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基于压裂液自发吸入模型的页岩气压裂液滤失定量预测

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天然气工业 2024年第2期44卷 92-98页

作者：王琳琳蔺小博冷静怡周长静马占国肖元相中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院中国石油长庆油田公司油气工艺研究院巴黎高科路桥学院

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细... 详细信息

非常规油气资源开发常使用水力压裂技术提高单井产量,然而压裂现场数据表明,大量压裂液会滞留在地层中导致压裂液的返排率较低,将对储层和地下水环境造成一定影响。为进一步研究压裂液滤失机理并准确预测压裂液滤失量,首先建立了由毛细管力作用引起的压裂液自发吸入模型,然后对压裂液滤失量进行定量计算,并在现场进行了验证。最后,引入无量纲吸入率参数分析了控制压裂液滤失的关键因素。研究结果表明:(1)页岩气水平井压裂施工中大约50%~95%的压裂液通过基质吸入,压裂液吸入量仅与吸入率参数、裂缝面积和吸收时间有关;(2)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比超过阈值时,吸入率参数主要由岩石的孔径分布参数决定,流体黏度的影响非常有限;(3)当孔径分布参数介于0.5~0.7时,吸入率参数达到相对较高的值,即更多的压裂液被吸收到地层中;(4)当润湿相黏度与非润湿相黏度之比大于10,孔径分布参数小于0.8时,优化后的自吸模型具有较大的适用性;(5)由毛细管力机理引起的压裂液滤失量与实际储层观察到的滤失量相近,可认为页岩储层有足够的存储滤失液的能力,不会影响地下水层中的饮用水。结论认为,建立的压裂液自发吸入模型,能够准确预测页岩气水平井压裂液滤失量,为非常规油气的生产及环境保护提供了技术支撑。

关键词：页岩气藏毛细管力滤失自发吸入吸入率参数流体黏度孔径分布参数

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐提高采收率机理

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天然气工业 2024年第4期44卷 126-134页

作者：左名圣陈浩赵杰文刘希良孟展柏明星杨江武艺刘海鹏齐新雨程威铭中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院油气资源与工程全国重点实验室•中国石油大学(北京) 中国石油集团测井公司新疆分公司西南石油大学石油与天然气工程学院东北石油大学石油工程学院

页岩油藏的成功开发在缓解我国能源紧缺的问题上发挥了重要作用,但衰竭式开发采收率较低,传统提高采收率的措施难以有效增产,因此明确页岩油藏注CO_(2)提高采收率的机理,对于探索页岩油的开发技术具有重要意义。为此,以准噶尔盆地吉木... 详细信息

页岩油藏的成功开发在缓解我国能源紧缺的问题上发挥了重要作用,但衰竭式开发采收率较低,传统提高采收率的措施难以有效增产,因此明确页岩油藏注CO_(2)提高采收率的机理,对于探索页岩油的开发技术具有重要意义。为此,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏为例,开展了一系列注CO_(2)实验并结合流体注入能力和油气组分传质评价实验,揭示了注CO_(2)吞吐提高采收率的机理,并明确了注CO_(2)吞吐的埋存形式、埋存效率与其生产动态之间的耦合关系。研究结果表明:①CO_(2)的注入能力是水的7.77倍、N2的1.18倍;增加注入压力,促进CO_(2)与原油之间的相互作用,能有效提高CO_(2)的注入能力。②CO_(2)对原油物性的改善能力显著强于N2,在CO_(2)—原油组分传质的协同作用下,注CO_(2)吞吐的采收率比N2高6.84%。③原油膨胀和黏度降低是注CO_(2)吞吐前期提高采收率的主要机制,而后期主要通过CO_(2)对原油轻质烃类组分置换、萃取进一步实现了采收率的提高,混相压力(MMP)是注CO_(2)吞吐的阈值压力。④注CO_(2)吞吐过程中,埋存率从最初的77.77%持续降低到7.14%,不同形式CO_(2)的埋存比例具有动态变化的特征,但主要以游离态和溶解态埋存为主。结论认为,吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐在提高采收率的同时实现了CO_(2)的埋存,实验结果为研究国内相似页岩油藏注CO_(2)吞吐提采—埋存效率提供理论支撑和经验借鉴。

关键词：准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油提高采收率注CO_(2)吞吐 CO_(2)埋存注入能力 CCUS

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油气管道事故原因分类模型及其社会网络分析

中国安全科学学报 2024年第9期34卷 34-40页

作者：宫运华张喆范志炜中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

为提高油气管道事故预防策略的有效性,首先,基于系统理论事故建模与过程(STAMP)模型及人为因素分析与分类系统(HFACS)模型,建立油气管道事故预防控制结构,分析国内外35起油气管道事故原因,并依据扎根理论对分析结果进行统计编码,得出油... 详细信息

为提高油气管道事故预防策略的有效性,首先,基于系统理论事故建模与过程(STAMP)模型及人为因素分析与分类系统(HFACS)模型,建立油气管道事故预防控制结构,分析国内外35起油气管道事故原因,并依据扎根理论对分析结果进行统计编码,得出油气管道事故原因分类模型;其次,应用社会网络分析法构建油气管道事故原因关系网络,通过核心—边缘分析、中心性分析和关联方向指数分析,识别油气管道事故原因中核心及具有高关联性和强影响力因素。研究结果表明:油气管道事故原因分类模型包含6个层次:政府及监管部门因素、第三方因素、运营商组织因素、运营商不安全监督、现场人员不安全行为的前提条件、现场人员的不安全行为,并可将其细分为22个最底层原因因素。其中,政府及监管部门因素、运营商组织因素、运营商不安全监督和第三方因素均为核心因素;制度缺陷、监督不充分、运行计划不当、第三方破坏行为、管材与焊缝缺陷、施工/维修/配件问题、技能失误均为具有高关联性和强影响力因素。

关键词：系统理论事故建模与过程(STAMP)模型人为因素分析与分类系统(HFACS)模型油气管道事故原因分类模型社会网络分析

海洋纤维增强热塑性立管极限承载拉力预测方法

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海洋工程 2024年第3期42卷 44-59页

作者：何杨烨谭健韩元明袁坤刘军鹏安峰辰中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确... 详细信息

海洋新型纤维增强热塑性立管因其可盘卷、耐腐蚀、耐疲劳和轻质化等优点,在深水油气开发中应用前景十分广阔。热塑性立管具有复合材料的各向异性、受力耦合效应及复杂的本构关系,且承受浮体运动和复杂海洋环境载荷,其失效模式尚未明确。针对轴对称载荷作用下纤维增强热塑性立管极限承载力问题,进行热塑性管稳态热传导和热应力的理论推导,求解了稳态温度和应力分布,首次给出了在任意温度载荷作用下管体径向位移的解析解,并直接求解其径向、轴向、环向和剪切应力。采用各向同性层Von Mises和各向异性层最大应力(Max Stress)准则或Tsai-Hill准则判定热塑性管的失效,基于应力分布、失效准则和二分法计算了热塑性管的极限载荷。温度载荷、纤维铺设角度和径厚比对管道的应力分布影响显著。不同温度载荷会改变失效指数沿径向的变化趋势,增大轴向拉力将增大热塑性管的失效指数,选用不同的失效准则在管体失效判定上存在一定的差异。热塑性管温度越低、纤维铺设角越小及径厚比越大,管道对轴向拉伸载荷的承载能力越强。

关键词：海洋立管热塑性管轴对称载荷温度分布失效分析极限承载力

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双金属复合管屈曲失效机理及临界载荷研究

石油机械 2024年第5期52卷 138-144页

作者：肖世轩吕志阳朱学铭曲琳梁学泉中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

为探究双金属复合管的屈曲失效机理,利用ABAQUS软件建立了双金属复合管有限元模型,考虑成型残余应力的存在,分析了弯曲过程中弯矩、椭圆度和内衬褶皱幅值随曲率的变化规律;研究了内衬管屈服强度、内衬管径厚比以及外基管径厚比对双金属... 详细信息

为探究双金属复合管的屈曲失效机理,利用ABAQUS软件建立了双金属复合管有限元模型,考虑成型残余应力的存在,分析了弯曲过程中弯矩、椭圆度和内衬褶皱幅值随曲率的变化规律;研究了内衬管屈服强度、内衬管径厚比以及外基管径厚比对双金属复合管屈曲失效的影响,并进一步给出了临界弯矩和临界曲率的预测公式。分析结果表明:屈服强度更高的内衬管可提高复合管的临界弯矩,但会降低复合管的临界曲率;更小的内衬管径厚比和外基管径厚比均可提高复合管的临界弯矩和临界曲率;相较于临界弯矩,内衬管屈服强度和径厚比的改变对临界曲率影响更为明显,外基管径厚比的改变则对两者均具有十分明显的影响;临界弯矩和临界曲率公式预测结果与有限元计算结果的相对误差不超过4%和12%。所得结论可为双金属复合管的设计和安全评价提供参考依据。

关键词：双金属复合管屈曲失效内衬褶皱径厚比临界弯矩临界曲率

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波浪载荷下探井隔水导管力学特性研究

力学与实践 2024年第3期46卷 482-489页

作者：杨宇翔杨进张龙倪浩乘中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

隔水导管是自升式平台进行海上作业的基础结构。然而,循环的波浪载荷会使隔水导管产生过大的横向位移和弯矩,进而导致其失效。本文结合Morison方程以及美国石油学会(American Petroleum Institute, API)规范中的p-y曲线,建立了井口到海... 详细信息

隔水导管是自升式平台进行海上作业的基础结构。然而,循环的波浪载荷会使隔水导管产生过大的横向位移和弯矩,进而导致其失效。本文结合Morison方程以及美国石油学会(American Petroleum Institute, API)规范中的p-y曲线,建立了井口到海底的隔水导管的分段力学模型,创新性地提出了将隔水导管简化为两端简支梁的多点边值问题的求解方法,将控制方程转化为一阶微分方程组,然后通过MATLAB求解计算,验证了本文理论推导和求解的正确性,最后对影响隔水导管力学性能的关键参数进行了分析研究。所得结论进一步提高了隔水导管理论模型的计算精度和对工程设计的有效指导作用。

关键词：隔水导管波浪载荷力学特性理论推导

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气象灾害下的油气站场设备脆弱节点辨识方法

石油科学通报 2024年第2期9卷 297-306页

作者：胡瑾秋韩子从董绍华中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分,油气站场的安全稳定运行是油气系统,乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大,包含多种气候地区,不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油气站... 详细信息

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分,油气站场的安全稳定运行是油气系统,乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大,包含多种气候地区,不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油气站场及其附近时可能会对相关设施造成破坏,导致站场处于异常工况中运行,甚至引发事故。常见的石油及相关液态加工产品的储运站场,介质除本身具有易燃易爆特性外,一般还具有一定的挥发性,易形成可燃气体云团。天然气站场常伴随高压运行条件,站场一旦出现异常工况或事故会使厂区内部工作人员的生命安全及周边环境都承受较大风险。气象灾害往往难以避免,但可以通过有针对性地增加安全措施加强站场在气象灾害条件下的稳定性,降低气象灾害带来的风险。为了达到上述目的,综合考虑油气站场的设备在遇到暴雨、雷暴等气象灾害时,更容易发生油气泄漏、爆炸等事故的情况,本文根据气象灾害发生场景,及相关场景下可能发生的灾害演化路径提出了一种定量的脆弱节点辨识方法。面对不同的环境风险,现有方法对于站场设备脆弱节点辨识缺乏精细度与准确度,错误辨识脆弱节节点不仅会导致防护过程中人力物力的浪费,更可能导致储罐管道的泄漏,甚至引发爆炸。本文对重力模型进行改进,结合鲁汶算法,提出基于社团分析模型的设备脆弱节点辨识方法。通过实验分析,得到暴雨天气、雷暴天气下的脆弱节点,并利用提出模型对历史案例进行分析,得到结果与实际调查情况较为吻合。相较于其他分析方法,社团分析模型精细度提高了10%以上,分析结果准确率提高了10%以上,召回率提高了14%以上。实验结果表明,本文所提方法可以实现多种极端天气下的脆弱节点辨识,且能对节点进行更精准的定位。

关键词：油气站场风险辨识脆弱节点辨识气象灾害复杂网络社团分析

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海洋LCO_(2)漂浮软管的力学性能分析研究

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力学与实践 2024年第3期46卷 522-531页

作者：张飞凡张玉姚爽褚为朋中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

海洋封存二氧化碳是实现我国“双碳”战略目标的有效措施。采用海上平台注入液态二氧化碳(liquid CO_(2),LCO_(2))的方式进行封存作业,在LCO_(2)输送环节可采用漂浮式软管作为输送管道。本文依据现行标准和输送作业需求提出了一种LCO_(2... 详细信息

海洋封存二氧化碳是实现我国“双碳”战略目标的有效措施。采用海上平台注入液态二氧化碳(liquid CO_(2),LCO_(2))的方式进行封存作业,在LCO_(2)输送环节可采用漂浮式软管作为输送管道。本文依据现行标准和输送作业需求提出了一种LCO_(2)漂浮软管的复合结构形式,建立了其有限元模型,评估了软管在内压、拉伸和弯曲载荷作用下的损伤状态,得到了增强钢丝和增强帘线的损伤状态随载荷变化的规律,研究了增强钢丝的螺旋角度对软管力学性能的影响规律,对增强钢丝的螺旋角度进行了优化。该研究可为漂浮式LCO_(2)输送软管的设计和选用提供技术参考。

关键词： LCO_(2)输送漂浮软管损伤力学性能

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地质沉降作用下埋地玻璃钢管道的力学行为

油气储运 2024年第7期43卷 769-777页

作者：张笑影马晓红王聪李振林张行董绍华中国石油大学(北京)机械与储运工程学院中国石油吉林油田分公司中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

【目的】相比于常规金属管道,玻璃钢管道具有强度高、质量轻等优点,目前已逐渐在油气田站场集输领域投入应用。作为埋地管道面临的常见地质灾害,地质沉降对埋地玻璃钢管道的安全运行具有较大威胁,分析地质沉降作用下玻璃钢管道力学性能... 详细信息

【目的】相比于常规金属管道,玻璃钢管道具有强度高、质量轻等优点,目前已逐渐在油气田站场集输领域投入应用。作为埋地管道面临的常见地质灾害,地质沉降对埋地玻璃钢管道的安全运行具有较大威胁,分析地质沉降作用下玻璃钢管道力学性能变化规律及其影响因素,有助于对保障其安全服役提供理论指导。【方法】采用有限元软件ABAQUS,考虑玻璃钢管道管材的多层非线性各向异性,建立埋地玻璃钢管道模型。基于Hashin失效准则研究不同缠绕角度、沉降量、土壤环境下玻璃钢管道基材与纤维压缩、拉伸初始化准则最大值的分布规律。【结果】在地质沉降作用下,基材的压缩、拉伸初始化准则最大值相应大于纤维的压缩、拉伸初始化准则最大值,基材破坏模式对管道整体性能的影响更大;不同铺层缠绕角度工况下,隔层角度为土30°时管道失效系数最低,更有利于管道安全服役;管道各项失效系数的峰值均位于沉降过渡区中部位置附近及过渡区与沉降区交界处;土壤环境的改变对管道中间层失效系数影响最大。【结论】利用ABAQUS复合铺层模块能够较好地模拟玻璃钢复合管材的特性,相关结果可为玻璃钢管道铺层缠绕选型与地质沉降工况管道安全情况分析提供理论依据。

关键词：玻璃钢管道地质沉降复合材料有限元