石油開采的案例
石油開采導致美國多處出現“人造地震”
[摘要]目前，美國研究報告顯示，近年由于開采石油和天然氣，導致美國境內十幾個地區出現小型人造地震。
美國最新研究報告顯示，由于石油和天然氣開采，導致美國境內多處出現人造地震。
據國外媒體報道，近日，美國一份研究報告指出，美國境內十幾個地區受石油和天然氣鉆探影響，產生小型地震。
這種人造地震使8個州地質層穩定區域出現了震動，其中包括：阿拉巴馬州、阿肯色州、科羅拉多州、堪薩斯州、新墨西哥州、俄亥俄州、俄克拉荷馬州和德克薩斯州的部分地區。
專家指出，地震有時是由于地質層水力壓裂造成，在開采石油和天然氣的過程中，會有大量水、沙和化學物質灌入巖石結構中。開采石油和天然氣會在地表以下注入廢水，可以激活休眠地質斷層，從而產生地震活動。
許多研究涉及到將廢水排入處理井導致的小型地震，但是這項美國地質調查局研究報告首次全面分析了人造地震的形成。
美國地質調查局國家繪圖計劃負責人馬克·彼德森(Mark
Petersen)說：“這些地區存在著較高危險，前不久俄克拉荷馬州出現3級人造地震，地震強度超過了加利福尼亞州。”據悉，此前俄克拉荷馬州的地震活躍度并未受到科學家的關注，但近幾年卻頻繁出現地震，其中最大的一次地震是2011年發生的，震級達到5.6。
上周初，俄克拉荷馬州地質調查局承認，近年來出現的地震很可能是由于廢水處理導致的。地質調查局地理物理學家威廉-埃爾斯沃斯(William
Ellsworth)指出，數百萬年未發現變動的地質斷層被激活可能是由于鉆探開采石油和天然氣造成的。它們是遠古斷層帶，我們并未完全掌握其具體位置。
展開 原油管道防蠟新技術-特種合金防蠟
針對石油開采及運輸中出現的結蠟與結垢的問題，國內公司通過研究合金組分、微觀結構和電化學催化作用以及清防蠟和垢效果之間的相互影響規律，設計并優化由多元合金所構成的清防蠟和垢技術結構和參數，豐富和發展清防蠟和垢的作用機理，開發出了一種新型的、適用較廣的特種合金防蠟防垢裝置，改變了磁性材料、機械和化學清防蠟和垢的弊端，提高了石油開采與運輸的效益。
目前國內防蠟主要技術
近年來， 國內外研究者通過對石油管道輸送中蠟和垢的沉積過程和形成機理進行了大量的試驗和理論研究， 從不同角度探討蠟和垢沉積的影響因素，研制和開發出了多種清防蠟和垢的技術及產品， 使得石油開采過程中的結蠟和結垢問題得到了一定程度的緩解。目前， 國內外清防蠟技術主要可以分為物理清防蠟技術和化學清防蠟技術兩大類， 所采用的清防垢技術主要為化學法。
在油田集輸油系統中常用的清防蠟技術主要包括如下幾個方面。１） 改變管材的性質。可采用玻璃鋼管、 塑料管道， 以及將與蠟晶結合力較弱的涂料涂在金屬管道上等方法改變管材的性質。對于玻璃鋼管和塑料管道，其表面光滑， 使石蠟在管壁的結晶核心有所減少， 因此蠟晶顆粒不易在管壁沉積； 涂料因為具有極性，涂在管道壁上可以形成極性的表面， 因而不利于非極性的石蠟沉積。２） 增加石蠟在原油中的溶解度。其主要方法包括加熱、 地面管線保溫以及向原油中摻入輕質組分或其他溶劑油等。３） 磁防蠟。磁防蠟技術是通過對原油進行磁處理， 進而減少石蠟在管道表面的析出和結晶， 并阻礙蠟晶聚結， 從而起到防蠟的作用。４）生物防蠟技術。微生物防蠟技術是結合含蠟原油的特點和原油蠟沉積的機理， 通過試驗篩選出適合所選油樣的菌種， 利用微生物本身及其代謝產物的作用， 達到原油輸送過程中防蠟的目的。５） 化學防蠟技術。化學防蠟技術主要是通過加入化學藥劑來起到防蠟的作用。
展開 有限元在石油行業的應用
到目前為止，大的、簡單的油田勘探已基本結束，為了滿足經濟建設和人民生活對石油日益增長的需求，一方面要尋找更為復雜的勘探目標（包括西部油田），其地表條件一般是起伏地表，且常常覆蓋著沙漠、森林或沼澤；其地下介質條件一般是高度非均勻的，不同介質交界一般是高度非規則的，還常常包含斷層等地質構造。另一方面，東部油田很多已進入中晚期，需要尋找剩余油分布，提高老油田的采收率。這些都要求進一步提高勘探方法和技術。我國石油勘探有關部門多年來致力于地震波傳播總體研究。地震勘探中的地震波傳播問題都是大型問題，對這類問題靠改進數值計算方法來提高計算速度其潛力是有限的，大幅度提高更是不可能的，唯一可行的途徑是采用并行計算。
3.石油開采
石油開采的任務就是要從油田的客觀實際出發，以最少的投資，最合適的速度去獲得最高的最終采收率，也就是獲得最大的經濟效益。油藏數值模擬就是為了實現石油開采而發展起來的一種新技術。油藏數值模擬就是預演或重演石油的開采的全過程，從而獲取一系列能指導油田開采的數據，和優選出最佳的開發方案。此項技術根據油氣藏實際情況，運用計算機技術，在選擇合適數學模型或模擬軟件的基礎上模擬和預測油氣藏開發動態，為制定經濟有效的開采戰略和技術措施提供科學依據。
4.石油工程
石油工程的力學性質非常復雜，影響其應力和變形的因素很多，例如地層的結構、孔隙、密度、應力歷史、荷載特征、油氣水運移過程及時間效應等等，這種復雜性決定了技術人員在計算有關石油問題時往往需要做一些針對具體問題的創新性研究或改進。
展開 北京固本KB100石油鉆具耐磨帶的實用性價值
石油鉆具可以提升石油開采的效率，并且耐磨帶是提升鉆具使用效率的重要手段，但是在現階段的石油鉆具耐磨帶使用中，其磨損情況不容樂觀，不僅影響了石油開采效率，嚴重時甚至造成全井的報廢。因此，探究新型石油鉆具的耐磨帶實用性具有重要的價值。
北京固本KB100耐磨帶焊絲經過測試發現：
①北京固本KB100耐磨帶焊絲的掉屑比相對最低，為1.9%。
②KB100磨損帶的磨損比為3.4%。
③在實際開采環境測試中，KB100磨損帶的磨損量為0.11%。
經過研究發現，KB100磨損帶在應用過程中，具有較高的耐磨性，可以避免出現開裂和掉塊的問題，有效的保證開采質量，同時其使用壽命相對較長，可以廣泛的應用于惡劣的開采環境，因此，北京固本KB100耐磨帶具有較高的實用性價值。
展開 
XM-12 不銹鋼試樣高溫拉伸試驗解析
XM-12 不銹鋼因其優異的材料性能，廣泛應用于石油開采機械。XM-12 材料鍛造過程中的真實應力-應變曲線可以為鍛造工藝編制提供有效的數據支持，然而高溫檢測過程中，試樣有效加熱部分隨試樣延長率變化而變化，且拉伸過程以頸縮變形為主，為真實應力-應變曲線的測試帶來很大難度，且通過伸長率計算的應力-應變曲線與實際存在較大的偏離。因此，真實應力-應變曲線的準確修正在XM-12 不銹鋼鍛造工藝優化過程中非常重要。
XM-12 銅沉淀硬化型馬氏體不銹鋼，廣泛應用于石油開采機械制造，執行ASTM A705-2017《Standard Specification for Age-Harding Stainless Forging》標準(含)。通過合金元素Cr、Ni、Cu、Nb 等合金元素的加入，XM-12 不銹鋼擁有良好的耐腐蝕性和良好的機械性能，低溫斷裂韌度非常好，其化學成分要求如表1 所示。
表1 XM-12 化學成分要求(wt%)
XM-12 不銹鋼材料，因其合金含量較高，鍛造過程中存在熱態變形抗力大，鍛造溫度區間窄，表面易開裂等特點。因此材料在高溫過程中的真實應力-應變曲線的測試在其鍛造工藝優化過程中非常重要。
XM-12 材料高溫拉伸試驗檢測溫度范圍：900 ～1200℃。普通的試驗機無法滿足，因此此次試驗選擇Gleeble-3500 熱模擬試驗機進行光滑圓棒試樣的拉伸試驗。拉伸試樣圖如圖1 所示。
圖1 拉伸試樣尺寸
高溫拉伸測試
本文以1050℃拉伸結果為分析對象，對檢測數據進行修正分析，試樣實測直徑
φ9.98mm。
試驗時，先將試樣以10℃/s 的加熱速度加熱至1180℃，保溫120s；以5℃/s 的冷卻速度將試樣降溫至1050℃，以3mm/s 的速度進行拉伸試驗。
展開 CCUS的行業背景和發展前景
其中，地質利用技術包括二氧化碳強化石油開采技術、強化天然氣開采技術、增強頁巖氣開采技術等，其中強化石油開采技術已有幾十年的應用歷史，為當前唯一達到商業化利用水平的地質封存利用技術，該技術可提高原油采收率 7%-15%，延長油井生產壽命 15-20 年，且泄漏的可能性很小。
碳封存：地質封存又可進一步劃分為咸水層（鹽水層）封存、深部不可開采煤層封存、廢棄油氣藏封存3種主要類型。目前，國際上也已開展海上鹽水層及廢棄油氣田埋存二氧化碳的示范項目。從埋存類型來看，在運行及執行項目中有60%以上是二氧化碳驅油項目。
國際背景
國外CCUS-EOR項目主要在美國、加拿大等國家開展，特別是美國已具有成熟的CCUS-EOR工業體系。美國CCUS-EOR項目起步于20世紀50年代，60-70年代持續開展關鍵技術攻關，70-90年代逐步擴大工業試驗規模，技術配套逐漸成熟，80年代以后進入商業化推廣階段。自20世紀80年代起，美國CCUS-EOR技術工業化應用規模持續快速擴大。世界上第一個大規模CO2-EOR項目SACROC（Scurry Area Canyon Reef Operating Committee），從1972年1月26日起，由雪佛龍公司（Chevron）在得克薩斯州Scurry縣的油田開展。該項目的CO2來自科羅拉多州的天然CO2氣田，并通過管道將其運輸到油田驅油。本世紀以來，美國、加拿大、澳大利亞、日本及阿聯酋等國家加速推進CO2捕集項目的工業化。2014年，加拿大SaskPower公司的Boundary Dam Power項目成為全球第一個成功應用于發電廠CO2捕集項目，2019年該項目捕集CO2達61.6萬噸。
展開 ABAQUS水力壓裂模擬|XFEM和Cohesive方法-多縫、交叉縫、體積縫、轉向縫、縫間干擾
【多段壓裂縫間干擾問題】
目前配合水平井開采石油天然氣的重要技術就是分段壓裂，而不同壓裂縫之間的干擾問題直接影響壓裂設計方案，甚至井眼軌跡的設計；如下圖所示，第一段壓裂縫是上下對稱的，而后續壓裂縫的一端受到抑制，無法形成對稱縫網。
硫化氫傳感器在石油鉆井液硫化氫監測中的應用
因此一般在石油鉆井勘探開發中，應充分注意硫化氫存在的可能性，及時預防和采取必要措施減少硫化物氫氣對操作人員和設備的危害，工采網代理的硫化氫傳感器H2S-A1可快速監測石化生產過程中硫化氫濃度。Alphasense硫化氫H2S-A1傳感器高靈敏度，高分辨率，線性度好，重復性好，自身的量程小，而且抗干擾能力強，用在石油開采過程中的硫化氫檢測是非常合適的選擇。
電化學硫化氫傳感器(H2S傳感器)H2S-A1特點：
電化學原理
4系大小
H2S的量程：0~100ppm
線性輸出
可以抗NH3，H2，C2H4的干擾
流體仿真軟件VirtualFlow：Level-set在多相流模擬中的應用
圖 3.8輸出流體密度云圖
3 工程應用
3.1 石油工程
在石油開采過程中，注水開采是一種常見的二次采油方法，通過向油藏中注入水來驅替原油，提高原油的采收率。Level-set方法可以用于模擬注水過程中的油水兩相流動，幫助工程師更好地理解油水在油藏孔隙介質中的滲流規律，預測注水波前的推進速度和形態，以及優化注水方案，提高注水效果和原油采收率。此外，在石油工程中還涉及到諸如油井井筒內的氣液兩相流動、油氣水三相分離等多相流問題，Level-set方法也可以為這些設備的設計和優化提供理論支持和技術指導。
圖 4.1臥式三相分離器模擬
3.2 水利工程
潰壩是一種常見的水利工程災害，當壩體突然破裂時，大量的水體快速下泄，會對下游地區造成嚴重的洪澇災害和人員傷亡。利用Level-set方法可以對潰壩過程中水流的演化過程進行模擬，包括壩體破裂后的流體運動、水面形狀的變化以及流體與河床、障礙物等邊界的相互作用等，從而為潰壩風險評估、洪水預警和防洪措施制定提供重要的依據。同時，在水利工程建設中的其他多相流問題，如水庫的水位調節、泄洪建筑物的水流流態分析、水利樞紐中的泥沙輸移等，Level-set方法也能夠發揮重要作用，幫助工程師優化工程設計，提高工程的安全性和運行效率。
圖 4.2溢洪道場景
圖 4.3潰壩場景
3.3 化工領域
在化工生產中，許多化學反應過程都涉及到多相流現象，如氣液反應、液液萃取、氣液固三相流化床反應等。Level-set方法可以用于模擬這些過程中的相間傳熱、傳質和化學反應等復雜現象，幫助研究人員深入理解反應過程的物理化學機制，優化反應器的結構和操作條件，提高反應效率和產品質量。
展開 COMSOL多孔介質兩相流水驅油模型
水驅油是一種在石油開采中常用的提高原油采收率的技術，其原理是通過向油藏中注入水，利用水的壓力將原油從地下巖石的孔隙中推向生產井，從而實現原油的開采。本COMSOL案例介紹在重力作用下多孔介質中的水油兩相流模型。
多孔介質采用AbyssFish單連通周期性邊界多孔結構2D軟件生成，軟件可設置孔隙率、孔喉尺寸、顆粒尺寸等信息，以生成多種多孔介質模型，適應不同的工程地質條件。
采用CAD圖像導入插件，將生成的多孔介質模型導入到AutoCAD內，并保存為.dxf文件。
在COMSOL內選擇流體流動-兩相流-相場-層流，并添加包含相初始化的瞬態研究。
在幾何下選擇導入，將保存的多孔介質CAD文件導入到COMSOL內，并通過后續幾何操作形成所需要的聯合體模型。
對模型添加兩種材料，其中紅色部分為油，藍色部分為水。設置為包含重力，并將上部邊界設置為出口。
對模型進行網格劃分。
計算并完成后續的分析模擬，以下為流速結果。
展開 甲烷氣體模塊FSM-T-01用于第二大溫室氣體甲烷濃度監測
人為甲烷排放主要是煤炭開采產生的氣體排放，石油開采產生的天然氣排放，以及海底可燃冰分解。根據科學報告，甲烷是僅次于二氧化碳的第二大人造源，很難在大氣中消失。平均存儲時間為9年。
據相關科學家說，如果我們今天停止排放所有二氧化碳，那么大氣中的高二氧化碳水平依然會持續很長時間，伴隨著甲烷一起。因此。控制甲烷排放量對于氣候變化研究尤為重要。工采網代理的費加羅FIGARO 甲烷氣體預校準模塊-FSM-T-01，經過費加羅高精度的標定設備進行預校準，并以成熟的老化工藝生產，能準確檢測甲烷濃度。甲烷氣體預校準模塊檢測到的甲烷濃度以通訊方式數字化定量輸出，可編程設置報警點輸出，有溫度補償。
甲烷基本上對人體無毒，但是當濃度過高時，空氣中的氧氣含量會大大降低，從而使人窒息而死。當空氣中的甲烷含量達到25％-30％時，它可能導致頭痛、頭暈、疲勞、注意力不集中等問題，不及時離開高濃度甲烷環境可能會導致窒息甚至死亡。另外，皮膚與液化甲烷接觸可引起凍傷。
展開 
基于GROMACS的油水自發相分離分子動力學模擬
圖5 正十六烷的溶劑可及表面積變化
工業與科研應用
本案例通過分子動力學模擬，實現了油水體系自發相分離過程，該研究在多個領域具有廣泛的應用價值：
石油工業：研究油水乳化、分離優化，提高采油效率
環境科學：優化油污水處理方法，減少污染
化妝品與食品科學：開發穩定的乳液、乳化劑配方
生物醫學：探索生物膜與油水界面的相互作用
最后，有需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
基于Abaqus的石油工具控制剪釘設計與校核（干貨直播預約）
在石油開采作業過程中，石油控制剪釘工具是一個非常關鍵的零部件，它通常安裝在石油工具的特定部位，如封隔器、安全閥等；在正常工作狀態下，它將不同部件鎖定在一起，確保工具按設計要求正常工作。
目前它的設計與校核廣泛采用Abaqus進行，在石油工程及其他相關工程領域積累了大量的應用案例和成功經驗，許多石油公司、科研機構和工程咨詢公司都使用Abaqus進行石油工具的設計和分析，其分析結果得到了行業的廣泛認可。
1月21日，技術鄰油氣井井下工具設計與制造專家伯達老師將帶來直播：基于Abaqus的石油工具控制剪釘設計與校核， 直播采用Abaqus簡化模型講解石油工具控制剪釘設計與校核，預約 直播可領 相關學習文檔。 干貨滿滿， 下滑預約直播。
采用簡化模型講解滑套開啟機構的剪釘設計與校核：
涉及接觸設置、對稱約束邊界設置、全局坐標系與局部坐標系的使用、多分析步加載及剪切應力結果查看等內容。
能夠幫助愛好者在有限元仿真學習初期更好地理解設置方法，也為能源行業的機械設計人員提供一個輔助設計手段。
直播預約
??點擊圖片預約直播
直播主題：
基于Abaqus的石油工具控制剪釘設計與校核
講師介紹：
伯達老師
技術鄰優秀講師，機械專業博士，工作年限17年，擅長油氣井井下工具設計與制造。
直播內容：
油氣井井下工具滑套機構的開啟與關閉絕大部分采用液壓控制，根據施工工藝的不同，會設計不同的壓力級別開啟或關閉，最常用的控制方式采用剪釘或剪環控制，要想用液壓精確地控制機構動作，控制剪釘的材質、規格以及個數的設計至關重要。
展開 硫化氫報警器中應用的硫化氫傳感器
硫化氫主要存在于采礦和有色金屬冶煉，煤的低溫焦化，含硫石油開采、提煉，橡膠、制革、染料、制糖等工業中都有硫化氫產生，開挖和整治沼澤地、溝渠、印染、下水道、隧道以及清除垃圾、糞便等作業。另外天然氣、火山噴氣、礦泉中存在。目前在煤礦領域下和環境污染方面，就有明確給出硫化氫的安全指標，國標中空氣中的硫化氫最高的允許濃度為10mg/m3，而根據《煤礦安全規程》規定了井下空氣中的硫化氫的濃度不能超過0.000066%。
電化學氣體傳感器是硫化氫報警器的核心部件，電化學傳感器是利用電化學原理將被測氣體的含量轉化為電信號的，其種類許多，有毒氣體檢測最多的是定電位電解式氣體傳感器，它具有靈敏度高、選擇性好、結構簡略、運用壽數相對較短等特點。硫化氫氣體報警儀應注意在儀器傳感器有效期內運用,一般有效期為兩年。
我們Apollo公司代理的英國Alphasense硫化氫傳感器，精度高，線性度、穩定性好，抗溫濕度、抗干擾能力強，廣泛應用于煤礦、化工、下水道、天然氣、有色金屬冶煉等，可以實時監測到環境的硫化氫氣體保障人的生命健康。其中常用到硫化氫傳感器是具有兩年壽命的H2S-A1。
主要性能參數如下：
測量范圍：100ppm
靈敏度：550～875nA/ppm
響應時間：< 25s
線性范圍： -4ppm
過載：500ppm
分辨率：0.05ppm
尺寸：Φ20.2*16.5
使用壽命：2年
存儲周期：6個月
工作溫度：-30～50℃
工作濕度：15～90％RH
負載電阻：10～47Ω
展開 工業上惡名昭彰的“臭雞蛋”氣體檢測
硫化氫主要存在于采礦和有色金屬冶煉，煤的低溫焦化，含硫石油開采、提煉，橡膠、制革、染料、制糖等工業中都有硫化氫產生，開挖和整治沼澤地、溝渠、印染、下水道、隧道以及清除垃圾、糞便等作業，另外天然氣、火山噴氣、礦泉中也存在。目前在煤礦領域下和環境污染方面，就有明確給出硫化氫的安全指標，國標中空氣中的硫化氫最高的允許濃度為10mg/m3，而根據《煤礦安全規程》規定了井下空氣中的硫化氫的濃度不能超過0.000066%。同時硫化氫還會有爆炸的危險，與空氣或氧氣以適當的比例（4.3%～46%）混合就會爆炸，因此含有硫化氫氣體存在的作業現場或者可能產生硫化氫的場所應配備硫化氫監測儀。
雖然硫化氫是一種有味道的氣體，并且在低濃度的時候我們就可以問到臭雞蛋的味道，更低濃度可能會有硫磺的味道，但是基于該物質的劇毒性，用鼻子作為檢測這種氣體的手段是致命的。所以必須要有能夠檢測的手段，現在市面上的大多數硫化氫檢測儀，其實內部的核心就是硫化氫傳感器，雖然大多數的硫化氫傳感器原理都差不多，但是在性能上能夠看出很大差距，我們Apollo公司代理的應該Alphasense硫化氫傳感器，精度高，線性度、穩定性好，抗溫濕度、抗干擾能力強，廣泛應用于煤礦、化工、下水道、天然氣、有色金屬冶煉等，可以實時監測到環境的硫化氫氣體保障人的生命健康。其中常用到硫化氫傳感器是具有兩年壽命的H2S-A1。
主要性能參數如下：
測量范圍：100ppm
靈敏度：550～875nA/ppm
響應時間：< 25s
線性范圍： -4ppm
過載：500ppm
分辨率：0.05ppm
尺寸：Φ20.2*16.5
使用壽命：2年
存儲周期：6個月
工作溫度：-30～50℃
工作濕度：15～90％RH
負載電阻：10～47Ω
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