中国油页岩原位转化技术现状与展望

我国油页岩蕴含的油页岩油资源约为476.44亿t,规模开发将有效缓解我国油气供应的紧张局势。原位转化技术是油页岩资源开发的趋势,但因技术难度和开发成本等限制,尚未实现商业化生产。针对我国油页岩资源特点,国内高校、研究院以及企业先后研发了多种原位转化技术,其中吉林大学和吉林众诚油页岩公司在松辽盆地建设的先导试验成功从地下裂解并采出了油页岩油,在一定程度上验证了原位转化技术的可行性,但仍存在技术成熟度低、试验规模小、原位转化成本高和油气采收率低等不足。油页岩资源的原位转化在我国的能源需求与双碳目标下面临着机遇与挑战,需要在高效加热、储层改质、降本增效、低碳可持续发展等方向开展技术攻关,同时国家政策引导与产学研合作也是推进油页岩原位转化走向商业化的必要措施。

白云凹陷浅层气开采过程中储层性质的影响因素

由于深水浅部地层胶结性差、强度低,浅层气开采过程中极易出现储层失稳坍塌情况,严重制约浅层气的产能,为了深入了解浅层气开采过程中储层变化规律,开展了针对浅层气储层开采过程中的出砂模拟实验,并分析了不同黏土含量、主控开采参数和孔隙度对储层产气和产砂情况的影响。研究结果表明:压敏效应和微粒运移同时存在,近井端压敏效应造成的渗透率损伤更严重,在保证地层稳定的前提下,随着时间推移,小程度的微粒运移可使孔隙连通性增加,对稳定产气、提高渗透率有积极作用;随着气体产出,储层内水分也会被携带产出,且部分束缚水会转化为可动水,研究结果可为海域浅层气井的防砂增产提供参考。

耦合仿生孕镶金刚石钻头高效耐磨机理

将耦合仿生高效耐磨理论应用到孕镶金刚石钻头设计中,研制出耦合仿生孕镶金刚石钻头(简称耦合仿生钻头),其与普通孕镶金刚石钻头相比具有破岩速度更快、使用寿命更长等优点。从土壤动物体表非光滑高效破土和耐磨降阻特性入手,通过切削岩粉的微观分析结果和通过数值模拟有限元分析钻头在静态、动态两种作用力下与岩石接触产生的应力状态,揭示了耦合仿生钻头的排屑效果、冷却环境和岩石受力状态等方面均优越于普通金刚石钻头,具有显著的高效破岩和耐磨特性。

富油煤原位热解开发地下体系封闭方法探讨

我国富油煤资源丰富,采用地下原位热解“取油留碳”是富油煤资源绿色高效开发的主要趋势。富油煤地下原位热解开采尚处于技术研发阶段,需要围绕富油煤原位开发的关键技术开展攻关。地下体系封闭是保障富油煤原位热解开采能量高效利用和生态环保的关键技术之一,亟需研发并构建适于富油煤原位热解开发特点的地下体系封闭技术。根据目前地下体系封闭技术研究与应用现状,系统梳理总结了地下冻结、注浆帷幕、气驱止水、泡沫止水等各类地下体系封闭技术原理与优缺点,深入分析了各类技术的地层适应性。结合富油煤层埋深、层厚、区域构造等地质特点,以及热解开发工艺和规模,讨论了不同体系封闭技术在富油煤热解开发中的适用性。探讨了体系封闭技术研发的发展趋势,即创新现有技术原理、发展复合封闭技术。针对地下体系封闭技术的工程实施,围绕开发前精细设计、开发中严密监测和开发后安全恢复,提出了包括地下体系封闭设计-监测-修复和环境恢复的系统方法。通过整合富油煤原位热解、地下体系封闭、产物驱采、CO_(2)地质封存等关键技术,提出了富油煤地下原位热解开发及CO_(2)地质封存一体化技术构想,为我国富油煤地下原位热解开采技术研发与工业化应用提供参考。

国际油页岩开发技术与研究进展记第33届国际油页岩会议

笔者参加了美国科罗拉多矿业学院于2013年10月14-16日组织召开的第33届国际油页岩会议(33rd Oil Shale Symposium)。为了让国内学者了解国际油页岩开发技术与研究的进展情况,笔者选取了会上重要报告,从油页岩资源的地质调查、油页岩化学分析技术、地面干馏技术、地下原位转化技术、国际油页岩项目动态和油页岩资源开发风险评估等方面介绍了国际油页岩研究的新进展。国际上对油页岩资源的开发与利用正向着快速、经济、原位和环保的方向发展,会议上提出的油页岩光谱分析、沸腾油原位转化工艺及其先导试验区的建设、油页岩新项目的设计与发展等相关技术与理念都非常值得我国油页岩行业学习与借鉴。

新型耦合仿生孕镶金刚石石油钻头的研制

将耦合仿生理论应用到孕镶金刚石石油钻头切削齿的结构设计中,从仿生非光滑结构、材料和钻头整体结构3种主要影响因素入手,采用无压浸渍法、热压法和镶焊法等烧制方法和工艺,研制了新型三元耦合仿生孕镶金刚石石油钻头(简称仿生石油钻头),并在普光D-103井须家河组层段进行现场钻进试验。试验结果表明:仿生石油钻头与在须家河层段发挥平稳的三牙轮钻头相比,钻进速度更高、使用寿命更长、整体性能更稳定。

天然气水合物孔底冷冻取样技术及冷冻方式

针对现有天然气水合物保真取样技术的不足,提出了孔底冷冻保真取样技术.分析了孔底冷冻取样方法的几个特点,并基于干冰和液氮2种不同冷源的温压特性,分别对2种冷冻方式的天然气水合物孔底冷冻取样器进行了探讨.数值模拟了在孔深350 m处,钻取天然气水合物岩心并注入冷源后,在孔底冷冻岩心及提升岩心时岩心温度随时间变化的过程,并通过钻探取样试验获得冷冻岩心.结果表明:孔底冷冻取样方法可以实现在孔底冷冻岩心,满足天然气水合物保真取样的要求.

钻杆自动传送系统结构设计及运动学分析

结合大陆科学钻探钻机的施工要求,设计了钻杆自动传送系统,介绍了结构组成及工作原理;通过对系统模型进行运动学理论分析,得到了系统的雅克比矩阵,为系统的速度分析、运动控制等进一步研究提供了基础。利用ADAMS仿真软件对系统建立仿真模型,得到了末端机械手运动学仿真曲线,验证了设计方案的可行性。台架试验表明,该系统能够准确完成设定的动作要求,实现钻杆传送功能。

天然气水合物勘探用仿生耦合金刚石钻头的研制与应用

针对漠河冻土区天然气水合物勘探施工周期短、回次进尺低、温度要求严格等难点,为了提高勘探钻进用金刚石钻头的性能,研制了一种高效、减阻、低温仿生耦合金刚石钻头。天然气水合物MK-1井和MK-2井岩性主要为泥岩、硅质胶结的砂岩互层,可钻性为Ⅴ—Ⅶ级,据此设计了仿生耦合孕镶金刚石钻头的基体配方、烧结工艺、耦元参数、金刚石参数及钻头结构。野外试验结果表明:仿生耦合金刚石钻头在钻速提高37.3%的前提下,寿命比常规钻头提高53.7%。

桦甸油页岩有氧热解反应及其产物分布

利用X射线衍射、热重分析、红外光谱、元素分析、四组分和气相色谱等手段研究热解气氛和温度对固体残渣和页岩油气的产率及组成的影响。结果表明有氧气氛中油页岩能够在较低的外部温度下发生热解,空气气氛中350℃时的页岩油产率可达到Fisher含油率的51%,为氮气气氛下的3.5倍,且提高了页岩油品质量;气氛和温度是油页岩热解的关键影响因素,有氧气氛在油页岩的开发利用中潜力巨大。

岩土钻掘工程应用的又一新领域——地源热泵技术

分析了地源热泵技术的发展历史以及应用现状 ,阐述了地源热泵系统的工作原理及工作过程 ,详细地对其地下热交换器进行了研究 ,并结合工程实例分析了开式、闭式循环的应用情况 ,并对它的发展前景进行了展望 ,分析了目前面临的技术难题 ,指出它将成为岩土钻掘工程的又一个新的应用领域。

中国地源热泵技术应用及进展

地源热泵技术在中国应用时间不长,但推广应用速度非常快,几乎以每年20%以上的速度增长,尤其在上海世博场馆中大面积推广,取得了很好的节能效果。随着该技术的推广应用和深入研究,我国已掌握了地源热泵的全套技术,并在浅层地热能勘查评价规范、钻孔热反应测试技术、高效地下热交换井以及太阳能与地源热泵技术的联合应用等方面都取得了一些新进展,这些成果的取得将为实现我国2050年的节能减排目标提供技术保障。

BWZ-1100/50型水泵泡沫增压装置及其在深孔基岩水井钻探中的应用研究

介绍了BWZ - 110 0 / 5 0型水泵泡沫增压装置及其在 70 0m深孔基岩水井钻探中进行泡沫钻进和洗井的应用 ,取得了最大增压值 6.0MPa,泡沫钻进时效比泥浆钻进时效提高近 3倍 ,且大幅度减少洗井时间的显著效果。

地层热物性原位测试方法及仪器

地层热物性参数是影响地源热泵地下热交换管长度的主要因素,对于大型的垂直埋管热泵系统,需进行现场地层热物性原位测试,可以得到较准的钻孔的地层平均导热系数和钻孔的热阻。BTR-4000型地层热物性原位测试仪为准确设计地源热泵地下埋管长度提供了一种手段,经测试应用,对于垂直埋管地下换热器而言,圆柱源模型比线热源模型的分析解更具有清晰的物理意义和更高的模拟精度。

试论新技术革命下的科学钻探

科学钻探是一项技术含量高的高科技科学工程，也是一项庞大而又复杂的系统工程，它的实施离不开新技术革命，新技术革命是科学钻探的技术基础，随着新技术革命的不断发展，必将促使科学钻探向更快更好更深的方向前进。

钻探的智能助手——专家系统

本文从人工智能（AI）的诞生引出专家系统，从专家系统的发展历史、体系结构建立过程、设计原理、所用语言以及开发工具几方面较系统全面地概述了什么是专家系统，还介绍和分析了美国已研究成的一个钻进专家系统（SECOFOR），最后，指出具有中国特色的钻进专家系统的建成，一定会在中国的钻进史上写下光辉的一页。

冲击钻进用金刚石复合材料

对单晶金刚石进行了抗动载试验研究，分析了影响其抗冲击能力的因素，介绍了适用于液动冲击器和风动潜孔锤钻进的两种含金刚石复合材料。

仿生非光滑理论在钻井工程中的应用与前景

仿生学是一门可与很多学科交叉的边缘性学科,同样与钻井工程技术的融合也将产生创新性成果。在分析仿生非光滑表面减阻、防黏和耐磨特性的基础上,将该理论引入到钻头设计中,研制仿生金刚石钻头。以蜣螂为仿生原形,设计孕镶金刚石钻头的工作层,使工作层底唇面始终具有相同的非光滑形态,始终保持高钻速和长寿命,突显出仿生金刚石钻头的高效率、耐磨和减阻特点。试验结果表明,仿生钻头较普通钻头钻速提高44%、使用寿命增加74%。此外,仿生非光滑表面结构所具有的各种特性可用于改善钻井工程中相对运动的摩擦或滑动部件的使用寿命和工作环境,如可提高钻头、钻杆接头、泥浆泵活塞和缸套的耐磨性,解决钻头泥包问题,减少螺旋钻具和冲击挤密矛头阻力等,应用前景广阔。

仿生耦合聚晶金刚石复合片钻头

基于仿生耦合理论设计了仿生耦合聚晶金刚石复合片(PDC),通过摩擦磨损实验研究其性能,制备出仿生耦合PDC钻头并将其用于现场试验。以自然界生物(竹子、人类牙齿、贝壳、树木年轮、蝼蛄等)为仿生原型,从聚晶金刚石和硬质合金材料、聚晶金刚石-硬质合金交接面结构及聚晶金刚石表面非光滑形态3方面入手设计仿生耦合PDC,并开展室内摩擦磨损实验。结果表明:与同尺寸的常规PDC相比,仿生耦合PDC磨耗比提高约18.4%,磨损砂轮速度提高约1.67倍,耐磨性和切削效率都显著提高。现场钻井试验中,根据地层情况和井身结构设计制备了仿生耦合PDC钻头,并与邻井同层常规PDC钻头进行了对比。结果表明:仿生耦合PDC钻头的机械钻速约为常规PDC钻头的2.5倍,可大幅缩短钻井周期、节约钻井成本,经济效益显著。

仿生耦合孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析

为了提高孕镶金刚石钻头的时效和寿命,将仿生耦合理论引入钻头设计中,并加工仿生耦合孕镶金刚石钻头。对仿生耦合钻头的碎岩机理进行阐述,并对岩粉进行对比分析。研究结果表明:与普通孕镶金刚石钻头相比,其机械钻速提高42.7%,寿命提高73.8%;仿生耦合钻头底唇面上的比压增加有利于钻头的自锐,也有利于岩石表面微裂纹的扩展,增加岩石的润湿层;非光滑表面的存在能产生微型流场,改善金刚石的冷却条件;仿生耦合钻头碎岩产生的岩粉颗粒直径远大于普通孕镶金刚石钻头产生的岩粉颗粒直径。