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内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

海洋工程 2024年第3期42卷 119-134页

作者：张吉祥安晨邓海峰张爱霞张贝贝中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为... 详细信息

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

关键词：纤维增强复合柔性管输氢管道内压载荷理论分析

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固井水泥石低温强度诱导纳米水化硅酸钙晶核

油田化学 2024年第3期41卷 381-386页

作者：高继超蒋平雒闯吕鹏程卢海川熊钰丹中国石油集团海洋工程公司渤星公司天津300451 中国石油集团西部钻探工程有限公司固井公司新疆克拉玛依834000

针对低温或表层固井水泥浆候凝时间长、水泥石早期强度低且发展慢等问题,以硝酸钙、硅酸钠、梳型聚羧酸减阻剂、聚丙烯类稳定剂为原料,采用化学沉淀法+磁力搅拌+超声分散的制备工艺提高混合效率,制得水泥石低温强度诱导晶核(LTI)。通过... 详细信息

针对低温或表层固井水泥浆候凝时间长、水泥石早期强度低且发展慢等问题,以硝酸钙、硅酸钠、梳型聚羧酸减阻剂、聚丙烯类稳定剂为原料,采用化学沉淀法+磁力搅拌+超声分散的制备工艺提高混合效率,制得水泥石低温强度诱导晶核(LTI)。通过透射电镜观察LTI的微观形貌、分析其元素组成,研究了其对水泥浆低温稠化性能和静胶凝过渡时间、水泥石低温强度发展的影响。结果表明,LTI的基本单元结构为堆叠的类锡箔状和絮片状,伴有少量棒状和规则方形晶体,尺寸为100~200 nm,周围延伸出类纤维状物质,比表面积较大。LTI借助自身模板成核作用促进水泥水化进程,降低堆积产物成核势垒,促使低温稠化曲线由爬坡向直角转变,可在10℃下将稠化时间之比控制在0.47以内。LTI可诱导水泥石早期强度快速发展,随LTI掺量增加、温度升高,水泥石低温抗压强度增大。在20℃下,掺有1.5%、5.0%LTI水泥石的24 h抗压强度分别提高89.1%、257.8%;在30℃下,掺有1.5%、5.0%LTI水泥石的6 h抗压强度分别为4.1、6.5 MPa,相比于刚成型的净浆水泥石,抗压强度实现跨越式发展。掺有LTI的水泥浆在30℃下的静胶凝过渡时间可由78 min缩短至18 min,有助于提高水泥浆的防窜性能。纳米水化硅酸钙晶核LTI可缩短低温浅层或高寒区域油气井建井周期、提高固井质量。

关键词：固井水泥石水化硅酸钙纳米晶核低温强度诱导

CALM系统漂浮软管动力响应数值模拟及优化

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油气储运 2024年第6期43卷 683-691页

作者：胡轲安晨张爱霞陈可心白显婧中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院中国石油集团工程技术研究有限公司·中国石油集团海洋工程重点实验室

[目的]漂浮软管是海上输送原油的关键设备,其运行的可靠性及安全性对原油外输的效率影响非常大。由于海洋环境、作业船舶及软管自身长度等因素的影响,外输软管会出现不同的水动力响应,增大原油输送中的风险。[方法]采用数值模拟方法,对... 详细信息

[目的]漂浮软管是海上输送原油的关键设备,其运行的可靠性及安全性对原油外输的效率影响非常大。由于海洋环境、作业船舶及软管自身长度等因素的影响,外输软管会出现不同的水动力响应,增大原油输送中的风险。[方法]采用数值模拟方法,对悬链浮筒式系统(Catenary AnchorLeg Mooring,CALM)系统外输漂浮软管进行动力响应分析及优化设计研究,以单点系泊系统中漂浮软管为研究对象,利用OrcaFlex软件建立穿梭油轮-漂浮软管-浮筒的耦合响应模型,对漂浮软管总长、浮筒与穿梭油轮的间距、艏管连接角度、艉管连接角度等影响软管动力响应的因素进行分析,考虑最小化软管的有效张力及曲率,优化软管设计变量。[结果]随着软管总长的增加及浮筒与穿梭油轮的间距缩小,漂浮软管的最大有效张力先减小后增加,而弯矩及曲率一直增加;随着艏管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大,而随着艉管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大再减小,弯矩及曲率变化趋势各有不同。选择合适的软管总长、浮筒与穿梭油轮的间距、艏艉管连接角度对外输软管动力响应优化十分重要。随后采用遗传算法对漂浮软管构型进行优化,以最小化软管的有效张力及曲率为目标进行多目标优化设计,得出软管动力响应最优配置方案。[结论]研究结果可为外输软管的整体设计与构型优化提供工程指导。(图10,表5,参20)

关键词： CALM系统漂浮软管动力响应软管优化

考虑尾流干涉的浮式风电场发电性能分析与布置优化研究

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中国造船 2024年第4期65卷 156-167页

作者：李昊刘利琴邓万如刘东升李焱刘旭平天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司

浮式风电场系统的布局不仅要考虑风浪的影响，而且要关注风机间尾流的干涉作用。论文针对直线排布的浮式风电场进行多风机、尾流气动、结构变形、伺服控制、平台运动、系缆系统和波浪载荷的耦合计算，并结合Bastankhah尾流解析模型分析... 详细信息

浮式风电场系统的布局不仅要考虑风浪的影响，而且要关注风机间尾流的干涉作用。论文针对直线排布的浮式风电场进行多风机、尾流气动、结构变形、伺服控制、平台运动、系缆系统和波浪载荷的耦合计算，并结合Bastankhah尾流解析模型分析各参数对风电场总功率的影响，寻找影响风电场整体运行性能最重要的因素，以及在特定海域风电场中减弱尾流干涉的方法。

关键词：浮式风电场尾流干涉耦合模型参数影响分析

一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂

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天然气工业 2024年第5期44卷 118-126页

作者：常晓峰中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司

随着深层、超深层及非常规油气开采的不断深入,钻井过程中盐污染已成为水基钻井液在极端盐度和高温条件下面临的严峻挑战,盐污染会导致钻井液流变性和滤失性能的急速恶化。为避免上述问题发生,通过自由基聚合反应研发了一种具有“盐响... 详细信息

随着深层、超深层及非常规油气开采的不断深入,钻井过程中盐污染已成为水基钻井液在极端盐度和高温条件下面临的严峻挑战,盐污染会导致钻井液流变性和滤失性能的急速恶化。为避免上述问题发生,通过自由基聚合反应研发了一种具有“盐响应”特性的两性离子聚合物增黏降滤失剂(PAMN),并利用红外光谱分析(FT-IR)、核磁共振氢谱分析(1H-NMR)、热重分析(TGA)、分子模拟技术(MS)、扫描电镜(SEM)及钻井液流变和滤失分析等实验方法,表征了PAMN的分子结构、热稳定性及增黏降滤失性能,并揭示了PAMN的“盐响应”机理。研究结果表明:①合成的PAMN热降解温度高达285℃,PAMN分子链在饱和盐水中的均方位移、扩散系数及回转半径远大于其在纯水中,其回转半径分别为12.5Å和3.8Å;②当氯化钠含量为0时,PAMN分子链内或分子链间正负离子基团通过静电吸引力形成空间网络形态而卷曲成类球状结构,随着氯化钠含量增加,其分子链逐渐转变为溶解性更好的柔性链状结构,对氯化钠表现出正响应性;③PAMN可将饱和盐水钻井液表观黏度增加542.9%,滤失量从194 mL降低至4.8 mL,具有良好的增黏和降滤失性能。结论认为,PAMN的研发成功从根本上实现了传统钻井液处理剂从“抗盐”到“盐响应”的转变,该产品在含盐膏的深层、超深层油气开发工程中具有广阔的应用前景。

关键词：深层、超深层盐膏地层水基钻井液盐响应型增黏降滤失两性离子聚合物

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深井固井水泥浆凝固阶段的传压效率时变规律

天然气工业 2024年第8期44卷 125-132页

作者：刘开强郑友志冯予淇师伟刘洋蒋平屈中文龚泽相张兴国西南石油大学中国石油西南油气田公司工程技术研究院中国石油集团川庆钻探工程有限公司井下作业公司中国石油集团工程材料研究院有限公司中国石油集团西部钻探工程有限公司固井公司

随着油气井向深层超深层发展,地质条件愈加复杂,开采难度越来越大,尤其是高温高压、窄压力窗口地层是固井工程面临的突出难题。深层超深层压力敏感地层固井过程中,精确控制水泥浆柱压力是保障固井安全与水泥环层间封隔质量的关键。为探... 详细信息

随着油气井向深层超深层发展,地质条件愈加复杂,开采难度越来越大,尤其是高温高压、窄压力窗口地层是固井工程面临的突出难题。深层超深层压力敏感地层固井过程中,精确控制水泥浆柱压力是保障固井安全与水泥环层间封隔质量的关键。为探究凝固阶段水泥浆的失重规律和传压能力,建立了固井水泥浆静液柱压力评价装置和水泥浆传压效率评价方法,结合微量热仪和超声波静胶凝强度仪,测试了水泥浆水化过程不同厚度水泥浆的水化速率和静胶凝强度,最后分析了水泥浆失重和传压效率的时变规律。研究结果表明:①沉降稳定性良好的水泥浆体系,凝固阶段可根据其水化进程将失重分为水化诱导期的平稳阶段和水化加速期的快速降低阶段;②在水化诱导期内,悬浮分散结构的水泥浆静胶凝强度缓慢发展,其失重速率随厚度降低而加快,遵循胶凝悬挂理论,且该阶段液态水泥浆可高效、快速传递顶部压力,传压效率超过95%;③在水化加速期内,水泥浆变为凝胶网架结构,水化产物增强凝胶网架的强度及其与外界面胶结强度,转移固相重力和上部加压值至外界面,降低水泥浆静液柱压力和传压效率,最终使水泥浆丧失传压能力。结论认为,该规律认识可为压力敏感地层固井憋压候凝工艺的高效实施提供实验和理论支撑,为深层超深层油气的高效开发奠定坚实基础。

关键词：固井憋压候凝失重压力传递早期水化微观结构

2023年中国天然气发展述评及2024年展望

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天然气工业 2024年第2期44卷 166-177页

作者：高芸王蓓胡迤丹高钰杰胡奥林中国石油西南油气田公司天然气经济研究所中国石油集团川庆钻探工程有限公司酒店管理公司中国石油集团共享运营有限公司成都中心中国石油西南油气田公司

为了助力产业高质量发展、助推中国式现代化建设,收集、整理、分析了中国天然气行业2023年的各项指标、数据和动态,论述和研判了2023年中国天然气产业链各环节以及天然气市场的热点和亮点,进而展望了2024年中国天然气行业的发展前景。... 详细信息

为了助力产业高质量发展、助推中国式现代化建设,收集、整理、分析了中国天然气行业2023年的各项指标、数据和动态,论述和研判了2023年中国天然气产业链各环节以及天然气市场的热点和亮点,进而展望了2024年中国天然气行业的发展前景。研究结果表明,2023年中国天然气发展稳中有进、不乏亮点,主要表现在:(1)天然气勘探全面开花,预计新增天然气探明地质储量或创历史新高;(2)天然气生产稳中有进,全年共生产天然气2 324×10^(8)m^(3),年增产量近123×10^(8)m^(3);(3)天然气进口量增价跌(共进口天然气1 655.6×10^(8)m^(3)),其中LNG进口量重返世界第一(进口量为984.2×10^(8)m^(3));(4)天然气需求量小幅度反弹,天然气表观消费量达3 915.5×10^(8)m^(3),天然气对外依存度为40.6%,市场供应平稳;(5)天然气基础设施建设方兴未艾,LNG接收站、天然气长输管道和地下储气库建设有新进展;(6)在推进实现碳达峰碳中和目标和建设新型能源体系的形势下,油气生产企业大力拓展新能源业务;(7) LNG重卡销量创历史新高(共销售15.19万辆),用气增量异军突起;(8)国家问政于民,新版《天然气利用政策》面向全社会征求意见。结论认为:(1)尽管中国天然气增量市场面临着煤炭“压舱石”和新能源的竞争,但天然气仍然是中国能源结构低碳化发展过程中的桥梁和支柱,不可或缺;(2)预计2024年天然气勘探力度不减,探明天然气地质储量增势依旧;(3)天然气生产稳中有进,增产量与2023年相当;(4)天然气进口量将大幅度增加,天然气进口均价将继续下降;(5)天然气需求量平稳增长,市场供应宽松。

关键词：中国天然气勘探开发储量产量消费量进口量基础设施建设发展展望

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深层超深层钻井液技术研究进展与展望

石油勘探与开发 2024年第4期51卷 889-898页

作者：孙金声杨景斌白英睿吕开河刘锋报中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

系统论述目前国内外深层超深层钻井液技术研究进展,分析存在的关键问题并提出未来发展方向。针对深层超深层复杂油气层钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题,国内外学者研发了深层超深层抗高温高盐水... 详细信息

系统论述目前国内外深层超深层钻井液技术研究进展,分析存在的关键问题并提出未来发展方向。针对深层超深层复杂油气层钻井过程中面临的高温高压高应力、裂缝发育、井壁失稳、钻井液漏失等问题,国内外学者研发了深层超深层抗高温高盐水基钻井液技术、抗高温油基/合成基钻井液技术、储层保护钻井液技术以及钻井液防漏堵漏技术,但仍存在抗高温高压和高应力能力不足、井壁易失稳以及钻井液漏失严重等关键问题。由此提出未来深层超深层钻井液技术的发展方向:(1)抗高温高盐水基钻井液技术需致力于提升高温稳定性,改进流变性能,强化滤失量控制,提高与地层的相容性。(2)抗高温油基/合成基钻井液技术需在高温稳定剂、流型调节剂等低毒易降解的环保型添加剂和相关配套技术方面进一步攻关。(3)储层保护钻井液技术应致力于新型高性能添加剂和材料的研究,通过引入先进的传感器网络和人工智能算法,完善实时监测技术。(4)钻井液防漏堵漏技术应更加注重智能化技术的集成与应用、高性能堵漏材料的研发与应用、多元化堵漏技术与方法的探索以及环境保护与安全生产意识的提高。

关键词：深层超深层钻井抗高温钻井液储层保护钻井液防漏堵漏安全环保技术展望

溢流分析与防控实践——以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例

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天然气技术与经济 2024年第2期18卷 20-25页

作者：谭宾付强叶林祥徐勇军吴会胜胡旭光王茂林晏琰刘贵义中国石油集团川庆钻探工程有限公司四川成都610051 中国石油井控应急救援响应中心四川成都610051 西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500

“十三五”期间,油气勘探开发向深层、超深层、非常规新领域发展,面临复杂的地质条件、恶劣的井筒状况等多重挑战,油气安全开发对井控工艺、装备及人员素质提出了更高的要求。为进一步减少溢流,以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例... 详细信息

“十三五”期间,油气勘探开发向深层、超深层、非常规新领域发展,面临复杂的地质条件、恶劣的井筒状况等多重挑战,油气安全开发对井控工艺、装备及人员素质提出了更高的要求。为进一步减少溢流,以中国石油集团川庆钻探工程有限公司为例,系统分析了溢流防控难点,通过“全过程压实井控管理、全流程完善井控工艺、全面升级井控装备、全方位推进信息化建设、全面提升应急能力,有针对性的制定了“管理、工艺、装备、信息化、应急”五个方面的措施。结论认为:(1)深层、超深层油气勘探中的井控风险仍然严峻,深入开展地质工程一体化融合,是提高地层压力预测精度、降低溢流风险的重要举措;(2)数字化、信息化是溢流防控的重要发展方向,需加快推广应用;(3)井控装备的升级迭代是防范化解深井超深井井控风险的重要保障,井控装备逐步向自动化、智能化迈进是未来发展的重要趋势;(4)专业井控人才是溢流防控的关键,需持续培养“管理+现场”专业井控人才,注重班组和基层队伍的能岗匹配和能力提升。

关键词：超深层三高井溢流防控井控安全工程地质一体化

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