2024年, 第9卷, 第5期　
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  断裂构造变形作用下的页岩气差异富集响应

  叶欣;胡涛;闫思雨;刘成林;姜福杰

  . 2024, 9(5): 713-723.

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  阳春沟地区是我国川东页岩气勘探的重点接替区域,阳春沟断裂为影响研究区页岩气成藏的重要构造,但研究程度整体较低.为明确阳春沟断裂构造变形特征及其对页岩气差异富集的地质意义,本文基于最新的三维地震资料解释,刻画了阳春沟断裂的几何学特征,结合断层性质及活动时期分析了成因机制,探讨了阳春沟断裂与遵义断裂的关系以及对页岩气成藏的影响.研究表明:(1)阳春沟断裂主要为自东向西逆冲构造,具有左行压扭特征,纵向上表现为沿志留系、寒武系发生滑脱的多条叠置、近乎平行的逆冲滑脱断层带,控制了中浅层形变层的断展背斜;(2)阳春沟断裂不属于遵义断裂的一部分,二者变形特征差异巨大,具有完全不同的构造样式;(3)阳春沟断裂形成于雪峰造山导致遵义断层左行逆冲走滑和晚期弧形褶皱过程中,经历了晚侏罗世—晚白垩世的不均匀收缩和晚白垩世自东向西逆冲滑脱;(4)阳春沟断层形成了阳春沟背斜和复杂缝网,其中阳春沟背斜降低了页岩埋深、减缓了页岩热演化,复杂缝网增加了储集空间,但未严重破坏保存条件,二者有利于页岩气运移和聚集成藏,而地层高陡和压扭断层的发育则对页岩气藏起破坏作用.研究结果对认识盆山耦合过程及页岩气勘探提供了参考.
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  基于MLP-CNN的固井质量智能评价方法

  王正;宋先知;李根生;潘涛;李臻;祝兆鹏

  . 2024, 9(5): 724-736.

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  固井质量的好坏关系到油气井的产量和寿命,目前最常用的方法是使用声幅—变密度测井进行评估,但是解释过程复杂,且与重大风险相关的决策需要根据固井解释结果做出.因此,固井质量评价必须由经验丰富的专家进行解释,耗时耗力.为了提高固井解释的效率,本文基于VGG、ResNet等卷积神经网络对固井质量进行自动解释,但是准确率不足.于是,本文提出一种多层感知机和卷积神经网络并联的方法(MLP-CNN),声幅数据输入到多层感知机中,变密度图输入卷积神经网络中;针对变密度图存在不同尺度信息的特征(条纹的粗细、明暗、形状),本文修改了卷积神经网络的结构,设置了大小不同的卷积核,提取不同尺度信息.本文使用了塔里木油田富源区块的 9000 个数据进行训练和验证,结果表明,相较于传统的VGG、ResNet等卷积网络,MLP和CNN并联网络有效提高了固井质量识别的准确率,评价精度为 90%,并且相较于单一尺度卷积核,多个大小不同卷积核的卷积神经网络算法更适合于固井变密度图像特征的提取,本文修改了卷积神经网络部分结构,建立的带有 3 个尺寸不同卷积核的MLP-CNN神经网络比单一卷积核的MLP-CNN模型提高了 5%的准确率;同时,本文对比了 7 种网络的时间复杂度和空间复杂度,结果表明,MLP-CNN并联网络能有效避免大量的无效卷积,节省了模型计算成本,提高模型的计算效率.最后,为了测试模型的迁移性,本文使用塔里木油田满深和跃满区块的6万条数据进行了测试,评价准确率达 89.16%,迁移效果良好,模型具有较强的鲁棒性.
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  岩溶型地热资源开采过程水岩反应对储层孔渗演变影响研究

  姬佳炎;宋先知;易俊琳;李根生;王高升

  . 2024, 9(5): 737-749.

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  岩溶型地热开采过程中,储层内的水岩反应会改变储层孔渗,影响系统产能.为探究岩溶型热储开采过程中水岩反应对孔渗演变的作用机制,搭建了考虑孔隙变形的碳酸盐岩热流化多场耦合模型.揭示了热流化耦合作用下水岩反应对储层孔渗演变的作用机制,研究了孔渗参数的演变特征及其演变对系统取热性能的影响.结果表明:欠饱和注入下,注入井和波及前沿区域发生溶解反应,中间区域发生沉淀反应,致使储层浓度和孔隙度呈环状分布.开采 30 年时,注入井处孔隙度和渗透率分别增大了 19.3%和 73.6%,生产井处分别降低了0.11%和 0.32%;考虑孔隙变形案例的注采压差比不考虑孔隙变形案例低21.7%.本研究可为碳酸盐岩岩溶型热储产能的精确预测和开发方案优化提供参考依据.
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  融合旋转位置编码与掩码条件随机场的钻井工程命名实体智能识别方法

  曹倩雯;李维;林伯韬;金衍;韩雪银;张家豪

  . 2024, 9(5): 750-763.

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  钻井工程报告记录了油气藏的地质信息以及钻井工程的参数,自动提取报告中的非结构化信息能够显著提高数据入湖的效率,从而实现高效数据管理.然而,这类报告通常具有特定领域的特征,且结构和语言的多样性给命名实体的准确识别带来了诸多挑战.目前,命名实体识别常用的深度神经网络模型通常基于小规模标注数据集进行训练或微调,导致两方面问题.首先,缺乏大规模的标注语料库,限制了训练样本的多样性,进而导致模型在面对新数据或未见过的数据时表现不佳,降低了模型在不同类型数据上的泛化能力.其次,现有模型缺乏针对长距离上下文的文本建模能力,由于相关实体可能分散在钻井工程报告内较长的文本段落中,这类方法难以有效捕获和识别复杂文档中命名实体的关系.为了解决上述问题,本文提出了一种融合旋转位置编码和掩码条件随机场的钻井工程命名实体智能识别方法.该方法基于Transformer编码器、双向长短期记忆网络(BiLSTM)和条件随机场(CRF)架构.Transformer编码器利用预训练语言模型提供丰富的上下文语义表示,BiLSTM捕捉序列依赖性,而CRF则用于序列标注.此外,通过设计掩码建模机制改进了传统的CRF,限制了倒置序列的生成,提高了序列标注次序的一致性.旋转位置编码的集成进一步增强了模型对文本中相对位置信息的感知,促进模型捕捉远距离单词之间的依赖关系,从而提高识别跨越较大上下文范围的命名实体的能力.除了模型改进之外,本文还通过构建领域特定的命名实体语料库来解决训练数据不足的问题.该语料库包括 12类实体的标注,覆盖了共20 727 个实体标签,分布于4 000 个文本段落中,为模型提供了更多样化的训练样本,帮助提高模型的泛化能力.实验结果表明,本文提出的模型在测试集上的F1 值为 86.49,相较于之前的最优模型提高了 2.65,在长尾分布的实体识别上的性能也显著提高.该方法不仅扩展了命名实体识别在钻井工程中的应用,还能够为工程师提供高效的信息提取工具,加速钻井数据的分析,提高钻井操作管理的效率,并增强数据入湖的效率,从而对钻井项目的决策过程带来积极影响.
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  不同倾角水力裂缝扩展的邻井光纤监测信号特征研究

  韦世明;郝亚龙;隋微波;陈勉

  . 2024, 9(5): 764-776.

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  考虑到目前光纤信号解释模型均以垂直裂缝为基础,当地层中发育天然裂缝与层理面,将使得水力裂缝在扩展中发生倾斜;其光纤监测信号也将与垂直裂缝产生差异,使得现有光纤信号解释模型不再适用.为此,本文建立了三维倾斜裂缝扩展力学模型,考虑裂缝扩展过程中的拉伸和剪切力学行为,并采用有限元方法进行求解,与Liu和Wu提出的非连续位移方法对比,模拟垂直裂缝扩展条件下的光纤信号特征一致,验证了本文模型的正确性.本文研究了有倾角水力裂缝扩展过程中,不同倾角、倾斜方向、裂缝高度、光纤监测距离和原始地应力状态对光纤应变和应变率的影响.分析发现:倾斜水力裂缝扩展时,邻井光纤监测的应变率瀑布图出现红蓝条带,当水力裂缝倾角处于 30～55°时,出现对称的红蓝应变椭圆和红蓝应变率条带.随着倾斜水力裂缝持续扩展,倾斜裂缝击中光纤,应变率瀑布图出现多个心形区.当裂缝倾斜方向发生变化时,光纤监测的应变和应变率瀑布图也能够反映水力裂缝的倾斜方向.随着水力裂缝高度增加,应变率瀑布图红色条带宽度增大,为我们依据光纤监测解释裂缝高度提供了思路.对于同样形态和尺寸的水力裂缝,不同原始应力状态下的光纤监测信号具有明显的差异,其中,正断层应力状态下的光纤监测信号具有最为明显的条带特征.在本文计算条件下,随着光纤监测距离每增加 100 m,光纤监测到的应变和应变率信号强度减小一个数量级.本文研究对通过邻井光纤信号解释水力裂缝形态、尺寸,进而指导邻井光纤布置具有重要指导意义.
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  基于相场裂缝模型的酸化压裂孔洞沟通类型研究

  戴一凡;侯冰;琚宜文

  . 2024, 9(5): 777-788.

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  塔河油田深层碳酸盐岩储层油气分布具有不均匀性,大量油气资源储存在天然溶洞内部.通过酸压裂缝沟通尽可能多的孔洞结构,建立孔洞与井筒之间的流通通道,有利于提高深层碳酸盐岩储层开发改造效果.本文根据拉伸—剪切复合型裂缝扩展准则对传统相场裂缝模型能量方程进行修正,开发了扩展自适应网格技术.基于相场法建立流—固—热—化多场耦合酸压裂缝扩展数值模型,分析了地应力、孔洞结构与酸岩反应对酸压裂缝扩展路径的影响.根据模拟结果发现:(1)根据相场法建立的酸压裂缝模型基于能量最小化原理求解裂缝扩展路径,能够实现流—固—热—化多场耦合条件下酸压裂缝起裂与扩展模拟.(2)地应力对酸压裂缝扩展起主导作用,孔洞结构对酸压裂缝扩展起诱导作用,酸岩反应对酸压裂缝扩展起辅助作用.(3)酸压裂缝周边的孔洞可在酸液的扩散与酸蚀作用下与裂缝达成间接沟通,孔洞内的油气资源可通过酸蚀后的基质进入酸压裂缝.有效识别孔洞结构分布位置是提升缝洞型储层酸压开发效果的基础.本文研究结果可为深层碳酸盐岩储层酸化压裂缝洞沟通行为提供理论依据.
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  基于高频水击压力页岩气井暂堵效果评价

  雍锐;丘阳;周福建;胡晓东;宋毅;周小金

  . 2024, 9(5): 789-797.

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  高频压力监测技术是一种实时、简单、低成本的压裂监测方法,压裂顶替结束后,地面泵车快速降低排量,在井筒中产生水击波.通过高频采集和分析施工过程中激发的水击压力波,正演获取井下压裂改造进液深度,对段内裂缝起裂位置、暂堵转向效果、桥塞机械封隔等进行有效评估,从而辅助评价压裂施工效果,指导现场施工决策,实现资源合理配置,保证页岩气藏综合开发效益.本文通过在长宁某页岩气水平井暂堵压裂中应用高频压力监测技术,对暂堵转向效果及桥塞机械封隔效果进行评估.同时,根据水击压力波的衰减特性评估了井下裂缝的复杂程度.最后,对比了其在长宁某井和基于暂堵前后压力增的压力曲线暂堵判定法的诊断效果,高频压力监测技术对暂堵转向效果识别能力更强,识别率从45%提升至 75%,诊断效果更佳.高频水击压力监测的应用能辅助页岩气水平井压裂工艺参数优化,助力国内页岩气藏高效开发.
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  砾石级配参数对砾岩力学性质和裂缝扩展规律的影响

  张婧茹;闫伟;王剑波;刘灵童;蒋庆平;冯永存

  . 2024, 9(5): 798-807.

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  砾岩储层结构特征差异显著,其中砾石的存在不仅导致砾岩的强非均质性,也对砾岩的力学性质和裂缝发育产生重要影响.目前,针对砾石不同粒径的组成对砾岩力学性质和裂缝发育的影响规律尚不清楚.本文引用土力学中级配的概念来表征砾石不同粒径的组成,并将曲率系数Cc和不均匀系数Cu作为级配参数对级配特征进行量化,建立了基于颗粒流PFC2D数值模拟软件的砾岩数值模型,根据应力—应变曲线、抗压强度、弹性模量和裂缝的发育状况,分析了砾石级配参数对砾岩力学性质和裂缝扩展规律的影响.结果表明:砾岩的抗压强度主要受不均匀系数Cu和砾石平均粒径的影响,抗压强度与Cu呈负相关关系.砾岩的弹性模量与砾石平均粒径相关.裂缝数目受曲率系数Cc和砾石平均粒径的影响,其中裂缝数目与Cc呈负相关关系.裂缝数目与裂缝的复杂程度呈正相关关系.研究结果为探究砾岩储层力学性质和裂缝扩展规律提供了新思路.
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  不同边界条件下掺氢对天然气管网运行工况的影响分析

  张博;梁永图;魏雪梅;徐宁;廖绮;邱睿

  . 2024, 9(5): 808-818.

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  氢气与天然气在物性参数上的差异会导致掺氢后管道及压缩机等水力元件的运行工况发生改变.目前,多数关于掺氢对管网运行工况影响的研究仅针对特定的边界条件及管网结构,研究的结果不具有普适性,研究结论也不相一致.基于此,本文建立了混合气体在管网系统中的流动仿真模型,逐一研究了不同边界条件组合下,掺氢之后管道沿线压力、流量、热值流量、水力坡降以及压缩机的进出站压力和压比等运行参数的理论变化规律.其中,管道的边界条件包括管道节点的压力、体积流量、质量流量以及热流量 4 种;压缩机的边界条件包括压力、转速以及压比 3 种控制条件.算例结果表明:掺氢后管道运行工况的变化情况与边界条件直接相关.当压缩机采用定出口压力或定压比控制时,管网工况参数与掺氢比之间有确定的关系,如随着掺氢比的增大,管道压力以一定的函数关系减小;压缩机在采用定转速控制时,管网工况参数的变化较为复杂,如随着掺氢比的增大,管道压力在某些情况下增加,而在某些情况下又会减小,需要针对具体场景进行分析.文章总结了不同边界条件下掺氢对天然气管网运行工况的普适影响,研究结论适用于任意支状管网,可为掺氢之后管网系统的运行调控提供理论指导.
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  考虑两层相关性的腐蚀油气管道失效概率计算方法

  王赤宇;虞维超;陈磊;张华斌;张杰;王超;王子宇;廉凌峰;黄辉荣

  . 2024, 9(5): 819-830.

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  在腐蚀油气管道失效概率计算中,存在随机变量相关和腐蚀缺陷相关的两层相关性.针对当前腐蚀管道可靠性评价中对相关性影响的研究不足,本文提出了考虑两层相关性影响的腐蚀油气管道失效概率计算方法.该方法首先基于Copula函数对具有相关性的随机变量进行抽样,结合管道失效极限状态方程,计算单个腐蚀缺陷的失效概率.进一步采用系统可靠性理论,考虑缺陷间相关性,对含多个腐蚀缺陷的腐蚀油气管道失效概率进行计算.并以我国某条天然气管道的实际数据为例,采用拉丁超立方抽样方法研究了两层相关性以及缺陷数量对管道失效概率的影响,并基于敏感性分析,量化了随机变量相关系数和腐蚀缺陷相关系数对腐蚀油气管道失效概率的影响.结果表明,缺陷相关性对管道失效概率计算影响明显高于随机变量相关性.小孔泄漏和爆裂失效概率随着缺陷之间相关系数的增大而减小,随着缺陷数量的增加而增大.随机变量相关性对管道小孔泄漏失效概率没有影响,管道爆裂失效概率随着壁厚与管径相关系数的增大而减小,随着初始缺陷长度与深度的相关系数增大而增大.缺陷轴向与径向增长速率相关系数的增大对管道爆裂失效概率的影响具有双向性,预测周期内大约前 16 年随着相关系数的增大,管道爆裂失效概率增加,大约 25 年后随着相关系数的增大,随相关系数增大而降低.研究成果适用于分析含多个腐蚀缺陷的油气管道可靠性评价,对管道安全运行、油气资源平稳供应具有参考意义.
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  基于可靠性方法的大口径天然气管段壁厚设计

  陈严飞;王春莎;董绍华;侯富恒;李兴涛

  . 2024, 9(5): 831-840.

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  我国陆上天然气管道规模庞大,管道路由地形、地貌和气候特征复杂多样.面对管道及管道所处环境的复杂性,提高油气管道的本质安全水平是行业和民众的共同需求,保证陆上天然气管道安全和可靠运行也越来越成为行业关注的焦点.为达到这个目标,可以采用从源头上对陆上天然气管道的设计方法进行改进的办法.目前天然气管道设计大多普遍利用传统的基于应力的设计方法,该方法由于采用单一的安全系数导致油气管道的安全裕度难以考量,针对此问题,基于可靠性的油气管道设计和评估方法(Reliability Based Design and Assessment,简称RBDA)正成为现代陆上天然气管道设计的趋向,该方法可量化管道全生命周期中的风险,避免采用不合理或过于保守的设计标准.故本研究综合CSA Z662《油气管道系统》标准规范的油气管道可靠性设计方法,并结合国内部分机构根据我国国情而修正的可靠性研究,利用RBDA方法流程,根据某段实际天然气管道确定该管道失效的主要原因(以腐蚀和第三方破坏为主),设计了管道在其生命周期内的极限状态,根据极限状态选择对应的极限状态方程类型,并利用多种数据统计分析方法和软件确定方程中所涉及各个随机变量参数的分布类型,之后利用蒙特卡洛法(Monte-Carlo法)计算设计壁厚条件下得到天然气管道失效概率,统筹考虑其他失效原因的权重,进而得到该管道的可靠度,将该可靠度数据与国内外标准规范确定的目标可靠度进行对比,检验是否满足可靠度目标.由此,对大口径天然气管段完成壁厚设计,实现了使用RBDA方法对 1016 mm大口径天然气管道设计的整体流程.
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  石油开发利用的水资源稀缺性评价研究

  冯翠洋;赵佳龙;尹琳琳

  . 2024, 9(5): 841-852.

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  石油是关系到国家安全的重要战略资源,但现阶段其开发利用受到了水资源的约束.已有研究通过水足迹和虚拟水等指标对石油开发利用的水资源使用情况进行了测算,但不能够全面地反映其面临的水资源脆弱性.本研究基于投入产出分析方法,考虑区域水资源压力,构建了稀缺水足迹评估模型和虚拟稀缺水贸易测算模型,从石油开发利用对稀缺水资源的消耗和对虚拟稀缺水贸易的驱动两个角度进行了综合评价.结果表明,将区域水资源压力纳入水资源使用评估,可以更好地反映中国区域石油开发利用面临的水资源约束.对于宁夏回族自治区等区域,虽然在石油开发利用中使用的水资源量不多,但却面临着严重的水资源稀缺性问题,尤其是石油、炼焦产品和核燃料加工品面临着较大的水资源短缺压力.为了有效缓解上述区域在石油开发利用中面临的水资源脆弱性,有必要从区域和部门层面对关键虚拟稀缺水流动进行识别和管理.从区域层面结果来看,需要重点关注新疆维吾尔自治区、黑龙江省等虚拟稀缺水净流出区域对浙江省、辽宁省等虚拟稀缺水净流入区域在石油开发利用中的虚拟稀缺水转移.从部门层面结果来看,需要重点关注能源类行业和农业对石油、炼焦产品和核燃料加工品的虚拟稀缺水的转移.为了有效缓解石油开发利用中面临的水资源压力,本研究呼吁构建高效协同的水资源管理机制,将水资源稀缺性作为核心考量因素纳入区域石油开发利用战略规划中.同时,加强能源部门与水资源管理部门的跨部门合作,科学规划开采布局与规模,确保石油开发活动不损害水资源安全.此外,通过虚拟稀缺水的区域调配、推广节水和水资源循环利用工艺技术等方式,推动中国石油资源的可持续开发利用.