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中国深层—超深层钻完井关键技术及发展方向

石油学报 2024年第1期45卷 312-324页

作者：刘岩生张佳伟黄洪春中国石油集团工程技术研究院有限公司油气钻完井技术国家工程研究中心北京102206

深层—超深层油气资源是中国油气增储上产的重要接替资源,实现深井、超深井安全优快钻完井对于深层—超深层油气资源效益开发具有重要意义。通过回顾中国深井、超深井发展历程,梳理对比深井、超深井钻完井技术发展现状、关键技术进展及... 详细信息

深层—超深层油气资源是中国油气增储上产的重要接替资源,实现深井、超深井安全优快钻完井对于深层—超深层油气资源效益开发具有重要意义。通过回顾中国深井、超深井发展历程,梳理对比深井、超深井钻完井技术发展现状、关键技术进展及应用效果,结合面临的主要问题指出了下一步的发展方向。通过对比全球及中国深井、超深井钻完井关键钻井装备、井身结构优化与拓展、钻井提速、钻井液、固井、随钻测控技术与装备、试油完井关键技术指标及应用情况,指出抗高温高压、高稳定性是当前存在的主要技术差距。剖析了支撑中国实现陆上8000 m超深井常态化,钻深能力迈上9000 m台阶,正向万米挺进的深井自动化钻机、井身结构优化、控压钻井、高效PDC钻头、抗高温超高密度油基钻井液、高效堵漏、高强度韧性水泥浆及自动化固井、抗高温酸压、深层连续管作业机等一批高端装备、尖端工具、核心助剂的最新进展及应用情况。针对超深层超高温、超高压、复杂地应力和多压力系统等给安全高效钻完井带来巨大挑战,提出进一步开展井身结构拓展、抗超高温高压井下工具仪器、超高温井筒工作液、超深高效破岩及提速工具、超高温特高压试油完井工具、超高温低伤害压裂液和酸液体系、数字化智能化钻完井装备与技术等攻关研究,加速关键核心技术的突破与迭代升级,为深层—超深层油气资源高效勘探开发提供支撑与保障。

关键词：深层—超深层油气钻完井关键技术发展现状发展方向

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高坝堆石料现场碾压过程中级配演化模型研究

岩土力学 2024年第S1期45卷 550-556页

作者：王峰张建清长江地球物理探测(武汉)有限公司长江设计集团国家大坝安全工程技术研究中心长江设计集团水利工程健康诊断技术创新中心

级配是影响高坝堆石料力学特性的重要指标。高土石坝填筑期，在重型设备多次碾压下，堆石料会发生显著的颗粒破碎现象，进而导致级配的显著改变。如果堆石料级配超出设计范围，就会产生级配不合格区域，留下质量隐患。传统的级配演化研... 详细信息

级配是影响高坝堆石料力学特性的重要指标。高土石坝填筑期，在重型设备多次碾压下，堆石料会发生显著的颗粒破碎现象，进而导致级配的显著改变。如果堆石料级配超出设计范围，就会产生级配不合格区域，留下质量隐患。传统的级配演化研究较多基于60mm以下的缩尺堆石料，较难有效地描述大粒径、多粒组现场堆石料级配。提供了一种新的现场堆石料级配演化模型构建方法。基于堆石料各个粒组的颗粒破碎耗能Weibull分布，计算得到不同碾压遍数下各粒组颗粒的破碎量占比；构建破碎颗粒的分形分配矩阵计算新的各个粒组的颗粒含量，获得新的级配曲线。通过室内单粒强度试验和现场碾压试验获取了模型参数。模型计算结果通过与在建世界最高堆石坝——双江口水电站（315 m）现场碾压试验坑测值对比，验证了新模型的有效性。

关键词：现场级配堆石料 Weibull分布分形分布颗粒破碎

PN/A工艺在热水解污泥消化液处理工程中的应用研究

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3698-3706页

作者：王晓聪韩晓宇张树军李伟黄京焦佳童王倩王之敏曲之明北京排水集团有限责任公司北京市资源化工程技术研究中心北京100044

利用短程硝化厌氧氨氧化(PN/A)工艺在北京某污水处理厂成功启动了处理热水解污泥消化液的工程,调试运行结果表明:在接种生物膜填料数占总填料数18%和生物膜上厌氧氨氧化菌(AnAOB)占比为6.8%的情况下可快速启动PN/A系统,并在3个月内可以... 详细信息

利用短程硝化厌氧氨氧化(PN/A)工艺在北京某污水处理厂成功启动了处理热水解污泥消化液的工程,调试运行结果表明:在接种生物膜填料数占总填料数18%和生物膜上厌氧氨氧化菌(AnAOB)占比为6.8%的情况下可快速启动PN/A系统,并在3个月内可以达到设计处理水量,总氮去除负荷为0.26kg/(m^(3)·d),总氮去除率达到80%以上.通过定量PCR检测和高通量数据发现AOB和AnAOB丰度不同的空间分布特点,项目调试过程中氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和AnAOB均呈稳定增长的趋势,经过3个月启动培养后絮体中AOB丰度达到1011数量级,生物膜中的AnAOB达到1012数量级.实际运行数据证明该旁侧处理系统对水厂主流区产生积极影响,可降低日处理量为40×10^(4) t的污水厂2.9mg/L的进水总氮.另外,在该项目后期运行过程中出现反应池缺氧段和末端游离氨(free ammonia,FA)浓度不足的情况,导致短程硝化过程不稳定,通过控制反应池首端与末端FA浓度及剩余氨氮浓度,可实现对短程硝化过程的快速恢复.

关键词：污水处理厌氧氨氧化脱氮污泥消化液

深井超深井大尺寸井眼钻具疲劳失效分析与防控

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天然气工业 2024年第6期44卷 74-86页

作者：马勇张佳伟范宇黄洪春邹灵战卓鲁斌邢星李洪刘斌中国石油西南油气田公司中国石油集团工程技术研究院有限公司中国石油西南油气田公司工程技术研究院中国石油青海油田公司钻采工艺研究院

地球深部蕴藏着丰富的油气资源,随着深井超深井钻井数量的递增,钻具失效(断钻具、钻具刺漏)事故呈现逐年递增趋势。为进一步明确深井超深井大尺寸井眼钻具失效原因、减少钻具失效事故,梳理了近年来中国石油西部三大油田钻具失效情况及特... 详细信息

地球深部蕴藏着丰富的油气资源,随着深井超深井钻井数量的递增,钻具失效(断钻具、钻具刺漏)事故呈现逐年递增趋势。为进一步明确深井超深井大尺寸井眼钻具失效原因、减少钻具失效事故,梳理了近年来中国石油西部三大油田钻具失效情况及特征,并以西部油田某口典型超深井?444.50 mm井眼连续5次断钻具事故为对象开展原因分析。首先基于弹性动力学密哈顿原理(Hamilton’s principle)和纽马克方法(Newmark-β)建立了钻具动力学模型,结合雨流法和Miner疲劳损伤累积理论实现对钻具运动、受力及疲劳寿命的定量评价,并验证了模型的准确性,最后提出了大尺寸井眼预防断钻具配套工艺措施。研究结果表明:(1)深井超深井中钻具失效主要发生在上部大尺寸井段,失效位置多集中在下部钻具接头或本体尺寸较小的薄弱位置;(2)因钻具横向振动诱发高频弯曲应力是导致钻具疲劳失效的主要因素,持续剧烈的横向振动在数小时内会导致钻具疲劳失效;(3)提高下部钻具组合刚度、使用“高钻压+低转速”参数钻进有助于降低钻具横振强度;(4)因钻具组合刚度偏小、钻井参数不合理导致下部钻具剧烈横向振动,叠加“中性点”在钻具接头及本体尺寸较小等薄弱位置反复交替,是典型案例井连续断钻具的直接原因。结论认为,建立的模型可以定量评估钻具疲劳失效情况,提出的预防措施可为深井超深井大尺寸井眼预防钻具失效提供技术参考。

关键词：深井超深井大尺寸井眼钻柱动力学横向振动高频弯曲应力疲劳失效防控措施

基于ARIMA-LEAP模型的中国钢铁行业二氧化碳排放特征和减排路径研究

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中国环境科学 2024年

作者：陈浩胡静茹王寿兵张挺峰方锴宝钢工程技术集团有限公司复旦大学环境科学与工程系

钢铁行业作为传统高污染、高耗能行业，其能源消耗占中国总能源消耗的15%以上。在中国实施碳达峰和碳中和战略目标背景下，研究钢铁行业二氧化碳(CO2)排放特征和减排路径意义重大。为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性，... 详细信息

钢铁行业作为传统高污染、高耗能行业，其能源消耗占中国总能源消耗的15%以上。在中国实施碳达峰和碳中和战略目标背景下，研究钢铁行业二氧化碳(CO2)排放特征和减排路径意义重大。为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性，基于时间序列中的ARIMA模型，对未来相关产量进行客观预测，构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型，并以2020年为基准年，每5年为时间节点，研究了2020-2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及各工序的CO2排放情况。在技术进步中考虑了氢还原炼铁技术，在能源结构调整中考虑了发电方式调整，在此基础上分别设置了4种单一情景和4种组合情景来研究其减排潜力。结果表明，4种组合情景下的含有规模减排的3种组合情景CO2减排潜力均高于单一情景。单一情景中相较于基准情景CO2减排量由高到低依次为：规模减排情景(SUR)、结构减排情景(STR)、技术减排情景(TAR)。借助LEAP模型的能源核算以及CO2排放核算功能，研究了综合减排情景下2020-2030年不同工序，不同能源的CO2排量，确定了中国钢铁行业CO2排放特征。对技术减排以及结构减排成本进行简单比较，制定中国钢铁行业CO2减排路径。

关键词： LEAP模型钢铁行业 CO 排放特征减排路径情景分析

P-GMAW起弧过程特征分析及稳定性判别方法

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焊接学报 2024年第6期45卷 53-60,67页

作者：刘文吉张亚丰王克宽岳建锋孙勇天津工业大学机械工程学院天津300387 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影... 详细信息

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影响.通过对电弧图像与电信号特征进行对比分析,提取了表征电弧稳定性的电信号特征变量;为减小变量冗余性和过拟合,采用最大似然估计法筛选并提取了8个变量,并通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)对变量进行融合,提取了方差贡献率最高的前两个主成分;根据因子载荷发现,相比熔滴过渡阶段和基值阶段,脉冲峰值阶段是电弧更易发生不稳定现象的阶段.结合提取的主成分变量与二分类Logistic回归模型建立了起弧过程电弧稳定性判别模型.通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线得到了模型的最佳阈值.结果表明,该模型对脉冲稳定性判别准确率达到了80%以上,表明模型具有良好的判别性能.该模型对提高窄间隙高低跟踪精度、保证焊接质量具有一定应用价值.

关键词：窄间隙焊接起弧过程稳定性主成分分析二分类Logistic回归

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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

深水天然气水合物储层钻井多物理场耦合数值分析

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中国造船 2024年第3期65卷 175-186页

作者：赵珂刘磊廖波王金堂陈龙桥孙金声中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行... 详细信息

在深水天然气水合物储层钻井过程中,钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化,引起水合物分解,造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质,建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型,并进行数值分析。结果表明,当钻井液侵入后,水合物储层的温度和压力呈现不同程度的上升,沿地层方向的温度变化率为0.618 K/m,压力变化率为0.39 MPa/m。水合物饱和度沿地层向下逐渐降低,平均变化率为0.06m^(-1)。水合物分解导致井筒周围力学强度下降,等效塑性应变增加,20h后井筒周围塑性应变达到90%,井筒失稳风险增加。因此,在水合物储层钻井过程中,应降低钻井液温度,或进行井筒-储层传热和传质屏蔽,以实现安全高效钻井。

关键词：天然气水合物钻井液侵入井筒-储层耦合多物理场耦合井壁稳定

基于KPCA-IPOA-LSSVM的变压器电热故障诊断

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南方电网技术 2024年

作者：陈尧周连杰辽宁工程技术大学电气与控制工程学院开滦(集团)有限责任公司

为解决油浸式变压器故障诊断准确率低的问题，提出一种核主成分分析（KPCA）与改进鹈鹕优化算法（IPOA）优化最小二乘支持向量机（LSSVM）的变压器故障诊断方法。首先用KPCA对多维变压器故障数据进行特征提取，降低计算复杂度。其次引入... 详细信息

为解决油浸式变压器故障诊断准确率低的问题，提出一种核主成分分析（KPCA）与改进鹈鹕优化算法（IPOA）优化最小二乘支持向量机（LSSVM）的变压器故障诊断方法。首先用KPCA对多维变压器故障数据进行特征提取，降低计算复杂度。其次引入Logistic混沌映射、自适应权重策略和透镜成像反向学习策略对鹈鹕优化算法（POA）进行改进。最后建立KPCA-IPOA-LSSVM故障诊断模型，诊断精度分别为94.24%，与PCA-IPOA-SVM、KPCA-IPOA-SVM、KPCA-WOA-LSSVM和KPCA-POA-LSSVM故障诊断模型进行对比，准确率分别提升了18.31%、11.53%、11.87%、7.46%。结果表明，所提出的变压器故障诊断模型有效提高了故障诊断的准确率，证明了该诊断模型具有一定的理论研究和实际工程应用意义。

关键词：变压器鹈鹕优化算法最小二乘支持向量机核主成分分析