石油学报杂志

石油学报杂志2024年第10期

• 新质生产力赋能新型储能技术及其商业模式

  邹才能, 李士祥, 刘辰光, 王俪颖

  摘要： 新型储能技术是构建以新能源为主体的新型电力系统和新型能源体系的关键支撑技术,在全球气候变化与碳中和背景下被赋予了新的地位,是丰富和发展新质生产力的新动能。储能技术为新能源消纳和大比例并网提供了稳定支撑,是能源的“粮仓”,是能源的“银行”,是新能源的“解药”,是新型能源体系中不可或缺的成员,发展新型储能技术是中国实现“碳达峰、碳中和”(“双碳”)目标和推进能源变革的必由之路。新质生产力下的能源转型,碳基传统能源向零碳基新能源转型是必然选择,新型储能技术支撑下的新能源肩负着能源转型、能源安全和能源独立的新使命。新型储能技术正在不断发展,技术路线百花齐放、各有千秋,应用场景多样,需求多元,技术链和产业链蓬勃发展,装机规模增长迅速,市场机制、商业模式以及标准体系日趋完善。新型储能技术包括电化学储能、机械储能、电磁储能、热储能和氢储能等。不同储能技术的原理、典型储能场景、市场需求和建设成本等存在较大差异。目前,锂离子电池储能占据绝对主导地位,其他储能技术多元化发展,应用逐渐增多。2017年以来,新型储能保持快速增长态势,年增长率超过50 %;2023年底,新型储能的累计装机规模突破35 GW,占比为40.6 % 。按照国家新型储能发展指导意见和实施方案,到2030年中国将部署约177 GW的新型储能系统,2024—2030年新增新型储能装机规模的年均增长率将超过30 %,新型储能技术及体系达到成熟水平。新型储能在“源、网、荷”侧均存在灵活多样的商业模式和成本回收机制,可以独立主体身份参与市场化交易,也可在电力交易系统中与传统主体联合,共同参与市场交易。目前,新型储能技术正处于从商业化初期向规模化发展的阶段,在技术层面和经济层面上均面临挑战:① 以锂离子电池为代表的电化学储能无法完全避免起火爆炸的风险,其使用寿命、能量密度和成本需要进一步优化;② 运维管控无法满足新能源发电的特殊生产要求;③储能初期投资较高,盈利模式尚在探索,长远、可持续、健康发展需要进一步的政策支持。新型储能正朝着技术多元化、全流程安全、智慧调控等方向发展,将重点解决高安全、低成本、长寿命、高效率、大容量、高集成、智能化等关键问题。未来新型储能的商业模式将与电力市场改革进程深度绑定,将逐步向共享储能和独立储能模式发展。适应不同应用场景与需求的多类型储能技术通过有机结合所形成的集成混合储能系统,综合了多种储能技术的优势,通过引入云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链和边缘计算等先进数字科学技术,助力新型储能与“源、网、荷”智慧融合发展,能够提供更加灵活、高效和经济的能源存储解决方案,提高新型电力系统和新型能源体系的系统安全性,是新质生产力赋能下新型储能技术发展的方向,对推动中国能源高质量转型发展和实现“双碳”目标具有重要的意义。

• 松辽盆地古龙凹陷青山口组页岩的岩浆热液作用证据

  何文渊, 白雪峰, 王瑞, 钟建华, 孙宁亮

  摘要： 为解释古龙凹陷青山口组在浅埋深(2 000~2 600 m)条件下轻质油的形成机理,通过背散射图像、能谱、稀土元素、碳-氧同位素和流体包裹体分析,以及岩心和岩石薄片观察,发现了古龙凹陷青山口组页岩油普遍遭受岩浆热液作用的证据,并对其进行了分析。岩浆热液作用的证据主要包括:① 页岩油储层中发现了与岩浆热液作用相关的黄铜矿、自然铜、闪锌矿及二硫化锌矿、辉银矿及硫化银矿、Fe-Cr-Ni-Ti及Ni-Fe-Mo合金、重晶石、氟磷灰石和氧化钛矿物等;② 在样品渗出油中检测到铌、钽、钨和汞等高温岩浆热液元素;③ 在遭受岩浆热液蚀变作用的岩心中,方解石脉中盐水包裹体高温段的均一温度为130.0~166.8 ℃,高于非热液蚀变岩心中方解石脉的正常温度(30~58 ℃);④ 碳-氧同位素及稀土元素分析均反映古龙凹陷青山口组页岩经受了岩浆热液作用;⑤ 在齐家—古龙凹陷北部的金X井和中部的英页Y井,岩心中均发现大量岩浆热液作用证据,包括“玻璃”、球粒、角岩、气孔和杏仁等构造。从区域上讲,古龙凹陷深部存在一个磁性异常、重力异 常和电性异常带,地震剖面也揭示古龙凹陷基底存在大面积连片岩浆热液带,其下正好有一个地垒,其两侧的正断层为岩浆热液上侵到青山口组页岩创造了条件。金X井钻遇岩墙状侵入体,岩心内发育强烈的岩浆热液蚀变现象。岩浆热液作用证据的发现对于研究古龙凹陷青山口组页岩的储集空间及页岩油的分布具有重要意义。

• 库车坳陷博孜—大北地区油气充注期次、成熟度及其对构造圈闭形成时序的指示

  杨海军, 石万忠, 杜浩, 史玲玲, 王祥, 董国宁, 莫涛, 左廷娜, 徐立涛, 姜潇俊

  摘要： 塔里木盆地库车坳陷博孜—大北地区是近年来深层—超深层油气勘探的主战场之一,具有构造变形强、断裂体系复杂、构造圈闭密集排布的特征。目前的勘探结果显示,研究区不同圈闭内的油气相态、成熟度存在明显差异,并在平面上呈现明显的递变规律,但其成因机制尚不明确。此外,研究区还存在油气充注期次不明、构造圈闭的演化时序不清的问题。基于流体包裹体技术、埋藏史-热演化史模拟、三维地震资料解释和油气碳同位素测试结果,分析了研究区巴什基奇克组的油气充注期次及其对构造圈闭形成时序的指示。研究结果表明:①巴什基奇克组的流体包裹体主要为烃包裹体所伴生的盐水包裹体,发育少量气液两相包裹体和气态烃包裹体,主要赋存在石英颗粒或石英的愈合裂隙中;②研究区整体存在3期油气充注,博孜地区的油气充注以第1期和第3期为特征,而大北地区的油气充注以第2期和第3期为特征且整体晚于博孜地区;③ 结合油气充注期次、成熟度及气油比分析认为,大北地区可在其后缘(北部)优先形成圈闭,并逐渐向前缘(南部)扩展,而博孜地区由于受温宿古隆起遮挡,会优先在其南缘和北缘形成圈闭,进而向中部逐渐扩展。

• 微波辐射加热对页岩有机质生烃和化学结构的影响机制——与常规加热的对比

  王民, 张宇辰, 邓仔晓, 潘宝昕, 李明, 吴艳

  摘要： 原位加热技术被认为是解决中—低成熟页岩油开发最有效的手段,其中,微波辐射加热相比于常规加热由于具有加热效率高、原油品质好等优点而备受关注。为了进一步明确微波辐射加热对页岩有机质生烃和化学结构的影响,以及微波辐射加热与常规加热的差异,基于自主研发的MPS-1型页岩微波热解仪,结合岩石热解、总有机碳、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱实验和生烃动力学等实验和技术手段,通过对松辽盆地青山口组一段(青一段)富有机质泥页岩开展微波辐射加热,同时结合常规加热进行对比,揭示泥页岩在2种加热条件下的生烃产率、产物特征以及化学结构的演化特征。研究结果表明:微波辐射加热能够有效降低反应的活化能,促进干酪根热解生烃过程中的一系列化学反应,如甲基侧链和C—C桥键断裂、硫醇基裂解等,使页岩有机质可以更早地裂解生成长链烷烃和小分子烃类化合物。相比于常规加热,页岩样品在经相同温度的微波辐射加热后能够生成更多的油气,加热的效率更高,页岩有机质的裂解生烃更加彻底,生烃转化率更高,干酪根的脂肪族含量更少,芳构化程度更大。微波辐射加热促进了干酪根脂肪链的断键分解、羧酸结构脱除、长链烷烃分解等反应,促使干酪根在裂解阶段生成了更多的长链烷烃,重质组分在裂解阶段生成了更多的小分子烷烃,尤其是甲烷。此外,微波辐射加热能够促进链烷烃的脱氢以及硫醇基分解反应,促使页岩气体组分中产生更多的烯烃类气体和H2S。

• 天文旋回理论在页岩油气储层沉积演化及甜点预测中的应用

  张建国, 钟骑, 王风华, 王思琦, 姜在兴, 李军亮, 张鹏飞, 吴嘉彬, 鲜本忠, 黄晖, 谭滨田, 贾若

  摘要： 随着页岩油气勘探开发蓬勃发展,天文旋回理论在页岩油气储层预测中受到广泛关注。由于深水泥页岩对测井/录井、地震响应极不敏感,限制了传统方法在泥页岩岩相演化及甜点预测中的应用,制约了深水泥页岩的地层对比及演化规律研究。从天文旋回角度开展深水泥页岩高频演化规律研究以及页岩油气甜点预测,可为解决上述勘探难题提供新视角。基于天文旋回控制下的地表万年至数十万年尺度的气候变化,分析其驱动泥页岩甜点在数米至数十米厚度变化范围内的沉积演化机理,阐述了天文旋回理论在页岩油气储层预测中的3个应用实例。① 基于深度机器学习,实现了沉积自旋回的精准识别与剔除,建立了东营凹陷始新统深湖泥页岩区精度约为1 m的天文旋回格架,发现岁差周期控制着米级富有机质含(富)灰页岩岩相旋回,长偏心率的峰值阶段对应着有利甜点段。② 天文旋回控制着沾化凹陷中始新统夹砂型页岩油储层的砂-泥一体化储层演化,长偏心率、短偏心率和岁差旋回协同控制着砂岩夹层的期次、频率以及泥页岩矿物组分和有机质含量的旋回性。研究结果可为夹砂型页岩甜点段预测提供新思路。③ 建立了湖相盆地从粗粒、细粒砂岩过渡区至泥页岩沉积区的层序-天文旋回一体化地层格架,提出粗粒、细粒砂岩岩相类型和规模的有序变化受体系域级别控制,天文旋回约束了体系域内部数米至数十米级别的岩相旋回。研究结果可助力解决水平井同时钻遇粗粒、细粒砂岩的预测难题,服 务于常规-非常规储层一体化勘探开发。随着后续页岩油气勘探开发不断深化,从天文旋回新视角分析页岩油气甜点的分布规律,将有助于提高水平井钻前的甜点层段优选精度,助力细粒沉积学和非常规油气地质学发展。

• 基于IMA-AmMLP模型的CO2驱最小混相压力预测

  骆正山, 张景奇, 骆济豪, 王小完

  摘要： 最小混相压力是衡量油藏能否达到混相驱的标准。为了对最小混相压力进行精准预测,运用改进蜉蝣算法(IMA)优化多层感知机(MLP)的预测模型。运用注意力机制实现对最小混相压力影响因素的提取;通过引入混沌Sobol序列、非线性惯性权重和反向学习的方法增强蜉蝣算法寻优能力,为多层感知机提供最优的权值和阈值,进而构建IMA-AmMLP最小混相压力预测模型;并以吉林油田实际区块为例,对使用效果进行了验证。验证结果表明,IMA-AmMLP模型的预测结果与实际值的拟合度更高,其平均绝对误差为1.036 MPa,平均绝对百分误差为0.024,均方根误差为0.835,均优于原始模型。研究结果表明,IMA-AmMLP模型能够更准确地预测最小混相压力,可以为运用CO2驱开采油藏提供参考。

• 重载冲击破岩提速机理实验

  祝效华, 刘伟吉, 石昌帅, 周伟

  摘要： 随着井深的增加,传统机械旋转破岩技术已逐渐逼近提速极限,很难再大幅提速。冲击破岩是解决深部硬地层钻头破岩效率低、机械钻速慢的最有效的机械提速方法之一。实践表明,冲击破岩可以提速35 %~135 %,但仍无法满足降本增效的需求。鉴于此,提出了重载冲击破岩理念,用以增大破岩时的机械能量密度,并通过理论分析、室内实验等系统研究了其提速机理及影响因素。研究结果表明:① 重载冲击破岩相比传统旋转切削破岩有巨大优势,重载冲击破岩机械钻速是常规破岩技术的6~8倍;② 冲击器的冲击力必须大于能够激活岩石内部微裂隙,形成裂纹萌生和联通的临界能量才能有提速效果,加大冲击器冲击力是实现深部硬地层和干热岩地层钻井提速最贴近实际的提速手段;③ 由于抗拉强度远小于抗压强度,冲击产生的压缩波在自由面反射成拉伸波,这些拉伸波叠加起来会形成很大的拉应力,最终形成拉伸破碎,在冲击破岩中,岩石破碎以拉伸破碎为主、剪切破碎为辅。

• 基于溶胀老化实验的螺杆钻具橡胶衬套性能

  王国荣, 徐简繁, 米凯夫, 胡刚, 文新铭, 刘业鹏

  摘要： 随着油气资源勘探技术的不断发展,中国油气资源逐步从浅层油气井开发迈向到深层、超深层油气井开发的阶段,螺杆钻具橡胶衬套井下高温热老化和油基钻井液溶胀问题显著,导致螺杆钻具输出性能衰减,严重影响钻进效率。因此,亟需揭示高温条件下溶胀作用对橡胶衬套性能的影响。通过开展橡胶材料高温溶胀老化实验和材料性能实验,优选出了超弹本构模型为Yeoh模型,使用不同溶胀时长的本构参数和溶胀当量温度建立有限元模型,分析了不同溶胀时长对橡胶衬套内腔变形、力学性能、密封性能、过流面积和滞后生热的影响。研究结果表明,随着溶胀时长的增加:① 内腔变形量先逐渐升高,后趋于平缓;② Von Mises应力和接触应力逐渐增大;③ 过流面积逐渐减小,并趋于平缓,在溶胀饱和状态时,过流面积降低了12.2 %;④热滞后最高温升逐渐增大。

• 中石油页岩油气工程技术现状及发展建议

  汪海阁, 乔磊, 杨雄, 车阳, 丁吉平

  摘要： 通过分析国内外页岩油气的发展现状,系统回顾了中国石油天然气集团有限公司(中石油)根据中国陆相页岩油气的地质特征,坚持问题导向,在页岩油气钻完井和压裂工程方面取得的新技术、新装备、新材料、新软件进展。通过与北美地区页岩油气总体工程技术的对比,总结了中石油页岩油气开发工程技术方面存在的问题及挑战,提出“中国版”页岩油气工程技术应聚焦于持续推进关键技术装备攻关与应用、加快新一代导向工具研发、储备研发中—低成熟度页岩油原位转化技术、大力推进数字化转型、智能化发展等方面的发展建议,不断提升工程技术水平,从而加大对页岩油气资源开发的支撑力度,保障国家能源安全。