聚能压裂开发技术理论及实践

摘要:针对目前非常规储层单井储量控制程度低、初期产量高但产量递减快等问题,梳理分段多簇压裂出现的能量分散、主缝长度和高度受限等问题,提出“聚能压裂开发”理念,并对其技术内涵、理论模型、核心技术进行系统研究,明确聚能压裂开发技术的实现路径。聚能压裂开发通过地质工程一体化设计、射孔优化设计、压裂工艺设计和排采工程控制等技术来实现,将人工裂缝从“多、短、密”变为“少、长、疏”,聚焦压裂能量,提高缝长、缝高、裂缝侧向发育宽度和支撑剂远距离输送能力,提升单井控制储量及开发效果。聚能压裂开发技术在潜山碳酸盐岩储层、浅层煤层气以及煤岩气等领域成功应用,证实聚能压裂开发技术应用前景广阔,可大幅提升单井产量和单井预测最终可采储量,推动中国低渗透及非常规等低品位资源的高效开发。

深地塔科1井万米特深井钻探关键技术进展与科学意义

摘要:为进行万米特深层地球科学探索和油气勘探,实现特深钻井工程技术的迭代升级,中国石油天然气集团有限公司2023 年在塔里木盆地部署了万米特深井深地塔科1 井。通过该井的成功钻探,地质认识方面取得突破性进展,首次获取了万米深层岩心、测井、录井、流体、温度及压力资料,认识到万米特深层仍发育有效烃源岩、碳酸盐岩储层及可动常规油气,打破了传统的油气地质理论认识,明确了塔里木盆地万米特深层油气勘探的巨大潜力并指出了有利勘探领域。工程技术方面形成了特深井复杂压力系统安全钻井、特深井复杂难钻地层优快钻井、特深井苛刻工况井筒质量控制、特深超高温复杂地层资料录取4 大关键技术体系。同时铸就了特深钻完井工程技术十大利器,顺利成功完钻了亚洲第1、全球第2 垂直深井,极大促进了对万米特深层地质条件的认识,助力中国成为具备特深井钻探核心技术的少数国家。

基于激光传感器的变形套管内部形态三维重构

摘要:页岩气套管受工程因素及地质因素的影响会发生变形。套管内部结构改变会造成流体通过能力降低、堵塞等损害,而页岩气套管直径通常在139. 7 mm左右,一般的检测设备很难进入或直接检测内部变形过程及变形后的结构。为此,在试验条件下,通过模拟套管的受力情况得到变形套管,并设计了一种基于激光测距传感器的非接触式套管内变形自动测量装置;提出了与装置配套的小尺寸套管内剖面圆周遍历检测方法,对检测得到的大量样本点进行筛选,再利用三次样条插值算法对离散数据进行平滑处理,复构出清晰、直观的套管内部三维图。研究及试验结果表明:设计的装置可实现套管内部的直接检测且方便更换激光传感器以适用于不同尺寸管道的内部检测;所绘制的三维重构图可以清晰直观地表征出变形位置的内部具体数据及形貌,并实现对套管内任意处半径的自动精准检测,其测量精度小于±0. 1 mm。所得结论可为页岩气套管的检测提供参考。

Fishbones酸液射流增产技术在碳酸盐岩储层的应用与展望

摘要:Fishbones酸液射流增产技术可以从单一井眼快速钻出多条分支井,增大油气泄油面积,提高单井产量,达到“少井多产”的目的。为全面呈现该技术的应用范围和面临的挑战,解决碳酸盐岩油气储层开采速度慢、效率低、改造难的问题,介绍了该技术在碳酸盐岩储层中应用的增产流程和工艺组件,分析了技术的主要参数和国外应用情况;阐述了酸液射流强化破岩的机理,包括酸液对碳酸盐岩的溶蚀机理、酸液射流对碳酸盐岩的破坏机理;分析了酸液质量分数、酸液成分、温度和注酸速率等对破岩效果的影响;指出了该技术的技术优势、存在问题及发展方向,即融合人工智能、大数据及数学模型构建高效、准确的产量估算算法,创立能够实时反映和预测特定储层下应用该技术后油气的增产情况的理论或数值模型,推动技术朝着智能化发展。探索Fishbones酸液射流增产技术多工艺参数协调下的综合增产效果,对推动碳酸盐岩储层的高效开发具有积极意义。

基于微芯片监测连续管气举全井筒温压的研究

摘要:针对连续管气举过程中井下温度、压力动态参数难以实时准确获取的问题,提出了一种基于微芯片胶囊的全井筒温压监测技术方案。该方案通过向连续管内投放微型传感器胶囊,利用气举流体将其输送至井底,并随返排流体在环空上浮,实现全井筒温度、压力的动态采集。为解决胶囊初始位置判定难题,设计了在胶囊外部包裹软树脂,通过泵压变化精准判断胶囊是否穿过水眼,提高了监测深度的准确性。研究结果表明:微芯片胶囊在井下高温高压环境中表现稳定,与电子压力计、温度计对比,温度监测最大误差为0. 8%,压力监测最大误差为1. 2%;通过软树脂包裹设计,可依据地面泵压变化准确识别胶囊到达水眼的时间,实现了监测深度的精确标定;该技术具备功耗低、体积小、响应快等特点,适用于连续管气举全过程动态监测。所得结论可为低渗透油气藏高效排液与储层保护提供可靠的井下数据支持。

我国连续管作业装备现状和发展趋势

摘要:针对我国连续管作业装备在超深井、复杂工况下作业能力不足、智能化水平低、关键部件依赖进口等问题,系统分析了国内连续管装备技术现状,提出了包括渐变轮廓弹性夹持块、反馈节流注入头驱动装置、电驱自动化系统、紧凑型重载底盘及管管对接工艺等关键技术方案,解决了大管径连续管作业深度受限、设备稳定性差、运输适应性不足等技术瓶颈。研究结果表明:国产连续管作业机最大作业深度提升至8 000 m,整机尺寸缩小18%,质量减轻10%,年作业量超过15 000井次,国产化率超过85%。所得结论可为我国连续管装备向万米超深、智能化、多功能集成及深水作业方向发展提供技术支撑和产业化路径参考。

在役天然气管道掺氢应力腐蚀开裂研究进展及展望

摘要:【目的】全球氢能需求正大幅增长,对氢气输送技术提出了新要求。在现有技术路径中,利用已建成的天然气管道开展掺氢输送,是一种兼具经济性与高效性的解决方案。但该输送方式也面临诸多挑战,尤其在复杂腐蚀环境中,管道易出现应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking, SCC)风险。通过研究氢-腐蚀-应力耦合作用下管道的 SCC行为,可为掺氢天然气管道的安全评估与防护提供理论依据及实践指导。【方法】阐述了应力腐蚀的阳极溶解机理(包括氧化膜开裂、滑移溶解、膜致脆断等),探讨氢致开裂机理,并分析了材料因素(元素含量、夹杂物、微观结构等)、环境因素(温度、外加电位、腐蚀介质、pH 值等)、应力因素(残余应力、膜致应力等)及气态氢对管道 SCC 行为的影响规律。【结果】氢的掺入会降低管道材料韧性,显著加剧管道 SCC 风险。材料的微观组织、加工工艺及力学性能均会影响其氢脆敏感性:含碳量增加会提升材料脆性,晶界碳化物的存在则会加速SCC进程;温度、外加电位及腐蚀介质的变化对管道 SCC 敏感性的影响无统一规律,需结合管道材料特性开展多因素耦合分析;在应力层面,残余应力与膜致应力在氢-腐蚀-应力的共同作用下,会显著促进裂纹形核与扩展,进而加速管道发生SCC。【结论】当前在掺氢天然气管道SCC风险评估与管理方面的研究存在不足,尤其在掺氢比确定、安全性评估、相关技术工艺优化等领域。未来需重点关注氢能管道输送技术的核心问题,主要包括管材相容性验证、管道寿命预测、氢能管道输送技术标准体系的建立与完善等,可为在役天然气管道掺氢输送提供更有力的保障,推动氢能大规模应用。

“双碳”驱动的地质储氢技术:潜力、瓶颈与创新

摘要:【目的】针对氢能大规模、长周期储能需求,聚焦地质储氢技术在全球能源转型背景下的技术潜力与发展路径,旨在构建覆盖技术评估、风险管控及产业化推进的全链条解决方案,为“双碳”目标下氢能产业链完善提供科学支撑。【方法】通过整合全球典型地质储氢工程数据,建立多维度技术评价指标体系,系统梳理国内外地质储氢构造空间类型,分析地质储氢技术的发展历程与现状,归纳总结当前地质储氢技术的潜力与瓶颈,并展望未来地质储氢技术的重点发展方向。【结果】①地质储氢技术在氢能产业链中具有显著的协同效应,能够有效平衡氢能供需波动,降低跨区域调配成本,并适配交通、工业、发电等多场景需求;②地质储氢在需求端、资源端、经济端及安全端都展现出极大潜力,有望实现大规模地质储氢;③地质储氢面临地质完整性评价、井筒完整性检测与评价、氢与储层介质化学反应、储氢库地面注采技术、储氢库安全监测体系、储氢库长期稳定性评估等多种技术挑战,应加快相关理论技术攻关。【结论】未来地质储氢可从技术创新、管理创新、商业模式及政策保障方面协同推进:①聚焦储层地质与工程体系优化,研发基于多物理场融合的井筒智能监测技术,建立数字孪生储气库系统以实现全生命周期预测预警;②促进氢能产业链上下游协同,构建标准化战略体系,制定分级标准与全生命周期质量控制规范,形成可复制推广的技术方案;③探索“氢储能收益权质押+区块链溯源”的金融创新,设计绿氢供应与储氢服务捆绑的一体化方案及“风光发电+地质储氢+调峰供电”的能源套餐;④构建技术创新支持体系,加速地质储氢设施及氢气管网建设,为氢能产业规模化发展奠定基础。

掺氢天然气中氢气分离纯化技术的研究进展

摘要:【目的】掺氢天然气运输是规模化输氢的路径之一,氢气的分离纯化则直接关系到终端用氢品质与经济效益。由于掺氢天然气氢含量低、组分复杂、压力范围广以及对分离后氢气与天然气的质量要求等,传统分离纯化技术面临分离效率低、能耗高、适应性不足等挑战。【方法】通过文献调研,系统综述了掺氢天然气氢气分离纯化技术研究进展,总结了掺氢天然气的特性与分离纯化要求,分析了变压吸附、膜分离、电化学氢泵及集成技术的发展情况和特点,并就实际应用的关键研究方向进行了展望。【结果】在经济效益的约束下,变压吸附面临性能不足与天然气再压缩问题,需开发高效低成本的吸附剂和优化工艺,探索氢气直接吸附与吸附热利用路径;膜分离技术工艺简单、回收率高、扩展性强,其性能、寿命及成本的改善将有力促进掺氢天然气氢气分离纯化的应用,应重点关注预处理方向的材料与装备开发,通过材料改性、支撑加工等方法提高分离效率与稳定性,加速规模化应用;电化学氢泵凭借高效、同步压缩等优势展现了集成潜力,但存在能耗成本高、水热管理难、杂质中毒等问题,未来需提高质子膜导电率与抗杂质渗透性,开发耐毒催化剂,优化流场与水热调控策略,进一步降低设备成本;集成技术兼顾纯度、回收率和成本,与掺氢天然气氢气分离纯化最为匹配,需继续优化多场景工艺流程,研究杂质协同处理方法并拓展新型集成工艺。【结论】目前掺氢天然气中氢气分离纯化技术的研究多集中于理论研究与实验阶段,需要尽快在天然气掺氢平台或项目上开展实际测试,结合真实场景推动工艺优化与装备开发,提高技术经济性、成熟度及适应性,助力氢能规模化应用。

中深层地热井保温管技术研究进展

摘要:中深层地热作为清洁、稳定的可再生能源,其开发力度逐渐加大,而井下保温管技术作为影响地热能开采效率与系统经济性的核心环节,近年来成为行业研究热点。为此,通过实际应用案例,重点从保温管材料技术创新、结构优化设计、性能测试方面展开论述。聚氨酯复合保温材料、纳米气凝胶绝热材料通过降低导热系数与提升耐温耐压性能,有效解决了传统材料在深井高温环境下的保温失效问题。在结构设计方面,双层真空隔热管与非金属复合管成为主流方向,前者具备低导热系数,后者则在轻量化与耐腐蚀性方面表现突出。在性能检测方面,实验室数值模拟与现场试验相结合的评价体系逐渐成熟,总体上正朝着高精度、高分辨率、实时在线、多参数协同检测方向发展。随着对深部地热能开发需求的不断增加,真空纳米保温管因其优异的保温性能成为当前研究的重点,今后需进一步提高真空度的保持时间和稳定性,以及降低纳米保温材料的成本。当前中深层地热井保温管技术已进入“材料-结构-检测”协同发展的关键阶段,仍面临材料老化、界面开裂、成本高昂等挑战。未来研究将围绕“性能升级-工艺简化-成本降低”三大目标展开,聚焦材料性能优化、结构一体化设计及规模化生产,进一步降低成本。