社会技术系统的日益复杂不仅滋生了更多潜在的安全问题,也促进了安全思维的不断改变.安全思维由基于事后响应的被动式管理向基于实时监控的主动式管理转变,事故模型也从简单线性思维发展到复杂系统思维.对事故模型功能和内涵的深刻理解有助于针对具体实际问题进行模型优选与开发.目前鲜有研究对安全思维及其与事故模型的关系进行深入探究,缺乏对各事故模型的特点、适用性和局限性的综合分析.本文在总结分析安全理念和思维发展历程的基础上,将事故模型划分为基于事件的因果链式模型、基于系统理论的事故模型和基于安全屏障的事故预测模型,从模型起源、功能和适用性等方面对3类模型中的代表性模型进行了综合分析,通过对比不同类别模型的优缺点和应用前景,展望了事故模型面临的挑战和未来的发展方向.

非常规油气作为我国油气资源中的重要接替能源,其高效开发对于保障国家能源安全具有重要意义.采用水平井分段多簇压裂技术,并优化压裂段内多簇压裂参数,对最大化非常规储层产能至关重要.明确裂缝扩展规律,量化裂缝形态与产能之间的关系,是水平井段内多簇压裂方案优化的关键.本文基于相场方法仿真段内多簇裂缝竞争扩展形态,通过集成的裂缝形态识别技术,进而构建二维等效裂缝模型,用以表征压裂渗流通道,并提取改造后等效物性参数,分别作为几何与物性输入参数传递至裂隙流模型,实现两种方法的自动耦合与传递,进而对不同压裂工况下的产能进行定量评估,最终实现裂缝扩展—渗流一体化模拟.通过室内物理模拟实验与现场压裂施工数据对比分析,验证了双重模型耦合的准确性与可行性.在此基础上,本文进一步研究了基于该方法的段内簇数和簇间距对裂缝形态及产能响应的影响规律.研究结果表明:当簇间距由 15 m增加至25 m时,裂缝发生偏转的位置后移,裂缝尖端的偏转角度由 30°降低至 24°,裂缝周围压力梯度降低,流体驱动力减弱,裂缝之间的流体干扰效应显著减小,这一变化导致日产峰值与稳产水平有所下降,日产油、累计产油量降幅分别为 35.88%和 35.89%;当段内簇数由 3 簇增加至 5 簇时,外侧裂缝尖端偏转角度由 30°增加至 34°,诱导应力场控制面积由 36.74%增加至 42.46%,裂缝周围压力梯度增强,流体驱动力增大,原油的动用程度得到显著提升,致使日产峰值与稳产水平相应提高,日产量、累计产油量增幅分别为 40.49%和 45.467%.因此,优化簇间距与簇数,可以兼顾控制裂缝干扰程度和提高单井产能,从而提高水平井段内多簇压裂改造效果.

在中国能源供需矛盾、结构性矛盾突出的情况下,如何提高炼油企业的能源效率成了亟待解决的问题;为了促进经济、能源与环境的可持续协调发展,提高能源利用效率有着极为重要的现实意义.为此,本文在分析影响炼油企业能源效率因素的基础上,构建了炼油企业能源效率评价指标体系,并运用组合赋权法确定各项指标的最终权重,进而建立了基于灰色关联TOPSIS的炼油企业能源效率评价方法.同时运用8家炼油企业的生产数据,对炼油企业的能源利用效率评价体系进行有效性检验.实证结果表明,该指标体系能够客观、有效地反映出炼油企业能源效率水平,可广泛用于评估炼油企业能源效率水平.

岩石自发渗吸是孔隙内润湿相流体自发排驱非润湿相的过程,是致密油藏提高采收率的重要机理之一,由于多孔介质特性以及裂缝形态等因素的复杂性,目前对裂缝与孔隙间的渗吸传质规律的研究尚未完全阐明.本文基于相场法和流体运动方程,建立孔隙尺度动态渗吸数值模型,分析复杂孔隙结构内部裂隙与孔隙之间的传质机理及其与采收率的关系.结果表明:(1)渗流过程在孔隙内部主要涵盖 3 个关键阶段:裂隙的快速渗透,裂隙与孔隙间的相互作用(即渗吸现象),以及孔隙中的逐步推进(即驱替过程).较快的注入速率会阻碍渗吸过程的进行,从而导致更多的残余油滞留.(2)存在特定的临界裂缝宽度,当裂缝宽度约为平均孔径大小 40 倍时,采收率会在一定范围上下波动.较小的裂缝宽度使得流体在孔隙和裂缝间的流动通道更为狭窄,这增强了毛细管力对油滴的驱动作用.随着临界裂缝宽度的减小,裂缝无量纲数与采收率之间展现出正相关关系.(3)不同复杂度的裂缝系统对流体运移产生不同的影响.随着临界裂缝宽度的减小,不同复杂程度的裂缝对流体动用产生的影响呈现出差异性.随着裂缝复杂程度的增加,渗吸作用波及范围越大.裂缝宽度的减小会加剧油滴的聚集现象,进而显著减缓渗吸速率,并在小孔隙区域引发堵塞问题.(4)系统开放边界数的增加可有效提升润湿相接触面积,实现孔隙空间的最大化动态利用,进而形成协同渗吸驱动机制.四边开放(AFO)条件下的渗吸采收率为最优,而单边开放(OEO)条件下的采收效果最差.在相同无量纲时间下,TEO和OEO因开放端面数量与空间分布模型的强非均质效应,呈现更高归一化采收率,而其余三种边界条件采收率变化曲线呈现相对集中趋势.

为探究水驱过程中不同润湿性条件下油水微界面的运移特征及其演变规律,基于N-S方程建立Hele-Shaw圆柱式模型,采用相场法界面追踪驱替过程中油水微界面的拓扑变形特征,研究润湿性、油水粘度比及毛细管数对油水微界面形变的影响.结果表明,水驱过程中油水微界面的动态演变过程可以分为 4 个阶段,即突破、分裂、三相接触线交汇及微界面融合.微界面的突破和分裂在驱替周期内重复发生,且不受润湿性和岩石颗粒分布的影响;三相接触线交汇和微界面融合具有相近的形变特征,主要受润湿性和岩石颗粒分布的影响.三相接触线交汇现象主要出现在亲水条件,而微界面融合现象则出现在亲油条件.润湿性由强亲水转变为强亲油时,水驱前缘变化幅度先降低后升高,在弱亲水条件时,呈现"活塞式"驱替模式.模拟发现在弱亲水条件下的驱油效率最高,而强亲油条件下的驱油效率最低(61.06%).在弱亲水和相同注入孔隙体积倍数条件下,随着油水粘度比从 20 增加到 100 时,三相接触线交汇现象的发生率逐渐降低,微观驱油效率降幅为8.56%,且驱替启动压力也随之降低;毛细管数从 0.66×10-3 增加至 2.0×10-3 时,三相接触线交汇的发生率增加,模型内的剩余油体积减小,驱油效率提高 9.36%.这表明在亲水条件下,增加三相接触线交汇现象的发生率能够显著提高驱油效率.研究结果能够丰富水驱微观渗流机理,为深度挖潜水驱剩余油提供理论依据.

连续管钻井完井技术是上世纪90年代初迅速发展起来的新技术,它具有作业效率高、成本低、安全可靠等优点.本文回顾世界连续管技术的发展概况,分析国内外连续管钻井和完井的技术现状;阐述连续管寿命及可靠性、变形伸长量、管内流体摩擦压降、钻井携岩和水平井冲砂洗井等连续管钻井完井相关基础理论研究进展;探讨连续管超临界CO2钻井、连续管非接触式破岩钻井、连续管无水压裂、连续管无限级压裂和连续管钻井与压裂改造一体化等前沿技术可行性与发展趋势;最后,展望连续管钻井和完井技术的发展前景.

地下储气库作为大型天然气管网系统的重要组成部分,确保其安全可靠运行对保障管网系统的供气能力尤为重要.本文针对枯竭油气藏型地下储气库的工艺特点和功能分区,将储气库系统工艺流程分为采气工艺和注气工艺;功能区块分为地下储层、注采井系统和地面系统.通过注采井系统将地下储层和地面系统联系起来,并采用基于一体化的可靠性分析方法,计算给定注采任务下,储气库系统的运行可靠性.最后,以某储气库为例,对其运行可靠性进行评价.

作为页岩油藏开发的一种关键技术手段,压裂阶段的动态渗吸驱油在近年来已成为油藏工程研究的热点.鉴于全球能源需求以及对非常规油气资源的持续勘探,这项技术在提高页岩油藏开采效率方面的重要性不容小觑.然而,页岩油储层动态渗吸过程中,不同因素在动态渗吸各个阶段的具体作用机制尚不明确,各因素对渗吸驱油效果的影响难以精确量化,严重制约了页岩油藏开发效率的进一步提高,导致开发成本上升,同时给资源的可持续开发带来了挑战.针对页岩油储层动态渗吸机理及作用规律不清的问题,建立了岩心尺度数值模拟模型,采用控制变量法设置了 15 个模拟方案,揭示了驱替压差、毛细管半径、润湿角、油水粘度对动态渗吸驱油效果的作用机制,明确了流体渗流变化规律.研究表明:动态渗吸中,毛细管半径从 0.1 μm增大至10 μm,毛细管力减小,流体渗吸速率加快,渗吸采收率提高了8.0%;驱替压差从 0 MPa开始增大,渗吸由静态升级为动态,3 MPa时渗吸采出程度提高了7.9%;认为驱替压差与采出程度符合幂函数关系,存在最优驱替压差.岩心润湿性由亲水向中性、亲油变化,采出程度由水润湿的 48.9%下降到油润湿的 33.9%;原油粘度由53.30 mPa·s降低至 13.99 mPa·s,渗吸采收率提高了 9.1%;驱替相粘度越大,初始渗吸速度越小,但渗吸驱油效果越好.现场操作中可通过优化注入压力,选择合适的压裂液、表面活性剂等,提高亲水程度和驱替相粘度,改善动态渗吸过程,从而增大驱油效率.未来应进一步考虑多相流动的复杂性,同时结合储层的非均质性,从不同尺度研究各因素对页岩动态渗吸过程的影响.

与岩溶相关的碳酸盐岩缝洞型油藏在全球油气田开发中占据重要地位,尤其在深层—超深层条件下,其内部结构和充填改造作用表现出高度复杂性.明确古岩溶洞穴中充填物类型及充填程度,对储集空间有效性评价、开发策略优化及剩余油挖潜具有重要的理论和实际意义.本文在大量文献调研的基础上,系统梳理了岩溶洞穴充填相和洞穴碎屑充填相划分的方案,总结了洞穴内部充填结构地质认识的主要理论进展.通过调研古岩溶洞穴充填物识别与预测、充填程度判识的技术进展,总结了目前塔河地区构建的岩溶洞穴充填模式.研究表明洞穴充填相的识别研究进展主要体现在:①现代地表洞穴碎屑质充填相成因类型和古岩溶洞穴充填的划分;②针对于洞穴充填物的识别与预测、洞穴充填程度的判别.早期采用的方法普遍为利用测井和地震资料的定性、半定量化方法.随着人工智能技术的兴起,利用机器学习强大的泛化能力进行充填物、充填程度的识别与预测成为该领域的前沿技术研发方向;古岩溶洞穴充填模式建议在古岩溶缝洞系统的层次性结构框架内,利用水文地貌与洞穴发育部位的耦合关系,并结合实钻井揭示(或是采用预测手段)的洞穴内部充填物类型进行构建.在岩溶洞穴充填作用研究方面存在以下问题:①古岩溶洞穴充填物类型的划分依据主要是岩石物理组分的差异,而并没有体现充填物形成的动力学机制;②针对洞穴充填物的识别精度不足,导致无法完整地识别洞穴内部充填物序列;③目前普遍利用地震反演技术得到的洞穴充填预测的结果只能对泥质含量进行预测,无法对所有充填物充填程度进行准确评价,因而古岩溶暗河网络充填程度空间差异分布预测仍待深入攻关.基于目前存在的问题,本文认为利用人工智能技术开展洞穴充填物类型和充填程度的识别与预测是大势所趋.如何提高样本集的代表性、预测网络的准确性和泛化度是未来攻关的方向.

本文详细阐述了全球尤其是北美页岩气开发现状,论述了Marcellus与Haynesville页岩气区的主要特征,认为持续技术创新、高效经营管理模式、多元产业扶持政策是美国页岩气飞速发展的主要驱动力,对我国页岩气的开发具有良好的借鉴作用.作者系统梳理了中国页岩气近 20 年的探索攻关与实践历程,认为历经评层选区、开发试验、示范区建设、海相页岩气规模开发4 个阶段,国内页岩气开发取得了重大成就,建成川南、涪陵等中深层页岩气大气田,实现了海相页岩气规模效益开发,2022 年产量达 238 亿方,成为我国天然气重要的供应来源,同时深层页岩气产能建设稳步推进,新区新层系勘探也取得重大突破.在深入分析我国页岩气地质与资源特征的基础上,文章论证了我国具备年产 500 亿～800 亿的开发潜力,但需要从完善页岩气立体开发配套技术、持续优化页岩气地球物理评价技术、加快钻井与压裂工程技术迭代升级、加大新层系新领域的勘探评价力度4个方面持续攻关.

低矿化度水驱是一种通过调控注入水的离子成分或浓度提高原油采收率的新技术,目前低矿化度水驱的适用油藏条件和提高采收率作用机理仍未达成共识.本文以中东地区海相碳酸盐岩油藏柱塞岩样为研究对象,开展了系列低矿化度水润湿调控驱油室内实验,基于胶体稳定性(DLVO)理论建立了一个典型原油/盐水/岩石系统的界面反应模型,联立增广Young-Laplace公式计算了润湿角和总分离压力,通过文献实验数据验证模型可靠性,阐明了离子浓度和离子类型对分离压力曲线和润湿角的影响.结果表明,在低矿化度环境中,碳酸盐岩孔隙表面在流体冲刷作用下亲水性更强,驱油效率更高,低矿化度水驱提高了3.2%的原油采收率;在恒定电荷的假设下,基于扩展DLVO理论建立的原油/盐水/岩石系统数学模型可以准确预测润湿角的变化;相比于离子浓度,离子类型对分离压力和润湿角的影响更大,在二价离子中,Mg2+离子对碳酸盐岩的浸润调控作用强于Ca2+离子;当水膜厚度较小时,范德华引力是影响分离压力的主要作用力,随着水膜厚度增大,双电层力逐渐变为主要作用力.本研究有助于更深入地理解低矿化度水驱提高采收率的润湿调控机制.

针对鄂尔多斯盆地锦58 井区开发过程中存在的高含水、气水同出等问题,开展基于致密砂岩储层孔喉尺寸划分结果评价不同储层因素对可动流体的影响,有助于从微观角度明确气体分布规律.以下石盒子组 10 个典型致密砂岩样品为例,采用铸体薄片观察、扫描电镜观测、X射线衍射分析、高压压汞及核磁共振实验,利用多重分形理论及核磁共振参数转化孔喉分布方法,评价储层参数对不同尺寸孔喉内部可动流体分布的影响.研究结果表明,根据压汞曲线形态及参数可以将孔隙结构划分为3 种类型:Ⅰ类样品孔喉尺寸分布曲线呈双峰状,物性和孔喉连通性较好;Ⅱ类样品孔隙孔喉尺寸分布曲线呈单峰状,孔喉以中孔为主,分选较好,受限于孔喉尺寸,储层物性差于Ⅰ类样品.Ⅲ类样品孔喉尺寸分布曲线小孔为主峰,大孔为次峰,其物性非均质性最强.据孔喉尺寸及分形特征曲线转折点可以将储层孔喉划分为大孔(0.1～1 μm)、中孔(0.01～0.1 μm)和小孔(0.001～0.01 μm).可动流体主要大孔和中孔内部,其中大孔含量对可动流体的含量起决定性作用,而中孔在占比较高的情况下具有一定的储气潜力,小孔含量则对可动流体分布影响不大.脆性矿物的含量主要影响大孔内部的可动流体含量,而黏土矿物的含量对不同尺寸孔喉内部的可动流体含量均产生不利影响.不同尺寸孔喉所贡献的孔隙度与可动流体含量成正相关,但受限于储层连通性的影响,随着孔喉尺寸的降低,其相关性逐渐下降,而渗透率则控制着不同孔喉尺寸内部的可动流体分布.孔喉结构参数中,较高的分形维数对储层整体及不同尺寸孔喉内的可动流体分布均有不利影响.而受限于不同孔喉尺寸对物性的贡献,最大进汞饱和度参数仅可用于表征大孔内部的可动流体分布.

低渗透油藏注CO2 开发中,CO2 溶于水后形成的碳酸水能够有效改善渗吸效果,进而提高油藏开发效益.本文通过测量油水界面张力、接触角和渗吸采收率,探究了温度和压力对高压CO2 作用下低渗透岩心渗吸采油的影响规律.结果表明,升高温度和增加CO2 压力均可改善油水界面特性,提高渗吸采收率.8 MPa时,温度由 20℃升至 80℃,界面张力增大 2.25 mN·m-1,接触角减小 15.2°.温度对油水界面特性的影响显著强于CO2溶解度,随着温度升高,CO2 溶解度减小,但界面张力增大,岩石亲水性增强,并且原油流动性增强,故渗吸效率提高.80℃时,压力由 4 MPa升至 10 MPa,界面张力减小 3 mN·m-1,接触角减小 18.4°.压力通过改变CO2 在液相中的溶解度来影响油水界面特性,随着压力升高,CO2 溶解度增大,界面张力减小,岩石亲水性增强,原油流动性也增强,继而渗吸效率有效提高.升温和增压在提高渗吸效率方面存在一定的协同效应,两者共同作用下,虽界面张力仅有小幅减小,但岩石亲水性明显增强,加速了基质孔喉中原油的逸出,有效提高了低渗透岩心渗吸采收率.研究结果丰富了渗吸采油机理,能够为低渗透油藏注CO2 开发提供理论参考.

针对牙哈储气库钻井中油基钻井液体系在高—低温循环条件下流变性恶化且堵漏承压能力不足难题,研发了一种温敏型抗高温提切剂RHT,并优选堵漏材料和配套处理剂,构建了一套抗高温防漏堵漏油基钻井液体系.通过红外光谱、核磁共振氢谱、热重曲线和DSC分析等表征手段,深入分析了RHT的分子结构、热稳定性及温敏特性,系统评价了其在乳液和油基钻井液中的流变性调控作用.实验结果表明:RHT显著改善乳液的剪切稀释性和触变性,且在高低温循环条件下具有良好的流变性调控能力,80℃条件下,体系动切力提升 87%,塑性黏度无增加;220℃时,动切力提升 220%,动塑比为 0.49 Pa/(mPa·s).经 220℃老化后的钻井液体系保持了较强的携岩性能,并能够有效封堵 20～40 目砂床和 1～3 mm缝板,最大承压能力 8 MPa.该体系在牙储-X井的现场应用中,显著改善了钻井液的携岩与堵漏性能,减少了漏失与卡钻等复杂问题,为牙哈储气库的高效开发提供了有力的技术支撑.

多孔介质中多相渗流问题是油气藏开发领域重要的研究内容,由于我国地质条件复杂,岩石性质如渗透率、孔隙度等分布不均匀,复杂多相渗流问题的数值求解需克服系统的多变量、强非线性、计算量大以及保持变量的物理属性等难点.对于传统的不可压不混溶两相渗流模型,隐压显饱(IMPES)的半隐格式是求解该类问题的一类广泛使用的重要算法,即隐式求解压力方程和显式更新饱和度,但传统的IMPES方法在更新饱和度时需计算饱和度梯度,因此在求解复杂非均匀介质中的两相流问题中并不适用,Hoteit和Firoozabadi提出了改进的IMPES方法,使得改进后的方法可以预测非均匀介质中饱和度不连续的情况.由于前两种IMPES方法在更新饱和度时只选取其中一相流体的质量守恒方程进行计算,因此无法保证另一相流体亦满足局部质量守恒.这两种IMPES方法对压力方程的推导都是在偏微分方程连续层面加合各相的体积守恒方程而得,然后对压力方程和饱和度方程用不完全匹配的空间离散方法,所以无法同时保证两相流体逐相局部质量守恒.本文基于课题组近几年发表的求解两相渗流问题的几类新型IMPES半隐格式,提出了一种新型推导IMPES中压力方程的框架,即先对每相的体积守恒方程用局部守恒的空间离散方法做离散,然后加合每相离散的体积守恒方程,从而实现了压力方程和饱和度方程在空间离散上的完全匹配,从本质上克服了以往文献中的IMPES半隐方法无法同时保证两相流体均满足局部质量守恒的难点,使得新型IMPES方法保各相流体均满足局部质量守恒、饱和度保界,计算格式为无偏求解,且适用于求解非均匀介质中具有不同毛管力分布的两相渗流问题.本文提出的新型逐相守恒IMPES框架还有一个传统IMPES没有的优势,即新型逐相守恒IMPES框架中只需要定义体积守恒或质量守恒方程的空间离散方法,不需要单独定义压力方程的空间离散方法.课题组近几年发表的几类新型的IMPES半隐格式求解可以认为是本文提出的新型逐相守恒IMPES框架的特例,本文IMPES框架还可以应用于更复杂的多组分多相渗流,构造更多的新颖格式.本文同时通过非均质多孔介质数值算例,验证了新型IMPES方法在处理复杂地质条件下两相流问题的有效性和优越性,相比传统方法更具适应性,同时更稳定也更高效.

石油行业中的复杂管路通常由各种不同的管道和管件通过串联或并联组合而成,油水两相混合流动是其中最常见的流动形式.目前对复杂管路的研究主要局限于单一恒径管道.本文基于管路串并联理论、流型转变准则、双流体模型和均相流模型,建立了复杂管路油水两相流动的统一机理模型,通过实例对该模型进行了验证,并与数值模拟结果进行了比较.研究结果表明,该模型对油水两相在复杂管路中的分流情况和压降均表现出了良好的预测性,在体积含水率为0％～100％条件下,模型预测的绝对平均偏差最高为14.4％,总体平均偏差为9.8％.

页岩油是我国潜力最大、最具战略性的石油接替资源之一,厘清压闷采过程中多孔介质内流体分布演化规律对提高页岩油采收率具有重要意义.本文采用多组分多相格子Boltzmann模型对页岩油压闷采过程中的渗流机理开展研究.首先使用Laplace定律、接触角、分层流动验证了模拟模型的准确性.随后基于济阳页岩扫描电镜图像,构建了包含顺层缝、网状缝和基质孔隙分布的页岩多孔介质结构.利用格子Boltzmann模型对页岩多孔介质内压闷采过程开展模拟,分析了压闷采不同阶段的流体分布特征,探究了不同闷井时间、储层润湿性和排液速度的影响.结果表明闷井阶段压裂液会在毛管力作用下渗吸进入网状缝并将内部的油相置换出来,随着闷井时间增加压裂液返排率趋于减小;水湿岩心相较于中性和油湿岩心具有更好的开发效果,压裂液利用率和基质内原油动用程度更高;较高的排液速度会使孔隙内的压力快速下降,不利于后续页岩油的生产.本文从孔隙尺度研究了页岩油压闷采过程中流体流动机理,为页岩油井合理生产制度的制定提供了支撑.

邻井分布式光纤监测技术逐渐成为非常规油气藏压裂过程中裂缝监测的重要手段之一，建立邻井分布式光纤应变正演模型对于探究邻井光纤应变响应机理和裂缝几何特征反演等具有重要意义，但现有的光纤应变响应正演解释模型存在裂缝扩展模型选择灵活性不足和网格精度导致的计算效率降低等问题。本文建立了任意开度与几何形态裂缝扩展过程中应力—位移场的半解析计算模型，构建了邻井光纤应变正演模型。通过硬币型裂缝计算案例对裂缝周围应力场进行求解并与Sneddon解析解进行了对比分析，采用水平邻井光纤监测垂直椭圆裂缝计算案例正演了邻井光纤应变响应，并与位移不连续法邻井光纤应变正演结果进行对比分析，分析表明本文模型在经典常规算例下的计算结果与解析方法和位移不连续方法具有一致性。本文进一步将不同裂缝扩展模型与半解析应变计算模型耦合应用于现场光纤数据解释，针对美国HFTS-2矿场实验中B1H井19段和B2H井20段邻井光纤监测结果，本模型模拟结果契合了现场光纤数据响应特征模式，对于呈现复杂特征的B2H井20段，本文模型模拟结果在细节特征和时间尺度上相较于位移不连续法计算模型有更好的对应效果。本模型建立了任意开度与几何形态裂缝扩展邻井光纤应变正演模型，减少了邻井光纤正演计算量，同时可以耦合多种裂缝扩展模型，在现场数据正演解释中可以实现细节特征和时间尺度的更优匹配。

邻井低频分布式光纤声波传感监测作为近年来兴起的压裂监测技术，是实现压裂裂缝精细诊断的有效手段。为使业界进一步了解低频分布式光纤声波传感技术在水力压裂裂缝监测中的研究进展，推动光纤压裂监测现场规模化应用，本文从分布式光纤声波传感技术原理出发，简要阐述了分布式光纤声波传感机理及井中布设方式，系统总结了该技术在数值模拟、物理模拟和水力压裂现场应用方面的研究进展，最后提出了未来低频分布式光纤声波传感技术的发展方向。研究结果表明：①水力压裂低频光纤声波传感技术具有精度高，实时性强的优点，正逐渐应用于现场压裂监测，并得到了国内外学者的广泛关注。一次性光纤具有部署简单、成本低、占用空间小和性价比高等优点，未来有望成为邻井压裂监测的主要方式。如何有效降低光纤滑移效应对光纤应变响应的影响对于提高光纤监测的应变数据质量具有重要意义。②正演模拟主要通过光纤应变场模拟与实际监测数据进行对比分析，定性分析光纤应变规律，从而建立不同裂缝扩展类型与光纤应变规律的对应关系，解释邻井水力裂缝形态和扩展模式，目前应变解释模型主要考虑水平邻井和垂直邻井两种监测方法，尚无法表征应力干扰引起的裂缝偏转，与实际现场监测结果存在一定差距，未来亟需建立考虑应力干扰和流量分配的多裂缝复杂正演模型，为现场光纤数据解释提供指导。③反演模拟主要通过位移不连续法构建裂缝扩展模型求解裂缝尺寸，目前主要求解方法包括最小二乘法、Picard迭代、L-M方法和DRAM算法，但均无法同时反演3个方向上的裂缝几何参数。未来反演模拟的研究需要集中于求解算法的优化，如何更好地降低多解性影响将是后续算法优化的主要攻关方向。④物理模拟主要依托基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤解调器与真三轴压裂设备相结合开展裂缝监测实验，试验参数设置尚无法完全贴合现场实际情况，分布式光纤在不同岩石试样中的布设方式以及光纤试验数据解释是未来室内物理模拟研究的主要攻关方向。结论认为，邻井光纤监测对于压裂裂缝尺寸解释具有显著的应用潜力，未来有望成为解决非常规资源开发瓶颈问题的关键技术。

煤层气藏数值模拟是煤层气水平井历史数据拟合以及生产预测的有效工具,但是计算耗时长,所需参数多.为了得到一个简单而精度足够的生产预测方法,由稳态解析的产能方程结合非稳态的边界条件可以得到煤层气井在线性流下的半解析模型.根据煤层气水平井的数值计算结果以及前人的研究成果,煤层在一维(线性或径向)非稳态渗流阶段流体饱和度和压力的关系随时间、空间变化不明显.本文通过煤层渗流控制方程推导了压力和饱和度的计算模型,并给出了由地层压力近似计算含水饱和度的方法,为气水两相渗流模型提供了计算基础.通过半解析模型与数值计算结果的对比,以及对沁水盆地两口水平井的历史数据拟合,验证了半解析模型的正确性和实用性.

盆地模拟在现代油气勘探、石油地质综合研究以及油气资源评价中都发挥着重要的作用.本文基于大量文献调研,结合近几年研究认识,系统概述了盆地和含油气系统模拟(Basin and Petroleum System Modelling,BPSM)在国内外的研究现状及存在的问题,指出了地层正演和含油气系统耦合及地应力和含油气系统耦合模拟的盆地模拟发展趋势.认为盆地模拟将来的发展方向是:1)三维、高精度和高计算速度模拟;2)新算法应用和新模块嵌入;3)静态地质要素定量表征精细化;4)构造复杂地区盆地模拟;5)常规-非常规油气系统联合模拟.

致密油藏的压裂开采过程中,压裂液对储层孔隙中原油的渗吸置换作用,逐渐成为提高采收率技术的重点研究领域.然而,渗吸过程中不同尺度孔隙原油动用特征及其机理尚不明确,严重制约了压裂液体系的优化设计与开采工艺的合理选择.以鄂尔多斯盆地长 7 段致密油藏为研究对象,采用两性表面活性剂(EAB-40)作为清洁压裂液体系主剂,结合T1-T2 二维核磁共振与润湿性测试,系统研究表活剂浓度对储层界面性质及压裂液渗吸驱油效率的影响规律,揭示其微观作用机理.实验结果表明,EAB-40 通过协同降低油水界面张力(达10-2 mN/m量级)与诱导润湿性反转(接触角由 147°降至 57.34°),显著增强毛细管驱动力与原油脱附效率;当表活剂浓度为 0.1 wt%时压裂液体系综合驱油效果最优.渗吸过程中,小孔隙因水湿矿物集中,表面活性剂扩散引发润湿性反转,驱动原油由小孔隙T2＜1 ms向中(T2 介于 1～100 ms)、大孔隙T2＞100 ms高效运移.聚合物分子改善压裂液体系流变性能,促进束缚油、盲端孔隙残余油深度动用.实现"IFT降低—润湿性反转—粘弹性流控"三重协同渗吸机制.

针对页岩储层的低孔隙度、特低渗透率且中性偏油润湿特征,本文设计了相应的微流控毛细管束微观模型.基于该模型,研究了分子膜剂(DM)与表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵(STAC)复配体系改变微观模型润湿性情况.发现在DM(1000 mg/L)/STAC(浓度≤临界胶束浓度)条件下,在玻璃表面润湿改性接触角与STAC浓度呈正相关,接触角最大能达到100.51°,且为单层吸附,吸附平均厚度为2.064 nm;在DM(1000 mg/L)/STAC(浓度＞临界胶束浓度)条件下,在玻璃表面润湿改性接触角与STAC浓度呈负相关,吸附层为多层吸附.以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储层为研究对象,刻蚀出与孔喉直径等效的毛细管束模型,半径为 5 μm,流道深度为 5 μm.然后通过DM/STAC润湿改性,基于亲水润湿和润湿改性后毛细管束模型进行压差—流量法测试流体渗流规律.结果表明,流体在低速流动时,呈非达西渗流特征,具有启动压力梯度.并且,润湿性改变致使毛管力转向,从而影响流体渗流规律.

总有机碳(TOC)含量是评估烃源岩储层品质和生烃潜力的重要地球化学参数之一,其准确预测对页岩油气勘探开发具有重要意义.随着人工智能技术的快速发展,单一机器学习方法常被应用于TOC含量评价.然而,单一机器学习方法存在过拟合、欠拟合和目标函数局部最优等问题.集成模型被证实通过整合多个智能算法可以提高预测精度和稳定性能,其中组合策略是优化集成模型的关键之一.算术平均法作为组合策略难以充分发挥最佳模型的预测性能,而且容易受到预测误差较大的智能算法的影响.加权求和法作为组合策略根据训练数据确定加权系数,在训练集上表现出色,却在测试集中表现欠佳.本文提出了一种基于智能匹配技术的集成模型(IMTEM),采用极限梯度提升、随机森林、支持向量机和极限学习机作为算法模块对输入数据进行初步处理,提取的特征信息与原始测井响应共同输入到前馈神经网络层中进行非线性转换以及特征学习,从而对页岩TOC含量进行准确且连续的评价.将本文提出的方法应用于四川盆地龙马溪组页岩TOC含量预测,测试结果表明,相比于两种集成模型、5 种基础模型和ΔlogR方法,IMTEM的预测结果与岩心实测TOC含量一致性更高,更适用于页岩TOC含量的预测.

深层－超深层油气资源潜力大但探明率低，是我国油气现今勘探发展的重点领域。然而，针对深层－超深层领域的资源潜力评价仍面临烃源岩热演化程度高、储层成岩改造强、油气藏多期调整改造与有效保存等一系列科学技术难题。近期，元坝地区超深层油气勘探获得新突破，在埋深近9000 m的灯影组四段发现了天然气藏，揭示了四川盆地北部超深层良好的勘探前景。本文以最新钻井YS1井的资料为主，结合周缘钻井、露头及其分析测试等数据，对研究区灯四段气藏的烃源岩、储集层等成藏关键要素及油气成藏过程开展系统研究，以期为超深层油气藏勘探评价提供借鉴。结果表明：(1)YS1井灯四段气藏烃源岩来自寒武系筇竹寺组，烃源岩在志留纪进入低成熟阶段，至晚二叠世－三叠纪达到中－高成熟阶段，在中侏罗世－早白垩世达到高－过成熟阶段，目前处于过成熟阶段。(2)灯四段气藏储层主要为台缘丘滩相白云岩储层，其经历了长期压实、压溶和深埋胶结，现今表现为低孔、低渗的特征。(3)川北地区台缘丘滩储层紧邻筇竹寺组深水相优质烃源岩，具有“棚生缘储，上生下储”的有利源储配置条件，是古油藏形成的物质基础。(4)灯四段气藏经历了多期调整改造。古油藏期，研究区处于川中古隆斜坡区，受滩间致密层封挡形成规模岩性古油藏；油气转换期和气藏期，受北部盆缘米仓山隆升影响，研究区处于米仓隆起斜坡区的局部微幅隆起构造，形成受构造－岩性共同控制的古气藏；晚期受喜山运动影响，盆缘隆升挤压，元坝地区处于九龙山背斜南西翼，灯影组古气藏局部调整形成现今气藏，YS1井处于古气藏、现今气藏叠合有利区。四川盆地北部超深层油气藏勘探应以寻找大型规模古油藏为基础，进而落实成藏关键期的有利古构造特征；持续有效的保存条件和古、今构造高部位叠合区是油气运聚调整的有利富集区。

介孔分子筛材料含有丰富的介孔,它不仅具备微孔分子筛良好的热稳定性和水热稳定性、优异的选择性和活性,而且由于介孔的引入改善了其对大分子的吸附和扩散性能,成为多孔催化材料研究领域的热点.合理地调节孔道结构与表面酸性,成为提高分子筛反应效率、延长其使用寿命的有效途径.本文从介孔分子筛材料的合成方法角度,重点概述了介孔Y型分子筛以及介孔ZSM-5分子筛制备方法的研究现状.

内检测数据对齐有助于提高内检测数据的利用率,目前国内外学者已初步建立内检测对齐流程.然而针对管道大数据背景下需匹配字段繁杂、中文字段描述多样等问题仍缺乏解决方案.本文采用中文语义相似度计算方法,计算各类字段与模板字段的相似度,确定其匹配度,可以从大量字段中选取匹配字段,实现不同来源内检测数据的对齐.本文在原有的基于同义词词林计算方法的基础上进行改进,并使用内检测报告中的实际字段进行计算,通过比对发现,本文改进的方法能够区分内检测报告中的不同字段,对多来源内检测数据对齐有较好的适用性.

随着全球能源需求日益增加,海洋油气资源,尤其是深水资源成为了新一轮的勘探开发热点.深水油气资源具有储量高、潜力大、探明率低的特点,但同时也伴随着浅层地质灾害等陆上钻井不曾面临的问题.浅水流灾害是一种频繁的浅层地质灾害,其实质为深水浅层发育的超压砂体,主要由地层中快速沉积和不平衡压实作用形成.浅水流灾害破坏力大、分布区域广,对井壁、套管、井口等均有影响,严重破坏井筒完整性.本文首先阐述浅水流灾害的概念、危害及主要成因,其次总结了浅水流的识别预测技术、风险评价方法及相关防控措施,最后提出了风险评价及综合防灾方法.浅水流的识别与预测方法主要有测井法和反射地震法两种,其中反射地震法是最常用的方法,主要通过Vp/Vs值的异常变化实现浅水流超压砂体的识别.目前,浅水流灾害的风险评价工作侧重于钻前预测,以定性判断为主,缺乏定量分析,但近年来涌现的实验及数值模拟研究正不断填补这块空白.浅水流的预防和控制作业主要包括井控措施和工作液体系优化.本文综合了现阶段浅水流灾害的风险预测及评价工作,提出一套新的风险评价体系,并将风险评价体系与防灾措施相结合,形成动态防灾方法.该防灾方法可合理规划浅水流区域钻井作业施工,并将风险评价方案与应对机制有机结合,并且可在作业过程中不断优化方案,从而提高钻井作业的灵活性和防灾能力.最后,本文展望了浅水流灾害防灾工作的发展趋势,认为浅水流流动破坏机制的基础研究、地球物理识别技术的发展及人工智能技术的应用将是今后的研究热点和重点.

针对具有一定厚度的、整装的特稠油油藏,蒸汽辅助重力泄油(SAGD)相比于其他热采方法,开发效果更好.目前研究认为SAGD主要通过重力机理开采稠油而忽略了注采压差对SAGD开发的影响,导致矿场预测误差较大.本文针对这个问题,对SAGD生产过程中的注采压差进行了详细研究,基于加拿大Mackay River和Dover区块地质参数,建立地质模型,研究了注采压差对采油速度、SAGD开发稳产时间、蒸汽腔上升阶段及蒸汽腔横向扩展阶段的影响.结果表明:注采压差在SAGD开发过程中起重要作用,随着注采压差的增大,采油速度呈现先快速增加后增速变缓的趋势;在蒸汽腔上升初期,腔体呈扇形,一段时间后呈近似六边形;蒸汽腔到达油层顶部并不一定出现最大泄油速度,最大泄油速度一般在蒸汽腔到达油层顶部一段时间之后出现;注采压差影响着蒸汽腔上升扩展角的变化,而扩展角决定着蒸汽腔上升时的波及范围;注采压差在蒸汽腔上升阶段起着重要作用,而在其横向扩展阶段作用开始减弱.因此在现场实践中,SAGD生产前期可以适当的提高注采压差,而在蒸汽腔横向扩展阶段适当的减少注采压差,这样可以降低发生汽窜的概率,从而达到最优经济效益.

复合驱过程中出现的乳化现象直接影响开发效果,目前对复合体系乳化后形成的乳状液的流动规律缺少相关研究.本文采用岩心实验分别注入O/W型乳状液与等黏度的二元体系,测定采出液的流变性、粒度分布以及乳状液液滴形态,比较它们在多孔介质中的流动规律差异,再通过多孔介质模拟复合驱过程中乳状液的产生过程,通过压力变化研究各因素对体系乳化强度的影响.结果表明,二元体系乳化前后的运移规律存在明显差异,乳化前体系的压力可以很快达到平稳,而乳化后的压力呈现跳跃上升,既表现出幂律流体剪切变稀的特性,又由于分散性质加强而表现出剪切变稠的特征;采出液分析表明经过岩心后,乳状液的流变曲线上移,粒径变小,经过3 PV后乳状液的液滴形态才与初始时相似;各因素中表面活性剂浓度对乳化效果的影响大于剪切速率,含油饱和度对乳化效果的影响最小.

生产井产液剖面的实时准确监测对油田开发动态调整具有重要指导意义，有助于评估产层产液占比、优化水平井压裂改造参数、调整生产动态。而基于分布式光纤声波技术的产液剖面测试是近年来兴起的一种新技术，具有准确度高、实时性强的优点，适用于油气田井下高温高压、狭小复杂环境。然而现有分布式光纤产业剖面监测研究多集中于理论研究及室内实验，而在矿场实际生产过程中，光纤井下信号受复杂噪声干扰，响应特征多变，缺乏利用DAS技术分析井下流动事件及产量剖面计算的成熟分析流程与模型。本文提出了一套适用于矿场产液剖面计算的模型与计算流程，在生产井开展分布式光纤声波传感监测采集不同工况光纤数据，对其进行频率分析确定有效频段，并从声波能量的角度计算产液剖面，有效解决了分布式声波光纤数据产量剖面计算的分析处理方法较少的问题。针对3 口矿场实测数据开展分析，结果表明：此次测试在400~800 Hz频率范围内，开关井状态下的FBE能量差值最大，能够在保留较多流动信息的情况下滤除大多数背景或环境噪声。在开井后，3口井均存在一定的能量响应滞后情况，且在生产过程中，产层位置并不是覆盖所有深度，存在优势进液区域，但第二次开井后，整体产液剖面分布更为均匀。先后两次开关井的FBE能量强度不同，第一次生产过程的绝对FBE能量更强。

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.