冰层钻具刮削刀头切削破碎冰层数值模拟研究

1

作者 史怀忠 孙金铭 +4 位作者 赫文豪 王海柱 熊超 陈晗 胡成涛 《极地研究》 北大核心 2025年第1期83-91,共9页

冰的力学性质是极地钻探极其重要的参数,主要包括压缩强度、抗拉强度、断裂韧度等。本文利用有限元数值模拟方法分析了刮削刀头切削破碎冰层特性,根据平均切削力和切削力变异系数来探究刮削刀头受力特征,并开展了切削工艺参数对刮削刀... 冰的力学性质是极地钻探极其重要的参数,主要包括压缩强度、抗拉强度、断裂韧度等。本文利用有限元数值模拟方法分析了刮削刀头切削破碎冰层特性,根据平均切削力和切削力变异系数来探究刮削刀头受力特征,并开展了切削工艺参数对刮削刀头切削破碎冰层效率的影响规律研究。数值模拟结果表明,(1)刮削刀头切削破冰过程中,在刀头前端有明显的应力集中现象,且在整个切削过程中,伴随着离散状冰屑的产生与四溅;(2)随着刮削刀头后倾角的增加,冰体塑性损伤程度增加、冰屑尺寸先减小后增大,随着切深的增加,塑性损伤程度增加,冰屑尺寸变化、飞溅范围也相应增大;(3)切削深度和后倾角的增加均会增大冰体的平均切削力,但后倾角在0°~15°、切深在1.0~3.0 mm这一范围内变化时波动小;(4)切削深度对切削力变异系数的影响显著于后倾角,小切深对应小切削力变异系数,但增大切深不代表变异系数一定升高。本研究成果可为极地钻探破冰中刮削刀头的设计提供理论依据。 展开更多

关键词 刮削刀头 冰层钻进 数值模拟 变异系数 冰屑 极地钻探

在线阅读 下载PDF 职称材料

全油气系统非常规油气成藏过程中自封闭作用的主要类型与定量表征

2

作者 陈君青 贾承造 +7 位作者 姜林 庞宏 火勋港 陈冬霞 施砍园 胡涛 杨晓斌 冉钧 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第4期1071-1091,共21页

非常规油气自封闭成藏机理是全油气系统理论的核心。非常规油气自封闭作用力源于分子间相互作用,其表现形式与作用机制随储层介质及地质条件呈现差异化特征。本文通过阐述力的作用原理及尺度,明确了非常规油气储层特征及自封闭作用力类... 非常规油气自封闭成藏机理是全油气系统理论的核心。非常规油气自封闭作用力源于分子间相互作用,其表现形式与作用机制随储层介质及地质条件呈现差异化特征。本文通过阐述力的作用原理及尺度,明确了非常规油气储层特征及自封闭作用力类型,并定量表征自封闭作用力大小,形成以下主要成果与认识:(1)明确非常规油气自封闭成藏的本质是分子间作用力主导的非浮力过程,首次系统梳理出界面效应、限域效应与位阻效应三大作用机制,揭示了不同作用机制的原理与尺度特征。(2)厘清不同类型非常规油气自封闭作用力的影响因素,致密油气与游离态页岩油气的自封闭以兆帕(MPa)级毛细管力为主,受储层孔隙孔径、油-水界面张力及孔隙壁面润湿性控制;吸附态页岩油气与煤层气的自封闭则由限域效应下的分子吸附力主导,其吸附能受矿物表面性质、孔隙结构、温-压条件及储层流体特征共同影响。(3)建立储层孔隙孔径与油气分子尺寸相对大小控制下的自封闭效应模式,超致密储层孔隙(孔径与分子尺寸相当)以位阻效应为主,对大分子烃类形成机械阻塞;储层孔隙孔径为分子尺寸38倍以下时,油气差异吸附凸显,限域效应逐渐显现;储层孔隙孔径远大于分子尺寸时,孔隙界面效应成为主要的自封闭作用。研究成果系统阐述了非常规油气自封闭作用的各类分子间作用力类型及定量表征方法,深化了对自封闭成藏机理的认识,为非常规油气藏分布规律研究提供理论指导。 展开更多

关键词 分子间作用力 范德华能 位阻效应 限域效应 自封闭作用 全油气系统 成藏机理 非常规油气

在线阅读 下载PDF 职称材料

页岩弹性参数测量方法及影响因素综述 被引量：1

3

作者 杨晓斌 陈君青 +6 位作者 张潇 王玉莹 火勋港 姜福杰 庞宏 施砍园 冉钧 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第2期630-653,共24页

页岩油气作为非常规油气资源的一种重要类型,蕴藏着巨大的勘探潜力。可压性对页岩油气勘探开发具有至关重要的影响,弹性参数是衡量页岩可压性的核心参数。综述了国内外页岩弹性参数研究取得的进展,分析了面临的诸多问题和挑战。研究表明... 页岩油气作为非常规油气资源的一种重要类型,蕴藏着巨大的勘探潜力。可压性对页岩油气勘探开发具有至关重要的影响,弹性参数是衡量页岩可压性的核心参数。综述了国内外页岩弹性参数研究取得的进展,分析了面临的诸多问题和挑战。研究表明:①弹性参数的测量方法多样,有压缩法、超声波测量法、纳米压痕法和声波测井法等实验测量法,及数字岩心计算法、等效介质理论法和分子动力学模拟法等理论计算法。每种方法都有各自的优缺点和使用条件,需要根据实际情况来优选。②实验测量法精度较高,但受采样率和实验条件的影响。声波测井法求取的弹性参数是连续动态的,可以反映瞬时加载下的力学性质,但与真实地层长时间静载荷有一定的差别。物理模型理论计算法虽然模型具有明确的物理意义,但需要输入参数较多,方程复杂,实用性较差,且对非主要因素有过多的忽略或假定。分子动力学模拟虽然能够简单、方便地模拟多种矿物组成复合材料的弹性参数,但与实际的地质模型仍有差别,由于实际地下环境复杂多变、难以模拟,模拟结果与实际值有一定的区别。③页岩弹性参数主要受到矿物组分、天然裂缝、围压、孔隙结构、成岩作用和温度等因素的影响,但有机质特征、赋存流体性质、试样尺寸、层理和地应力差异等也都会产生不同程度的影响。未来研究需要在定量关系、多尺度和复杂地质环境方面开发先进技术。 展开更多

关键词 声波测井法 物理模型理论计算法 分子动力学模拟法 测量方法 弹性参数 页岩储层

在线阅读 下载PDF 职称材料

低熟页岩干酪根分子结构及生烃特征——以渤海湾盆地辽河坳陷曙光地区古近系沙河街组为例

4

作者 马桂丽 陈君青 +5 位作者 岳长涛 马跃 王玉莹 庞宏 姜福杰 火勋港 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第2期427-442,共16页

从分子尺度探讨低熟页岩干酪根结构及生烃特征,揭示其生烃路径和生烃模式对低熟页岩干酪根生烃研究及页岩油勘探的重要意义。通过元素分析、固体碳核磁共振谱(^(13)C NMR)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试分析,... 从分子尺度探讨低熟页岩干酪根结构及生烃特征,揭示其生烃路径和生烃模式对低熟页岩干酪根生烃研究及页岩油勘探的重要意义。通过元素分析、固体碳核磁共振谱(^(13)C NMR)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等测试分析,研究了辽河坳陷西部凹陷沙河街组四段低熟页岩干酪根的杂原子形态、碳骨架结构、脂肪族和芳香族官能团等特征,构建了化学式为C_(188)H_(310)O_(14)N_(4)S的干酪根二维分子结构模型。结果表明:该干酪根分子具有脂肪族含量占比高(73.40%)、芳香族含量占比低和脂肪链较长(亚甲基链碳数为5.04)的特征。干酪根分子的热解生烃反应分子动力学(ReaxFF MD)模拟显示,气态烃(C_(1)—C_(4))质量占比在3500 K温度下可高达41.32%,轻油组分(C_(5)—C_(13))质量占比在3300 K温度下高达20.75%,重油组分(C_(14)—C_(39))质量占比在2800 K温度下高达30.22%,干酪根热解生烃转化率高达61.67%。页岩干酪根生烃过程经历了结构变化、弱键断裂、强键断裂、二次裂解和缩聚反应等阶段,发生了脂肪族杂原子断键和碳-氢原子断键、芳香族杂原子断键和碳-氢原子断键及芳环脱氢缩聚反应。 展开更多

关键词 结构特征 平均分子结构模型 生烃路径 生烃模式 干酪根 低熟页岩 西部凹陷 辽河坳陷 渤海湾盆地

在线阅读 下载PDF 职称材料

高温作用下石英力学性质响应特征的分子模拟

5

作者 赫文豪 刘利 +6 位作者 张润青 赵嵩卿 李雪 史怀忠 刘子龙 范高建 李永昕 《中国石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期116-124,共9页

石英是干热岩的主要造岩矿物,为了解高温下岩石纳米级的力学性质,采用分子动力学(MD)模拟方法,建立基于分子尺度的石英单向拉伸和压缩模型,选择Tersoff势函数描述系统的力场作用,探究单晶α-SiO_(2)的力学性能,明确α-SiO_(2)在不同温... 石英是干热岩的主要造岩矿物,为了解高温下岩石纳米级的力学性质,采用分子动力学(MD)模拟方法,建立基于分子尺度的石英单向拉伸和压缩模型,选择Tersoff势函数描述系统的力场作用,探究单晶α-SiO_(2)的力学性能,明确α-SiO_(2)在不同温度场中单向拉伸和单向压缩载荷下的应力应变行为,并通过绘制α-SiO_(2)的径向分布函数(RDF)分析晶体在负载下的断裂机制。结果表明:硅氧四面体结构整体稳定,但在载荷作用下,同一氧原子连接的四面体间化学键易先破坏,键角增大,且压缩过程中的损伤程度高于拉伸过程;拉伸过程可划分为5个阶段,压缩过程为4阶段,均与宏观力学行为一致;高温通过改变Si—O键长与键角削弱晶体结构,显著降低其力学强度;温度由300 K升至800 K时,α-SiO_(2)的弹性模量、抗拉/压强度、体积模量和泊松比分别下降6.87%~13.1%、34.05%、15.9%、12.2%与18.5%,说明高温显著加剧石英晶体的强度劣化。 展开更多

关键词 石英 分子模拟 力学性质 高温作用 微观机制

在线阅读 下载PDF 职称材料

超高温条件下花岗岩力学性质演化规律模拟研究 被引量：2

6

作者 赫文豪 臧雨 +5 位作者 刘利 史怀忠 黄中伟 宋先知 王天宇 刘子龙 《华南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第6期16-22,共7页

为提高深层干热岩破碎效率,以干热岩地层常见岩性-花岗岩为研究对象,提出超高温条件下花岗岩力学性质演化规律研究。鉴于室内实验方法的局限性,主要采用数值模拟和理论计算等研究方法,建立了高温花岗岩巴西圆盘劈裂数值模型,探究了硬质... 为提高深层干热岩破碎效率,以干热岩地层常见岩性-花岗岩为研究对象,提出超高温条件下花岗岩力学性质演化规律研究。鉴于室内实验方法的局限性,主要采用数值模拟和理论计算等研究方法,建立了高温花岗岩巴西圆盘劈裂数值模型,探究了硬质花岗岩在温度-压力联合作用下岩石应力场分布特征与扰动机制。研究发现:在单轴径向压缩载荷下,高温花岗岩各向应力分布受到显著扰动,岩石沿横轴拉伸应力、两端载荷施加位置附近压缩应力和剪切应力均显著减小,导致裂纹越容易扩展。温度越高,岩石损伤越明显,其岩石抗拉强度越低。研究结果揭示了温度作用下花岗岩力学性质演化规律,可为深层干热岩资源的高效开发提供理论依据。 展开更多

关键词 干热岩 花岗岩 温度 巴西劈裂 拉伸 应力场

在线阅读 下载PDF 职称材料

岩屑分形特征对PDC齿破岩性能影响规律研究 被引量：2

7

作者 赫文豪 陈振良 +4 位作者 史怀忠 黄中伟 熊超 李欣龙 史明豪 《石油机械》 北大核心 2023年第8期1-10,共10页

随着油气井钻井工程研究的不断深入,岩屑形貌特征已成为评测岩石可钻性级值与钻头破岩效率的关键考量因素之一。为探究岩屑形貌分形特征对钻头破岩效率的影响规律,结合理论建模和室内试验等研究方法,围绕岩屑粒径分形维数、岩屑最大粒... 随着油气井钻井工程研究的不断深入,岩屑形貌特征已成为评测岩石可钻性级值与钻头破岩效率的关键考量因素之一。为探究岩屑形貌分形特征对钻头破岩效率的影响规律,结合理论建模和室内试验等研究方法,围绕岩屑粒径分形维数、岩屑最大粒径、地层岩性系数等关键岩屑形貌描述参数,建立了基于岩屑粒径分形特征的PDC齿破岩比功评估模型,并针对常规齿和锥形齿等PDC齿开展破碎硬质花岗岩试验研究,验证该模型评估PDC齿破岩性能的预测精度。利用该理论模型和试验规律,进一步揭示常规齿和锥形齿等类型PDC齿不同出刃高度、布齿角度等破岩工艺参数下岩屑形貌生成特征及破岩能耗变化规律。研究结果发现:切削深度对PDC齿破岩性能影响效果远大于切削角度,随着地层埋深的增大,PDC齿吃入深度减小,PDC齿生成岩屑分形维数逐渐增大,最大岩屑粒径显著减小,且锥形齿生成岩屑平均粒径大于常规齿;同等钻压或破岩能量条件下,锥形齿脆性破碎能力强于常规齿,生成岩屑分形维数和最大粒径均大于常规齿。研究结果可为深层硬岩钻进过程中岩屑录井形貌数据和PDC钻头混合布齿工艺提供理论依据。 展开更多

关键词 PDC齿 岩屑 分形维数 最大岩屑粒径 破岩比功

在线阅读 下载PDF 职称材料

可调式脉冲振动工具调节机制与机械设计研究

8

作者 苏前荣 尹添石 +4 位作者 史怀忠 宋先知 崔猛 赫文豪 张楠 《石油机械》 北大核心 2023年第5期47-52,共6页

随着勘探开发向深层超深层发展,钻井工程中所钻地层的复杂程度持续增高,有必要进行脉冲振动提速工具在地层中适应性与降摩减阻方面的研究。为此,通过开展脉冲振动特性参数调控方法的数值模拟,揭示脉冲振动提速工具在井下的自适应调节机... 随着勘探开发向深层超深层发展,钻井工程中所钻地层的复杂程度持续增高,有必要进行脉冲振动提速工具在地层中适应性与降摩减阻方面的研究。为此,通过开展脉冲振动特性参数调控方法的数值模拟,揭示脉冲振动提速工具在井下的自适应调节机制,优化脉冲振动提速工具调控结构设计。研究结果表明:单盘阀与直流道结构搭配的泄流槽分流式调控机构结构简单,流道结构合理且压耗小,适应井下作业环境;单盘阀泄流槽分流式调控机构的脉冲特性参数调节范围与调节程度符合设计要求,叶轮转速为85238 r/min,频率824 Hz,转速与频率的变化幅度在280%300%之间。研究结论可为可调式脉冲振动提速工具结构设计及优化提供理论依据。 展开更多

关键词 脉冲振动钻井 振动工具 调控机构 设计优化 数值模拟 单盘阀

在线阅读 下载PDF 职称材料

Bi和Ag掺杂对SnTe热电性能的影响 被引量：2

9

作者 高磊 杨欣月 +3 位作者 李文浩 王家宁 刘瑞秀 郑树启 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期526-533,共8页

SnTe的晶体结构和能带结构与中温区性能最好的热电材料PbTe相似,因此作为PbTe的替代品被广泛研究。减小SnTe的轻重价带能量差和扩大带隙是优化SnTe热电性能的有效手段。本文通过Bi和Ag共同掺杂SnTe,使轻重价带能量差有效减小,带隙明显增... SnTe的晶体结构和能带结构与中温区性能最好的热电材料PbTe相似,因此作为PbTe的替代品被广泛研究。减小SnTe的轻重价带能量差和扩大带隙是优化SnTe热电性能的有效手段。本文通过Bi和Ag共同掺杂SnTe,使轻重价带能量差有效减小,带隙明显增大,获得了电运输性质提高的Sn_(1-2x)Bi_(x)Ag_(x)Te(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)样品。掺杂量x=0.03和0.04的Sn_(1-2x)Bi_(x)Ag_(x)Te样品相较于未掺杂的SnTe功率因数均有明显提升,其中,Sn_(0.94)Bi_(0.03)Ag_(0.03)Te样品的最大功率因子为15.34μW·cm^(-1)·K^(-2),与未掺杂的SnTe相比,提升了12.9%。Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的最大功率因子为14.53μW·cm^(-1)·K^(-2)。同时,Bi和Ag共掺降低了SnTe的热导率,本研究得到Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的总热导率明显低于未掺杂的SnTe,并且所有样品热导率都随温度升高而逐渐降低。在823 K时,Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的总热导率降低为3.073 W·m^(-1)·K^(-1),其ZT值提升到了0.387。可见,对于提高SnTe热电性能,Bi和Ag共掺是一种有效策略。 展开更多

关键词 热电材料 SnTe 热电性能 能带工程 第一性原理 掺杂

在线阅读 下载PDF 职称材料

催化裂解法处理多晶硅行业中的氯硅烷高沸物 被引量：1

10

作者 王金可 马跃 岳长涛 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期6-9,14,共5页

使用有机胺类催化剂催化裂解多晶硅生产过程中副产的氯硅烷高沸物,考察了反应温度以及催化剂种类对高沸物催化裂解反应的影响并对反应机理进行了分析。结果表明,以N,N-二甲基苯胺为催化剂,反应温度130~135℃,反应时间1.5 h,催化剂用量8%... 使用有机胺类催化剂催化裂解多晶硅生产过程中副产的氯硅烷高沸物,考察了反应温度以及催化剂种类对高沸物催化裂解反应的影响并对反应机理进行了分析。结果表明,以N,N-二甲基苯胺为催化剂,反应温度130~135℃,反应时间1.5 h,催化剂用量8%时,单硅烷产物的收率可达79.99%。 展开更多

关键词 氯硅烷高沸物 催化裂解 有机胺 废物处理 多晶硅

在线阅读 下载PDF 职称材料

布齿方式对PDC齿破岩特性影响 被引量：3

11

作者 陈晗 李欣龙 +5 位作者 史怀忠 陈振良 赫文豪 代献伟 熊超 史明豪 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期83-90,共8页

PDC钻头广泛应用于软到中硬地层,合理的布齿方式有利于提高破岩效率。针对不同PDC钻头布齿方式,设计PDC齿破岩试验方案,通过切削力变化特征、岩屑分布特征、切削槽形貌以及岩石微观破碎特征等探究PDC齿破岩特性与破岩机制。结果表明:合... PDC钻头广泛应用于软到中硬地层,合理的布齿方式有利于提高破岩效率。针对不同PDC钻头布齿方式,设计PDC齿破岩试验方案,通过切削力变化特征、岩屑分布特征、切削槽形貌以及岩石微观破碎特征等探究PDC齿破岩特性与破岩机制。结果表明:合理的切削齿出露高度和布齿密度有利于降低破岩比能,提高破岩效率;切削深度影响切削槽表面的微裂纹分布和切削槽底部微裂纹层的厚度,且该裂纹损伤区产生的边界效应能够有效促进岩石破碎。 展开更多

关键词 PDC齿 布齿方式 切削槽间距 切削面积 破岩

在线阅读 下载PDF 职称材料

页岩干酪根平均分子结构模型的构建方法

12

作者 施砍园 陈君青 +1 位作者 庞雄奇 惠沙沙 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期337-338,共2页

页岩中的主要有机成分是干酪根。一个真实的干酪根分子结构模型是利用分子动力学研究页岩有机质微观性质的基础。前人多建立二维干酪根模型,对三维干酪根结构模型的建立较少。因此,很有必要介绍一种建立页岩干酪根的三维分子结构模型的... 页岩中的主要有机成分是干酪根。一个真实的干酪根分子结构模型是利用分子动力学研究页岩有机质微观性质的基础。前人多建立二维干酪根模型,对三维干酪根结构模型的建立较少。因此,很有必要介绍一种建立页岩干酪根的三维分子结构模型的详细步骤。笔者等基于构建出的南堡页岩干酪根的二维分子结构模型,利用分子动力学模拟的手段,根据干酪根的密度. 展开更多

关键词 页岩 干酪根 平均分子结构模型 分子动力学模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料