2023年, 第8卷, 第5期　
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  油气井随钻测量技术发展思考与展望

  苏义脑;窦修荣;高文凯;刘珂

  . 2023, 8(5): 535-554.

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  随钻测量和随钻测井技术在陆上和海洋油气井中已广泛应用,特别是应用于地质导向和旋转导向作业,支撑了"安全、高效、高产"钻井.通过梳理Schlumberger、Baker Hughes、Halliburton三大公司的随钻测量技术发展史,分析与研究当前的技术与产品,将MWD/LWD技术发展划分为 3 个阶段:1930s—1970s的起源与初级技术阶段,1980s—1990s的技术蓬勃发展阶段,2000s—现在的技术纵深融合发展阶段,目前已基本具备了向数字化智能化发展的条件.与此同时,国内MWD/LWD技术研究起步相对较晚,历经近 40 年的发展,已取得了长足进步,但与国际先进水平相比,尚存在较大差距.文章指出当前MWD/LWD仪器自身固有 4 个基本问题:测量(工程参数和地质参数等)、供电(井下大功率供电)、传输(高速实时上传)和温度(抗井下高温超高温极高温)等,明确无论现在的仪器测量功能多么完备、工具尺寸多么齐全,未来都需不断完善和发展.但是,面对油田现场日益增加的生产需求,若上述基本问题中涉及到的关键技术突破不了、解决不了,则会演变成瓶颈难题,最终阻止MWD/LWD仪器的进步.基于对MWD/LWD技术发展和现状认识基础上,结合多年从事井下控制工程理论与技术研究的经历,重点针对"传输"和"温度"两个基本问题所面临的高速传输和抗高温技术难题,经思考,提出几点解决思路和方法,并进行了简要阐述,希望能够对从事随钻测量技术自主研发的科研人员有所启发.结论是:①创新与发展的一个基本道理:需求推动创新,创新引领发展,不满足就是需求.②紧紧围绕技术固有的基本问题,以需求为导向,仍有赶超国际先进水平的机会.③技术的交叉与融合,必将催生出新的井下仪器与工具.
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  双碳目标下绿色清洁能源技术现状与发展趋势

  张宏伟;朱海波;吴欣茹;李铁森;袁珮;鲍晓军

  . 2023, 8(5): 555-576.

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  能源是国民经济和社会发展的重要基础,为实现可持续发展,需将绿色清洁理念践行于能源发展全过程.在建设多元清洁能源供应体系的过程中,发展"低碳、零碳、负碳"技术是提高能源供给质量的有效举措."低碳"目标是从源头减少碳排放,其关注重点为高能耗的化石能源产业;"零碳"技术主要针对氢能、生物质能等可再生能源的开发和利用,以期实现对传统能源的完全替代;"负碳"技术的内涵为捕获和转化利用二氧化碳,是最有望实现碳排放断崖式下降的技术.本文针对目前传统和新能源交织发展的现状,对传统能源生产技术从降低能耗、减少污染排放以及资源深度开发利用 3 个方面进行总结,对"零碳"和"负碳"技术则主要从催化科学及技术层面进行综述,以期为构建"零碳未来城"提供参考.
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  力学化学耦合的硬脆性泥页岩微裂纹扩展机理研究进展与思考

  金衍;张亚洲;卢运虎

  . 2023, 8(5): 577-587.

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  储层岩石微裂纹等缺陷在化学力学环境中的时序演变,是造成岩石强度劣化乃至宏观断裂失稳的关键原因.探究微裂纹扩展诱导损伤演化、损伤积累诱发失稳破坏这一跨尺度行为的发展过程,对保障井壁围岩稳定性、高效地勘探开发油气资源具有重要意义.首先介绍了岩石中微裂纹扩展的 3 类基本行为与特征,并提出页岩的水化过程即为内部微裂纹不断发生更加活跃地亚临界扩展这一机制,井壁围岩的垮塌失稳更多地表现为微裂纹从亚临界扩展到动态断裂的时序损伤演化.基于这一认识,在井壁稳定研究中,为揭示岩石内部微裂纹在化学力学耦合下的亚临界断裂机理,定量表征损伤演化过程和失稳突变行为,团队提出了"化学断裂"这一力学概念,内容聚焦于化学力学环境中微裂纹扩展的断裂力学理论,以及岩石力学参数对结构损伤演化特征的响应规律.然后分别从理论模型和试验测试 2 个角度,对岩石化学力学耦合的微裂纹亚临界断裂机理的研究现状进行了梳理与总结.最后列出了当前研究工作中所面临的几个具体问题与挑战,并阐述了化学力学环境中脆性岩石微裂纹扩展演化和断裂机制的新思考与展望.
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  页岩油储层径向井立体压裂产能预测模型研究

  戴佳成;王天宇;田康健;李敬彬;田守嶒;李根生

  . 2023, 8(5): 588-599.

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  页岩储层页理发育,常规水平井体积压裂纵向穿层能力不足导致改造程度受限.本文根据径向井立体压裂开发页岩油新思路,给出了径向井立体压裂的缝网形态描述方法,建立了页岩油三维基质—裂缝—井筒跨尺度流动模型,对比分析了水平井压裂和径向井立体压裂 2 种开发模式下的页岩油产能,研究了天然裂缝对页岩油产能的影响.结果表明:径向井立体压裂可打破裂缝层高限制,增强了储层改造效果,径向井层数和主井数越大,产能越高.以松辽盆地古龙页岩油藏为例,有天然裂缝条件下3 井 3 层 4 分支径向井立体压裂缝网直接相交的水力裂缝是水平井压裂的 1.35 倍,第三年产油速率和总产油量均为水平井压裂的 2.2 倍以上,研究结果可为径向井立体压裂高效开发页岩油提供理论依据.
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  环氧树脂胶结人造砂岩单轴力学性质研究

  晏敏;邓金根;田得粮;蔚宝华;肖强忠;陈卓

  . 2023, 8(5): 600-613.

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  人造砂岩以其易于获取和性质可控的特点,在石油、岩土工程等领域具有广泛的运用.然而,人造岩心的力学性质与天然岩心之间仍然存在一定的差异.为研究环氧树脂胶结人造砂岩的力学性质,分别使用 3 种不同的环氧固化体系进行人造岩心的制备.通过对不同固化体系胶结岩心的单轴应力—应变曲线和破坏形式的对比,研究了固化体系对岩心力学性质的影响.通过改变固化剂比例、固化时间和促进剂含量,分析了影响脂环族环氧树脂胶结岩心脆性的主导因素.针对环氧树脂的老化问题,进行了岩心浸泡流体后的强度测试,研究了环氧树脂胶结人造岩心力学性质对流体的敏感性.结果表明:环氧固化物的力学性质与环氧树脂及固化剂的类型和结构有关,不同环氧固化体系胶结的人造岩心力学性质差异较大;使用脂环族环氧树脂胶结的人造岩心其脆性相对更好,岩心破坏后应变软化迅速,表面可见明显的破坏倾角;促进剂对脂环族环氧树脂胶结岩心的脆性和强度有较大影响,促进剂含量低会导致岩心塑性太强,含量过高则导致岩心强度下降,以DMP-30 作促进剂时用量 3%到 5%较为合适;岩心强度对水和矿物油均有不同程度的敏感性,其中水对强度的弱化作用较为显著,泡水 2 h可导致 50%左右的强度损失;对于涉及流体饱和的人造岩心力学性质的相关研究,应考虑岩心强度对流体的敏感性.本文的结果对于降低人造岩心与天然岩心之间的力学性质差异以及人造岩心在岩石力学实验方面的运用具有一定的指导意义.
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  低渗污染地层气液驱动原位压裂增渗技术与设备

  侯冰;崔壮;张丰收;徐泉;冯世进;陈宏信;纪东奇

  . 2023, 8(5): 614-625.

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  我国土地受工业开发长期影响,低渗地层污染现象十分严重,低渗污染场地亟待高效快速修复.传统异位修复技术对土壤扰动强,生态环境恢复缓慢,不足以解决目前的修复困境,原位立体缝网压裂修复技术的研究刻不容缓.低渗污染场地立体修复目前面临土层裂隙扩展机理不明、现有支撑剂易在主裂缝口沉降和压裂设备碎片化等难题,受实验条件和机理研究制约,在低渗土层缝网扩展机理、多场耦合、新型支撑剂和一体化压裂装备等方面需要进一步突破.本文重点研究低渗介质多场耦合下力学行为及提高原位压裂裂隙有效支撑的压裂装备进展和可行性,提出土体缝网起裂和扩展机理、流—固—化多场耦合模型、新型可控仿贻贝覆膜支撑剂和气液驱动压裂技术及装备等关键研究要点,指导低渗污染地层气液驱动缝网压裂增渗修复设计,提高药剂的传输效率和铺置范围,实现低渗污染场地原位立体高效修复.
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  龙马溪组页岩表面孔隙结构与细观力学特性研究

  王奇生;王天宇;钟朋峻;张潘潘;盛茂;田守嶒

  . 2023, 8(5): 626-636.

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  页岩微观孔隙结构和细观力学特征表征对页岩气储量评价和压裂方案设计具有重要意义.采用纳米压痕点矩阵技术对龙马溪组页岩杨氏模量和硬度等力学参数进行测量,应用扫描电子显微镜和能量色散技术分析页岩孔隙特征,分析压痕形貌表面矿物,建立矿物组分—纳米压痕形貌—位移载荷曲线之间的关联,并采用有限元模拟孔隙/裂缝结构对纳米压痕的影响,提出基于位移—载荷曲线评价页岩孔隙度的方法,采用Mori-Tanaka和稀疏法对纳米压痕结果进行升格计算.主要结论如下:厘清了位移—载荷曲线突进特征与水平孔隙、混合孔隙和垂直孔隙的关联,发育水平孔隙处的岩石弹性模量较小,提出一种基于位移载荷曲线评价页岩孔隙度的方法,计算结果接近其宏观孔隙度 2.64%.龙马溪组页岩细观力学性质非均质性强,杨氏模量范围为22.5～51 GPa,平均为 41 GPa,硬度为 0.53～2.25 GPa,平均为 1.30 GPa.稀疏法的升格计算数值更接近于页岩单轴压缩数值.研究结果有望精细表征页岩孔隙结构与细观力学特征,为页岩压裂设计提供基础理论与科学依据.
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  基于MCMC的页岩气藏压裂缝网不确定性反演法

  贾品;封皓然;王苏冉;王志凯;牛烺昱;程林松

  . 2023, 8(5): 637-648.

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  水平井体积压裂是实现页岩气经济开发的有效手段.水力压裂能够形成三维立体复杂裂缝网络,改善页岩气藏渗流环境,但由于页岩气藏基础参数的不确定性,尤其是复杂的孔渗条件、地层温压系统及非线性渗流机理给页岩气压裂缝网反演带来了极大的不确定性,导致准确评估页岩气藏压裂效果困难.本文首先构建了联合直线分析法和图版拟合法的缝网参数确定性反演方法,然后讨论了缝网反演所需基础参数的不确定性,以此提出一种基于马尔可夫—蒙特卡洛方法(MCMC)的页岩气藏压裂缝网不确定反演方法,通过随机生成基础参数样本集,利用确定性方法解释不同样本集下的缝网关键参数,给出其多组合性及概率分布.最后,结合我国西南地区某页岩气区块一口体积压裂水平井的生产动态,明确了压裂缝网四个关键参数的不确定性排序,并反演出了关键参数值及P10、P50、P90 的概率结果,评价了由于基础参数的不确定性对压裂缝网参数解释结果的影响程度,对页岩气藏压裂效果评价及合理开发对策制定提供了较全面的实际指导.
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  海上疏松砂岩注水井扩容增注技术研究及应用

  陈欢;于继飞;曹砚锋;杜孝友;闫新江;艾传志

  . 2023, 8(5): 649-659.

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  海上油田注水开发过程中普遍存在注入压力高、注水欠注问题,常规的酸化措施有效期短、作业成本高,严重影响了油田的开发效果.采用注水扩容技术可提高注水井注入能力,延长增注有效期.选取海上油田代表性疏松砂岩岩芯,通过岩石力学实验、扩容室内模拟实验及数值模拟,研究了海上油田疏松砂岩地层的扩容机理及主控因素,并在海上油田进行了现场应用.研究结果表明,海上油田疏松砂岩剪胀角远大于加拿大Athabasca油砂,具备采用扩容注水的基础条件;慢速注水扩容有利于复杂缝网区的发育,高速注水容易形成单一张裂缝,以接近最小主应力进行应力预处理有利于产生复杂裂缝网;扩容区呈长条状扩展,扩展方向垂直于最小主应力方向,在扩容区内剪裂缝和张裂缝共存,一般为大的剪切破坏区内包含很小的窄带状张性区;在相同的注水扩容条件下,油藏埋深越浅,地层渗透率越大,剪胀扩容面积越大.该技术解决了海上油田注水难题,为海上油田注水开发解堵提供施工设计指导,具有良好的应用前景.
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  中国东部沿海管道海岸—断裂带复合效应

  方莉;夏鹏程;梁志珊;熊树海;毕武喜;蓝卫

  . 2023, 8(5): 660-670.

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  低频扰动地磁场在大地中感应出地磁感应电流(GIC)和地面感应电势(ESP),直接影响埋地管道管地电位(PSP).为研究中国东部沿海地区海岸和断裂带复合效应对日东线管道PSP的影响,基于傅里叶变换和反变换的思想提出了管道傅里叶—有限元法,该方法采用地面磁场时频转换理论,建立低频地磁扰动下管道PSP计算模型以获取实时信息.本文首先建立了三维海岸—断裂带理论模型探索沿海地区的电场分布与断裂带电导率之间的关系;然后根据大地电磁测深数据构建了中石油日东线所在地区的大地三维电导率模型,应用地磁台磁场数据作为大地导体边界条件计算磁扰动期间实时管道PSP时空分布,以 2016 年 10 月 12-14 日期间的磁扰动为例对日东线PSP的计算值和实测值进行对比分析.在空间分布特性上分析了管道PSP的两种基本分布形态以及重要节点处受管道参数变化的影响,在时间分布特性上不仅验证了计算模型的准确性,还揭示了海岸—断裂带复合效应对沿海管道PSP的影响,为管道腐蚀防护提供了理论依据.
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  进口/出口计费模式下天然气管网输入/输出能力验证的两阶段鲁棒模型

  步亚冉;左丽丽;吴长春;赵思睿

  . 2023, 8(5): 671-681.

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  对于覆盖区域较小且拓扑结构较复杂的天然气管网,可以采用进口/出口计费模式提供输气服务,即根据托运商在管网进口/出口预定的输入/输出能力收取管输费,而不考虑其托运天然气的管输路径.在该模式下,某节点的输入/输出能力被定义为该节点可被预定的最大输入/输出流量.管网公司根据经验初定管网各进口/出口的输入/输出能力,若经验证,该管网中任何不超过节点输入/输出能力的输入/输出流量组合均存在可行的输送方案,则初定的节点输入/输出能力可以对托运商公布并供其预定.该验证问题为不确定性验证问题,需要在实际输入/输出流量为不确定性参数的前提下,求解管网运行方案.本文建立了两阶段鲁棒模型,将带有不确定性参数的验证问题转化为针对"最差工况"的验证问题.第一阶段将管网输入/输出流量作为决策变量,输入/输出流量对应的不确定集合转化为约束条件,分别以各个中间压气站进站压力或分输站的分输压力最低为目标,得到多个"最差工况".在第二阶段,验证"最差工况"下各个最低进站/分输压力是否满足对应的压力下限约束.相比于以往基于单个工况的输入/输出能力验证方法,该方法消除了人工选择有限个工况的局限性,验证结果更为可靠.分析计算结果显示:相比于基于路径的计费模式,复杂管网中进口/出口模式下的输气费用更能反映实际成本;但该模式下管网物理输气能力可能无法得到充分利用,造成管网输气能力的浪费.本文探究了在我国区域性管网应用进口/出口模式的可行性,并为天然气管网的公平开放制度完善提供了借鉴.
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  国际石油公司应对气候变化评价指数研究

  王建良;彭婧;陈珊;范静静;刘一

  . 2023, 8(5): 682-694.

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  随着《巴黎协定》的全面实施,全球已有超过 120 个经济体通过立法、法律提案、政策文件等不同形式提出了碳中和目标.在内外部环境日趋严峻的压力下,石油公司逐渐意识到企业的低碳转型不仅是国家政策的需求,更是适应新的市场和社会趋势的必要举措,促使了全球石油公司加快能源转型的步伐.本文基于国际石油公司应对气候变化的态度("言")、行为("行")和效果("果")3 个维度构建了国际石油公司应对气候变化的评价指标体系,其中积极情绪倾向平均分、低碳投资强度、平均净碳强度变化率分别是评价指标体系中最为重要的评价指标,随后根据评价结果对 24 家公司应对气候变化的综合表现进行量化评价.研究结果表明:(1)在应对气候变化态度方面,日本国际石油开发株式会社、意大利埃尼集团、美国EOG公司态度最为积极.(2)在应对气候变化行为方面,哥伦比亚国家石油公司、日本国际石油开发株式会社、意大利埃尼集团表现最为优异.(3)在应对气候变化效果方面,挪威国家石油公司、BP、道达尔所展现出的效果最佳.(4)综合评价来看,意大利埃尼集团、BP、挪威国家石油公司应对气候变化转型表现最为出色.上述评估结果凸显了各国际石油公司在应对气候变化方面所采取的努力和已经获取的成就,本文旨在通过上述结果帮助各石油公司更好的了解自己在气候变化应对方面的现状,识别其在态度、行为和效果方面的优点和应改进之处.最终本文对可能影响各石油公司排名结果的原因进行分析,根据石油公司的不同类型提出相应的建议,并结合中国油气行业的形势对中国的石油企业提出一些建议.本文的研究结果可以为投资者、政策制定者和公众提供有效信息,帮助他们更好地做出决策,选择支持环境友好型公司进行投资或政策支持,从而进一步督促石油公司更好地实现低碳转型.