2024年, 第9卷, 第6期　
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  雪峰隆起西缘下寒武统牛蹄塘组斜坡相海相页岩有机质富集机制

  刘达东;赵帅;田辉;陈祎;冯霞;尹巍;范青青;许名扬;杜威

  . 2024, 9(6): 853-865.

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  中上扬子地区在早寒武世沉积了一套富有机质页岩层系,是该地区页岩气勘探的优选层位之一,揭示该套富有机质页岩形成机制对于准确认识海洋生物环境系统与地球资源内在联系具有重要意义.本文以雪峰隆起西缘下寒武统牛蹄塘组斜坡相海相页岩为研究对象,分析了其沉积古环境特征,揭示了斜坡相海相页岩有机质富集主控因素.结果表明,研究区牛蹄塘组有机质丰度高,下段TOC整体要高于上段.沉积地球化学分析显示,研究区牛蹄塘组页岩整体具有高古生产力水平,处于贫氧—厌氧甚至硫化的强还原环境,沉积晚期较早期还原程度逐渐降低.牛蹄塘组页岩整体处于中等滞留环境,因处于斜坡带,陆源碎屑输入程度较低,且热液活动相对较弱.牛蹄塘组有机质富集主要受控于古氧化还原条件,但上升洋流作用为有机质富集奠定了基础.牛蹄塘组沉积早期,上升洋流带来的营养元素促进了初级生产力,造成藻类生物勃发并引发后续的细菌硫酸盐还原作用(BSR)和海水缺氧硫化;牛蹄塘组沉积晚期,水体逐渐变浅,还原程度下降导致有机质丰度较早期要偏低.成果对深化海相富有机质页岩形成机理认识具有重要意义.
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  陆相页岩油纹层型、夹层型储层孔隙结构特征及其约束下的流体可动性差异

  鲍李银;孙盼科;陈永辉;朱思成;李玢;甘春玲;王江;崔新璇;赵振丞

  . 2024, 9(6): 866-884.

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  中国页岩油资源丰富,截止至 2022 年底,中国陆相页岩油预测储量达到 29.74 亿t,但在如此规模的储量下只有可采页岩油才具有经济价值.吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层根据矿物组分及源储比可分为夹层型、纹层型及混积型 3 种类型.但由于三类储层孔隙结构特征及流体赋存状态差异较大,导致在相同的压裂手段下产能差异甚远.为明确吉木萨尔凹陷芦草沟夹层型、纹层型储层孔隙结构特征及其约束下的流体可动性差异,本文通过XRD、铸体薄片、扫描电镜、氮气吸附等方法对孔隙结构特征进行研究,利用核磁共振离心技术对纹层型、夹层型储层样品页岩油可动性进行定量评价,采用T1-T2 谱方法明确不同储层类型页岩油赋存状态,最终结合孔隙结构特征参数对页岩油储层流体可动性的主控因素进行分析.结果表明,纹层型储层碳酸盐岩类矿物含量较高,储集空间以碳酸盐岩晶间孔、黏土矿物层间缝及有机质孔为主,干酪根含量较高,游离油组分含量极低,可动流体饱和度均值仅为 7.97%;夹层型型长英质含量较高,储集空间以晶间孔、长石粒内溶孔为主,流体组分以可动油为主,其次为束缚油、干酪根,不含可动水,可动流体饱和度均值为29.26%.孔隙结构特征参数中最大孔喉半径大小是控制页岩油储层可动流体饱和度的主要因素,两者呈指数正相关,相关系数可达 0.9521.通过本次研究,明确了吉木萨尔凹陷芦草沟组夹层型、纹层型页岩油储层的主要储集空间类型分别为粒间孔、粒内孔.从单峰夹层型储层到双峰纹层型储层可动流体饱和度逐渐减小,但均随着最大孔喉半径的增大而呈指数增加,表明最大孔喉半径对页岩油储层可动流体饱和度有较大的影响.
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  基于文献数据拾取的储层构型参数库构建方法及其实践

  张帅琳;刘远刚;李少华;于金彪;史敬华;张昌民

  . 2024, 9(6): 885-898.

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  储层构型参数库是储层地质知识库的重要组成部分,可为储层地质研究和储层地质建模提供关键的定量约束参数.然而,由于领域内术语和分类体系的不统一,国内外学者研究关注的尺度范围存在差异,以及文献数据的分散性,建立一个统一的、全面的储层构型参数库面临诸多挑战.本文提出了一种基于文献数据拾取的储层构型参数库构建方法,并以辫状河储层为例构建了一个储层构型参数库.首先设计了一个标准化的辫状河分类分级体系,并建立了统一数据结构的数据表,以支持多源数据的整合分析.随后采用数据拾取工具WebPlotDigitizer,提取专业文献中静态图表数据,成功建立了一个包含 2589 组构型单元的辫状河储层构型参数库,这一参数库不仅涵盖了辫流带、辫状河道、心滩、垂积体和落于曾等多种构型单元规模,还提供了相关地质背景信息.通过该参数库,本文对辫状河储层构型单元的几何特征进行了详细的统计分析.结果表明:(1)对辫状河沉积采用统一的分类分级方案并规定储层构型参数库的表结构,可将不同来源的数据整合在一起,以便进行不同来源不同地质背景下的储层构型单元几何参数的对比分析,实现对辫状河储层构型参数库的集中管理和应用;(2)采用基于WebPlotDigitizer工具的文献数据拾取方法,可将专业文献中静态的图表数字化,为储层构型参数库的建立提供丰富的数据源;(3)基于文献的数据拾取存在信息不完整和信息结构不统一的局限性,因此有必要面向储层地质研究和储层建模等需要,建立业界统一标准的储层构型参数库及其信息共享服务系统,以解决地质知识语义异构、来源众多、结构多样、时空尺度跨度大等问题.本文的研究不仅为辫状河储层构型几何特征的类比研究提供了数据基础和技术手段,还为其他类型储层(如三角洲和曲流河)的构型参数库建设提供了参考.
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  超深断控型油气藏差异富集程度分析方法及应用

  常少英;李世银;王孟修;乔俊程;杜一凡;王彭

  . 2024, 9(6): 899-910.

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  断控缝洞型油气藏在塔里木盆地碳酸盐岩领域勘探开发中占有着重要的地位.针对不同断裂、同一断裂不同段油气开发效果差异明显、油气富集特征不清晰,影响了超深层高效开发效果的问题.以塔里木盆地富满油田一间房组—鹰山组为例,采用钻井数据、高品质三维地震数据和生产动态数据,开展超深走滑断裂对油气富集程度的控制作用研究.结果表明:①断裂带控制油气富集主要受断裂与烃源岩接触关系、优势运移通道及储集体规模三方面因素控制;②通过已钻井生产效果的对比分析,构建了通源性、断裂疏导、储集体储量规模与油气富集的定量关系,完善了一套超深断控油气藏差异化富集程度的评价计算方法;③深大断裂通源性是断控油气藏富集程度的重要影响因素,断裂与烃源岩接触关系好、运移通道上下连通性好、有效储集体规模大的油藏富集程度高.利用新方法对富满油田 19 号断裂油气富集程度进行评价,其结果与钻探成果符合率达 92%.基于断控缝洞体油藏断裂"三性"分析新认识,形成了一种断控缝洞型油气藏富集程度评价方法,并对塔里木盆地其他类似油田高效开发实践具有较好的借鉴意义.
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  空间结构正则化多道稀疏脉冲反褶积

  汤国松;李皓;梁兵;夏连军;鲍伟;李红彩;罗军梅

  . 2024, 9(6): 911-920.

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  稀疏脉冲反褶积,有时也称为稀疏脉冲反演,是一种非线性高分辨率处理方法.常规脉冲反褶积方法假设反射系数序列满足高斯分布,其反褶积处理属于线性滤波过程.不同于常规脉冲反褶积方法,稀疏脉冲反褶积假设射系数序列满足稀疏分布,在稀疏函数正则化条件下对反射系数序列进行反演,其反褶积处理属于非线性反演过程.稀疏脉冲反褶积较常规脉冲反褶积能够更大幅度地提高地震数据分辨率,但其高频分量具有更强的多解性和不稳定性.为此,本文提出了一种空间结构正则化多道稀疏脉冲反褶积方法.首先,该方法基于地震信号在空间上的连续性和可预测性,采用结构张量对地震信号的空间结构进行估算和表征.然后,沿倾角方向设计预测误差滤波器,该滤波器保证地震信号具有最小预测误差.在此基础上,将预测误差滤波器作为空间结构约束引入到稀疏脉冲反褶积的正则化条件,建立稀疏结构和空间结构联合约束的多道稀疏脉冲反褶积目标函数.最后,采用迭代重加权算法对目标函数进行数值求解,得到反射系数序列.我们分别采用模型数据和实际数据就本文方法与常规方法进行了对比分析,并利用测井合成地震记录验证了本文方法的可靠性.模型数据和实际数据的测试结果表明,本文方法较好地抑制了随机噪声对反褶积结果的影响,增强了高频地震信号恢复精度.
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  基于L1-2范数的时移波阻抗反演方法

  李文瑾;李景叶;王永平

  . 2024, 9(6): 921-930.

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  超临界CO2 注入到地下储集空间后会引起封存空间属性的强烈变化,此时会在叠后时移地震数据上表现出明显的时移响应信息.时移波阻抗反演是利用叠后时移差异数据计算差异波阻抗,识别储层变化的一种有效方法.储层参数变化通常是局部性的,因此差异波阻抗通常会表现出明显的块状特征,即差异波阻抗反射率具有稀疏性质.常规时移波阻抗反演方法中使用的L2 或L1 正则化约束项的稀疏性不足,导致对于时移差异的边界刻画不清晰的问题.本文提出将具有更加稀疏特性的L1-2 范数作为先验约束条件加入差异波阻抗反演中以增强反演结果在阻抗界面处的刻画清晰程度.通过模型测试分析,L1-2 范数约束相比L1 范数和L2 范数在垂向上具有最高的反演分辨率.同时为了克服采用单道反演方法可能造成的反演结果横向连续性差的问题,本文引用f-x滤波方法对结果进行改善.本文方法应用于模型数据和挪威Sleipner深部咸水层CO2 地质封存的结果表明,基于L1-2 范数约束的时移波阻抗反演方法能够有效且精确地表征时移地震差异响应,可以用作CO2 地质封存监测的一种手段.
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  CO2压裂基础研究与技术进展

  王香增;郭兴;孙晓

  . 2024, 9(6): 931-943.

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  以页岩油气、低渗致密油气为代表的非常规油气是我国重要的接替资源,由于其储层物性差,有效开采难度大,目前主要通过水平井体积压裂技术进行储层改造,但依然存在水资源浪费、储层伤害大及增产效果一般等问题.超临界/液态CO2 具有低粘度、高密度、高扩散性等特性,能够快速进入储层微孔隙、微裂缝中,CO2 压裂可以有效降低破裂压力,形成复杂缝网,同时地层增能,提高返排率,降低储层伤害并实现单井增产,适用于非常规油气资源的高效、绿色开采.本文从CO2 压裂破岩造缝机理、CO2 对岩石性质影响机制、CO2 压裂井筒流动特性及CO2 压裂增产与地质封存作用等方面介绍了CO2 压裂基础研究进展,对CO2 泡沫压裂、CO2干法压裂、CO2 酸化压裂和CO2 混合压裂几种主要压裂技术的发展和应用进行了简要阐述.在目前我国"双碳"目标和加大页岩油气等非常规油气资源勘探开发力度的背景下,CO2 压裂技术是构建清洁环保、低碳负碳的能源安全、高效开发技术体系的关键核心技术之一,极具发展和推广应用潜力.
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  超深高应力差储层近井筒裂缝扩展转向机理研究

  韦世明;张亚洲;金衍

  . 2024, 9(6): 944-959.

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  随着油气勘探开发进入超深层,高应力差条件下水力裂缝扩展易发生大曲率转向,井口超压、砂堵等问题频发,明确超深高应力差储层近井筒水力裂缝的扩展与转向机理与主控因素,对超深层储层安全高效开发具有重要意义.在经典热力学的连续性框架约束下,将离散界面的尖锐裂缝平滑描述为连续损伤的弥散裂缝,利用Griffith能量平衡关系和断裂变分原理构建Lagrange能量泛函,并基于能量最小化原理建立了各向异性储层中射孔井的相场水力压裂模型.通过对比经典的Griffith尖锐裂纹轮廓方程,证实了本文相场模型的正确性.总结模拟结果发现,水力裂缝沿着射孔与最大水平主应力之间的某个方位近似直线起裂,而后向最大水平主应力方向偏转,具体起裂方位受地应力差、排量及射孔角度影响.地应力差的增大会促进近井筒水力裂缝转向扩展,使得转向角增加、转向半径减小;增大排量可减弱水力裂缝转向,使得转向角减小、转向半径增加,促使裂缝沿起裂阶段的直线扩展地更远,并能显著提高裂缝扩展速率;随着射孔角增加,射孔与最大水平主应力夹角增大,会加剧裂缝扩展的偏转程度,使得转向角增大、转向半径减小,从而造成压裂液流动摩阻上升以及砂堵风险的提高;储层的各向异性特征也能显著影响水力裂缝的转向扩展过程,模型中以不同方向上的临界能量释放率作为断裂阻力的各向异性参数,结果表明,裂缝更倾向于沿低阻力的方向扩展,断裂阻力的各向异性越强,水力裂缝的偏转程度也就越大,储层断裂的各向异性特征显著影响裂缝的转向行为.本文的相场水力压裂模型提供了一个无需任何断裂准则的水力裂缝扩展与转向行为研究的便捷方法,有助于提升超深高应力差储层近井裂缝转向认识,帮助理解不同地质环境和压裂工况下的断裂机理与裂缝偏转行为,并为压裂工艺设计与射孔方案优化提供参考和建议.
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  人工智能在储层保护中的研究现状与发展方向

  沐华艳;蒋官澄;孙金声;贺垠博;董腾飞;盛科鸣;王全得;张伟

  . 2024, 9(6): 960-971.

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  储层保护在油气勘探开发全过程中具有重要的战略意义,深层油气资源开发环境复杂、技术要求高,完善的储层保护技术能够保障油气勘探开发过程实现"少投入、多产出、显著提高经济效益"的目的,应该重视其在钻井、完井、采油等各个阶段中的关键核心作用.近年来,机器学习等人工智能技术得到广泛应用,为储层保护提供了智能化的解决方案,智能化储层保护技术成为大势所趋.通过系统归纳近年来储层保护与人工智能技术融合的相关文献,分析了储层保护中所使用的模型方法、敏感性损害预测数据集特征、智能决策系统开发及应用的研究现状.总结"人工智能+储层保护"技术的落地局限性,主要表现在:第一,数据质量参差不齐,导致模型的输入基础不够可靠;第二,应用场景复杂,各类油气田的工程环境差异大,模型在应对复杂情况时效果不一;第三,模型泛化能力较低,在不同场景中的适用性受到局限;第四,配套软件研发体系不够成熟,制约了软件的落地应用.针对现有问题,提出未来发展的重点方向:首先,需要进行数据治理以提升数据质量,构建高质量的储层保护数据库;其次,应该在智能模型中融入储层保护领域的专业知识,提高模型精度;第三,需要增强模型的可解释性,提升技术人员对模型预测结果的信任度;最后,开发基于大模型环境的智能决策支持系统,实现更高层次的智能化储层保护方案.
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  致密砾岩储层力学特征与水力裂缝扩展机理研究进展

  王剑波;侯冰;滕卫卫;李小迪;刘见通;梁宝兴;张远凯;魏云

  . 2024, 9(6): 972-990.

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  砾岩油藏在我国储量超过20亿t,是我国油气能源的重要接替领域之一.但是,砾岩储层含有大量砾石,具有力学特征非均质性强、裂缝扩展路径差异大的特点,压裂施工中实现均衡布缝的难度大,用现有均匀岩石裂缝扩展理论难以有效解释,需要探索适用于砾岩的相关理论与方法.针对砾岩储层特征和开发工程困境,本文从岩石特征、研究方法、力学性质、裂缝扩展规律与水力压裂技术对策 5个方面,探讨了砾岩开发中的难题与对策.据此,提出了综合细观尺度、常规尺度、大物模尺度、米级尺度、矿场尺度的多尺度分析方法,并通过尺度升级将室内研究结果应用于油田现场的思路;厘清了砾石、杂基以及胶结面是控制岩石力学参数与破裂规律的关键,需建立弱胶结面模型来提高力学参数预测精度;明确了砾岩裂缝扩展有穿砾和绕砾两种模式,存在明显的过程区特征,可参考双K断裂准则构建适用于砾岩的裂缝扩展模型,预测起裂与扩展参数;可压性评价要以地质工程一体化为指导思想,综合岩石组构特征与多尺度力学参数来建立,筛选储层并优化压裂施工方案.
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  旋转磨料射流破碎碳酸盐岩参数影响规律及机理研究

  李欢;黄中伟;李敬彬;程康;李文彬;胡静茹

  . 2024, 9(6): 991-1004.

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  旋转磨料射流喷射钻进径向水平井是经济高效开发碳酸盐岩油藏的潜在有效手段.基于旋转磨料射流破碎灰岩室内实验,证实了其碳酸盐岩储层喷射钻进可行性、揭示了关键参数对破岩效果的影响规律、优选了最优作业参数组合,并探析了岩石破碎机理.研究表明:旋转磨料射流冲击灰岩形成一个规则光滑、底部存在凸起的圆形孔眼,孔眼剖面为"W"型,孔眼直径大于入井管串的最大外径,且凸起可被后续射流剥蚀而不影响管线连续送进,证实了其碳酸盐岩储层喷射钻进可行性;成孔直径随喷射压力、喷射距离、喷射时间的增加而增加,随磨料质量浓度的增加先增加后减小;成孔深度和体积随喷射压力、喷射时间的增加而增加,随喷射距离的增加而减小,随磨料质量浓度的增加先增加后减小;本文实验条件下的最优作业参数组合为射流压力 30 MPa、喷射距离 0、磨料质量浓度 9.0%～10.0%、喷射时间 60 s;在旋转磨料射流破碎碳酸盐岩过程中,其不单以磨料颗粒大角度冲击下产生的拉伸作用破岩,同时还伴以磨料颗粒小角度冲击下产生的剪切作用破岩,由于岩石抗拉、抗剪强度远低于其抗压强度,从而使得旋转磨料射流具有较高的破岩能力和破岩效率.研究结果可望为旋转磨料射流喷射钻进径向水平井开发碳酸盐岩油藏提供理论依据和实验基础.
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  基于改进DFM-NM的页岩油多井干扰三维数值模型及应用

  周彪;陈志明;赵辉;韩佳鹏;赵续荣;YU Wei

  . 2024, 9(6): 1005-1022.

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  矿场实践表明,立体井网开发技术可有效挖掘页岩油气资源未动用储量.然而,随着立体井网的加密部署,导致平面及纵向井间干扰现象愈发严重,限制了页岩油气资源的高效开发,准确评价井间干扰程度及其影响因素是目前亟需解决的关键问题.为此,基于改进的离散裂缝数值试井模型,采用非结构四面体网格建立考虑纵向干扰的立体开发页岩油多井干扰三维数值模型,采用Newton-Raphson迭代对模型进行了求解.验证了数值模型的准确性,并定义井间干扰程度系数,分析不同井距与裂缝参数下的井间干扰程度.结果表明随着水平井距的增大,井间干扰程度迅速减小;随着纵向井距的增大,井间干扰程度先增大后减小;与纵向井距的影响相比,水平井距对井间干扰程度的影响更显著;干扰程度随着邻井开采强度、压裂裂缝数目、压裂裂缝长度和压裂裂缝导流能力的增大而增大;天然裂缝会加剧井间干扰程度.对鄂尔多斯盆地两口压裂水平井进行实例应用,结合灰色关联度分析方法,计算了井间干扰程度与各参数间的关联度,确定了影响其井间干扰程度的主控因素为沿裂缝方向水平井距、压裂裂缝长度和压裂裂缝数目.同时发现,纵向井距对井间干扰程度有显著影响,立体开发下的纵向干扰不容忽视,合理的纵向井距能够有效降低井间干扰程度.研究结果可为立体井间干扰评价及页岩油开发参数优化提供理论依据.
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  亚麻籽胶羧甲基化改性及其钻井液性能评价

  赵雄虎;贾相如;冀忠伦

  . 2024, 9(6): 1023-1033.

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  纤维素、淀粉等天然多糖高分子改性材料已广泛应用于钻井液中,但常规改性方法对其抗温、抗盐、流变等性能的提升空间有限.本文对亚麻籽胶(FM)采用溶媒法进行羧甲基化改性,制备了一种具备多功能处理剂——羧甲基亚麻籽胶(CMFM).通过红外光谱测试和取代度测定,证实CMFM成功合成,其EC50 值为4.68×104 mg/L,无毒且环保性能好.对FM和CMFM进行抑制性、流变性、抗温抗盐性能评价,实验结果表明膨润土在FM和CMFM水溶液中的膨胀率分别为 28.05%和 27.52%,页岩回收率均大于 80%.0.5wt%CMFM钻井液在 120℃老化 16 h后,表观黏度、塑性黏度和动切力分别达到14.5 mPa·s、8 mPa·s和 7.2 Pa,API滤失量为 10.7 mL,具备良好的抗高温性能.与磺化沥青FT-1、两性离子聚合物降滤失剂JT888、两性离子聚合物包被降滤失剂FA367、聚季铵盐(大阳离子)和乙烯基单体多元共聚物 PAC-141 相比,CMFM可以增加钻井液的黏度,保持更好的剪切稀释性能,维持良好的携岩能力.CMFM分子中在范德华力、静电作用、疏水缔合作用、氢键等作用力的驱动下形成自组装空间结构,吸附包裹在黏土颗粒上,改变了原有的网架结构和强度,从而增加了钻井液的屈服应力,增强了黏土颗粒和聚合物分子形成的网状结构,有利于悬浮岩屑和加重材料.此外,在 20wt%NaCl 污染后,添加CMFM的基浆API滤失量为 18.8 mL,这表明CMFM比FM具备更强的降滤失能力和抗盐能力.与含 FM处理剂的钻井液相比,用 4wt%膨润土+0.5wt%SK-2+1%SMP-1+1%磺化沥青配制的钻井液体系在添加 CMFM 后滤失量更低,耐盐性和耐高温性更好.CMFM可以作为一类多功能处理剂,具有良好的抗温、抑制、增黏、降滤失性能.
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  一种自适应纳米封堵剂的研制在水基钻井液体系中的应用研究

  贾永红;吴家乐;张蔚;叶安臣;崔新环;杨丽丽

  . 2024, 9(6): 1034-1043.

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  新疆玛湖井区纳微孔隙裂缝地层发育,多次出现塌漏同层现象,导致井壁失稳严重,严重影响钻井进程.本文采用水溶液聚合方法,以KH570 改性纳米二氧化硅为"核",通过加成反应将 2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基二烯丙基氯化铵接枝在mSiO2 表面,制备了一种抗高温的自适应强封堵剂.实验结果表明,XZ-APA的形态为球形,尺寸在 40～135 nm之间;XZ-APA粒径随温度、浓度变化而自适应膨胀,温度从25℃升高至 65℃时,D50 从 124.2 nm膨胀为 805.5 nm.浓度从 0.1 g/L增加至 10 g/L时,D50 从 105 nm膨胀至3.2 μm,达到微米级别,可实现纳微孔隙裂缝地层的多级封堵.砂床实验中,3%XZ-APA使40～60 目、60～80 目砂床的漏失量从119 mL、128 mL减少至 29 mL、25 mL.压力传递实验中,3%XZ-APA对玛湖井区的岩心(岩心特征)也具有良好的封堵效果,压力传递速率降低率达 72%以上.在钻井液体系中加入 2%XZ-APA,可将 40～60目砂床的漏失量从3.2 mL降低至 1.2 mL,可承压6 MPa以上,使 20～40 目砂床的漏失量从全漏(300 mL)降低至44 mL,承压能力从 1 MPa升至 6 MPa以上,表明XZ-APA在WBDFs中可以有效封堵,提高承压能力.同时,其封堵效果优于常规封堵材料(如沥青等),且可与常规封堵材料复合使用,封堵效果更好.本文以XZ-APA为核心处理剂,形成了一套适用于玛湖井区的抗高温自适应强封堵水基钻井液体系,有助于解决玛湖井区滤液侵入导致的井壁失稳问题.
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  原油管道高厚度蜡层冬季首次清管方案研究

  张雨;黄启玉;曾宪伟;黑树楠;尚培娟;张汛;王毅杰

  . 2024, 9(6): 1044-1057.

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  在寒冷的冬季,含蜡原油在管道输送过程中呈现出诸多棘手状况.原油的粘性显著增强,蜡层的厚度也急剧攀升,这无疑使得管道运行时所需的动力消耗大幅增加,给原油的高效、平稳运输带来了严峻挑战.机械清管向来是应对原油管道蜡沉积难题的有力举措,然而,因相关理论指导的缺失,冬季初次清管方案的规划往往只能倚仗传统经验,而泡沫清管器便成为了较为常见的选择.为有效攻克冬季高厚度蜡层的清管难关,一系列结蜡清管实验得以开展,涵盖清管实验以及针对清管器前端沉积物的掺混实验等.在此过程中,深入探究了直板清管器、皮碗清管器以及全涂层泡沫清管器对蜡层的剥离特性,细致对比了皮碗清管器和泡沫清管器所产生的前端产物给管道运行造成的不同影响.实验结果清晰地显示,尽管直板清管器在清蜡效率方面表现突出,但对于冬季高厚度蜡层的管道首次清管作业而言,却并非理想之选.皮碗清管器和全涂层泡沫清管器的清蜡效率颇为相近,不过,得益于泄流孔结构所产生的冲刷作用,皮碗清管器前端不易形成蜡塞,而且其前方油蜡浆液的凝点和粘度等物理性质变化能够契合运行规范,在运移过程中遭遇的阻力也更小.因而,皮碗清管器在冬季针对高厚度蜡层的首次清管作业中更具优势.就有着高厚度蜡层的 KS 原油管道而言,其冬季首次清管作业选用了泄流皮碗清管器,并收获了理想的清管成效,这无疑为高厚度蜡层管道在冬季的清管方案规划提供了极具价值的参考范例,为后续相关作业的开展提供了可靠的实践依据与思路借鉴.
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  原油直接催化裂解制化学品工艺流程智能建模与代理模型多目标优化

  张智博;周鑫;闫昊;赵辉;刘熠斌;陈小博;杨朝合

  . 2024, 9(6): 1058-1068.

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  原油直接制化学品技术涉及将原油通过催化裂解直接转化为化学原料.这一创新工艺绕过了传统的常压蒸馏装置、真空蒸馏装置和加氢装置,直接降低了设备投资和能耗.因此,这不仅降低了生产成本,还带来了显著的经济效益.直接转化方法不仅简化了生产流程,还减少了对复杂基础设施的需求,使其成为传统方法的一种更高效的替代方案.随着国家双碳目标——即二氧化碳排放达峰和碳中和——的不断推进,加速开发原油直接催化裂解制化学品的技术变得至关重要.这项技术有望显著降低过程能耗,并为减少碳排放做出贡献.通过优化裂解过程,可以实现更高产率的目标化学品,同时最小化焦炭等副产品的形成,这些副产品价值较低且会增加排放.随着对原油直接制化学品技术的建模研究不断深入,建立智能模型以指导生产过程变得越来越重要.这些模型可以通过实时微调参数来优化操作,从而实现经济效益和环境可持续性之间的平衡.智能模型利用数据驱动的见解预测结果,并动态调整变量,确保生产过程保持高效并符合经济和环境目标.本研究在Aspen HYSYS中建立了一个基于工业试验数据的稳健过程模拟模型,对 4 个关键工艺参数进行详细案例分析和单因素分析:预热温度、反应温度、再生温度和催化剂平衡活性.每个参数在决定裂解过程的效率和产率方面都起着至关重要的作用.通过系统地变化这些因素,研究人员可以确定最佳条件,以最大限度地提高关键化学品(如乙烯和丙烯)的生产,同时最小化不需要的副产品(如焦炭).为了增强模型的预测能力,使用Python编程实现了一个神经网络.这个神经网络模型是在从过程模拟中得出的综合数据集上进行训练的.该模型在不同操作条件下预测产品分布的能力经过了严格的测试和验证.此外,多目标优化算法NSGA-II被集成到深度学习框架中.该算法专注于最大化低碳烯烃的产量,同时最小化焦炭的产生,为整体过程优化提供了平衡的方法.与传统优化方法相比,所建立的代理模型具有更高的计算效率和更短的优化解决方案时间.它使多个操作变量的解耦成为可能,从而允许对过程进行更精确的控制.这种实时优化能力在动态生产环境中特别有益,其中条件可能会迅速变化.优化结果显示了显著的改进:焦炭产量减少了 0.23%,而乙烯和丙烯的产量增加了 1%.总之,本研究中开发的智能代理模型不仅提高了解决方案效率和预测准确性,还为指导生产过程提供了宝贵的见解.其应用可能带来更可持续和经济有效的化学品制造过程,符合经济和环境目标.