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鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气高效开发理论技术体系

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煤炭学报 2024年第1期49卷 528-544页

作者：徐凤银聂志宏孙伟熊先钺徐博瑞张雷时小松刘莹刘世瑞赵增平王渊黄红星林海鲲中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中石油煤层气有限责任公司北京100028

针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁—吉县区块近5 a勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-... 详细信息

针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁—吉县区块近5 a勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-工程一体化背景下的深部煤层气高效开发技术体系:(1)基于储层资源条件、构造保存条件和工程改造条件三大类11项指标,建立深部煤层气地质工程开发甜点评价标准;(2)基于微幅构造刻画、多尺度裂缝预测、三维地质模型构建等技术,形成“地质+工程”全要素定量化、可视化表征的煤储层精细评价技术;(3)按照“地质小尺度、三维地震微尺度、轨迹走靶体、少调快钻”导向思路,形成以钻前轨迹精优设计、精准入靶及靶后微调为核心的三阶段地质工程一体化导向技术;(4)按照实现资源动用和采收率最大化为目标,形成“地应力场、天然裂缝场、人工裂缝场、井型与方位、井网井距”五位一体井网优化设计技术;(5)依据深部煤层气赋存特征、渗流机理和气井生产特征,形成以产量不稳定分析法为主,经验产量递减法、数值模拟法和经验类比等多方法结合的气井产能评价及EUR预测技术;(6)遵循“四位一体”精准选段和“井间交错+段内差异化”设计原则,形成以构建人造气藏为目标的大规模体积压裂技术;(7)根据气井气水变化特征,形成全生命周期不同生产阶段排采优化控制技术;(8)结合当前AI技术进展与深部煤层气开发规律、集输等特征,探索了地质、工程、地面等多专业一体化协同环境下集输和数智化技术。在这一成果指导下,已投产29口水平井生产初期日产量5×10^(4)~16×10^(4) m^(3),平均10.2×10^(4) m^(3),区块日产气量突破300万m^(3),对加快鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气规模上产具有重要指导意义,也为同类资源高效开发建立了参考标准。

关键词：深部煤层气鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块高效开发理论技术体系

大宁—吉县区块深部煤层气富集主控因素分析及地质工程甜点区评价

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西安石油大学学报（自然科学版） 2024年第4期39卷 1-9页

作者：王成旺刘新伟李曙光熊先钺王玉斌陈高杰中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100951 中石油煤层气有限责任公司北京100020 中石油煤层气有限责任公司工程技术研究院陕西西安710082

精准评价和合理优选煤层气地质工程甜点区是翔实制定勘探开发一体化方案的基础。本文聚焦大宁—吉县区块深部石炭系本溪组8^(#)煤层,充分利用研究区煤心描述、分析化验、测录井、地震及开发动态等资料,通过研究区深部8^(#)煤层的各种资... 详细信息

精准评价和合理优选煤层气地质工程甜点区是翔实制定勘探开发一体化方案的基础。本文聚焦大宁—吉县区块深部石炭系本溪组8^(#)煤层,充分利用研究区煤心描述、分析化验、测录井、地震及开发动态等资料,通过研究区深部8^(#)煤层的各种资料系统整理和深入剖析,从煤层顶底板岩性、厚度、构造、沉积环境及煤岩特征等方面,系统探讨了深部煤层气富集的主控因素,并建立了地质工程甜点区评价标准,进而划分了研究区的地质工程甜点区。研究结果表明,煤层气富集主要受顶底板岩性、构造及煤岩特征等影响,沉积环境对煤层气富集的影响多体现在顶底板岩性组合及封闭性等特征上;研究区评价出地质一类、工程一类有利区411.5 km^(2),资源量1 038.75×10^(8) m^(3);地质二类、工程一类有利区596.2 km^(2),资源量1 192.4×10^(8) m^(3);地质二类、工程二类有利区287.4 km^(2),资源量574.5×10^(8) m^(3)。

关键词：深部8~#煤层甜点区评价煤层气主控因素地质工程大宁—吉县区块

中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合管界面及剪切强度的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 117-128页

作者：程磊张旭航韩盈程志诚余伟北京科技大学工程技术研究院北京100083

开发高强钛-钢复合管对于装备轻量化的研究具有重要意义。本工作采用高温挤压工艺制备以高强CrMo钢和TC11钛合金为基材的钛-钢复合管,研究了中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合界面反应产物和结合强度的影响,并从界面扩散和组织演变的角... 详细信息

开发高强钛-钢复合管对于装备轻量化的研究具有重要意义。本工作采用高温挤压工艺制备以高强CrMo钢和TC11钛合金为基材的钛-钢复合管,研究了中间层材料Fe和Nb对高强钛-钢复合界面反应产物和结合强度的影响,并从界面扩散和组织演变的角度分析其断裂机制。结果表明:Fe中间层挤压态样品能够保持较高的剪切强度(185 MPa),在热处理过程中,Fe中间层析出的M_(23)C_(6)及钛基材的再结晶过程,导致界面剪切强度显著下降(70 MPa);Nb中间层920和970℃挤压态样品分别沿钢-Nb界面和Nb-钛界面断裂,这分别与钢-Nb界面处膜状NbC层的破裂和Nb-钛界面处β-Ti层的不连续特征相关,热处理后扩散修复的NbC层可使920℃挤压样品剪切强度从挤压态的131 MPa提升至170 MPa,而970℃挤压样品界面处不连续的β-Ti层以及Ti_(0.86)Al_(0.11)Nb_(0.03)析出颗粒的回溶,使其界面强度反而下降。综合界面反应和组织转变特征,明确了含2种中间层高强钛-钢复合管的微观断裂机制。

关键词：钛-钢复合管高温挤压中间层剪切强度析出

耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 324-334页

作者：葛腾泽王创业刘猛刘丹璐高尔斯吴松袁淑霞樊玉光中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性... 详细信息

煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性,基于煤炭地下气化生产工艺和微波加热技术特点,创新提出了耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺设计,将气化剂和微波发生器产生的微波经由连续油管注入到地下煤层并在目标气化区释放。通过理论分析和实验研究,从微波的产生、传输、释放、与煤层作用、以及产业发展模式等方面分析了该工艺设计在工程实践中面临的难题和解决方案。研究结果表明,耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺在技术上是可行的;在煤炭地下气化过程中加热煤层所需的热量较大,大功率磁控管可以满足工业生产规模需求;微波能够通过双层连续油管镀铜的内管外壁和外管内壁间的环形空间远距离传输到地下煤层;微波频率越高,微波功率衰减越快,2450 MHz和915 MHz频率微波在双层连续油管中传输500 m时,其功率分别衰减至15.6%和32.1%,中深层煤炭地下气化应选用较低频率来远距离、低损耗输送微波;在双层连续油管前端的外管壁面上按一定规则割开缝隙,形成微波释能器,将微波从管线中泄漏出来辐射煤层;原煤在干燥、热解和燃烧阶段都能够较好地吸收微波能而被加热,在有氧条件下煤样温度升高到587℃时焦炭被点燃,最高温度可达1080℃;风光电−储能−煤炭地下微波气化融合产业模式能够充分利用绿色能源,实现中深层煤炭清洁高效原位开采。研究能够为微波辅助煤炭地下气化提供理论基础和技术支持。

关键词：煤炭地下气化注入点可控后退微波加热注入井系统

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气排采工艺技术进展与启示

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煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 23-32页

作者：曾雯婷徐凤银张雷孙薇薇王倩刘印华余莉珠季亮曾泉树张康中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中国石油大学(北京) 北京102299

相比中浅部煤层气,深部煤层气煤体结构较好、地层压力高、游离气占比较高、矿化度高、CO_(2)含量高,实施大规模压裂投产后,初期可自喷,生产参数各阶段变化大,要求排采主体工艺技术边界宽;相比页岩气和致密气,由于产出机理不同、游离气... 详细信息

相比中浅部煤层气,深部煤层气煤体结构较好、地层压力高、游离气占比较高、矿化度高、CO_(2)含量高,实施大规模压裂投产后,初期可自喷,生产参数各阶段变化大,要求排采主体工艺技术边界宽;相比页岩气和致密气,由于产出机理不同、游离气占比相对较低,深部煤层气表现出自喷周期较短,需及时辅助排水采气措施,气井长期处于解吸主控的低产阶段。以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例,基于深部煤储层地质特征,系统分析深部煤层气排采过程中应力敏感效应、速度敏感性、结垢堵塞、贾敏效应、游离气占比等影响因素及其特征,指出深部煤层气排采过程中存在游离气与解吸气转化时限不明、高矿化度水及CO_(2)造成腐蚀和结垢问题突出、水平井检泵周期短等排采技术与工艺难点。为了最大限度降低井底压力、促进煤层气解吸、提高单井EUR,提出了现阶段最为适合水平井生产且经济效益最佳的水力射流泵举升工艺;提出了深部煤层气迈向绿色智慧气田开发的排采技术与举升工艺研究方向,包括加强地质工程一体化研究,建立高效排采制度,探索和试验无杆泵一体化排采工艺等。

关键词：鄂尔多斯盆地深部煤层气排采制度举升工艺绿色智慧气田

基于电子结构理论的微合金Q355B热轧钢力学性能预测

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材料导报 2024年第7期38卷 204-208页

作者：杨佳琛江海涛田世伟陈飞达北京科技大学工程技术研究院北京100083

基于固体与分子经验电子理论(EET),结合微合金Q355B钢的化学成分,计算合金电子结构参数特征值。在传统合金电子结构模型基础上,引入铁素体体积分数、珠光体的晶粒尺寸和体积分数、珠光体片层间距等进行模型修正,提出新的预测模型。从细... 详细信息

基于固体与分子经验电子理论(EET),结合微合金Q355B钢的化学成分,计算合金电子结构参数特征值。在传统合金电子结构模型基础上,引入铁素体体积分数、珠光体的晶粒尺寸和体积分数、珠光体片层间距等进行模型修正,提出新的预测模型。从细晶强化、固溶强化、相界面强化、析出强化以及珠光体相变强化入手,建立了微合金Q355B热轧钢的力学性能预测模型,并分别计算了抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功。将传统模型和本模型的计算值与试验值进行对比,结果表明,修正后的模型对抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功的预测相对误差分别为0.07%、0.84%、6.27%和3.40%,绝对误差分别为0.4 MPa、3.9 MPa、1.7%和1.1 J。与传统模型相比,本模型对强度的预测结果十分精准,对延伸率和冲击功的预测精度有较大提升,表明本模型的预测结果更接近试验值。

关键词：微合金钢电子结构理论力学性能

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天然气管道掺氢输送相容性研究现状

材料导报 2024年第12期38卷 128-134页

作者：赵茜邢云颖王修云杨芝乐张雷北京科技大学新材料技术研究院北京100083 安科工程技术研究院(北京)有限公司北京102200

氢能作为一种零碳排的清洁能源,是推动中国能源转型的重要力量。其中,管道输送既可以充分解决弃电消纳难题,促进低碳经济发展,还是氢能源长距离运输的最为经济的输送方式。目前国内的掺氢管道工程经验相对较少,且多为低压低钢级管道,在... 详细信息

氢能作为一种零碳排的清洁能源,是推动中国能源转型的重要力量。其中,管道输送既可以充分解决弃电消纳难题,促进低碳经济发展,还是氢能源长距离运输的最为经济的输送方式。目前国内的掺氢管道工程经验相对较少,且多为低压低钢级管道,在掺氢输送管道管材的设计和评价方面还没有形成统一的认识。本文系统总结了国内外关于天然气管道掺氢输送的研究进展,阐述了掺氢输送的可行性和面临的主要挑战,重点梳理了标准中提到的管材拉伸性能、断裂韧性、疲劳性能等几项关键性能指标,并根据掺氢管道的性能测试结果,讨论分析了掺氢对天然气管道相容性的影响,为天然气管道掺氢的发展研究提供参考。

关键词：气相氢环境天然气管道管材氢压氢脆敏感性相容性研究

海陆过渡相页岩孔隙结构表征及页岩气渗流规律模拟

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断块油气田 2024年第2期31卷 207-215页

作者：刘印华杨英马文涛李江涛吴建军魏建光蔺景德袁洋中国石油煤层气有限责任公司工程技术研究院陕西西安710082 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 东北石油大学黑龙江大庆163318

鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块海陆过渡相页岩储层非均质性强,碳质页岩和纯页岩的孔隙结构特征及页岩气渗流规律具有明显的差异,然而目前针对不同岩性孔隙结构下的页岩气渗流规律研究较为缺乏。文中以这2种岩性页岩为研究对象,基于CT扫描... 详细信息

鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块海陆过渡相页岩储层非均质性强,碳质页岩和纯页岩的孔隙结构特征及页岩气渗流规律具有明显的差异,然而目前针对不同岩性孔隙结构下的页岩气渗流规律研究较为缺乏。文中以这2种岩性页岩为研究对象,基于CT扫描、扫描电镜物理实验技术,测定了二者的基质孔隙和层理缝特征参数,对比了二者的孔隙结构差异,构建了考虑吸附效应和滑脱效应的格子玻尔兹曼数值模拟方法,分析了二者孔隙结构对页岩气渗流规律的影响。研究结果表明:1)碳质页岩裂缝呈空间网状结构,纯页岩裂缝为平行层理方向裂缝。与纯页岩相比,碳质页岩孔隙尺度较大,但孔隙数量较少,孔隙度更低。2)页岩孔隙中存在明显的滑脱效应。滑脱效应提高了气相流动速度,页岩气从孔隙壁面解吸减缓了孔隙压力降低速率,延长了生产时间。建议在开发纯页岩层段时,适当降低生产压差,增强小孔隙中的滑脱效应;在开发碳质页岩层段时,适当增加生产压差,通过解吸作用提高页岩气产量。

关键词：海陆过渡相页岩孔隙结构格子玻尔兹曼渗流规律

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低渗透煤层微观孔隙结构与煤层气解吸规律

特种油气藏 2024年第2期31卷 129-135页

作者：胡雄邬长武杨秀春成前辉朱文涛马良朱学光徐博瑞中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油煤层气有限责任公司北京100028

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示:煤层气解吸特征与煤的孔径分布、... 详细信息

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示:煤层气解吸特征与煤的孔径分布、孔的形态、孔的连通性以及比表面积、煤岩成分等因素有关;研究区相隔小于10 m的2套煤层,其孔隙特征、气体解吸规律差异均较大。其中,亮煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔和墨水瓶孔为主,微孔及吸附孔占比为39.2%,煤体微裂缝相对发育,但微孔与介孔的连通性较差,暗淡煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔为主,微孔及吸附孔占比为33.2%,微裂缝不发育,不同孔间连通性差。亮煤气体解吸初期产量大,后期衰减快,气体产出具有明显的阵发式特征;暗淡煤气体解吸初期产量小,约为亮煤的1/2,后期产量递减相对平缓。低渗煤层的开发对策应充分考虑煤层的孔隙结构、孔型、渗透性,应力敏感性、裂缝充填物种类等因素,在精细表征孔隙结构的基础上,根据煤层气不同解吸期特征,结合地质、开发条件制订合理的开发方案。该研究对认识煤层气产气机理及其控制因素,提高煤层气开采效率具有重要的指导意义。

关键词：孔隙结构气体解吸孔径分布液氮吸附煤层气低渗透

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