中国天然氢气勘探领域与发展方向

摘要:天然氢气作为一种清洁能源将在未来的能源格局中占据重要位置,全球多个国家和地区已经在不同地质环境中开展了天然氢气勘探与研究工作。为讨论中国天然氢气勘探领域的发展方向,从氢系统的角度出发对中国天然氢气调查实践成果与成藏机理研究进行了分析,基于大地构造条件、地下水赋存特征、氢源岩类型与时空分布等对中国未来的天然氢气勘探潜力区进行了预测评价。结果表明:①中国多个沉积盆地均检测到氢气异常显示,最高浓度达99%,断裂带等其他地质环境中也发现了一定含量的氢气,这些氢气具有混合来源特征。②中国氢源岩类型多样,包括蛇绿岩、条带状铁建造(BIF)、玄武岩、花岗岩与铀矿等,且具有时空分布特征。盆地外的深大断裂可释放来自深部的氢气,盆地内的断层不仅沟通着氢源与储层,还可以形成构造圈闭。含氢储层包括页岩、砂岩、煤等多种岩性,孔渗特征差异较大。③通过综合评价氢源岩组合与地下水等条件,划分华北、东北、西北、华南及西南等五大区域,松辽盆地、渤海湾盆地、准噶尔盆地及其周围存在天然氢气远景区,以西藏为代表的蛇绿岩型天然氢气具有勘探潜力。多时代、多类型氢源岩的复合叠加效应以及地下含水区是形成高含量天然氢气的重要地质条件基础,实际工作中需要额外考虑断裂与地层岩石特征对天然氢气赋存的影响。

四川盆地深层—超深层油气钻井提高机械钻速关键技术进展与展望

摘要:四川盆地天然气资源总量居全国首位,其中超过70% 的天然气产量来自深层—超深层,但该盆地普遍具有高温、高压、高含硫及复杂地质构造(“三高一复杂”)特征,导致天然气钻井过程中面临钻具振动失效频发、高陡构造防斜与提速矛盾突出、难钻地层破岩效率低等世界级难题的挑战。为此,全面系统阐述了四川盆地深层—超深层油气钻井提速面临的关键技术挑战,以全井钻柱动力学理论为基础,综述了四川盆地深层—超深层天然气钻井提速关键技术进展,并针对特深层油气资源的安全高效勘探提出了应对策略。研究结果表明:①全井钻柱动力学评价与主被动减振技术融合,实现了振动与疲劳的协同控制,显著提升了钻具安全性;②通过钻具组合结构创新、垂直钻井调控与动力学仿真,缓解了高陡构造条件下防斜与提速的协同矛盾;③以定制化钻头和提速工具为核心,促进了岩石临界破碎能量的高效转化,提升了钻头破岩效率。结论认为,该技术体系不仅为四川盆地超深层油气资源的低成本高效钻探提供了理论依据与关键技术支撑,也为全球类似地质条件下的超深层油气钻井提供了可借鉴的技术路径,对推动中国深层—超深层油气资源规模效益开发、保障国家能源安全具有重要意义。

用于CO2捕集转化的金属有机框架及其衍生材料专利状况分析

摘要:在CO2捕集与转化技术领域,金属有机框架材料凭借其结构和功能的可调性、高孔隙率等优势而成为备受青睐的吸附剂和催化剂。关于金属有机框架及其衍生材料形成了研究热点,相关技术的全球专利申请数量也在持续增长。通过分析专利数据可以发现,中国在该领域的专利申请数量位居世界第一,是主要的创新来源国。在全球专利申请量排名前10 的申请人中,有7 家来自中国。然而,值得注意的是,国内申请人主要是高校和科研机构,从事产业化的企业在专利布局方面显得较为薄弱。此外,在专利价值评估和高被引专利数量上,我国与国外机构相比仍存在一定的差距。因此,建议我国的创新主体进一步挖掘核心技术,提高专利管理能力,以培育出更多具有市场竞争力的高质量专利。同时,企业应当加强与高校、科研机构的合作创新,促进产学研用相结合的创新生态系统的构建。

人工智能技术在油气开发压裂场景中的应用

摘要:压裂作为一项重要增产措施被广泛应用。人工智能技术能有效解决传统压裂技术所带来的风险,实现复杂储层条件下的精准参数优化,显著提升油气采收率和作业安全性。经济可采储量(EUR)是表述油气藏开发价值的重要指标,也是压裂施工参数设定的重要依据。由于页岩气流动机理复杂,传统估算存在较大的不确定性。为更精确地表征单井产量潜力并服务于压裂施工参数优化,提出“折算千米水平段经济可采储量”(“千米EUR”)作为统一指标,构建压前优化与逆向参数设计方法,建立地质与工程一体化特征体系,采用多元线性回归算法筛选影响千米EUR 的主控因子,基于极限梯度提升算法构建千米EUR 高精度预测模型,在工程约束下,采用随机森林算法对簇间距、排量、用液强度、加砂强度等关键参数进行反向推荐,形成“筛因子→做预测→反推参”的闭环流程,实现压裂方案源头降风险。现场验证显示,千米EUR 整体提升10.2%~18.1%,压裂成本降低6.8%~8.5%。该方法在设计阶段即可完成参数前置约束与方案优选,有助于降低卡砂、裂缝外逸、邻井干扰等风险,兼顾产能与经济性。

稠油井下大功率加热电缆结构对传热行为影响

摘要:蒸汽辅助重力泄油(steam assisted gravity drainage,SAGD)是开发稠油油藏最有效的技术之一,井下大功率电加热技术是提高SAGD工艺技术能效的重要技术手段。为研究井下大功率加热电缆结构对传热行为的影响,基于计算流体动力学和传热学理论,建立了SAGD注采工艺井筒蒸汽循环电加热数值模型,开展了6种结构的加热电缆在不同注汽量、功率下的传热行为研究。研究结果表明:在传热过程中,随着注汽量的增加,蒸汽和电缆芯线的平均温度降低;而随着加热功率的增加,平均温度升高;对于三芯单护套、三芯双护套、单护套集成和双护套集成这4种电缆,其芯线与护套之间的平均温差为16.7 ℃,其中三芯单护套传热效果最好;而双护套空气式和单护套空气式电缆由于内部空气的低热导率限制了芯线向外界的传热,导致芯线与护套的平均温差分别达803和763℃,氧化镁作为传热介质更合适。研究结果可为稠油井下大功率加热电缆的结构选型提供理论依据。

页岩气随钻导向钻井技术发展现状与趋势

摘要:页岩气资源对保障国家能源安全及实现“双碳”目标具有战略意义,而我国页岩气储层普遍具有低孔隙度、低渗透率、非均质性强等特点,钻井过程中面临井眼轨迹控制难、储层钻遇率低等挑战。通过攻关随钻导向钻井技术,实时获取伽马、电阻率等随钻参数,快速迭代更新地质模型,动态调整井眼轨迹,大幅提高了浅层页岩气优质储层钻遇率和单井产量,形成了页岩气高效开发的核心技术。对比分析了随钻测量/井、地质导向分析决策、定向轨迹高效控制三大导向钻井核心要素的国内外技术差距,针对深层页岩气给随钻导向钻井技术带来的新挑战,明确了要进一步攻关极限测传技术、开展多学科一体化协同作业、研发高效旋转导向工具和发挥智能化大数据优势四大方向。研究结果对推动随钻导向钻井技术发展具有重要借鉴意义。

中国天然气行业“十五五”发展展望:基础、挑战和建议

摘要:天然气作为衔接传统化石能源与可再生能源的关键桥梁,其战略价值作用在“十五五”能源转型关键期愈发凸显。为此,基于“十四五”时期中国天然气行业发展成果的系统梳理,结合新时期能源转型逻辑与供需预测,系统分析了“十五五”时期天然气行业发展面临的机遇与挑战,最后提出了发展策略与对策建议。研究结果表明:①天然气将在新型能源体系中承担替代高碳化石能源、充当新能源伴侣的双重重要角色;②“十五五”期间中国天然气产量有望突破3000×108m3/a ;③中国天然气行业预计呈现供应宽松、价格下行的态势,到2030年中国天然气市场空间将达5700×108~5900×108 m3,发展空间广阔,但行业同时面临新能源替代、储气调峰能力薄弱等挑战。从天然气产业链自身完善与政策引导2 个方面提出了对策和发展建议:①夯实气源保障基础,构建多元供给体系,增强可获得性;②破解天然气管网瓶颈,打通输配“最后一公里”,确保天然气运得到;③筑牢供应安全防线,构建韧性消费生态,增强供应稳定性;④聚焦气源端降本,破解成本痛点,提高天然气使用经济性;⑤践行低碳转型使命,构建可持续发展模式,强化责任担当;⑥在完善油气矿权出让机制、强化基础设施的监管与公平开放、健全天然气价格联动机制、完善天然气发电相关政策等方面加强改革力度与政策引导。

金属氧化物光催化甲烷氧化制含氧化合物的研究进展

摘要:甲烷是一种储量丰富的化石能源, 利用甲烷作为原料实现高值化学品生产具有重要研究价值和经济意义. 然而, 传统热催化甲烷转化过程存在反应条件苛刻、能耗高、易过度氧化等严峻挑战, 极大限制了相关技术的进一步发展. 太阳能作为广泛易得、清洁绿色的可再生能源, 是甲烷增值化利用的理想驱动力. 金属氧化物半导体由于合适的能带结构、良好的结构稳定性、丰富的表面配位形式等优良特性在光催化甲烷选择性氧化领域展现出了巨大潜力. 本文综述了近年来金属氧化物光催化甲烷选择性氧化制含氧化合物的研究进展, 聚焦于光催化反应过程、甲烷活化机制、金属氧化物半导体的调变策略和反应系统设计, 并对当下亟需解决的问题进行了讨论和展望.

电催化CO2还原制甲醇及机器学习赋能

摘要:随着全球对二氧化碳排放的关注日益增加,电催化二氧化碳还原(ECO2R)制甲醇在碳达峰背景下显得尤为重要。然而现有ECO2R催化剂在活性、选择性和稳定性等方面仍存在一些挑战,限制了其实际应用,这使得开发高效催化剂成为该领域的核心研究方向。传统的催化剂设计是通过试错法进行,效率低下。因此,需要寻找新的加速催化剂开发的方法。随着AI的快速发展,机器学习逐渐成为推动催化剂研发的重要工具。本文系统综述了ECO2R制甲醇的反应机理,总结了近年来铜基、非铜基及酞菁基催化剂的最新研究进展。最后介绍了机器学习应用的基本程序,从数据收集到模型验证,并重点阐述了其在催化剂活性预测、催化剂设计及优化方面的应用。尽管机器学习在ECO2R研究取得了显著进展,但仍存在若干挑战,包括数据稀缺、模型可解释性不足以及缺乏通用预测框架等。未来研究应致力于构建高质量的催化剂数据库,提升模型的可解释性和泛化能力。本综述旨在为ECO2R制甲醇的催化剂设计提供全面的视角,并强调机器学习在推动该领域实现突破性进展中的关键作用。

高温CO2缓蚀剂的研究进展

摘要:CO2腐蚀作为油气田开采中最普遍及严重的钢材腐蚀类型之一,其破坏性不容忽视。值得注意的是,在相同pH条件下,碳酸所致的腐蚀效应竟显著超越盐酸,已成为制约油气行业进步的重要瓶颈。采用缓蚀剂控制CO2腐蚀,被视为最经济且高效的策略。随着油气田钻井作业逐渐向深井延伸,高温高压环境下的CO2腐蚀问题日益严峻。本文深入探讨了碳钢在高温CO2条件下腐蚀作用机理,综述了国内外针对高温CO2以及含S环境下缓蚀剂的最新研究进展,着重介绍了咪唑啉类、季铵盐类和天然提取物类缓蚀剂的性能特点,剖析了缓蚀机制。最后,基于现有研究成果,对高温CO2缓蚀剂的发展趋势进行了前瞻性讨论,旨在为未来研究提供理论指导和技术支持。