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天然气工业
四川石油管理局 中国石油西南油气田公司 中国石油川庆钻探工程公司
天然气工业

四川石油管理局 中国石油西南油气田公司 中国石油川庆钻探工程公司

冉隆辉

月刊

1000-0976

jwq@trqgy.cn

028-86011178 86012712 86012718

610051

成都市府青路一段3号

天然气工业/Journal Natural Gas IndustryCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊于1981年创刊，是中国惟一全面报道天然气工业的综合性科技期刊。伴随国家改革开放急促的脚步诞生。二十四年，一批批老编辑默默耕耘在天然气事业这片热土上,洒下了滴滴汗水，皓首回望，留下深深的眷恋和殷殷嘱托；如今，新一代编辑正焕发热情和活力，呵护着杂志的成长，他们与时俱进，跨步前行。与此同时，还有强大的后盾——编委会，源源不断地给予鞭策和激励着，一批院士、教授、专家为杂志的发展献计献策，作出了重要的贡献。《天然气工业》面向中国天然气生产和使用领域各研究、设计、生产、管理部门的高中级科研人员、工程技术人员和经营管理人员以及与天然气工业相关的产业界的科技、经营管理人员。重点反映天然气工业在勘探、开发、钻采、储运、处理加工方面的科学研究、工业生产和技术应用成果。
正式出版
收录年代

    喷淋作用下的深水测试放喷热辐射规律及关键参数

    孙巧雷刘语维张崇夏乐...
    111-121页
    查看更多>>摘要：在深水天然气测试过程中,多相混合物会通过地面流程分离、泄压、加热后通过燃烧臂放喷燃烧,现场一般采用喷淋的方式来降低热辐射的影响.为了降低深水放喷测试作业时平台及燃烧臂的热辐射风险隐患,首先采用Thornton模型研究了火焰表面辐射能量、视角系数以及水幕透射率等参数,构建了喷淋作用下放喷火焰的热辐射通量计算模型,并结合现场燃烧放喷下的仿真模型,应用有限元软件分析了放喷喷淋影响下的火焰温度和辐射量变化规律.研究结果表明:①喷淋形成的水幕使靠近平台区域的温度和辐射量明显降低,放喷管道附近的辐射量由 2 050 W/m2 减小到了 1 840 W/m2;②在单个水幕的作用下,水幕吸收了一定的热辐射量,水幕温度从 11.85℃上升到约 26.85℃;③由于平台附近的空气中CO2 和H2O含量较低,空气的热辐射吸收系数较小,温度主要受到热对流的影响,空气温度基本保持在 26.85～36.15℃之间;④不同放喷管径和产量变化下平台附近区域的温度和辐射量变化趋势基本一致,管径减小使得辐射峰值增大.结论认为,该研究成果进一步明确了深水测试放喷不同工况下的热辐射分布,为深水地面放喷热辐射设计分析及安全控制提供了技术支撑.

    深水测试放喷燃烧嘴喷淋作用辐射温度辐射量辐射分布燃烧

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    基于紧密堆积理论的深水低密度三元固相水泥浆体系

    郑少军谷怀蒙刘天乐陈宇...
    122-131页
    查看更多>>摘要：深水浅表层固井作业过程中由于海底低温导致水泥环早期力学强度发展缓慢、内部密实度不高,易引发水气窜流,进而导致固井质量低劣甚至密封失效等复杂情况.为此,采用分形特征方程对G级油井水泥、纳米CaCO3(NC)和漂珠(CS)进行紧密堆积,然后结合室内实验评价,优选出了一套密度为 1.50 g/cm3 的具有低温早强性能的三元固相水泥浆体系,并利用抗压强度测试、XCT、SEM等方法对紧密堆积体系的增强机理进行了表征和分析.研究结果表明:①三元紧密堆积体系早期力学强度发展快速,在 10℃的低温条件下,24 h抗压强度可达 3.5 MPa以上;②相比于相同密度的NC二元体系和CS二元体系,孔隙率降低了19.10%～33.05%,抗压强度提高了 7.0%～21.1%;③NC可以为水泥水化提供成核位点、填充细化孔隙,CS可以部分替代水而提高体系致密性,在两种材料的协同作用和紧密堆积效应下可实现早期力学强度的快速发展.结论认为,三元固相级配水泥浆体系利用紧密堆积理论发挥了 3 种材料的各自优势,进而实现了早期力学强度的快速发展,对于深水井表层套管固井作业防止水气窜流具有很好的理论指导意义和应用推广价值.

    深水低温低密度固井水泥浆分形理论抗压强度

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    基于压力—速度解耦的深水井筒多相流高精度数值模拟新算法

    娄文强王志远孙大林张剑波...
    132-144页
    查看更多>>摘要：深水钻完井过程中,受海水及海底地质条件复杂影响,井筒压力控制精度要求高、控制难度大.高精度、高稳定性的深水井筒多相流动模拟器成为解决井筒压力精细化控制的关键.为解决深水井筒高动态流动系统的预测难题,针对深水井筒多相流动漂移流模型,将对流迎风分裂方法(AUSMV)的通量分裂方法与交错网格技术进行融合,优化了压力—密度解耦的高刚度问题,形成了压力—速度解耦的数值算法,并利用二阶优化守恒律的单调迎风—中心方案(OMUSCL2)空间重构+两步龙格库塔时间重构技术提升了数值算法的精度,最后建立了深水井筒多相流高精度数值求解算法,并验证了数值算法的精度与性能.研究结果表明:①与常规AUSMV算法相比,新算法具有较低的数值耗散,间断物理信息捕捉能力强,对井筒内气液两相前缘位置的识别度更高;②与注气量 10×104 m3/d和 15×104 m3/d井喷实验对比,新算法模拟井底压力的平均误差分别为 1.79%和 1.86%;③新算法在井口气体剧烈膨胀、超音速流动模拟方面表现出了良好的稳定性和鲁棒性.结论认为,该新算法不仅提升了常规数值算法的精度,同时可为复杂高动态流动系统的井筒压力调控提供有效的技术支撑,有助于提高我国深水井筒压力控制的理论水平,保障深水油气的有效开发.

    深水多相流压力—速度解耦OMUSCL2AUSMV交错网格

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    静置工况条件下掺氢天然气浓度分布规律

    李敬法宇波苏越刘翠伟...
    145-155页
    查看更多>>摘要：利用天然气管道进行掺氢输送已成为氢能及天然气输送领域的热点和重点,但当前业界对于掺氢天然气在管道输送和停输静置过程中是否会自发分层一直存在较大争议.为了厘清该问题,以掺氢天然气在管道中静置这一极端工况为例,基于热力学能量最小原理,推导了在重力场作用下掺氢天然气浓度分布数学模型,并采用Peng-Robinson真实气体状态方程对该数学模型进行了求解,最后研究了甲烷—氢气二元组分混合气体在 4 种典型场景高度和 5 种掺氢比下氢浓度随高度的分布规律.研究结果表明:①在重力影响下管道顶部和底部的氢浓度存在差异,但其受高度差的影响显著,对于米级的水平管道、几十米级的一般城镇楼宇天然气立管、百米级的高层楼宇天然气立管,氢浓度随高度变化的差异微小,可完全忽略氢分层;②对于千米级大落差的掺氢天然气管道,当掺氢比不超过 20%时,氢分层仍可忽略,但当掺氢比很高时(例如 50%)管道顶部和底部的氢浓度差将超过 1%,此时需考虑工程实际情况评估能否忽略氢分层;③西气东输某管道考虑真实气体组成、掺氢比 20%、管道落差 200 m时,各气体组分的浓度随落差高度的分布规律揭示了在实际工程中此类落差高度的掺氢天然气氢分层可忽略.结论认为,对于掺混均匀的掺氢天然气在静置这种最容易发生分层的极端工况下,如果不存在千米级极端大落差和极端大掺氢比,掺氢天然气管道分层现象可完全忽略;该认识从理论上厘清了目前关于掺氢天然气分层现象的争议,对掺氢天然气管道安全输送具有重要指导意义.

    掺氢天然气氢分层掺氢比能量最小原理静置工况

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    掺氢天然气管网数值仿真轻量化算法

    石国赟宇波
    156-165页
    查看更多>>摘要：目前针对管网数值仿真算法的优化主要集中在代数方程组的求解上.针对管网流动数值仿真算法提升计算效率方案中缺少针对封闭关系与状态方程的优化,分析了目前优化方案各模块的耗时情况,发现了仿真程序中耗时模块为封闭关系与状态方程求解.最后,结合计算机库函数的缺点以及现代CPU中SIMD(Single Instruction Multiple Data)模型的特点,提出了针对封闭关系与状态方程的轻量化算法,并验证了算法的高效性.研究结果表明:①封闭关系与状态方程模型中的耗时原因为直接调用库函数的次幂运算、指数运算、对数运算以及除法运算;②由于次幂运算效率远低于其他运算,通过变换消除了模型中几乎所有的次幂运算;③利用SIMD指令来计算指数运算与对数运算,实现了在单核CPU上同时计算多个数据的指数与对数,最后通过数学变换将所有除法转换为乘法;④轻量化算法加速效果显著,其整体加速比为 18,而在状态方程求解模块的加速比更是高达 70 以上.结论认为,该轻量化算法在不影响计算精度的条件下提高了计算速度,对于提高掺氢天然气管网在线仿真与智能管网的建设具有重要的理论价值和技术支撑.

    天然气管网数值仿真计算效率状态方程加速比掺氢

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    2023年中国天然气发展述评及2024年展望

    高芸王蓓胡迤丹高钰杰...
    166-177页
    查看更多>>摘要：为了助力产业高质量发展、助推中国式现代化建设,收集、整理、分析了中国天然气行业 2023 年的各项指标、数据和动态,论述和研判了 2023 年中国天然气产业链各环节以及天然气市场的热点和亮点,进而展望了 2024 年中国天然气行业的发展前景.研究结果表明,2023 年中国天然气发展稳中有进、不乏亮点,主要表现在:①天然气勘探全面开花,预计新增天然气探明地质储量或创历史新高;②天然气生产稳中有进,全年共生产天然气 2 324×108 m3,年增产量近 123×108 m3;③天然气进口量增价跌(共进口天然气 1 655.6×108 m3),其中LNG进口量重返世界第一(进口量为 984.2×108 m3);④天然气需求量小幅度反弹,天然气表观消费量达 3 915.5×108 m3,天然气对外依存度为 40.6%,市场供应平稳;⑤天然气基础设施建设方兴未艾,LNG接收站、天然气长输管道和地下储气库建设有新进展;⑥在推进实现碳达峰碳中和目标和建设新型能源体系的形势下,油气生产企业大力拓展新能源业务;⑦LNG重卡销量创历史新高(共销售 15.19 万辆),用气增量异军突起;⑧国家问政于民,新版《天然气利用政策》面向全社会征求意见.结论认为:①尽管中国天然气增量市场面临着煤炭"压舱石"和新能源的竞争,但天然气仍然是中国能源结构低碳化发展过程中的桥梁和支柱,不可或缺;②预计 2024 年天然气勘探力度不减,探明天然气地质储量增势依旧;③天然气生产稳中有进,增产量与 2023 年相当;④天然气进口量将大幅度增加,天然气进口均价将继续下降;⑤天然气需求量平稳增长,市场供应宽松.

    中国天然气勘探开发储量产量消费量进口量基础设施建设发展展望

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    多分支废弃油井层温衰减规律及注入参数对注采性能的影响

    石昌帅王成之祝效华
    178-187页
    查看更多>>摘要：利用废弃油井开发地热资源是降低地热开发成本、促进商业推广的有效措施,其中层温衰减规律对地热系统取热效果具有重要影响.为此,以废弃油井储层为研究对象,结合泰森多边形理论对储层裂缝进行了划分,建立了三维油水两相热流耦合数值模型,分析了不同储层条件与布井结构下的层温衰减规律,探究了注入参数等因素对地热注采性能的影响.研究结果表明:①低渗透储层抽采 30 年生产温度最大差值可达 22.08 K,高渗透储层(1.0×10-13 m2)温度过度衰减,长年限采热效率低;②储层含油率与生产温度和发电功率呈正相关关系,生产 30 年后差值最大可达 11.57 K与 0.12 MW;③分支井沿垂直方向会形成低温波谷,层温衰减高于储层其余部分,数量增加对注采影响小;④注入速率与发电功率、生产温度分别呈正、负相关关系,但注入速率超过 89 kg/s时不利于长年限开采.结论认为:①储层取热性能对初始渗透率最为敏感,注入速率与储层含油率次之,优先开发低渗透储层有利于长年限采热;②应利用油田地热降低稠油黏度,形成地热辅助采油模式,以实现经济效应最大化;③选取 6 支分支井与 89 kg/s的注入速率可得到可观取热效果和较好的经济效益.

    地热系统废弃油井泰森多边形离散裂缝网络初始含油率层温衰减取热性能多分支井

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    温和条件下甲烷提高水合物储氢稳定特性机理

    王芳穆金池张政黄泽皑...
    188-196页
    查看更多>>摘要：CH4 作为促进剂可大幅降低水合物储氢苛刻的热力学条件并提高H2 水合物的总储能密度,但目前对CH4 提升水合物储氢机理的认识较为缺乏.为此,通过分子动力学模拟研究并建立了CH4/H2 双客体分子水合物模型,采用径向分布函数、构象分析和均方位移等方法综合分析了不同温度和压力下水合物结构的稳定性,探究了H2 占据孔穴位置、占据比例和水合物热力学稳定性之间的关联,揭示了温和条件下CH4 促进水合物储氢的微观机理.研究结果表明:①纯H2 水合物在严苛条件下笼型结构破损严重,而纯CH4 水合物在 263～273 K及 5～20 MPa温压条件下能稳定存在,说明CH4 水合物具备良好的热力学稳定性;②263 K下储氢结构更为稳定,而 512 小笼可填充 1～2 个H2 分子,51262 大笼中最佳储存 3 个H2 分子,且大笼储氢结构对水合物稳定性影响大,受温度的影响更为敏感.结论认为,CH4/H2 水合物储氢体系 3L+2S、3L+2L、2S+2S体系在 263 K、15～20 MPa温和条件下综合性能较好,其中 3L+2S具备最优的热力学稳定性,储氢密度可达 0.301%(质量百分比),该研究成果可为水合物储氢技术开发提供理论指导和技术参考.

    氢气水合物甲烷储氢技术储氢密度分子动力学储氢机理稳定性

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