2024年, 第9卷, 第2期　
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  湖相重力流沉积主控因素与分类方案研究进展

  范洪军;王夏斌;陈飞;詹盛云;岳大力;刘警阳;李伟;任柯宇;张姝琪

  . 2024, 9(2): 167-182.

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  深水重力流沉积是当前全球油气的勘探热点.近三十年来,在湖相重力流的沉积特征、主控因素及沉积模式等方面均取得了丰硕成果.然而,由于陆相沉积盆地构造复杂、重力流类型发育多样,湖相重力流分类研究仍存在欠缺.本文通过系统梳理重力流发展历程与研究热点,总结了一套基于沉积成因和主控因素的湖相重力流沉积分类方案,并将湖相重力流的研究热点概括为以下 3 个方面:1)重力流主控因素研究:不同类型盆地的湖相重力流沉积特征和沉积模式差异性明显,主要受盆内因素和盆外因素控制,盆内因素主要包括盆地类型(如地形坡度)、沉降速率、水体密度等,盆外因素主要包括沉积物的成分和来源.2)"源-汇"系统下的重力流砂体分布:湖相重力流的形成演化和砂体分布样式通常受控于"源-渠-汇"系统,该系统能够将盆内因素与盆外因素很好地联系起来.3)湖相重力流分类:陆相湖盆相较海相盆地具有规模较小、水体较浅、构造活动强烈等特点,导致重力流沉积的控制因素与沉积特征多样、分类复杂.基于不同研究目的,可按沉积成因、发育位置或物源供给进行分类,但湖相重力流的分类方案尚未统一.本文综合考虑重力流成因机制与主控因素,将湖相重力流分为 3 大类 7 亚类,具体包括洪水型(缓坡富砂型、缓坡砂泥混合型、缓坡富泥型、陡坡富砂型、陡坡砂泥混合型)、滑塌型(挠曲滑塌型、断控滑塌型)以及洪水-滑塌共存型.目前,湖相重力流的研究成果已十分丰富,但在流体、流态转化和深水水道成因机制上仍存在很大进步空间,综合动力学和沉积学交叉领域探究湖相重力流的形成演化与成因机理研究已成为当前的研究热点和发展趋势.
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  涪陵页岩气田白马构造带变形特征及页岩气成藏模式

  周杨帆;罗良;曾联波;刘超;刘世强;犹钰玲;莫娟

  . 2024, 9(2): 183-195.

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  涪陵页岩气田南部白马构造带自下古生界海相页岩生气以来,经历了多期构造运动,构造变形复杂且差异性强,这对页岩气藏含气量具有控制作用,使得成藏模式多样,限制了勘探开发进程.本文通过三维地震精细解释,结合系列岩心、钻测井资料,分析白马构造带构造特征与演化过程,在此基础上建立了页岩气富集成藏的三种模式.研究表明:(1)白马构造带主要发育北东向构造,表现出纵向分层与东西分带的差异变形特征.纵向上被寒武系覃家庙组膏盐层、志留系龙马溪组泥页岩层和三叠系嘉陵江组膏盐层三套滑脱层划分为上、中、下及前寒武系四套构造变形层.平面上自西向东可划分为断褶变形带与宽缓向斜带.(2)燕山晚期为构造变形活跃期,江南—雪峰造山作用产生自南东向北西的挤压,形成白马构造带主体北东向构造.喜山期为构造改造及定型期,印欧板块碰撞与青藏高原向东逃逸的远程效应引起四川盆地发生逆时针旋转,在川东地区表现为右旋剪切作用,发育走滑剪切带.白马构造带受到近东西向挤压,先存的北东向构造受到改造,向北逐渐转为近南北向.(3)白马构造带可划分为低压破碎背斜型、常压宽缓向斜型与常压平缓斜坡型三种页岩气富集成藏模式.其中,白马南斜坡页岩气富集保存条件较好,单井含气量高,白马向斜核部与东翼次之,单井含气量较高,北翼较差,单井含气量略低;石门—金坪背斜带不利于页岩气富集保存.
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  川东北地区侏罗系凉高山组页岩储集空间特征及页岩油可动性探索

  杨鑫翊;王民;白雪峰;王鑫;应玉双;李天一;董景海;黄世伟;陈俊阳

  . 2024, 9(2): 196-212.

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  侏罗系凉高山组页岩是四川盆地重点勘探层段,但其孔隙结构与页岩油可动性尚不明晰.为揭示川东北地区侏罗系凉高山组页岩储集空间特征及页岩油可动性,本文依据沉积构造和矿物组成划分岩相类型,开展总有机碳测定、岩石热解和镜质体反射率实验获取基础地化特征;利用场发射扫描电镜、核磁共振、低温氮气吸附、高压压汞手段实现孔隙度、孔隙结构的表征及评价,并对比不同岩相间储集空间特征差异;在离心时间为 3 h,离心转速为 11 000 r/min条件下,开展核磁-离心定量评价不同岩相页岩油可动性,并明确影响因素,建立可动油量测井评价模型并选出有利岩相.结果表明:(1)川东北地区凉高山组页岩总有机碳含量主要分布在 0.15%～2.95%之间,Ro值介于 1.06%～1.68%之间,处于成熟-高熟阶段;轻烃恢复后,S1 分布范围为 0.03～3.32 mg/g;矿物类型以黏土矿物和石英为主,发育的岩相类型为纹层状黏土质页岩相、纹层状长英质页岩相、层状混合质页岩相和块状粉砂质泥岩相.(2)页岩储集空间主要发育黏土矿物晶间孔、有机孔,另外可见石英溶蚀孔、粒间孔、黄铁矿晶间孔和微裂缝;孔隙度介于1.15%～4.71%;页岩孔径分布范围较宽,孔体积主要由介孔和小于 200 nm的宏孔贡献,纹层状黏土质页岩储集物性较好.(3)凉高山组页岩可动油量分布在0.25～3.26 mg/g,可动油率分布在 5.13%～44.83%,纹层状黏土质页岩可动性较好,块状粉砂质泥岩可动性较差;TOC、黏土矿物含量和孔隙度是控制凉高山组页岩油可动性的主要因素,利用这3 个因素建立并验证了可动油量预测模型,优选出纹层状黏土质页岩为凉高山组重点勘探对象,对四川盆地页岩油的勘探开发具有指示意义.
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  中国油气管网运行关键技术及展望

  梁永图;邱睿;涂仁福;杜渐;廖绮;邵奇

  . 2024, 9(2): 213-223.

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  管道是连接油气产业链上下游的关键纽带,是现代能源体系和现代综合交通体系的重要组成部分.在油气体制深化改革和"碳达峰、碳中和"战略目标下,油气管道正朝着大型化、网络化、多元化的方向发展,为大规模复杂管网的运行管理带来了新的机遇和挑战.基于我国油气管网发展现状,聚焦系统分析、仿真优化、运行监测和新型管道输送 4 个关键领域,剖析了油气管网运行相关研究的发展动态以及面临的难点,包括管网系统可靠性和韧性评估技术、管网运行仿真和调运优化技术、管道本体监测与修复技术以及氢气、甲醇、液氨、LNG管道输送技术等.针对"全国一张网"新阶段和"多能源互补"新动向,总结了数字孪生、智能调控、智能预警、多网融合等前瞻性技术攻关方向,旨在推动我国油气管网安全、高效、绿色转型.最后,提出展望:现阶段,需要立足我国能源资源禀赋,加快适应新形势下的管网运营模式,发挥油气管网在"全国一张网"发展新阶段下的能源大动脉作用;未来,需要稳步推进多元介质的管网灵活输送,挖掘油气管网在综合立体交通和综合能源系统中的发展潜力.
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  钻柱动力学研究进展及发展趋势

  狄勤丰;杨赫源;王文昌;骆大坤;张鹤;陈锋

  . 2024, 9(2): 224-239.

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  钻柱动力学是安全、高效钻井的基础,许多研究人员对此进行了深入研究,成果累累.然而,钻柱具有超大长细比,工作环境恶劣,非线性特征显著,使得钻柱的安全性面临严峻挑战,这在超万米特深井中尤为突出.因此,把握钻柱动力学研究历程,提炼钻柱动力学核心关键问题十分必要.本文在简要回顾 3 种基本钻柱振动形式的研究进展基础上,重点阐述了这 3 种基本振动的耦合振动的研究进展,详细讨论了粘滑和涡动这 2 种复杂振动的危害、形成机制、研究方法、测量技术和控制方法,并对近十年来备受关注的高频扭转振动(HFTO)的研究进展进行了归纳. 现有研究成果表明,涡动是井下钻柱最易出现的一种复杂振动形式,包括向前、向后规则涡动和不规则涡动形式,且大都体现为不规则涡动.其中,反向涡动对钻柱的危害很大,不但会加剧钻具的疲劳破坏,而且会降低钻头的机械钻速.粘滑振动是另一种危害极大的复杂振动形式,其形成机制在于钻头与岩石之间的相互作用,并可用速度弱化效应进行很好描述;粘滑振动与涡动密切相关,粘滑振动中的滑脱阶段的最大转速可能达到地面转速的 3 倍以上,并伴随着剧烈的涡动.而振动频率远高于涡动和粘滑振动的高频扭转振动的危害不容忽视,但相关机理远未探明,迫切需要攻关研究.
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  巴西圆盘拉伸强度测试在岩石力学中的发展综述及新见解

  张军;牟晋智;潘哲君;李玉伟

  . 2024, 9(2): 240-259.

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  准确获取岩石抗拉强度,全面了解岩石拉伸破坏演化机制,是岩石力学理论研究和岩体工程应用的关键问题之一.由于直接拉伸试验存在试样夹持困难、端部应力集中显著、试验成功率低等诸多局限性难题,岩石类材料抗拉强度通常采用间接方法测试.而巴西圆盘试验作为间接方法中最被广泛使用的测试技术,自提出就因其特殊的力学机制而成为了岩石力学领域的研究热点,但同时其结果的准确性和有效性也受到了广泛的质疑与讨论.本文系统调研了巴西圆盘试验相关的室内试验、解析模型和数值模拟研究,总结并分析了该方法的发展趋势、形成的不同试验标准以及每种标准提出的基本依据和适用性.基于国内研究中的试验数据,对比了巴西圆盘和直接拉伸试验在测试结果上的差异,分析了控制巴西圆盘有效起裂的关键因素,明确了外在因素(加载条件、几何形状)和内在因素(力学性质、非均质性)对巴西圆盘断裂机制和试验结果的影响.最后,从初始裂纹萌生和扩展裂纹延伸两个阶段重新讨论了巴西圆盘测试岩石拉伸强度在实际条件下的有效性,并结合近年来几种创新型的岩石拉伸测试新方法,指出了岩石力学领域抗拉强度测试方法的发展方向.
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  地热储能技术研究进展及未来展望

  芮振华;刘月亮;张政;李根生

  . 2024, 9(2): 260-281.

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  地热储能技术是以地下流体为热载体,利用地下多孔介质空间存储能量,在必要时将其采至地面进行综合利用的一类技术.该技术从20世纪六十年代至今不断发展,针对不同行业的取能及减排需求,形成了基于不同热载体、不同规模、不同储能方式的技术体系,在技术创新过程中,在地热储能理念上实现了从"地球电池"的单一储能形式向"地球充电/热宝"多能互补储/供能系统的转变,充分利用地热储能技术"规模大、应用广、跨季节以及成本低"的特点,具有储热空间大、热利用效率高、安全性好以及绿色低碳等优点,目前全球范围内已经有多个项目试验了工业余热以及可再生能源的地热化存储并取得了良好的效果,展现了较好的技术实用性和广阔的发展空间.对能源的稳定供应和高效利用意义重大.地热储能与热提取的主要机理有热传导、对流换热、热弥散、热虹吸效应以及物理化学作用等,同时通过流体与岩石之间的热—流—固耦合作用实现能量在地下的储存、传递与转换,因此地热储能的效果取决于流体—岩石相互作用以及地热储能的方式等,且储热层内流体类型越多,所涉及到的机理越复杂.本文首先阐述了地热储能技术在国内外的发展历程,归纳总结了地热储能过程中基于流体—岩石相互作用的传热与储能机理,在总结前人工作的基础上对地热储层过程中储热层选址、含水层深度选取以及储能载体选择等关键技术难题及其研究现状进行了分析,同时对全球范围内主要的地热储能项目概况及运营现状进行了梳理和总结.研究认为,储热层的孔隙度、渗透率、厚度、各向异性及非均质性等参数对其储热效率及规模有较大影响,在选址过程中应当综合考虑储热层性质、热载体性质以及与地面热源的匹配程度.在此基础上,本文对地热储能技术的应用前景进行了展望,同时从储热机理上指出了该技术可能面临的一系列挑战,认为未来地热储能技术的研究突破点在于与碳捕集、利用与封存技术以及风、光、电等可持续能源的联合存储与利用,寻找隔热性能好的地下空间,研发和利用高性能的热能载体以及防堵塞与腐蚀技术的攻关等.作为对现有能源体系的进一步高效利用方式以及有益补充,地热储能以其在削峰填谷、节能减排以及能源综合利用等方面的独特优势,具有巨大的潜在资源量与市场潜力,是未来低碳地质能源发展方向.
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  油气钻采数字孪生模型构建方法及应用案例

  林伯韬;朱海涛;金衍;张家豪;韩雪银

  . 2024, 9(2): 282-296.

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  油气钻采过程中地质的不确定性、井下实时工况的不可见性、工程仿真的复杂性阻碍了其科学高效的设计及施工.数字孪生技术能够提供实时智能且可视化的方案设计和工程决策,但缺乏针对油气钻采的系统建模方法.对此,本文首先剖析油气钻采数字孪生的国内外研究及应用现状,进而应用成熟度指标定量评价该技术的发展程度;其次,逐次提出油气钻采数字孪生模型的建模方法,包括建模流程、拆分策略、装配及融合架构、建模工具,并以钻井井壁稳定和海上生产系统为例,介绍数字孪生在钻井与开采方面的应用案例;最后,分析困难与挑战并提出发展建议.研究发现,相对制造业,钻采孪生多处于可视化阶段,整体成熟度偏低.油气钻采系统的复杂需求被拆分为若干清晰且较容易实现的子需求;基于需求分析将建模对象在粒度、维度、生命周期上拆分为不同的子模型,通过模型层、功能层、需求层逐层装配子模型,进而实现多维度、多领域模型间的融合.同时,需要在模型管理、数据管理和工程仿真方面完善方法和提高效率.此外,钻采孪生面临多源异构数据选择与融合困难、子模型定义模糊、模型验证不清的问题,以及复杂动力学过程、多部门多任务协同、自主软件工具开发方面的挑战.综上,本文提出的数字孪生模型构建方法和案例能为油气钻采工程提供方法指导和应用参考.
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  气象灾害下的油气站场设备脆弱节点辨识方法

  胡瑾秋;韩子从;董绍华

  . 2024, 9(2): 297-306.

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  油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分,油气站场的安全稳定运行是油气系统,乃至国家经济发展的重要一环.我国面积较大,包含多种气候地区,不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害.气象灾害发生在油气站场及其附近时可能会对相关设施造成破坏,导致站场处于异常工况中运行,甚至引发事故.常见的石油及相关液态加工产品的储运站场,介质除本身具有易燃易爆特性外,一般还具有一定的挥发性,易形成可燃气体云团.天然气站场常伴随高压运行条件,站场一旦出现异常工况或事故会使厂区内部工作人员的生命安全及周边环境都承受较大风险.气象灾害往往难以避免,但可以通过有针对性地增加安全措施加强站场在气象灾害条件下的稳定性,降低气象灾害带来的风险.为了达到上述目的,综合考虑油气站场的设备在遇到暴雨、雷暴等气象灾害时,更容易发生油气泄漏、爆炸等事故的情况,本文根据气象灾害发生场景,及相关场景下可能发生的灾害演化路径提出了一种定量的脆弱节点辨识方法.面对不同的环境风险,现有方法对于站场设备脆弱节点辨识缺乏精细度与准确度,错误辨识脆弱节节点不仅会导致防护过程中人力物力的浪费,更可能导致储罐管道的泄漏,甚至引发爆炸.本文对重力模型进行改进,结合鲁汶算法,提出基于社团分析模型的设备脆弱节点辨识方法.通过实验分析,得到暴雨天气、雷暴天气下的脆弱节点,并利用提出模型对历史案例进行分析,得到结果与实际调查情况较为吻合.相较于其他分析方法,社团分析模型精细度提高了 10%以上,分析结果准确率提高了 10%以上,召回率提高了 14%以上.实验结果表明,本文所提方法可以实现多种极端天气下的脆弱节点辨识,且能对节点进行更精准的定位.
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  页岩油注CO2重有机质沉积机理的分子模拟

  黄世军;王鹏;赵凤兰

  . 2024, 9(2): 307-317.

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  页岩油注CO2 过程中的重有机质沉积风险不容忽视,明确页岩油注CO2 过程中重有机质沉积的微观作用机理是准确预测重有机质沉积风险的关键.采用平衡分子动力学(EMD)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,基于页岩基质纳米孔隙结构特征,通过建立代表性的有机质孔隙模型,探究了页岩油烃类组分在页岩基质纳米孔隙中的分布规律、影响因素及CO2 注入对烃类组分分布规律的影响.模拟结果表明,有机质孔隙中的重质组分主要以吸附态的形式存在,轻质组分主要以游离态的形式分布在孔隙中央区域;CO2 注入会抽提页岩油中的轻质组分,破坏胶质—沥青质分子的稳定结构,重有机质分子在芳核结构间的π-π堆积作用下发生缔合、沉积,并最终吸附在页岩基质纳米孔隙壁面.此外,CO2 注入会能置换出部分吸附态的甲烷和乙烷,干酪根基质内的微孔空间是主要的CO2 地质封存空间.研究结果揭示了页岩油注CO2 过程中的重有机质沉积的微观作用机理.
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  水合物阻聚剂研究进展

  付顺康;王智;卫国锋;梁璇玑;陈玉川;张烜玮;姚海元;许保珅;宋尚飞;史博会;吴海浩;宫敬

  . 2024, 9(2): 318-337.

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  相较于传统的水合物生成抑制方式,向管线中添加低剂量抑制剂的水合物风险控制策略,在深水多相集输领域防控水合物堵塞中具有显著的优势,备受国内外学术与工业界的青睐.阻聚剂是一种能在更为苛刻的高过冷度工况下,仍具有良好阻聚效果的低剂量抑制剂,可保证多相混输流体内生成的水合物以浆液呈现可输送状态.本文重点阐述了影响阻聚剂性能的关键因素,梳理了阻聚剂存在体系内水合物生成及流动的宏微观特性.总体而言,阻聚剂的性能受加剂量、含水率、矿化度、pH、溶液乳化状态及应用工况过冷度等综合因素的影响;添加阻聚剂体系的水合物浆液内水合物生成量稳定适中、流动性越好,油气水混输系统内发生水合物堵塞的风险越低,其流动安全的保障可靠性越高.基于上述研究,本文总结了阻聚剂对水合物的作用机理,并给出了未来深入开展阻聚剂研究的建议.
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  多层砂岩油藏油井层间干扰机理解析及讨论

  耿站立;王守磊;谢晓庆;郑焱;高亚军;宋宣毅

  . 2024, 9(2): 338-345.

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  多层砂岩油藏开发过程中普遍存在层间干扰现象,众多学者从不同角度开展了层间干扰机理、规律及应对策略研究,但层间干扰机理的认识程度多数停留在层间干扰系数宏观规律统计及对矿场应用的经验指导层面,有必要开展深入的定量化解析及讨论.本文首先从矿场油井层间干扰测试资料分析入手,确定了层间干扰研究的突破点,然后采用油藏数值模拟方法模拟了考虑启动压力梯度影响的油井产能测试过程,厘清了油井层间干扰规律,并综合诸多因素分析揭示了多层砂岩油藏层间干扰机理;最后深化了储层纵向非均质性认识,并探讨了油藏非均质性表征研究思路,为提高多层砂岩油藏油井产能预测精度、制定更加精细的开发对策提供理论、技术指导.
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  基于WPD-SCA-ELM模型的天然气负荷短期预测

  成琳琳

  . 2024, 9(2): 346-353.

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  随着天然气消耗量的不断增加,准确预测未来天然气的日负荷用量对于天然气资源的合理配置具有重要意义.针对此问题,在"分解—预测—重构"的思想上建立了基于WPD-SCA-ELM模型的天然气负荷预测模型,对影响小波包分解的小波基函数和分解层数进行优选,选取了对日负荷影响较大的因素,并针对气温因素的滞后性进行了平移修正,最后与其余模型算法进行了对比验证.结果表明,供暖期的日负荷数据是非正态分布,具有较大的波动性;Fk4 阶 2 层分解更能反映日负荷的变化趋势和特征;日最高气温和日最低气温的相关系数均大于平均气温,通过对气温进行平移滑动操作,可提高气温与日负荷的相关性;WPD-SCA-ELM模型的MAPE、RMSE、DS分别为 0.59、7321.87、0.9205,与其他模型相比评价指标最优,证明了该模型的科学性.
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  天然气量价耦合非线性销售优化模型构建及应用

  赵思睿;刘定智;张曦;侯浩远;张元涛;左丽丽;吴长春

  . 2024, 9(2): 354-364.

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  在国家天然气产业"X+1+X"政策下,针对直面市场竞争的销售环节,天然气价格对下游客户市场的开发至关重要.针对天然气销售公司与下游客户签订的阶梯气价结算合同在制定过程未充分考虑客户购气能力的不足,本文通过分析客户量价关系对阶梯价格的影响,结合天然气供应链结构,建立了天然气量价耦合非线性优化模型.该模型以天然气销售公司总利润最大为目标函数,以天然气供应链各环节气量、供销气量以及客户各阶梯气价为决策变量,考虑各环节气量上下限约束、各客户调价空间约束、节点流量平衡约束、客户量价关系约束、阶梯价格约束、客户类型约束等,调用GUROBI求解器中的空间分支定界算法对该混合整数二次规划模型进行求解.将模型及算法应用于某省网大型多气源多客户(含10个气源和 121个客户)的供销系统中,计算时间不超过 5 秒,算法求解效率高.与阶梯价格方案固定的销售情况相比,所得各客户销量及气价方案使得总效益最高提升 17.2%,具有较好的优化效果.本文构建的模型及算法应用于不同客户类型的案例中,同时兼顾了客户和天然气销售公司的利益.可用于天然气销售公司与下游客户进行价格复议时推荐调价方案,并为天然气销售公司制定阶梯气价销售方案提供依据.