2021年, 第6卷, 第4期　
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  征稿启事

  . 2021, 6(4): 0-0.

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  断裂调整型致密砂岩气藏成藏过程模拟与成藏模式

  姜福杰;邵新荷;李林涛;庞雄奇;李敏;陈晓智;李龙龙;郑定业;呼延钰莹

  . 2021, 6(4): 539-552.

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  鄂尔多斯盆地边缘致密气勘探起步较晚,但突破明显,以东北缘临兴地区上古生界致密气为典型代表.但相较于盆地内部而言,盆地边缘地质条件复杂,受断裂调整改造的致密气藏成藏过程和成藏机理尚待系统揭示.基于对临兴地区致密气层分布特征剖析、储层流体包裹体特征分析以及盆地埋藏—热演化史模拟等,恢复了盆地边缘断裂调整型致密砂岩气的成藏过程并阐明了成藏模式.研究区致密气层在源内、近源及远源3套成藏组合中表现出差异分布特征:源内成藏组合气层个数最少,近源成藏组合气层数量居中,远源成藏组合气层个数最多;近源气层厚度最小,源内气层厚度居中,远源气层厚度最大.流体包裹体主要赋存于石英颗粒的微裂隙中,少量赋存于方解石胶结物和石英次生加大边中.流体包裹体均一温度分布范围很广,为81.7～180℃,这可能与紫金山岩浆侵入对烃源岩热历史产生影响有关.研究区天然气充注成藏分两个阶段,在成藏早期由于断裂和裂缝不发育,天然气以源内充注为主、近源充注为辅;到成藏中后期,伴随紫金山岩浆侵入产生大量断层和裂缝,天然气优先沿断层和裂缝充注到近源和远源储层中,而对源内储层的贡献相对较少.总体而言,断裂调整型致密气藏成藏过程受断层和裂缝控制作用明显,断层起到"气泵"的作用,因此,在盆地边缘致密气勘探中,要高度重视断层和裂缝的研究.
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  饶阳凹陷西6区块沙一上段沉积微相及其含油气性

  吕传炳;庞雄奇;庞宏;付亮亮;郑定业;刘本芬;耿荣燕

  . 2021, 6(4): 553-565.

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  饶阳凹陷作为一个勘探老区,油气年产量日益下降,亟需发现新的油气储量以满足国家战略发展需求.受限于早期的生产技术及理论模式,地层格架划分粗略,评价目标主要集中以段或亚段,精度较高者以油组为主,以单砂体尺度的储层受非均质性的影响导致沉积微相划分不准,为油田增储上产带来挑战,严重制约了油气勘探开发的发展.基于此,利用岩心、录井及测井等资料,本文以饶阳凹陷南马庄地区西6区块为例,对沙一段各小层(单砂体)沉积微相进行刻画,并对各类微相中砂体含油气性进行分析.结果表明:西6区块沙一上段共分为3个油组9个小层;岩性以偏氧化环境的泥岩与偏还原环境的砂岩混合为主,表现为沉积过程中水体震荡摆动的特点;沉积亚相类型为三角洲平原,发育分流河道、天然堤和河漫沼泽3种微相;沉积微相分布范围控制着砂体展布特征,具体表现为分流河道控制小层的砂地比及渗砂厚度分布,其中以II1、II2小层砂地比值最大,可达至0.75、0.85,I、II1小层渗砂厚度值最大,可达至30 m、25 m;II、III油组中各小层分流河道(微)相控制下的储层砂体整体含油气性较高,II4、III2小层含油层比例最大为69.6％、65.5％.基于各小层沉积微相与含油层的结合,剖析了沙一上段沉积微相与油气分布关系,指出分流河道、天然堤等微相叠合区内渗砂厚度大于5 m为有利的油气聚集区.
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  枣园油田孔缝型油藏单井产能地质控制因素研究

  季岭;刘钰铭;郭小龙;王飞;张容基;孙建;鲍磊

  . 2021, 6(4): 566-575.

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  枣园油田中生界孔缝型油藏岩性以安山岩为主,探明地质储量1355.87×104 t,随着开发的不断深入,已进入开发高含水阶段,后续的进一步开发有着较大的难度.本文综合应用岩心、测井、地震等静态资料以及动态数据,分析了枣园油田孔缝型油藏单井产能特征及其差异的控制因素,并制定了研究区目的层产能评价标准.研究区储集空间主要以次生溶蚀孔隙为主,裂缝则起到沟通孔隙的作用.经过分析表明,研究区单井产能与岩相具有较好的相关关系,其中爆发相和溢流相是主要储层;除此以外,产能与储层厚度以及裂缝发育呈正相关关系;油柱高度和后期措施也对单井的产能有着较大影响.通过开展油藏单井产能特征研究,总结研究区出3种单井产能类型及分类标准:I类产能稳定递减型、II类产能迅速递减型、III类低产或无产能型.I类单井钻遇储层厚度大于70 m,岩相为爆发相和溢流相;单井油柱高度大于150 m,方差属性值大于0.6.II类单井钻遇储层厚度为35～70 m,岩相为溢流相;单井油柱高度为90～150 m,方差属性值为0.15～0.6.III类单井钻遇储层厚度小于35 m,岩相为溢流相;单井油柱高度小于90 m,对应方差属性小于0.15.单井产能差异的控制因素研究对油田确定储层有利区以及下一步油井的部署和开发具有一定的指导意义.
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  利用人造岩石样品开展地震岩石物理实验研究的新进展

  丁拼搏;魏建新;狄帮让;李向阳

  . 2021, 6(4): 576-594.

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  人造岩石样品被用于油气勘探开发诸多环节中,在岩石物理学、岩石力学、油层物理等领域中取得了广泛应用.做为天然岩石的补充和有效替代样品,人造岩石在科学研究和工程应用中发挥着重要作用,为理解和分析复杂地层中油气赋存和运移、地球物理响应、物理化学机制等方面发挥重要作用.本文介绍了胶结法、烧结法、冷压法和热压法、3D打印技术、降温加压法等人造岩石样品的实验工艺,总结了针对复杂油气储层开展人造砂岩、双孔隙岩石、人造页岩、人造碳酸盐岩、天然气水合物模拟等实验方法,以及应用人造岩石样品开展地震波散射机制、地震各向异性、地震波衰减、震电效应、波致流机制、页岩脆性和甜点、水合物声电和力学等实验研究的进展.通过对人造岩石样品研究现状及发展趋势的总结表明,人造岩石样品与天然岩石具有越来越高的相似性,针对砂岩、含裂缝岩石、页岩、碳酸盐岩及天然气水合物等多种非常规储层的岩石类型,可以模拟孔隙度、渗透率、孔隙特征、矿物组分、流体饱和状态、微观结构等多种复杂岩石特征,参数可控的人造岩石样品可以实现单一物理量的变化,开展流体渗流、弹性性质、电磁学性质、力学性质等多方面的研究,定量的表征孔隙流体运移、弹性波传播、电场磁场、岩石破裂等多种物理化学过程中的机制,为降低油气勘探开发中的多解性、提高油气勘探开发精度提供支撑.利用人造岩石样品与天然岩石相结合开展研究可更好地揭示岩石物性对岩石物理特征的影响,但仍然存在一些问题.岩石力学性质与岩石孔隙结构、岩石矿物成分、岩石颗粒粒径、胶结方式和胶结强度等都有关,目前人造岩心在这方面的模拟还不太理想.同时,随着非常规复杂储层逐渐成为了目前油气勘探开发的主要目标,储层岩石的物性特征更加复杂,对人造岩石样品的模拟精度提出了更高的要求.与天然岩石相比,人造岩石样品有一些固有的不足,如孔隙结构相对比较单一、胶结方式和强度与天然岩石有差异、孔隙度和渗透率相对较高等,因此还需要在实验工艺上进一步提高人造岩石与天然岩石的相似程度.
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  三维热水驱流线油藏数值模拟

  朱舟元;刘灿华;孙念;陆扬霄

  . 2021, 6(4): 595-603.

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  由于复杂的热耦合、较强的非线性以及用来捕捉复杂物理化学过程的小尺寸网格,热力采油数值模拟的计算成本很高.因此,业界急需快速、准确的热采模拟技术.基于流线的油藏数值模拟方法在模拟复杂地质和非均匀性强的大型油藏模拟问题方面尤其成功,而这些问题对传统的油藏数值模拟技术来说是巨大的挑战.流线油藏数值模拟是基于非均质油藏中流体沿流线流动的时间尺度往往比流线位置发生显著变化的时间尺度快得多的现象.文中探索了流线数值模拟扩展到热力采油过程模拟的可行性,在前期工作基础上,构建了自行研制的三维流线热水驱油藏数值模拟器.在一个全局时间步中,首先求解压力方程,继而追踪三维油藏中的流线,然后沿一维流线求解能量和质量的对流输运,这可显著提高模拟的计算效率.最后,将物理量映射回原始网格,并求解包括热传导在内的非对流效应.该模拟器考虑了原油温黏和流体热膨胀效应,能有效描述流体在油藏中的运动和分布状况,并通过流线将其充分的可视化.在此基础上,测试了包括高度非均质的SPE10和齐40热水驱在内的若干实际案例,并与商业热采模拟器的计算结果进行了对比.热采流线模拟器成功地通过了具有挑战的多井组的SPE10的测试,并成功地解决了真实的辽河油田齐40油藏热水驱模拟问题.结果表明,该流线模拟器能够在保证精度的同时降低计算成本,并可实现流场可视化和量化井间连通性,这对于水驱管理和油藏产量预测优化具有重要意义.其为热采流线模拟技术的发展奠定了重要的基础.在此基础上,可进而有望开发商业化的热水驱热流线模拟器.
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  纳米颗粒球形度对倾斜通道中纳米流体反向混合对流传热的影响

  尤翔程;李世远

  . 2021, 6(4): 604-613.

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  本文研究了纳米颗粒球形度对倾斜通道中纳米流体反向混合对流传热的影响,以及不同纳米颗粒球形度和纳米颗粒体积分数对流体流动和传热的基本参数的影响.本文将控制常微分方程无量纲化,解析求解,得到了速度、温度和压力的显式分布.纳米流体的流动反转、壁面平均摩擦系数和平均努赛尔数对纳米流体的影响取决于纳米颗粒球形度,纳米颗粒体积分数和压力参数等.结果表明,纳米颗粒的体积分数在延迟逆流发生方面起着关键作用.纳米流体比基础流体具有更大的延迟范围,约为基础流体的2.2倍.同时,随着纳米颗粒球形度增大,其值也相应增大.纳米颗粒体积分数对速度和温度分布的影响是显著的,随着其值增大,与基液相比纳米流体延迟了上下壁面附近的速度降低.同时,随着纳米颗粒球形度的增大,壁面温度也降低.随着纳米颗粒的体积分数增大,纳米流体的壁面平均摩擦系数也增大,而且与纳米颗粒球形度和无量纲压力参数P2均无关,随着P1的增大而单调减小.平均努塞尔数与纳米颗粒球形度,纳米颗粒的体积分数和无量纲压力参数P2均有关.随着纳米颗粒球形度的增大,平均努塞尔数值也增大.本文对纳米微球在石油工程提高采收率中的应用进行了梳理和分析,深入研究纳米颗粒在倾斜通道中反向混合对流的传输机理,研究不同纳米颗粒球形度和纳米颗粒体积分数对流体流动和传热的物理参数的影响,可以为后续提高采收率纳米微球的参数选择提供理论支撑.
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  基于气体扩散模型的天然气泄漏场景下无人机自主飞行控制算法研究

  温凯;王伟;谢宜峰;韩旭

  . 2021, 6(4): 614-625.

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  随着天然气在我国能源的比重中占比越来越大,天然气的配套设施也越来越多,因此对于应急设备的需求也越来越高.当发生天然气泄漏事故时,传统的检测方法不仅存在着安全隐患,而且检测结果也用于事后分析,并没有实时反馈现场结果的方案.针对于以上问题,本研究利用无人机的优势来弥补传统检测方法的安全性差的缺陷和时效性差的缺陷,再基于高斯烟羽气体扩散模型,结合已知参数,可以计算得到泄漏现场的实时浓度分布,最后利用自主飞行算法控制无人机沿现场危险浓度面进行飞行,完成浓度测绘或者其他现场测绘任务.研究还从多个影响因素角度来分析各个影响因素对于模型结果中气体浓度分布的影响,并进行了结果比较.另外还引入了随机误差来模拟真实情况下的气体扩散分布.本研究中无人机自主飞行算法部分提出了一种"边飞边算"的构想,该构想将气体扩散模型与自主飞行算法相结合,利用实时计算浓度分布数据来为无人机的飞行提供依据,实现无人机在飞行检测的同时,进行气体分布的更新和飞行路线的优化.气体扩散模型部分利用无人机实时测量的浓度点来更新浓度分布,高斯气体扩散模型计算的初始结果总是存在一定的系统误差,本研究利用实时浓度点来更新浓度分布可以得到最真实的浓度分布情况,这样无人机自主飞行算法才能根据最新浓度分布来进行飞行路线的规划,得到最有效的飞行路线,实现最有效的自主飞行.最后,本研究经过仿真测试,基于气体扩散模型的无人机自主飞行算法在仿真环境中能够实现沿危险浓度面飞行的任务,完成指定的危险浓度面测绘任务,对于现场事故指导有着一定的现实意义.
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  基于瞬态多相流模拟器的柱塞排水采气模型及故障诊断

  朱建军;贾皓;王浩宇;曹光强;朱海文

  . 2021, 6(4): 626-637.

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  天然气是国民经济发展的重要能源.井底积液是其开采过程中面临的重要问题之一.目前柱塞气举工艺被广泛应用于采出井底积液.从现场监测数据中可以看出:故障工况一般很少重复发生,出现故障时的数据趋势特征也各不相同.因此需要大量异常工况的数据来提高模型精度,若从现场整理总结这部分数据则会大大损失天然气井的经济效益.因此在柱塞气举工艺中使用动态模拟来生成特定异常工况的数据集,有助于更好了解监测数据中反映的工况变化趋势.通过监测使用柱塞气举的气井实时数据,分析了同一时刻下气井不同位置的不同参数,并总结出相应的数据特征.使用瞬态多相流模拟器(OLGA),通过调整气藏储层动态、柱塞参数或管道边界条件,对柱塞气举工艺的动态模型进行优化,使模型与生产数据吻合良好,得到符合预测的正常与异常工况的模拟数据.在不同生产条件下分别与现场数据验证;最后使用OLGA生成了几种异常工况数据(如油管破裂、电动阀故障等),并对模拟结果作相应分析,也可将该结果添加到机器学习数据库中对模型进行训练,能够有效减少数据的相关性,提高模型预测精度.基于OLGA模拟柱塞举升系统在不同运行条件下的工艺参数,发现与现场数据拟合较好,尤其是在预测管压、套压以及产量等方面有很好的一致性.通过控制变量模拟,可以获得柱塞工艺在反常工况下的运行参数和特征,进而可得合成数据用于训练深度学习模型.与常规数据清洗方法相比,本文提出的基于瞬态柱塞举升工艺模型的合成数据方法被验证为一种有效且可靠的数据准备方法,可用于更好地训练基于机器学习算法的柱塞反常工况诊断模型.
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  交流输电线路对管道腐蚀影响的安全距离研究

  姜子涛;周冰;董绍华;魏百发;刘冠一;汪麟;董廷涛

  . 2021, 6(4): 638-647.

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  随着我国经济的高速发展,能源输送网络不断建设完善,在许多地区由于地理位置限制使得高压输电线路和油气管道形成"公共走廊".高压交流输电线路通过电磁感应作用对埋地管道产生交流干扰,当电流从管道防腐层破损点流出时会引发交流腐蚀问题.实际工程中掌握输电线路与管道的安全距离,就可以从选址阶段进行有效避让,避免后期管道可能受到的干扰问题.针对该问题,首先确定了交流腐蚀的安全指标,然后利用数值模拟技术建立了交流输电线路对埋地管道交流干扰模型,计算研究了典型的土壤电阻率、防腐层、输电线路等级、输电系统不平衡度、管径情况下的输电线路与管道的安全距离.结果表明:输电线路电压等级越高,需要的安全距离越大.对于220 kV及以下高压交流输电线路(单相电流小于1000 A),当其与管道间距大于868 m时,管道所受交流腐蚀风险可以忽略.并行长度越长,需要的安全距离越大.当并行长度大于40 km时,安全距离变化不大.土壤电阻率、管道防腐层以及输电线路等级对安全距离影响比较明显.土壤电阻率越低,所需的安全距离越大,因此当管道处于农田土或者盐碱土中时,需要更大的安全距离.管道防腐层质量越好,需要的安全距离也越大,因此3PE防腐层需要更大的安全距离.输电系统不平衡度对安全距离影响较小,这表明对于临近安全距离的管道,其交流干扰的主要来源是相线之间位置差异,而不是电流的不平衡性.管道直径对于安全距离的影响也比较小,这是因为管道的纵向阻抗相比于泄漏阻抗要低很多,也就导致其对纵向电场的累积效果影响不大,因此对安全距离影响较小.在此基础上建立了安全距离图谱和评价方法,并将该方法应用于某实际管道的交流干扰分析,结果显示根据安全距离可以很好地判断管道的干扰风险.本研究成果为新建管道与输电线路避让提供了方法和参考依据.
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  成品油管道停输压力实时监控研究

  郑坚钦;杜渐;梁永图

  . 2021, 6(4): 648-656.

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  成品油管道停输期间,由于管内外温差导致管道压力下降,另外打孔盗油也会使得管道压力下降,因此现场难以分辨是否发生盗油事故.本文为实现管道压力变化实时监控、有效指导现场管理的目标,开展了成品油管道停输压力预测研究.首先从机理模型出发,确定了压力变化的影响因素(停输时长、油品温度、环境温度);基于SCADA数据和天气数据构建了停输压力样本数据库;为提高预测精度,考虑了压力变化的时间序列特性,建立了基于PSO优化的LSTM压力预测模型(PSO-LSTM);以MAE、RMSE、MAPE为指标,以国内3条不同停输时长的成品油管道为例,并对比了基本LSTM、SVR、DT、RF、ANN等预测模型;算例结果表明基于PSO-LSTM的压力预测模型效果最好,特别当停输时长较短时,其效果更突出,RMSE、MAE和MAPE分别为0.009、0.008和0.167.本文建立的压力预测模型能动态预测管道压力变化情况,实现管道压力实时监控,提高现场运行管理效率.当预测值与检测值相差较大时,可认为管道发生异常情况,需现场排查.
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  天然气压缩机组现场性能测试计算方法对标研究

  刘国豪;侯磊;潘腾;赵一桦;陈林;李清平

  . 2021, 6(4): 657-664.

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  在长输天然气管道能耗中,天然气压缩机组能耗占比超过95％,其能耗高低对天然气企业运行成本影响最大.国内采用行业标准SY/T 6637-2012测试和计算其实际的性能曲线和能效情况,近年使用该标准计算出的压缩机多变压缩功、多变效率、机组效率等压缩机组能效关键参数与国外厂家提供的数据不一致的问题,极大影响了天然气管道的优化模型准确度、与国外先进管道对标、机组能效分析等能源管理工作.通过对比分析国内外多项标准的差异,发现标准SY/T 6637-2012在多变指数、焓值以及多变压缩功计算方法等方面与国际主流标准存在较大差异.本研究针对差异,逐项进行了对比计算,并与出厂数据和现场实际数据进行了两次验证.研究结果表明:①气体焓值以NIST软件计算结果为基准,人工查图法计算焓值的误差为6.55％左右,BWRS、RKS、PR共3种状态方程计算方法的误差分别为1.75％、2.75％、0.57％;②SY/T 6637-2012在计算多变压缩功时未考虑实际天然气的压缩性,未对结果进行修正,未加入多变压缩功修正因子;③多变效率的计算以NIST软件计算结果为基准,SY/T 6637-2012、BWRS、RKS、PR、CTO的计算偏差分别为:6.12％、2.27％、3.26％、0.12％、0.53％.根据以上对标分析结论完善后的标准SY/T 6637-2018已于2019年3月发布实施,经过一年以上在实际天然气管道站场的应用,证明该计算方法与生产厂家、国外标准保持了高度一致;修改后的测试方法适合国内站场能耗计量仪表和安装位置的实际情况,为国内天然气管道压缩机组提供了可靠的能效计算方法.