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高含水气液两相流中水合物成核—生成—堵塞规律研究

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中国造船 2024年第3期65卷 151-163页

作者：孔庆文牟婕季鹏庞振力张剑波王志远中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 中石化天然气分公司山东实华天然气有限公司青岛266061 中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司天津300451 油气钻完井技术国家工程研究中心青岛266580

在海域水合物开采和深水油气钻井过程中,排水管线和井筒中易出现高含水气液两相流。在低温高压的环境中水合物在管线中生成后会出现聚集、沉积等情况,严重时会形成堵塞,威胁生产安全。基于自主搭建的高压流动环路进行试验,探究高含水条... 详细信息

在海域水合物开采和深水油气钻井过程中,排水管线和井筒中易出现高含水气液两相流。在低温高压的环境中水合物在管线中生成后会出现聚集、沉积等情况,严重时会形成堵塞,威胁生产安全。基于自主搭建的高压流动环路进行试验,探究高含水条件下水合物成核、快速生成和堵塞阶段的特征,在不同初始流速和降温速率条件下分析宏观诱导时间、水合物生成量和堵塞时间的变化规律,建立了流动系统完全堵塞时水合物浓度的预测模型。结果表明,当初始流速在0.46~1.12 m/s范围内,宏观诱导时间和水合物堵塞浓度均随初始流速的升高先增大后减小,而随降温速率的增大而减小;水合物堵塞时间与初始流速呈正相关,而与降温速率呈负相关;在水合物成核和生成阶段,由传质主导转换为传热主导的特征流速为0.86±0.14 m/s;建立的水合物浓度预测模型的误差小于±15%。

关键词：水合物高含水体系流动环路试验水合物生成水合物堵塞浓度预测模型

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煤炭地下气化井工程关键技术新进展

天然气工业 2024年第10期44卷 195-208页

作者：袁光杰李晓璇刘奕杉张谧中国石油集团工程技术研究院有限公司北京市102206 油气钻完井技术国家工程研究中心中国石油海洋工程有限公司

开展煤炭地下气化关键技术研究对于推动煤炭行业的可持续发展以及国家“双碳”目标的实现具有重要意义,井工程作为其核心部分正面临一系列关键技术挑战。为此,聚焦煤炭地下气化井工程,从气化工艺选择、井筒完整性研究、高效点火与可控... 详细信息

开展煤炭地下气化关键技术研究对于推动煤炭行业的可持续发展以及国家“双碳”目标的实现具有重要意义,井工程作为其核心部分正面临一系列关键技术挑战。为此,聚焦煤炭地下气化井工程,从气化工艺选择、井筒完整性研究、高效点火与可控燃烧、井筒温度场预测与控制方面回顾了煤炭地下气化工艺的发展历程,系统总结了井工程面临的问题和技术新进展,提出了促进井工程技术发展的建议。研究结果表明:①气化工艺优化、井筒完整性、高效点火及燃烧、井筒温度场预测与控制是煤炭地下原位气化面临的关键技术难题;②煤炭气化工艺由有井式向无井式、单口垂直井向多口水平井的方向发展,其对井筒完整性与耐腐蚀性提出了更高的要求;③点火可控燃烧系统逐渐向更安全更高效的方向发展,还需深化气化过程的温度场分布规律认识,通过多学科交叉融合精准预测和调控气化工艺参数;④加速多场耦合条件下的理论研究,积极研发耐高温高压腐蚀的相关材料及工具,完善多目标优化的煤炭气化工艺优选方法,结合人工智能预测将是未来深层煤炭地下气化井工程的关键发展方向。结论认为,强化煤炭地下气化与多领域融合发展,能够为煤炭地下气化先导试验和天然气增储上产提供技术支撑,并加速煤炭资源向绿色、清洁、高效利用转型,助力能源结构优化与可持续发展。

关键词：煤炭地下气化井工程气化工艺井筒完整性可控燃烧温度场预测余热利用

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大位移井岩屑床厚度预测模型与现场应用:以CH1-1-XX井钻井为例

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科学技术与工程 2024年第9期24卷 3654-3662页

作者：吴文兵刘涛谢伦张勇肖东苏俊霖钟杰中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 中国石油海洋工程有限公司钻井分公司天津300451 中国石油海洋工程有限公司渤星公司天津300451 西南石油大学石油与天然气工程学院成都610500

大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效。现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,... 详细信息

大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效。现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,无法提供更准确的现场指导。为探究大位移井非标准圆球状岩屑运移规律,通过可视化岩屑运移实验与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟结合的方法,建立了一套大位移井岩屑床厚度预测经验模型,并在CH1-1-XX井开展了现场应用,对不同开次下的钻进参数进行了优化,取得了良好效果。结果表明:利用模型预测岩屑床厚度并进行钻进工艺参数优化后,一开与二开钻井时最高岩屑床厚度分别为40.6 mm和33.9 mm,均低于同井深处的岩屑床厚度安全线,表明井眼清洁程度高,无憋卡风险。建立的岩屑床厚度预测经验模型对提高大位移井井眼净化效率,保障大位移井安全高效钻进具有重要意义。

关键词：大位移井岩屑床厚度可视化实验数值模拟钻进参数优化

壳聚糖改性石墨相氮化碳/环氧树脂复合涂层的制备及防腐性能研究

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表面技术 2024年第12期53卷 102-113页

作者：杨康杨留洋范海明中国石油化工股份有限公司西北油田分公司乌鲁木齐830011 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

目的为了保证水性环氧树脂(EP)涂层的绿色、环保及高效防腐性能。通过将二维纳米材料石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与天然高分子壳聚糖(CS)功能化复合来制备一种新型绿色环氧树脂复合涂层体系,并研究不同g-C_(3)N_(4)@CS添加量对环氧树脂... 详细信息

目的为了保证水性环氧树脂(EP)涂层的绿色、环保及高效防腐性能。通过将二维纳米材料石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))与天然高分子壳聚糖(CS)功能化复合来制备一种新型绿色环氧树脂复合涂层体系,并研究不同g-C_(3)N_(4)@CS添加量对环氧树脂复合涂层耐蚀性的影响。方法将尿素高温煅烧得到g-C_(3)N_(4),加入壳聚糖悬浮液中进行改性处理,并掺杂进环氧树脂中进而得到新型环氧树脂复合体系(EP/g-C_(3)N_(4)@CS)。利用傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)及透射电子显微镜(TEM)对g-C_(3)N_(4)和g-C_(3)N_(4)@CS复合材料的结构及微观形貌进行表征。并通过电化学手段及长周期浸泡实验对涂层体系的防腐性能进行测试。结合涂层附着力测试判断涂层与基体之间的黏合程度。结果g-C_(3)N_(4)@CS可以被成功复合到环氧树脂涂层中,且CS中丰富的含氧官能团显著提高了g-C_(3)N_(4)在环氧树脂中的分散性和界面相容性。涂层电化学耐蚀性测试结果表明,EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系在浸泡30 d后的涂层电阻(R_(c))值最大,在浸泡30 d后仍能达到1.11×10^(7)Ω,EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系耐蚀性最高。此外,g-C_(3)N_(4)@CS可显著提升EP涂层的附着力,且EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层附着力最大。长期浸泡实验测试结果也表明,EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系具有最佳的耐蚀性,在浸泡30 d后表面膜层仍较为均匀平整。结论EP/g-C_(3)N_(4)@CS-1.0%(质量分数)涂层体系形成的均匀完整复合膜可以有效屏蔽腐蚀性离子的迁移进程,具有最佳耐蚀性能。

关键词：石墨相氮化碳壳聚糖环氧树脂耐腐蚀性能涂层腐蚀电化学

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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

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

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天津300072 中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司天津300457

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... 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

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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天然气水合物储层微波加热能量补充装置设计

石油机械 2024年第2期52卷 115-122页

作者：樊波陈晓明王忠兴王存芳曹智王姣姣王旱祥中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司中国石油长庆油田分公司第二采气厂中国石油大学(华东)机电工程学院

针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微... 详细信息

针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微波天线的结构参数对储层内平均电场强度的影响,优化了微波天线的结构参数;并针对优化后的结构参数,分析了不同微波参数下微波加热10 h后储层的升温效果。模拟结果表明:微波天线的最优结构参数为槽口形状为椭圆形槽口,槽口周期长度为187 mm,长轴为50 mm,短轴为11 mm,槽口角度为19°;微波频率为1.5 GHz、微波输入功率为3 kW时,微波加热10 h后水合物储层半径1 m范围内的平均温度为10.43℃,升高约5℃。所设计的微波加热能量补充装置能为水合物的分解提供驱动力。研究结果可使微波加热技术应用在水合物开采中,为天然气水合物的高效开发提供了一种新的方案。

关键词：天然气水合物微波加热能量补充漏泄同轴天线储层升温

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