维可视化微观模型和细管模型证明纳米黑卡具有调驱的作用机理,一维岩心驱替实验表明纳米黑卡流体可使驱油效率增加9.2％.基于室内评价结果,初步在塔河TK779井组开展纳米黑卡调驱先导性矿场试验.在注入4900 m3纳米黑卡后(纳米黑卡浓度50 mg/L),三口邻井显著受效,注入井组受效井累计增油2233.9 t,平均含水从82％降低至25.7％.纳米黑卡调驱作为一种高效、低廉的调驱技术,有望为缝洞型碳酸盐岩油藏后期开发提供重要的技术支持.
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  碳酸盐岩储层酸压室内真三轴物理模拟实验

  王燚钊;侯冰;张鲲鹏;周长林;刘飞

  . 2020, 5(3): 412-419.

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  不同储集类型碳酸盐岩的水力裂缝扩展模式有差异,现有研究对酸压条件下裂缝型和缝洞型碳酸盐岩破裂模式认识不清,无法有效增加裂缝复杂度,提高采收率.采用裂缝型和缝洞型的碳酸盐岩进行室内真三轴酸压物理模拟实验,运用3D断面扫描观察裂缝面粗糙程度,分析对比两者破裂形态、裂缝起裂模式、扩展规律及泵压曲线特征.实验结果表明:(1)两种碳酸盐岩中的天然弱结构都能诱导天然裂缝扩展,作用模式有差异:水力裂缝在缝洞型碳酸盐岩中主要受孔洞的诱导形成树枝状蚓洞群,在裂缝型碳酸盐岩中主要依靠通过开启原有的天然裂缝向前延伸,形成交叉型裂缝.(2)缝洞型碳酸盐岩破裂压力较低,曲线受孔洞影响,出现二次波动;裂缝型碳酸盐岩破裂压力较高,曲线仅出现一次波动,压力下降更快.(3)裂缝型碳酸盐岩中酸液与基质作用区域主要集中在井眼附近,其余部位蚀刻效果不明显,酸液沿裂缝产生漏失;缝洞型碳酸盐岩中,酸液与基质的作用区域更大:近井筒处断面蚀刻程度最深,弱化效果最好,随着距井筒距离增加,弱化效果逐渐减弱.(4)对比裂缝型碳酸盐岩在滑溜水压裂、酸液压裂、泡酸条件下的泵压曲线,酸液压裂降低破裂压力效果最明显,优于泡酸处理,滑溜水压裂破裂压力最高.泡酸条件下,酸液腐蚀裸眼段,降低壁面强度;酸压条件下,酸液主要沿着裂缝路径与岩石作用,弱化作用更明显.针对不同储集类型碳酸盐岩,即使施工工艺相同、地应力相同,仍然会获得不同的压裂效果,实验结果将对碳酸盐岩储层现场酸压工艺的改进提供指导.
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  考虑微动磨损的法兰垫片泄漏路径研究

  郭岩宝;张政;王德国;何仁洋

  . 2020, 5(3): 420-428.

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  目前,在能源工程领域,特别是石油和天然气工业,站场和管道是最重要的运输方式.在天然气集输系统中,站场占有比例较大,其可靠性在很大程度上影响着整个管道系统的安全.由于设备和仪表的多样性,螺栓—垫片—法兰连接是站场中主要的连接方式.此外,密封垫片是整个系统的核心密封元件,对管道系统的安全性能至关重要.在天然气输送的过程中,内部输送介质引起的压力脉动将不可避免地导致管道及连接部位发生小幅度的振动,造成垫片与法兰密封面的微动磨损,从而降低螺栓—垫片—法兰连接的紧密性和密封性能.通过对常用金属缠绕垫片的微动磨损试验,观察分析了垫片与法兰密封件界面微动磨损对连接系统微泄漏的影响,并根据密封面的磨痕尺寸,建立了"米"字形垫片微泄漏路径单元模型.利用FLUENT软件对微动磨损产生的微泄漏路径单元内部的流体特性进行了数值模拟,探究了不同管道压力和泄漏模式下泄漏过程的变化规律,并通过柔性石墨壁面的剪力云图分析单元内部通道壁面易受高压介质冲蚀的区域.结果 表明,泄漏模式(泄漏口数量)对泄漏路径单元内流场及流速的分布有较大影响,一级泄漏模式入口流速较高,但扩散能力相对较弱,三级泄漏模式的出口流速最大;此外,温度变化不会直接影响内部流场变化;微泄漏路径单元的通道入/出口界面的体积流率均随入口压力的增大而增大;泄漏介质对柔性石墨壁面剪切力的冲蚀区域随泄漏模式产生相应变化,与其它两种泄漏模式相比,一级泄漏模式的壁面剪应力较大,三级泄漏模式的最大剪应力出现在中间区域,对石墨壁面的冲蚀作用影响更大.总的来说,考虑微动磨损的法兰垫片泄漏路径模型一定程度上能够为法兰垫片泄漏模型和评价体系的建立与优化提供参考.
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  某炼油污水处理系统运行分析、评价及达标建议

  孔繁鑫;王业腾;陈进富;郭春梅

  . 2020, 5(3): 429-434.

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  《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)的实施,对炼油企业污水排放提出了更严格的要求,炼油企业面临污染物稳定达标排放的严峻形势.本文对西部某炼油企业污水生化处理系统宏观水质进行评价,综合分析了新标准实施前307天进、出水水质特性并与新标准进行了对标分析,表明污水处理系统运行存在水质波动大,生化系统出水CODCr、氨氮和石油类都有超标风险,尤其是系统的氨氮超标率较高,生化系统的硝化效果较差等问题.因此需要强化上游生产装置排水的预处理和隔油、气浮装置的运行管理.出水水质的对标分析表明除苯之外的大部分溶解性有机物和重金属可以达到新标准要求,因此需要强化苯系物的去除,日常运营中还需加强总氮的监测,强化污水处理系统上游气浮和隔油池的运行.综上所述,在新标准实施条件下,该炼油企业需要强化炼油系统点源污水的治理,减轻其对生化系统的冲击,还需对生化工艺的硝化和反硝化效果进行强化,以期实现石油类、CODCr、氨氮和总氮等各类污染物的稳定达标,同时需要进一步监测总氮的达标情况.
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  2019年度中国石油科学十佳论文

  . 2020, 5(3): 435-435.

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  2019年度中国石油科学十佳论文提名奖

  . 2020, 5(3): 436-440.

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