2021年, 第6卷, 第1期　
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  征稿启事

  . 2021, 6(1): 0-0.

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  准噶尔盆地阜东斜坡梧桐沟组储层沸石分布特征及成因机制

  史燕青;季汉成;张国一;王剑;宋兴国;刘尽贤

  . 2021, 6(1): 1-15.

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  准噶尔盆地南部阜康凹陷东斜坡上二叠统梧桐沟组储层富含多种类型的沸石.沸石类矿物通常在碎屑岩、特别是火山碎屑岩中集中发育.沸石对油气储层的储集性能具有重要的影响,但其成因机制仍存在争议.本研究利用扫描电镜、电子探针和光学显微镜识别了梧桐沟组的主要4种沸石类型:浊沸石、方沸石,部分片沸石以及少量斜发沸石.浊沸石和方沸石在研究区梧桐沟组含量较高,分别占沸石总含量的60％和30％,片沸石则相对含量较少,斜发沸石含量最少.阜东斜坡梧桐沟组沸石的分布特征主要受沉积微相、物源、地层水性质等因素的影响.在水下分流河道、河口坝等储层物性发育较好的微相中,沸石含量越高;并且在靠近南部博格达山物源区的地区,有利于沸石的发育,沸石含量高.此外,在CaCl2型地层水环境下,沸石的含量(主要为浊沸石)明显高于其它地层水环境.在高沸石含量的情况下(大于5％),沸石的含量与孔隙度、渗透率呈负相关关系,表明沸石胶结物的溶蚀作用对储层的物性和储集性能具有明显的改善作用.目前主流观点认为准噶尔盆地二叠系的沸石是由火山物质蚀变并依次转化而来,近期的研究中,将准西北缘二叠系的沸石划分为高温成因和低温成因两种,高温成因是由凝灰物质蚀变转化而来,低温成因则是由孔隙水结晶形成.早期的浊沸石遭受酸性流体的溶蚀,后期孔隙水在溶蚀孔隙中富集结晶形成第二期沸石.不同于传统意义上"火山物质水化"和沸石之间相互转化,通过扫描电镜和能谱分析,阜东斜坡梧桐沟组的沸石产生与长石的转化密切相关,其中浊沸石和片沸石主要来自于斜长石在碱性条件下的钠长石化,而方沸石则可能来自于钾长石在碱性条件下的转化作用.
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  南堡凹陷柳赞地区沙三段中上部层序结构及沉积充填特征研究

  孙盼科;贾浪波;朱红璋;张林;何太洪;徐朝晖;李聪

  . 2021, 6(1): 16-30.

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  南堡凹陷柳赞地区沙三段沉积期构造运动复杂,多幕构造—沉积演化导致层序地层格架及沉积充填样式时空差异大,区域上层序尺度的研究已无法满足研究区沉积、砂体精细表征的需求.本次研究聚焦沙三段中上部主力含油层系,通过陆相层序地层划分与对比技术,揭示了研究区三级层序内部准层序组级次的层序结构及沉积充填特征,明确了其对油气勘探开发的指导意义.研究结果表明:沙三1～3亚段整体可划分为2个三级层序SQ1和SQ2,其中,主力含油层III油组和II油组为SQ1层序构造宁静期湖退体系域的两个进积准层序组,垂向上随着沉积水体逐渐变浅,整体呈现扇三角洲"小平原大前缘"到平原、前缘均衡发育的沉积演化特征;I油组和0油组为SQ2层序构造活跃期湖侵体系域的两个退积准层序组,随着可容空间与沉积物供给之比逐渐增大,扇三角洲也逐渐由平原、前缘均衡发育演化成扇三角洲逐渐后撤,以滨浅湖、半深湖为主的沉积特征.横向上,边界断层的差异活动特征控制了相同沉积期沉积环境的横向变化.准层序组级次的沉积特征控制了研究区有利储盖组合的发育,构造宁静期湖退体系域中晚期(III油组和II油组)和构造活跃期湖侵体系域早期(I油组)发育的厚层储集砂体与上覆构造活跃期末期湖侵泥岩(0油组)形成了有利的储盖组合;准层序组的结构特征控制了准层序单元及其内部砂体、流体的分布规律,退积式准层序组下部砂体更发育,整体呈现下油上水的特征,准层序单元的顶部是有利储集砂体及油气的分布位置.通过本次研究,揭示了沙三段中上部主力含油层系0～III油组的层序结构及沉积充填模式,为后期砂体分布预测及岩性油藏勘探、开发提供了指导.
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  非常规油气储层脆性评价与预测方法研究进展

  曹东升;曾联波;吕文雅;徐翔;田鹤

  . 2021, 6(1): 31-45.

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  脆性对深层岩体工程和资源开发利用,特别是非常规油气资源开发具有重要意义.本文从脆性的内涵和影响因素入手,总结分析了脆性评价和预测的基本原理及研究进展.岩石的岩性组分、层理和损伤等结构特征、孔隙流体及其赋存状态、围压、温度、岩体测量尺度以及受力过程等都会对脆性有影响.高脆性非常规油气储层具有脆性矿物含量高、杨氏模量大、破裂前总应变小、应力—应变曲线峰前阶段耗散能以及峰后阶段断裂能小、低延性、内摩擦角大、破裂后易形成复杂缝网系统的特征.非常规油气储层脆性研究应该重点关注地层的可压性和形成复杂缝网系统的能力.按照评价资料类型,脆性评价主要有力学试验评价和基于测钻井资料评价两种方法,脆性预测主要通过叠前地震反演.脆性各向异性及主控因素研究有利于不同类型非常规储层评价预测方法的优选和改进.不同资料脆性研究思路和方法不同,适用性也有差异,多资料多方法相互融合、相互验证是未来重要发展方向.人工智能包括机器学习等算法可以有机融合多元数据,充分挖掘有效信息,具有更加高效精确的优势,在非线性多因素控制的脆性研究中,发展潜力较大.
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  模拟退火法结合两点簇函数重构与表征页岩有机质各向异性

  隋微波;尤园;程思;郑衣珍

  . 2021, 6(1): 46-57.

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  页岩有机质及其孔隙分布与页岩吸附气含量和气体微观渗流机理密切相关,研究表明页岩中有机质分布在孔隙尺度下具有各向异性特征,然而现有的页岩数字岩心重构算法未能对该特征进行有效描述.本文针对页岩样品中有机质分布的各向异性特征,提出在数字岩心传统模拟退火数值重构方法基础上引进两点簇函数作为表征有机质分布连续性的统计指示函数.两点簇函数虽然属于两点概率函数,但是含有高阶结构信息,因此两点簇函数较之两点相关函数是对结构变化敏感性更强的统计指示函数.本文介绍了耦合两点簇函数的模拟退火算法模型,并以四川盆地下志留系龙马溪组页岩岩心样品为例详细论述了"样品成像—图像处理—函数提取—重构计算"的系统性方法流程.研究通过场发射扫描电镜实验和聚焦离子束—场发射扫描电镜实验和图像处理,获得了孔隙尺度下的页岩有机质及其孔隙分布,并从中提取了岩心样品在三个正交方向的统计关联函数包括单点相关函数、两点相关函数、线性路径函数和两点簇函数.论文建立了有机质团块三维重构的有效方法,并将以上统计关联函数应用于"双重区域"模拟退火法重构过程,分别获得有机质、有机质孔隙和基质孔隙的重构模型,通过将三者耦合获得页岩样品最终的数字岩心三维重构模型.重构页岩数字岩心三个正交方向的两点簇函数分布曲线表明有机质具有明显的各向异性.通过比较真实页岩样品与重构页岩数字岩心的有机质等体积半径分布、有机质面积、有机质延伸率等参数分布,证明了两点簇函数方法表征页岩有机质各向异性分布特征的有效性,该方法可应用于页岩数字岩心重构的相关研究工作中.
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  闭塞湖盆页岩油储层测井岩性综合评价技术

  刘俊东;蒲秀刚;常静春;郝丽萍;徐明;袁雪花;李进

  . 2021, 6(1): 58-66.

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  渤海湾盆地沧东凹陷孔二段属于封闭型陆相湖盆沉积,横向分布广泛、纵向分布稳定,烃源岩品质好,页岩油资源丰富.孔二段页岩油储层岩性多样、薄互层特征明显,且细粒沉积物发育,矿物成分复杂,利用常规测井资料开展岩性定性识别及矿物含量定量计算困难.本文综合分析地质、岩心资料,确定了目标区块页岩油储层的主要岩石类型,分别为长英质页岩、碳酸质页岩、混合质页岩和黏土岩.岩心分析和测井资料结合,明确了不同岩石类型在电成像及常规测井资料上的响应特征.优选深电阻率、补偿密度及补偿声波测井曲线,提出了"补偿声波密度差值—深电阻率比值交会图"的岩石类型定性识别方法,有效提高了页岩油储层岩性识别准确率,并实现了岩石类型分类连续自动判别.针对目标区块页岩岩性复杂、矿物成分多样,常规的矿物含量计算方法与实际差异较大的难题,根据研究区块X衍射全岩分析资料,确定页岩油储层主要矿物为长英质(石英和长石)、碳酸盐岩(方解石和白云石)、黏土,由此建立相应矿物体积模型,利用补偿声波、补偿密度、补偿密度与补偿中子归一化差值、深电阻率、自然伽马、补偿中子等敏感曲线,采用多元逐步回归的方法开展碳酸盐岩、黏土矿物含量计算,通过三次多元回归使得碳酸盐岩和黏土矿物含量计算精度明显提升,在此基础上形成了适合研究区块的页岩油储层矿物含量定量计算测井解释模型,利用该解释模型计算的矿物含量与岩心分析结果一致性较高.所形成的方法有效解决了页岩油储层岩性评价难题,提高了利用常规测井资料进行岩性评价的精度.
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  中等固结砂岩出砂机理与规律实验研究

  刘伟;闫新江;林海;周宝;刘小刚;邓金根

  . 2021, 6(1): 67-78.

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  油气井出砂是油气藏开采面临的一个重要的挑战,给正常生产带来极大的影响.在各类砂岩储层中,具有一定胶结强度的中等固结砂岩出砂机理及出砂规律尚不清楚,制约了这类储层的出砂临界条件和出砂速率准确预测.本文利用一种中等固结砂岩露头,在单、三轴实验的基础上,设计开展了不同变形破坏阶段的卸载实验及应力和流体渗流共同作用下的出砂模拟物理实验,揭示了中等固结砂岩的出砂机理、出砂规律以及产出物特征.研究结果表明:中等固结砂岩的出砂临界条件是孔眼周围岩石在应力集中作用下进入残余变形阶段,此时孔眼周围形成宏观剪切裂缝,裂缝面相对滑移错动破坏裂缝面附近的颗粒胶结,形成可供产出的离散砂,剪切裂缝的扩展连通产生尺寸较大的掉块,与裂缝面上的离散砂共同为出砂提供物质来源.出砂量与孔眼周围应力集中造成的破坏范围大小成正比.流体拖曳力的作用是将剪切破裂形成的固相产物运移产出,对最终的出砂量影响较小,只影响出砂速率.粒度测试结果表明,中等固结砂岩产出砂中存在由多个砂粒聚集在一起的相对直径较大的颗粒,产出砂粒度中值比原始地层砂大2～3倍,在防砂参数设计优化时应予考虑.本文的研究结果能够为构建中等固结砂岩出砂定量预测模型以及防砂参数优化设计提供依据.
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  压裂停泵水击压力波信号滤波方法与特征分析

  胡晓东;周福建;李宇娇;丘阳;李卓龙

  . 2021, 6(1): 79-91.

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  水击压力诊断是近年来兴起的压裂诊断技术,具有实时性强、成本低等优点,潜力巨大.该技术通过对停泵形成的压力波进行频谱分析,确定裂缝处压力波动传至井口的响应时间,然后乘以波速求得裂缝位置,实现裂缝识别.在压裂停泵过程中,由于管线震动、裂缝开启等各种井底波动事件,实际采集的水击压力波信号会包含有大量的随机噪声、固定频率噪声,大量噪声的存在会对压裂停泵频谱分析、确定响应时间产生强烈的干扰,影响分析的准确度.通过合理的滤波方式去掉停泵过程中存在的各种随机噪声、固定频率噪声,提高信噪比,是水击压力波诊断技术的关键问题.本文分析了压裂停泵水击压力波信号的特征,分别研究了在纯净水击信号中添加随机噪声、与模拟信号频率不相近的固定频率噪声以及频率相近的固定频率噪声后信号的特点,并以滤波信噪比的提高和倒谱效果为指标,进行了叠加平均法、FIR低通滤波法、自适应滤波法以及自适应噪声对消方法的原理分析及滤波效果的比较.在本文中,经理论分析和仿真验证,叠加平均法可以滤除随机噪声,且随着叠加次数的增大,叠加后信号的信噪比提高程度会逐渐变缓;自适应噪声对消方法对于固定频率噪声滤波效果最好,其信噪比提高最大且倒谱识别效果最好.该研究可以为压裂作业中信号的滤波提供指导.
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  页岩储层压裂裂缝扩展规律及影响因素研究探讨

  史璨;林伯韬

  . 2021, 6(1): 92-113.

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  油气勘探开发领域从常规油气向非常规油气跨越,是石油工业发展的必然趋势.全球"页岩气革命"推动页岩气勘探开发技术得到了迅速发展,水力压裂成为页岩气高效开发的关键技术之一.为了实现致密页岩储层的商业开采,必须通过大规模全井段储层缝网体积改造才能获取经济产能.目前复杂裂缝网络的形态和扩展规律仍是压裂施工中面临的关键难题,严重制约了页岩气资源的合理开发.本文归纳总结了目前常见的裂缝扩展规律研究方法并分析了不同方法在研究裂缝扩展规律问题时存在的优缺点.此外,在页岩水力压裂裂缝扩展的已有实验和数模的研究基础上,从地质和工程因素两个角度分析了对水力裂缝扩展规律的影响,系统总结了各因素影响下的裂缝扩展规律,取得了如下认识:(1)页岩物理及力学性质影响裂缝的扩展,高脆性,非均质性强的地层容易形成复杂裂缝网络;(2)地应力是影响裂缝扩展的最主要因素,决定了裂缝扩展的方向与裂缝形态;(3)页岩储层中的天然弱面(层理与天然裂缝等)是产生复杂裂缝的重要原因,其弱面性质、产状以及地应力共同决定了裂缝能否穿过弱面扩展;(4)高施工排量和高黏度可以有效增加储层的压裂改造范围,但是裂缝复杂程度低;(5)射孔方式能影响裂缝复杂程度,螺旋射孔得到的裂缝形态最复杂,平面射孔的裂缝形态最简单.通过实验和数模可以研究特定地层和施工条件下的裂缝扩展规律,但是无法满足现场真实情况下的复杂裂缝网络的裂缝扩展规律的研究.未来对于页岩储层裂缝扩展规律的研究仍然以实验和数值模拟方法为主,不断改进和完善复杂裂缝网络的模拟,同时大力发展裂缝形态监测技术,更加准确的描述实验和现场压裂裂缝的形态.此外积极探索研究裂缝扩展规律的新方法,为我国非常规页岩油气资源的勘探开发提供强有力的储层改造理论保障.
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  水驱过程中原油组分变化规律及机理

  柴汝宽;刘月田;何宇廷

  . 2021, 6(1): 114-126.

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  水驱过程中油水岩反应不断改变导致产出原油的组分不断变化,深入探究其规律及机理有助于实现油藏的精准高效开发.本文将实验与分子动力学模拟相结合研究水驱过程中原油组分的变化规律及背后的油—水—岩作用机理.首先,长岩心驱替实验与族组分分析、傅里叶变换红外线光谱实验相结合系统地研究水驱过程中原油组分的变化规律.而后,分子动力学模拟从分子尺度探究油—水—岩作用机理.实验发现:无水采收期,产出原油组分含量变化较小.见水之后,饱和烃含量下降与—CH3和—CH2—吸收峰明显降低相验证,芳香烃含量上升与—CH—离平面振动和苯环对称伸缩振动增强相统一,胶质和沥青质含量小幅度上升对应于含氧/氮官能团吸收峰微弱增加.模拟发现:原油组分在方解石表面形成饱和烃—芳香烃—胶质—沥青质的吸附序列;水驱过程中水分子先后与饱和烃、芳香烃以及游离态胶质、沥青质接触并将其先后驱离方解石表面.最终,吸附态胶质、沥青质稳定存在,一端锚定在方解石表面,一端牵引着少量未被驱离的芳香烃和饱和烃.原油组分极性越强与方解石表面相互作用越强,静电力贡献越大、范德华力影响越小.原油组分极性越相近,分子间相互作用越强,含芳香族化合物之间发育π键相互作用,饱和烃通过范德华力与其他组分相互作用.原油组分之间相互作用使得原油组分在方解石表面表现为整体性的运动特征,同时造成非极性原油组分的滞留.本研究将实验与分子动力学研究相结合从分子尺度解释水驱过程中原油组分变化规律及背后的油—水—岩作用机理,为靶向提高采收率技术的应用提供理论支撑.
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  基于自取法和支持向量机原理的原油管道运行电耗中期预测方法研究

  朱振宇;白小众;徐磊;侯磊;刘金海;谷文渊;孙欣

  . 2021, 6(1): 127-137.

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  电耗预测是原油管道运行能耗管理的重要依据,有助于输油企业制定批量调度与负荷分配等运行方案.相较于工艺计算和统计分析等传统预测方法,机器学习方法在处理高维、非线性的管道运行数据时具有更优的预测效果.但由于数据获取成本很高、数据存在安全保密性等原因,往往将造成可获取的管道数据集是小样本,以此建立的模型预测精度难以满足实际生产需求.为提高模型在小样本集情况下的预测能力,通过利用数据生成理论提出一种自取法和支持向量机相结合的管道运行电耗预测模型.利用自取法对原始小样本集数据进行扩充,根据原始数据集的分布规律生成虚拟样本,填充样本信息间隔,避免出现过拟合问题;使用粒子群算法对支持向量机的超参数进行优化,提高模型的拟合能力.以国内某保温原油管道的两站场为例进行建模预测分析,预测结果表明,相较于只利用原始数据集,添加虚拟样本后多数预测值更加贴近真实值,且当两站场分别加入50组虚拟样本后,其月度电耗预测结果的平均绝对误差(MAE)分别降低了32.38％和29.74％,证明通过向原始数据集中添加虚拟样本以扩充数据集规模,能够有效降低预测误差,提高模型的拟合能力,这为管道数据获取成本过高、企业重视数据安全等原因造成的可用样本不充足问题提供了一种新的解决思路.
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  热荷载作用下输流管道临界流速解析计算方法

  陈严飞;敖川;董绍华;刘昊;马尚;夏通璟

  . 2021, 6(1): 138-144.

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  输流管道常用于石油天然气行业中,管道内过高流速会引发结构失稳,因此掌握输流管道临界流速的计算方法至关重要.受热荷载作用下的输流管道也经常被应用于实际工程领域中,比如加热输送的原油管道和供暖管道等.热荷载作用下的输流管道相比于基本输流管道受到热荷载作用引起的轴力,其自然振动频率及临界流速与普通输流管道存在一定的差异.基于哈密顿原理推导得到热荷载作用下两端支承输流管道的振动偏微分方程,通过分离变量将方程简化为一元四次齐次常微分方程.根据两端支承输流管道临界流速条件简化微分方程并求得其通解,给出了适用不同边界条件的输流管道临界流速解析表达式.基于算例分析了不同边界条件下线性热应力和非线性热应力对输流管道临界流速的影响,并与微分求积计算方法的结果进行对比,验证了给出的解析计算方法的准确性.研究表明相对于微分求积法,提出的解析方法计算更加简单,准确性更高,可以更方便的得到输流管系统的临界流速值,有利于指导工程实践;线性热应力和非线性热应力作用下的输流管系统的临界流速均随着热荷载的增加而降低,且下降速度越来越快;同等情况下非线性热应力作用下临界流速大于线性热应力作用下的临界流速,且随着热荷载的增加,两者间的差距逐渐增大;对比边界条件发现,固定边界条件能够承受的热荷载最大,因此对热荷载作用下输流管系统施加固定边界条件有利于提高系统的稳定性.本文提出的热荷载作用下输流管道临界流速的解析方法在工程现场可以方便快速地得到准确的临界流速,为热荷载作用下输流管道系统的设计和安全评价提了参考依据.
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  长输油气管道焊接机器人的技术现状与发展趋势

  尹铁;赵弘;张倩;吴婷婷;周伦;王新升

  . 2021, 6(1): 145-157.

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  随着清洁能源需求的快速增长,管道建设用钢管的钢级、管径、壁厚和输送压力逐步提高,管道自动焊技术以其环焊缝强韧性匹配高,焊接效率高、劳动强度低等技术优点,在管道建设中日渐成为主流技术.本文阐述了以管道全位置自动焊技术为载体的长输油气管道焊接机器人技术的发展历程及其在我国工程应用情况,介绍了管道焊接机器人的工程应用特点和技术现状,列举了多焊炬管道焊接机器人、激光—电弧复合管道焊接机器人、双丝管道焊接机器人、搅拌摩擦焊机器人几种先进管道焊接机器人的技术特点和工程应用情况.通过对管道焊接机器人发展存在的问题进行梳理和总结,指出焊接运动轨迹的规划、焊缝跟踪、焊接质量在线监测、特殊工况适应性以及配套焊接电源等是目前油气工程应用存在的技术瓶颈.鉴于对油气管道焊接质量一致性和稳定性提出的高要求,笔者对今后管道焊接机器人智能化研发道路的发展趋势进行了展望,认为3个方向将是未来管道焊接机器人智能化发展趋势:(1)焊接路径的自主规划和自适应焊缝跟踪.对坡口和焊缝信息进行提取、识别和分析,获取理想的路径点和焊枪姿态,并且能够根据工况实时控制焊枪位置,实现管道环焊缝的柔性焊接规划和自适应焊缝跟踪;(2)远程故障诊断.依托大量管道工程应用积累,建立完备的焊接专家系统,对焊接机器人实施远程监控及故障实时诊断,建立网络化的实时监控系统和故障处理系统,实现焊接质量在线监控;(3)人机共融的焊接方式.通过系统深度学习将熟练焊工的经验转化为焊接机器人的训练样本,指导非熟练焊接人员开展焊接培训,人机关系由主仆变为伙伴,共同完成管道焊接作业.
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  中国原油期货与聚氯乙烯期货价格关联性研究

  马郑玮;马轶群

  . 2021, 6(1): 158-166.

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  2018年3月26日,中国原油期货在上海期货交易所上市交易,上市8个月后,便成为世界第三大原油期货品种,仅次于纽约商品交易所的WTI原油期货和伦敦洲际交易所Brent原油期货.其上市交易完善了中国石油产业期货市场体系,对于人民币国际化有着重要的促进作用.上海原油期货的成功上市,对于以原油为原材料的石油化工品期货市场将产生一定的影响.本文以三大合成材料之一的,聚氯乙烯(PVC)期货作为研究对象.研究上海原油期货上市后对其价格的影响.PVC以原油为原材料的生产产业链如下:原油—石脑油—乙烯—氯乙烯—聚氯乙烯.因此,二者现货、期货价格之间存在着一定的相关关系.研究原油期货与聚氯乙烯期货价格的关联性,对认识两者价格间的内在联系及规律;对石油石化企业更好利用其进行套期保值、规避价格波动风险,都具有重要意义.本文选取2018年3月26日至2019年9月25日中国原油期货与聚氯乙烯期货价格作为连续数据,采用平滑转换回归(STR)模型对原油期货与聚氯乙烯期货价格关联性进行了研究.研究得出,原油期货与聚氯乙烯期货价格间不仅存在线性关系,同时存在非线性关系.基于产业链视角,原油期货与聚氯乙烯期货未能达到长期均衡状态.建议中国原油期货、聚氯乙烯期货市场应该加快发展和完善.