碳中和目标下中国能源转型和能源安全的现状、挑战与对策

侯梅芳

2023, 45(2): 1-10. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2023.01.12.02

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人类社会在完成两次重要的能源转型之后，当前正在进行以碳中和目标为导向、旨在实现人类社会可持续发展的第三次能源转型。新形势下中国能源发展面临复杂形势和严峻挑战，既要加快推进能源低碳转型实现碳中和目标，又要牢牢守住能源安全底线。如何统筹好能源转型和能源安全，是中国能源高质量可持续发展面临的重大问题。研究认为：1）前两次能源转型均契合传统的经济发展规律，与工业革命相伴而生，能源作为普通生产要素，其结构在技术驱动下逐渐发生变革，正在进行中的第三次能源转型，核心动因不仅包括应对气候变化和保障能源安全，还包括人类社会可持续发展的战略驱动，需要多端发力完成。2）碳中和目标下中国能源转型面临能源消费总量偏大、碳排放量偏大、能源结构偏煤、国内油气产量偏少、油气对外依存度偏高及可再生能源发展偏弱等安全风险。3）碳中和目标下中国能源转型与能源安全应着力“三个加快”：充分发挥中国社会主义制度优势，从化石能源清洁化、可再生能源规模化及综合能源智慧化3方面加快构建新型能源体系，在煤炭、油气和可再生能源等领域加快科技创新，加快实施全面能源节约战略。

中江气田河道砂岩优质储层特征及主控因素

王勇飞, 衡勇

2023, 45(2): 11-20. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.11.25.02

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中江气田沙溪庙组河道砂岩储层物性普遍较差，优质储层是控制油气富集高产的主要因素之一。利用铸体薄片、扫描电镜、X衍射和岩芯物性分析资料对优质储层的特征及其主控因素进行分析。结果表明，优质储层孔隙类型以粒间溶孔和残余粒间孔为主，成岩相主要为绿泥石胶结相和绿泥石胶结溶蚀相。早期衬边状绿泥石胶结和晚期溶蚀作用是优质储层形成的关键，构造破裂作用导致的微裂缝能够提高储层渗流能力，对于优质储层的形成也具有促进作用。主分流河道水动力条件强、颗粒粒度大、泥质含量少且早期绿泥石薄膜更为发育，更有利于优质储层的形成；长石含量高的次分流河道次生溶孔发育，储层物性也较好，因此，优质储层多发育于主分流河道和部分长石含量较高的次分流河道微相。

复杂岩性背景下储层地震反射特征研究

代瑞雪, 郗诚, 冉崎, 陈康, 梁瀚

2023, 45(2): 21-31. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.11.27.03

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川中古隆起北斜坡风险探井JT1井在寒武系沧浪铺组测试获气51.62$\times$10$^4$~m$^3$，实现了四川盆地沧浪铺组油气勘探首次突破。但是沧浪铺组为混积相，其复杂的岩性造成了内幕地震响应特征复杂，且前期针对沧浪铺组研究程度极低，并未系统开展过地球物理研究，给勘探推进工作带来了极大困难。基于此，综合钻井及地震资料，围绕川中地区沧浪铺组岩相及储层的地震响应模式开展了研究，结果表明：1）川中地区沧浪铺组存在5种岩相-地震相反射模式，其中，单轴模式和单轴复波模式为最优质的碳酸盐岩地震相。2）SOM波形聚类方法和波阻抗反演验证了地震相的准确性，可以进一步精细刻画沧浪铺组内部碳酸盐岩分布。3）古隆起北斜坡沧浪铺组存在两种优质储层地震反射模式，薄互层储层为岩性界面强轴伴复波模式，厚储层为岩性界面强轴伴亮点模式。综合研究认为，北斜坡沧浪铺组发育3个呈NW—SE向条带状展布的有利区，具有形成岩性圈闭的良好条件，合计面积达1~270~km$^2$，是下一步勘探的重点领域。建立了一套针对川中地区沧浪铺组复杂岩性背景下储层地震反射特征研究方法，为混积相薄储层地震预测提供了有效的研究思路。

基于宽频子波的检波组合目标函数优化方法

彭更新, 徐峰, 徐凯驰, 刘福烈, 李勇军

2023, 45(2): 32-42. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.12.14.02

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传统用于设计检波器组合参数的目标函数常以单频简谐波为研究对象，考察零点位置、压制带等局部信息，不符合地震子波的实际频率构成和空间连续性分布特点。以宽频带子波的组合能量响应为基础，利用干扰波与地震反射信号的主体连续分布在空间不同区域的性质，建立了具有统计意义的4种目标函数，4种函数在噪声压制和有效信号保护层面各有侧重点。通过理论分析、数值模拟和实际数据试算，比较了不同目标函数在噪声压制、反射信号损伤、信号频谱变化及AVO畸变方面的差异，分析认为，优先保护有效信号的目标函数能够降低组合低通滤波效应，尤其对远道的AVO畸变影响较小，更加具有优势。

复杂断裂系统浊积储层自相控反演技术研究

王宗俊, 田楠, 范廷恩, 高云峰

2023, 45(2): 43-57. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.01.29.01

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浊积砂岩储层为典型的重力流沉积，储层横向突变，纵向多期叠置，迁移摆动频繁。地震反演是进行储层精细描述的主要方法之一，但E油田复杂的断裂系统、储层的横向突变以及超限厚度层的发育均制约了储层反演的精度及后续应用。为此，针对E油田，重点研究并提出了复杂断裂系统约束下的自相控叠前反演方法，首先，利用基于断层接触关系图版库的深度学习算法构建复杂断裂系统模型，进而构建高精度地震地层格架；其次，利用自相控低频模型构建方法，构建高精度自相控低频模型；最后，在高精度地层格架和自相控低频模型的约束下实现自相控叠前反演，有效提高了断层附近砂体预测、超限厚储层刻画及储层横向边界的识别精度。E油田实践表明，该方法取得了较好的应用效果，16口新钻开发井水平段厚度预测与实钻结果吻合率为91%。

基于边界元理论的气藏不稳定渗流模型研究

邓波, 陆正元, 赵娜

2023, 45(2): 58-66. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.12.16.02

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川西北双鱼石区块栖霞组气藏地质条件复杂，受多期构造运动影响，气藏断裂发育、边界不规则，气井不稳定渗流模型研究难度较大。基于渗流理论基本原理，建立了在构造影响条件下，复合气藏直井考虑任意边界的不稳定渗流物理与数学模型，采用点源函数等方法求解了复合气藏直井边界元基本解，利用边界元理论建立了任意外边界复合气藏直井压力响应数学模型。通过边界离散与叠加原理思想，结合计算机编程技术，求取了不同参数影响下的气井无因次拟压力及其导数值，并绘制了相应的压力响应图版，划分了气井流动阶段并进行了影响参数分析。结合气藏试采井双鱼001-1井的实际情况及压力恢复动态监测资料，利用本文建立的模型和方法进行了现场实例运用，为后续类似复杂气藏的试井解释提供了新的手段与方法。

低渗透油藏五点法井网见水时间计算方法研究

李承龙, 孙鹏鹏, 王一飞, 杨桂南

2023, 45(2): 67-76. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.12.24.02

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针对低渗透油藏储层发育特征、流体渗流规律及五点法井网特点划分流动单元，建立了考虑压敏效应、变启动压力梯度、排距井距、裂缝与井排角度、裂缝长度及非均质性等因素的见水时间计算模型，分析了不同因素对见水时间的影响规律。与已有成果相比，所建立见水时间计算模型考虑因素更加全面，更趋于矿场实际情况。分析结果表明，井距与排距之比越大、非均质性越强、裂缝长度越大、启动压力梯度越小、原始地层压力越小，见水时间越早；随着裂缝与井排夹角的增大，见水时间呈波动性变化；原始含水饱和度在0.4~0.5，见水时间早。研究成果可为低渗透裂缝性油藏开发调整方案编制提供理论保障。

可变形天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型

彭浩, 李黔, 高佳佳, 尹虎, 陈一凡

2023, 45(2): 77-86. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.10.28.02

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针对当前的天然裂缝宽度预测模型没有考虑裂缝在缝内流动净压力作用下变形的问题,开展了可变形天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型研究。首先,根据天然裂缝的变形控制方程和缝内流动净压力方程建立流-固耦合漏失动力学模型,得到漏失速率和漏失前端侵入速度的控制方程;然后,运用自适应搜索法求取天然裂缝等效平均宽度,结合体积等效原则求得天然裂缝初始宽度,联合初始宽度和漏失速率的几何控制方程建立天然裂缝形态系数的求解方法;最后,基于漏失前端侵入速度的几何控制方程进行天然裂缝形态约束求解得到法向刚度,进而得到天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型。建立的可变形天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型,经验证其计算结果与现场测量数据吻合较好,仅需钻井液性能、井漏现场测量的漏失速率序列及漏失体积序列,就能进行天然裂缝动态宽度预测,便于现场应用。

井液侵入水合物储层井壁力学稳定性分析

王磊

2023, 45(2): 87-96. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2022.03.29.03

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海洋天然气水合物储层钻井过程中，钻井液易侵入天然气水合物井壁，引起井壁坍塌失稳。天然气水合物地层的坍塌压力与低温下的水合物相平衡压力的耦合作用是引起井壁失稳的重要因素。因此，开展低温钻井液体系作用下水合物储层井壁稳定性评价实验，研究钻井液侵入造成天然气水合物井壁失稳的机理，对于海洋天然气水合物顺利开采具有极大意义。通过模拟海洋环境下的温度、压力，制备水合物岩芯，并注入不同体系的钻井液，监测天然气水合物岩芯内的温度、压力、力学特征参数及水合物质量丰度的变化，从水合物岩芯物性变化出发研究钻井液体系对井壁稳定性的影响。研究表明，温度较高的钻井液体系，在侵入后会使近井壁峰值强度大幅降低，更易引起井壁坍塌；较大的水合物质量丰度也会引起水合物岩芯参数的波动变化。与未入侵岩芯相比，当钻井液入侵5 min后，岩芯应力峰值点平均下降了13.95%，更易发生井壁失稳。

幂律稠油砂岩油田单井探测半径计算

谢明英, 刘国涛, 闫正和, 施征南, 孙晓娜

2023, 45(2): 97-106. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.02.08.08

摘要 ( 1370 )

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探测半径是油田开发过程中的一个重要参数，然而传统的探测半径计算公式基于牛顿流体线性渗流理论研究得到，这类探测半径计算公式不再适用于幂律型非牛顿流体。针对南海东部地区近年发现的幂律稠油砂岩油田，提出了一种新的计算方法来研究幂律稠油的探测半径，这种新方法避免了常规方法中试图获得探测半径的解析式的问题，具有更广泛的适用性。另外，传统计算公式并没有考虑井筒储集效应和表皮效应的影响。借助探测半径的相对判断准则，采用了Laplace变换、Stehfest数值反演方法，研究了流性指数、井筒储集效应、表皮效应对探测半径的影响；提出了流性指数在0.80~1.00的探测半径计算公式的统一形式；同时，为了直观地与生产实际联系起来，文中还探索了探测半径与井底压降的关系。研究成果已用于指导南海东部地区幂律稠油砂岩油田井网部署和注采井网优化设计，获得了很好的应用效果。

水平管内黏稠油水环输送的稳定性

尹晓云, 苏明, 周鑫, 张良, 敬加强

2023, 45(2): 107-116. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.12.04.01

摘要 ( 1399 )

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采用FLUENT软件，基于VOF两相流模型、标准$k$-$\varepsilon$湍流模型及CSF表面张力模型，模拟了油-水环状流在水平管中的流动情况，分析了流体性质(油-水密度差、油-水黏度比、油-水界面张力)对油水两相分布特征及水环结构稳定特性的影响。模拟结果表明，流体性质对截面平均含油率基本无影响，在不同模拟工况下均约为73%。但其对油水两相体积分数分布和水环稳定性评价指标(油芯偏心率、水环维稳长度比、管输压降)有显著影响，在模拟条件下，油-水环状流总体上呈上薄下厚的水层包裹位于管道上部的核心油流的偏心形态；当油相密度为996.4 kg/m$^3$，油相黏度为1 743.3 mPa·s，油-水界面张力为22.36 mN/m时，水环的稳定性最好。

超临界二氧化碳压裂井筒温压及相态控制研究

吴林, 罗志锋, 赵立强, 姚志广, 贾宇成

2023, 45(2): 117-125. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.05.13.01

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超临界二氧化碳压裂液对温度、压力较为敏感，准确地预测注入过程中的井筒温压及相态直接影响着最终的压裂效果。因此，建立了考虑轴向导热、焦汤效应、膨胀(压缩)做功、摩擦生热热量分配的超临界二氧化碳压裂井筒瞬态温压模型，模拟分析了注入温度、施工排量、降阻效果、油管尺寸对井筒温压及相态的影响。研究结果表明，井筒温度降低导致的二氧化碳密度增加、流速降低，使得井口压力随井底温度同步降低。注入温度越高、施工排量越小、降阻率越高、油管尺寸越大，井底温度越高、井口压力越低。其中，井口温度增加10℃，井底温度增加约为7℃；降阻率提高20%，井口压力降低约7 MPa。提高注入温度及流动通道的横截面积、降排量的同时使用稠化剂(降阻剂)可促使二氧化碳在井底达到超临界态。研究成果对超临界二氧化碳压裂的优化设计及现场应用具有较强的指导意义。

基于井下环空参数的溢流智能预警技术研究

葛亮, 滕怡, 肖国清, 肖小汀, 邓红霞

2023, 45(2): 126-134. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.03.12.03

摘要 ( 1382 )

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随着油气勘探开发向复杂地层发展，钻井过程中发生井喷的风险增加，而溢流是井喷的前兆，所以早期溢流预警是实现安全井控预防的关键方向。针对传统预测算法在基于地面参数进行溢流预警时未分析溢流严重程度以及预测准确度不高的问题，通过对溢流征兆及溢流发生机理的研究，在利用环空电磁流量系统及其他系统直接测量井下近钻头处的环空流量和其他环空参数的基础上，建立了一种基于人工智能算法——随机森林的溢流智能预警模型来对溢流严重程度进行分类预测。为了验证该预警模型的可行性，通过搭建模拟实验平台进行测试，并与常规的BP神经网络相比较，结果显示该方法正确率高达92.68%，其分类预测的准确性明显高于BP神经网络。研究结果验证了随机森林模型进行井下溢流预警的可靠性，很好地实现了溢流的早期预警，为钻井提供了安全技术保证，具有较好的应用前景。

MB8边底水气藏储气库运行参数设计

龚瑞程, 王爱明, 陈芳芳, 于海涛, 刘金滚

2023, 45(2): 135-144. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.06.18.01

摘要 ( 1315 )

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边底水在储气库运行过程中会影响气井注采能力和调峰能力，国内外中等强度边底水气藏改建天然气地下储气库的案例比较少。针对青海气田MB8井区中等强度边底水特点，改建储气库时应考虑注采过程中地层水对库容与渗流的影响。基于气井气水产出特征优选注采井井型，采用水驱气藏物质平衡方程评价储气库库容，考虑气水两相渗流评价单井注采能力，同时采用数值模拟方法研究注采过程中边底水运移状况。研究表明，MB8井区改建天然气地下储气库具备可行性，可通过增加井数、降低单井注采量、优化井位部署等方式，减小边底水对储气库运行的影响；考虑边底水的影响，MB8井区改建天然气地下储气库的有效工作气量为1.7$\times$10$^8$ m$^3$，合理注采井数20口，运行压力区间为8.1$\sim$10.9 MPa。

海上伴生气处理研究与海底伴生气储气库设计

李茜, 周熙朋, 蒋汇丰, 毛雅铃, 罗肖

2023, 45(2): 145-158. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.01.04.03

摘要 ( 1094 )

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针对海上油田伴生气直接燃烧或排放造成的资源浪费和环境污染问题，开展了海上伴生气处理利用的研究工作。就现有伴生气处理技术、运输方式及接收终端等进行详细介绍和对比，并对伴生气处理方法涉及的关键技术进行梳理，提出了未来海上伴生气处理方法与技术研究领域的研究重点和发展方向。基于海上油田伴生气处理中存在的产量较小、加工外输成本大及就地利用供能不足等特点，提出建造海底伴生气储库，借鉴陆地天然气储气库提出在海上枯竭油气藏改造成伴生气储库的设计流程，建立了海上伴生气储气库的注采气流程。研究中较为详细地论述了伴生气处理的相关技术，并提出建造海底伴生气储库解决海上油田伴生气处理利用问题，研究内容可供同行参考且对保护环境和提高能源利用率具有重要意义。

考虑连接间隙磨损的水中浮体功能可靠性研究

何孔德, 胡昊, 方子帆, 杨蔚华, 刘绍鹏

2023, 45(2): 159-169. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.10.22.03

摘要 ( 1416 )

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针对缆系式水中浮体系泊缆和结构体连接间隙磨损所带来的系统功能可靠性问题，基于Archard黏着磨损计算方法及可靠度计算方法，建立了考虑连接部位理想铰接及连接间隙磨损的系统动力学模型。利用多尺度法及Newmark-$\beta$方法分别进行了动力学方程的求解和功能可靠度的求解。在此基础上研究了纵荡位移和纵摇角度的可靠性，结果表明，随着磨损量的增加，连接接触力分别达到了理想铰接值的12.0倍和5.5倍；当磨损量大于1.5 mm时，浮体横摇角度的均值和峰值都要大于理想铰接状态，可靠度急剧降低，当间隙值大于1.82 mm时，可靠度小于90%；考虑连接磨损情况下浮体纵荡位移的可靠度会出现一定程度的降低，总体来讲变化不大，其位移的可靠性可以满足。

考虑稠油黏度影响的潜油电泵模拟与优化

刘永辉, 谢在香, 周宇驰, 彭振华, 刘重伯

2023, 45(2): 170-177. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2021.04.13.06

摘要 ( 1421 )

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潜油电泵采油是目前最常用的人工举升方式之一。当应用于稠油井时，受入泵流体高黏度的影响，使潜油电泵特性曲线偏离抽水时的特性曲线，导致潜油电泵合理运行窗口变窄，因此，针对水设计的离心泵结构难以适应稠油的高黏环境。针对上述问题，基于CFD数值模拟方法，系统地进行了潜油电泵在高黏条件下增压特性的研究，结果表明，随流体黏度增加，流体流动摩擦阻力更大，流体与叶片间相互作用增大，叶轮与导轮的进出口压差减小，流速降低，流体流动状态从湍流转变为层流，叶轮及导轮内回流区域的尺寸及数量均减小。同一黏度下，离心泵扬程随排量的增加而降低；同一排量下，离心泵扬程随着黏度的增大而显著降低。基于因素分析，考虑黏度影响，进而对离心泵结构参数进行了优化设计，最优结构为：入口宽度16.6 mm，叶片数6片，出口宽度21.9 mm，叶包角60o。相比于原离心泵，在黏度为400 mPa·s，允许排量范围内，扬程最大增幅28%。

集输管道CO$_2$腐蚀预测机理模型研究

蒋宏业, 刘映雪, 何莎, 骆吉庆, 徐涛龙

2023, 45(2): 178-188. DOI: 10.11885/j.issn.1674-5086.2020.11.20.01

摘要 ( 1451 )

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CO$_2$驱油技术因能显著提高油藏采收率而在各大油田得到广泛应用，但采出液中CO$_2$含量的升高却使得地面集输管道腐蚀现象严重。针对地面集输管道CO$_2$腐蚀问题，开展了腐蚀产物膜影响下CO$_2$腐蚀速率预测研究。依据腐蚀热力学和腐蚀动力学理论，考虑流体流动、电化学反应、传质过程等多场耦合作用，在Nesic等研究的基础上引入腐蚀产物膜对离子传质扩散系数的影响因子，提出了新的腐蚀预测机理模型，并对化学、电化学及传质计算进行了改进。利用文献中实验数据对模型的预测结果进行了对比与验证，结果表明，腐蚀预测模型与实验数据吻合情况良好，在腐蚀产物膜存在的条件下能够实现腐蚀预测速率的有效修正，进一步提高了CO$_2$腐蚀预测机理模型的适用性和准确性，为油气生产和加工输送管道及相关设施设计提供一定参考。

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