2012年度国家科学技术奖拟推荐项目情况

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1、2012年度国家科学技术奖拟推荐项目情况项目名称：多组分多相复杂流动计算技术及在石油工程中的应用完成单位：1、中国石油大学（华东）2、中国石油大学（北京）3、中国石油集团渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司4、中海石油（中国）有限公司天津分公司5、中国石油集团渤海钻探工程有限公司工程技术研究院6、金湖奥尔机械有限公司完成人：1、孙宝江,2、李相方,3、王志远,4、马金山,5、王瑞和,6、马英文，7、李玉星,8、高永海,9、泰建民,10、刘刚,11、周翔,12、李村合,13、齐金涛,14、赵欣欣,15、李

2、昊申报奖种：国家科学技术进步奖一、项目简介本成果属石油、天然气科学技术领域。在油气钻探和开发中，高效和安全是两个永恒的主题和世界性难题。为提高油气探明和开发效率，西方发达国家60%以上的作业井都采用欠平衡钻井和控压钻井新技术。不管采用常规钻井技术，还是其它新技术，井控是一个突出问题。如，墨西哥湾深水井喷、12.23罗16H井特大井喷和蓬莱19-3油田C平台井喷溢油事故等等，都造成了灾难性生态、生命、生产和财产损失。这些灾难事故除人为的原因外，科学技术问题日渐凸显。井筒多相流动水力参数计算中采用的是气液固三

3、相流模型，组分过于简化，无法满足生产需求。其主要科学问题：现有的多相流动的流型转化机制和转化判据没有考虑此类多相流体中存在相变、超临界等现象；没考虑性质差异较大的同相中的不同组分的溶解和相变；深水油气钻采天然气水合物相变预测模型没有考虑泥浆物理化学的影响。经10年的攻关，逐渐形成了具有独立知识产权的多组分多相复杂流动计算模型及流动模拟技术，取得了重大创新和突破，并在井控、欠平衡钻井、控压钻井和水合物预防等领域规模化应用。1、将传统的多相流体动力学和分子化学传热传质理论相结合，通过通过基于组分的研究方法和模

4、拟现场条件的实验方法创新，揭示了钻井过程中油、水、泥浆、岩屑、单组分及多组分气体等组成的井筒多组分多相复杂流动的流型转化机制和流动规律，建立了井筒复杂多相流流型转化判据，创建了多相流动的数学模型，使其由传统的三相流模型突破为含“油-气”/“气-水合物”相变、溶解的多组分多相复杂流动的数学模型（以下简称新模型），更能客观实际的描述多相流动本质，有效解决了长期困扰石油工程中相关多相流动计算误差大的重大难题。2、基于新模型，考虑注入气体、钻井液、油层产出油、气、水、岩屑和相变，建立了欠平衡钻井条件下的七组分的井

5、筒多相流水力参数的计算理论和算法，研发了包含充气钻进、雾化钻进、泡沫钻进和气体钻进的“欠平衡钻井水力参数设计软件系统”，已经成为欠平衡钻井优化设计和计算的主流方法。研发了“声波溢流早期检测方法”，主要应用于低密度钻井液欠平衡钻井中，保证了钻进安全。3、利用新模型中气相超临界、溶解状态和膨胀规律模拟计算功能，揭示了井喷、压井和控压钻井过程中井筒多相流动规律，建立了控制压力钻井、井喷和压井过程的井筒压力预测和计算理论，研发了五套软件系统，开发了控制井筒压力的井口回压控制装备系统和井喷压井优化控制系统，实现了井

6、筒压力的安全控制，并开始替换国外的装备系统。4、基于新模型气体组分相变计算功能，建立了海洋油气井测试的井筒压力、温度和水合物形成及分解预测理论，得到了水合物相变规律，给出了油气开采中水合物预防的工艺技术，为我国深水油气油田开发提供了已在工程上实现的测试和流动安全保障技术支撑。已经在22个油田推广，占全国总数的85%左右，创经济效益8亿元以上。项目发展了传统的井筒多相流理论，培养了长江学者1名，泰山学者1名，研究生46人，完成技术培训10000人次以上，为我国在这一领域的研究建立了以青年为代表的研究梯队，形

7、成了国际上有影响的井筒多相流技术研发基地，发表论著2部，论文150篇，获发明专利7项，实用新型专利7项，计算机软件著作权7项。一、完成人对本项目技术创造性贡献1、孙宝江：项目第一完成人，教授（博导）。项目总负责人，全面组织课题设计、立题申请、项目实施和鉴定验收，对本项目技术路线的制定、关键技术决策起主要作用，对本项目的推广应用起决定作用。具体表现在：（1）提出研究方案，制定研究路线，组织项目实施；（2）组织气液多相流流型转化机制实验及分析；（3）提出了考虑气液漂移影响和油层产出油、气、水、注入泥浆、注入气

8、体、钻屑等多组分流动的数学描述及其计算机算法；（4）所有软件开发方案设计，软件应用及完善，现场实验等工作。对创新点1-4做出重要贡献。发明专利“天然气超临界流动状态物性测量装置”第一完成人，以第一作者发表“TheInstabilityofVoidFractionWavesinVerticalGas-liquidTwo-phaseFlow”等论文50余篇，通过本项目指导了1名博士后、8名博士、20名硕士的研究工作。在该项技术研发