摘要：页岩气衰竭式开采过程中储层有效应力逐渐增大,且气体产出是跨越解吸、扩散和渗流的多尺度传质行为,其中扩散是沟通解吸和渗流的桥梁,但以往研究尚未对气体扩散能力的有效应力响应特征给予足够重视。为此,选用四川盆地南部地区(以下简称川南地区)志留系龙马溪组页岩样品,设计并开展了不同有效应力下的压力衰减实验,揭示有效应力变化对气体扩散能力的响应机制,提出页岩基块应力敏感指数(IS_(SGD)),以定量表征基于气体扩散能力的页岩基块应力敏感性。研究结果表明:①气体扩散量随有效应力增加而降低,且变化前期快、后期慢;②随有效应力增加,大于50 nm孔缝气体扩散时间缩短;③基块岩样IS_(SGD)为25.68%,应力敏感程度为中等偏弱,而裂缝岩样则表现出更强的应力敏感性。结论认为,随着有效应力增加,页岩基质孔隙中扩散系数降低,但微裂缝中原先以黏性流、滑脱流为主的流动通道被压缩,气体流动方式逐渐以扩散为主,气体扩散系数增大,但总体输运能力仍明显降低,因此推荐川南地区页岩储层有效应力维持在17~30 MPa,有助于基块向裂缝稳定供气。

摘要：硫化氢(H_(2)S)不仅是一种剧毒且高腐蚀性气体,更是蕴含丰富氢能和硫元素的宝贵资源。在国家能源战略需求和双碳目标下,实现天然气藏中H_(2)S的低碳高值利用是天然气开发的必然发展趋势。分步法是一种可在较低温度区间将H_(2)S高值转化为H_(2)和硫黄的方法,具有H_(2)S分解效率高、能耗低的优点,但存在循环效率差、硫黄回收困难、反应过程机理认识浅薄等问题。为了深入了解分步法分解H_(2)S的研究现状和面临问题,本文主要综述了分步法的反应原理、发展历程、活性催化剂的研究进展,重点概述了金属硫化物和金属这两类催化剂的活性测试结果及具体反应过程,并对分步法分解H_(2)S所面临的关键问题进行了总结与展望。本文指出分步法最大问题在于催化剂硫化产氢和分解脱硫过程机理尚不明晰,使得催化剂的优化设计缺乏指导,从而导致分步法循环效率低。未来应当借助更多原位表征技术和理论模拟计算认识转化过程机理,同时加强相关实验设计以衡量不同催化剂优劣,开发出适用于分步法高效循环过程的催化剂。

摘要：四川盆地页岩气资源丰富,深层页岩气将是我国未来页岩气开采的重点领域,而掌握深层页岩气体积压裂技术则是实现高效开发的核心技术之一。为了认识天然裂缝带对深层页岩压裂裂缝扩展影响,基于位移不连续法与有限体积法建立水平井压裂裂缝扩展流固耦合模型,提出压裂裂缝扩展特征评价方法,并针对水平井压裂前置液造缝阶段,模拟分析了天然裂缝与完井压裂参数对压裂裂缝扩展的影响。研究结果表明:(1)深层页岩天然裂缝带增加了压裂改造的难度与裂缝扩展的复杂性,使得压裂裂缝会影响相邻压裂段并难以对远井区域进行改造;(2)天然裂缝带宽度越小、天然裂缝带与水平井筒间夹角和距离越大,目标区域压裂改造率越高且对相邻压裂段的影响越小,钻井时应尽量避免钻进方向与天然裂缝带呈小角度斜交;(3)增加簇间距与施工排量,可削弱天然裂缝带对压裂裂缝的捕获与阻隔作用,建议针对天然裂缝带附近的压裂段采用大簇间距、高排量的压裂工艺。结论认为,取得的研究成果有利于优化复杂构造区域页岩气压裂设计,对于指导深层复杂裂缝区的压裂工艺优化完善具有重要意义,并将有助于我国深层页岩气早日实现规模效益开发。

摘要：深层高温环境对套管力学行为产生较大影响,传统套管柱设计方法仅考虑常温下管柱应力状态,难以适应深层套管柱设计要求。基于弹性力学和热力学理论,结合常温套管应力模型,建立了套管应力与温度作用下的计算模型;基于套管、水泥环和地层耦合体材料特性,分析了热应力作用下套管强度变化特性,建立了高温条件下套管设计优化流程。研究结果表明:在三轴应力作用下套管的抗内压强度增加,抗挤强度减小;高温条件下热应力引起套管三轴强度均减小,管体屈服强度也会减小;热应力产生的轴向应力越大,套管抗挤强度降低幅度越大。所得结果可为深井套管柱强度设计的定量评价提供理论基础。

摘要：在深水测试工况中,隔水管-测试管系统受到海流VIV效应、自身纵横向耦合效应以及测试管FIV效应,极易发生屈曲变形、疲劳断裂和摩擦穿孔等破坏问题。笔者采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,提出了管柱系统非线性接触载荷计算方法。采用三次Hermit差值形函数和Newmark-β法离散并求解系统振动模型。借助现场管柱参数,采用相似原理,设计了隔水管-测试管系统非线性振动模拟试验台架,测得隔水管和测试管的振动响应,与理论模型计算结果和单管振动模型计算结果对比,验证了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型的正确性和有效性。在此基础上,分析了中国南海实例井管柱振动特性,表明在测试管振动疲劳分析时,不能忽略其自身局部高频振动的影响;测试管易发生强度失效的位置主要出现在中上部和下部。研究成果为深水测试管-隔水管的安全设计奠定理论基础。

摘要：增强型地热系统(EGS)的热采效率评价方法是实现干热岩储层热能效益开发的重要手段。为了评价干热岩储层热采效率,基于质量守恒和能量守恒定律,综合考虑复杂裂缝网络、水力裂缝、井筒效应等因素影响,建立了二维随机裂缝网络干热岩储层热采数值模型,并采用有限元方法对模型进行求解;通过对比单裂缝热采解析解和数值模拟结果,验证了模型准确性;并进一步分析了水力裂缝开度,天然裂缝开度、走向、长度、密度,以及裂缝网络连通漏失性断层对EGS热采效率的影响规律。研究结果表明:①与单裂缝热采解析模型相比,数值模拟得到的产出温度最大误差为7.54%,满足热采模拟要求;②水力裂缝开度越大、天然裂缝开度越小,热采效率越高;③天然裂缝长度、密度和走向均能导致缝网连通性增强,流体容易向裂缝网络漏失而无法产出,导致热采效率降低;④裂缝网络在连通漏失性断层的情况下,会造成流体向断层的恶性漏失,导致热采效率变差。结论认为,EGS设计和开发需要避开漏失性断层,采取有利于降低天然裂缝网络连通性的措施,该成果认识有助于指导干热岩储层井位部署、压裂设计与采热工艺措施优化。

摘要：Hoek–Brown强度准则已经广泛应用于岩石与岩体力学分析、岩石边坡稳定性分析、岩石隧道设计等领域,但常规Hoek–Brown强度准则未考虑中间主应力对岩石强度的影响,应用上不能反映岩石的真三轴力学性能,因此有必要对Hoek–Brown强度准则进行改进。通过分析岩石的真三轴试验结果,明确了岩石中间主应力对岩石强度的影响存在增强和抑制两种特征,当中间主应力大于临界值σ*2时,岩石强度被增强;当中间主应力小于临界值σ*2时,岩石强度被减弱。基于中间主应力的临界应力状态,引入中间主应力系数β,将一种2维Hoek–Brown强度准则改进为真三轴Hoek–Brown强度准则。采用非线性拟合方法确定了模型中的参数,通过对比8种岩石类型的真三轴试验数据,对改进后强度准则的精确性和普适性进行验证,并与其他3种真三轴强度准则做对比。结果表明:改进的真三轴强度准则的最佳参数m取值均能落在Hoek和Brown建议的取值区间,能够继承Hoek–Brown强度准则的优点。改进后的强度准则对8种岩石类型的均方根差(RMSE)均低于另外3种准则,能够准确预测岩石强度,且适用于大多数岩石类型,较好地体现了中间主应力对岩石强度的影响;Pan–Hudson准则总是在低σ2条件下高估岩石强度值,在高σ2条件下低估岩石强度值;Zhang–Zhu和Priest准则对岩石类型具有较强依赖性,描述精度较差。因此,改进的真三轴Hoek–Brown强度准则具有重要的应用推广价值。

摘要：目的某大型油田采用深冷空分制氮工艺获取氮气来注氮驱油,为改善该工艺比功耗高、氮收率低等问题,利用中心复合旋转设计(CCRD)响应面分析法进行生产运行参数优化。方法基于HYSYS软件建立深冷空分制氮流程,并对工艺中的关键运行参数进行单因素分析,由此确立各参数优化选值区间,利用CCRD响应面分析法在区间内进行参数寻优。结果以工艺的比功耗最小为目标,使用工艺运行参数的最佳组合,优化后的流程氮气产量从16905 m^(3)/h增加到18541 m^(3)/h,提高了9.68%;氮气中氧摩尔分数从0.00026%下降到0.00024%,降低了7.7%;氮收率从70.92%上升到77.75%,增加了9.63%;比功耗从0.3745 kW·h/m^(3)下降到0.3457 kW·h/m^(3),减少了7.69%。结论利用CCRD响应面法进行生产运行参数优化对存在问题的改善有明显效果。

摘要：为研究双金属复合管全生命周期的紧密度变化,以X60-825复合管为例,利用ABAQUS软件建立双金属衬里复合管平面应变有限元模型。探讨了温度以及压力对双金属复合管制造、安装、运行、停运工况下紧密度的影响。研究结果表明:所建立的模型能够准确地模拟双金属衬里复合管全生命周期的紧密度变化情况;在设计工况下,运行阶段的温度对复合管紧密度影响有限,复合管不会发生脱层;在运行阶段双金属衬里复合管的紧密度随着运行压力的增加而增加;在双金属衬里复合管的弹塑性极限内,适当地提高运行压力有利于提高复合管的紧密度。研究结果对双金属复合管的研究及应用具有一定的参考价值。

摘要：针对目前智能钻井技术在工况表征、样本收集整理、数据处理及特征提取方面的不足,建立随钻安全风险智能识别方法。使用相关性分析法,确定表征气体钻井安全风险的关联参数;收集并整理20余井次安全风险时段监测数据,建立气体钻井多种安全风险数据样本库,并使用少样本扩展方法扩充样本数量。根据气体钻井随钻监测数据样本形式,设计两层卷积神经网络架构,设置多个不同大小及权重的卷积核对样本进行纵横两向卷积运算,提取并学习多个监测参数在钻进过程中的变化规律及关联特征。根据神经网络训练结果,优选各安全风险样本类别以提高识别准确率。与传统的误差反向传播(BP)类全连接神经网络架构相比,设计的方法能更深入有效感知气体钻井安全风险特征,实现高效识别和预测,有利于避免或快速解决随钻安全风险。经现场多次应用证实,气体钻井过程中各类随钻安全风险识别准确率为90%左右,具有良好的实用性。