超临界CO2压裂技术现状与展望

以水基压裂液开发非常规油气过程中所面临的问题为背景，总结了超临界CO₂压裂技术的独特优势、技术特点、工艺流程及其作业机制。全面分析了超临界CO₂压裂技术的起源、超临界CO₂压裂岩石起裂机制、缝内携砂规律、井筒流动与控制、压裂设备及现场试验等研究发展现状，得到了当前阻碍该技术工业化应用的关键问题，并给出了相应对策。针对超临界CO₂压裂岩石起裂机制的研究多为现象性描述，未来应重视理论分析与模拟实验相结合，给出定量评价方法；超临界CO₂缝内携砂能力的研究除了加强增黏剂方向的攻关力度外，研发纳米纤维实现物理增黏、开发新型低密度支撑剂、提高施工设备技术参数等也是有益的工作。未来超临界CO₂压裂技术将逐渐由直井单层压裂向水平井多级压裂发展并与连续油管拖动压裂相结合，逐渐满足页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气的规模化开发需求。     

超临界二氧化碳射流中的颗粒跟随及影响因素

超临界二氧化碳射流具有破岩速度高、门限压力低等优势,加入磨料颗粒形成超临界二氧化碳磨料射流,将取得更高的冲蚀切割效率。为研究超临界二氧化碳磨料射流可行性,采用数值模拟方法,对比分析了单个颗粒在超临界二氧化碳等流体射流中的运动特征,揭示了流体温度、磨料粒径对颗粒跟随运动的影响规律。结果表明,与相同条件下在水与压裂液射流中相比,磨料颗粒在超临界二氧化碳射流中运动规律相似,但初始滑脱速度较大、跟随能力较弱,获得的喷射速度与撞击靶件壁面速度较高,表明超临界二氧化碳具有良好的颗粒携带能力;流体温度升高、磨料粒径增大均会使颗粒滑脱速度增大、削弱跟随运动效率,但同时也降低了喷嘴外流场中颗粒所受运动阻力,显著提高了喷射速度与撞击壁面速度。由此可知,对于石英、陶粒等常用磨料材质,在常规储层温度(60~140℃)与粒径范围(20~70目)内,超临界二氧化碳磨料射流可有效形成并进行高效冲蚀切割作业。     

水平井防砂管内旋转射流冲砂解堵机理与试验

随着水平井数量的增加，对水平井段防砂管进行高效的冲砂解堵日益重要。论述了一种旋转射流水平井段防砂管冲砂解堵技术。作业时用油管下入该井下装置，利用作业机带动油管上下移动，由于喷头可按照既定速度旋转，返回流体在水平段由常规的平稳轴向流动变为旋转流动，既可实现对防砂管的全方位解堵，又能避免砂粒沉积；高效喷嘴产生的射流直接对着防砂管冲击，能量集中；工作介质为清水（或注气水），不会对地层带来二次污染。现场应用了4口井，成功率100％，具有良好的经济和社会效益。     

超临界二氧化碳喷射压裂井筒流体相态控制

为了探索超临界CO2喷射压裂的井筒流体相态控制方法,建立了超临界CO2喷射压裂井筒流动模型,进行了实例计算和分析,并以异常低地温梯度的地层为例研究井筒流体的相态控制问题。结果表明:超临界CO2喷射压裂过程中,随着井深增加,井筒压力逐渐增高,井筒温度先增高后在接近压裂层位处开始降低;井筒压力很容易达到CO2流体的临界压力,井筒温度的控制是超临界CO2喷射压裂相态控制的关键;如果地温梯度过低,压裂层位井筒中的CO2流体将达不到临界温度,影响超临界CO2喷射压裂作业的正常进行,此时提高注入CO2流体的温度,可有效促进压裂层位的CO2成为超临界态。该研究可为超临界CO2喷射压裂技术的流体相态控制提供一定的借鉴。     

不同偏心度的环空涡动流场特性

为了深入研究环空涡动时的流场特性,根据流体力学理论,以连续性方程和N-S 方程为控制方程,利用计算流体力学技术对钻柱涡动时环空赫巴流体的流动进行了系统的数值模拟,研究了不同公转方向下钻柱偏心度的变化对环空切向速度剖面与合速度剖面的影响。通过对模拟数据的对比分析,发现不同公转方向下环空流场分布截然不同,正向公转时切向速度在环空宽间隙处随着公转速度、自转速度和偏心度增大正向增大;反向公转时会出现二次流,切向速度在环空宽间隙处随偏心度的减小整体反向减小,同时二次流趋势越明显,摩阻压耗越大。合理应用这些规律有助于完善现有钻井水力学理论,更好地揭示井下环空流场特性,并为钻井水力参数优化设计提供有效的理论指导。     

超临界CO2压裂技术现状与展望

以水基压裂液开发非常规油气过程中所面临的问题为背景，总结了超临界CO₂压裂技术的独特优势、技术特点、工艺流程及其作业机制。全面分析了超临界CO₂压裂技术的起源、超临界CO₂压裂岩石起裂机制、缝内携砂规律、井筒流动与控制、压裂设备及现场试验等研究发展现状，得到了当前阻碍该技术工业化应用的关键问题，并给出了相应对策。针对超临界CO₂压裂岩石起裂机制的研究多为现象性描述，未来应重视理论分析与模拟实验相结合，给出定量评价方法；超临界CO₂缝内携砂能力的研究除了加强增黏剂方向的攻关力度外，研发纳米纤维实现物理增黏、开发新型低密度支撑剂、提高施工设备技术参数等也是有益的工作。未来超临界CO₂压裂技术将逐渐由直井单层压裂向水平井多级压裂发展并与连续油管拖动压裂相结合，逐渐满足页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气的规模化开发需求。     

超临界流体侵入井筒多相流动规律研究

在综合应用井筒两相流压降和传热模型的基础上,对超临界二氧化碳和超临界硫化氢分别侵入井筒后井筒多相流规律进行研究。考虑了钻井液和侵入流体的基本物性参数与井筒温度压力的耦合作用,通过数值方法计算全井筒温度压力等,并与甲烷侵入环空进行对比分析。结果表明,超临界二氧化碳和硫化氢在井筒温压条件下,发生相变的路径和次数不同。传热作用后井筒实际温度与原始地温相差较大,而甲烷在全井筒密度相对变化平缓,预警时间长,井控相对较易。硫化氢和二氧化碳早期侵入密度变化较小,不易被发现,在近井口处变为气体,体积膨胀比甲烷剧烈,更危险,井控困难。硫化氢与二氧化碳相比,相变点位置距井口更近,更加危险。     

智能变电站过程层网络关键对象建模与仿真

为满足智能变电站过程层网络及自动化应用系统的性能分析需求,提出了基于OPNET（optimized network engineering tools）的变电站过程层网络建模与仿真方法。基于变电站自动化系统应用需求,分析了实体设备、IEC 61850标准、调度策略和组网结构的建模要求,研究了变电站过程层网络关键对象的建模方法。结合220 kV典型变电站,构建了完整的变电站过程层网络性能分析模型,分析了正常运行和故障运行状态下的网络性能,为开展智能变电站过程层网络及其自动化系统的性能分析提供了研究工具。     

一种高速、高精度跟踪／保持电路的设计

设计了一种用于14位80MSPS流水线型模数转换器（ADC）的跟踪／保持（T／H）电路。该电路采用全差分结构、互补双极工艺。采用钳位电路提高跟踪／保持电路的线性度,在保持电容之前增加带宽限制电阻来提高跟踪／保持电路的信噪比。在5V单电源供电情况下,基于Zarlink0．6um互补双极工艺模型,对电路进行了仿真。仿真结果显示,在输入信号为39．9609MHz、80MHz采样频率下,无杂散动态范围（SFDR）为92．81dB、功耗32mW。     

基于云平台的多电网调峰调度自动控制系统设计

传统电网控制系统存在调度运行模式稳定性较差、调峰控制数据循环时间过长等弊端。为解决上述问题，设计基于云平台的新型多电网调峰调度自动控制系统。在云平台控制框架结构中，协调多电网自动调度模块、调峰执行单元间的平衡关系，完成新型系统的硬件运行环境搭建。在此基础上，通过组态端结构分解的方式，完善PLC调峰指令的存在形式，并根据多电网控制指令的流通周期，完善数据的循环运行流程，完成系统的软件运行环境搭建，实现基于云平台多电网调峰调度自动控制系统的顺利运行。模拟对比实验结果显示，与传统电网控制系统相比，应用新型系统后，调度运行模式稳定性差、调峰控制数据循环时间长的现象得到明显缓解。