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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
1
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
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页岩弹性参数测量方法及影响因素综述
2
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
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岩屑分形特征对PDC齿破岩性能影响规律研究 被引量：1
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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
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可调式脉冲振动工具调节机制与机械设计研究
4
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
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旋转液体特性实验测量重力加速度实验误差研究 被引量：2
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作者 赫文豪 李懂文 +1 位作者 李帅霖 付楷涵 《大学物理实验》 2023年第2期40-45,共6页
旋转液体的物理特性研究是新世纪大学生必修实验。学生在实验操作过程中出现的实验误差,直接影响本实验对于重力加速度的测量。本文创新性地进行了不同类型的实验误差下重力加速度测量准确度的理论推导,从而定量地分析了在实验过程中透... 旋转液体的物理特性研究是新世纪大学生必修实验。学生在实验操作过程中出现的实验误差,直接影响本实验对于重力加速度的测量。本文创新性地进行了不同类型的实验误差下重力加速度测量准确度的理论推导,从而定量地分析了在实验过程中透明屏幕偏离水平位置角度α、激光垂直入射点位置偏移量Δx和激光入射方向偏离垂直方向角度γ等因素对重力加速度测量准确度影响规律。分析结果表明:透明屏幕偏离水平位置5°会引起5.5%的误差;激光垂直入射点向左偏离目标点x 0处5 mm会引起12.5%的误差,激光垂直入射点向右偏离目标点x 0处5 mm会引起11.8%的误差;激光入射方向向左偏离垂直方向5°会引起16.3%的误差,激光入射方向向右偏离垂直方向5°会引起22.9%的误差。该研究可为高校教师指导学生进行旋转液体特性实验时减小重力加速度测量误差提供理论依据。 展开更多
关键词 物理实验 旋转液体 重力加速度 误差 理论研究
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布齿方式对PDC齿破岩特性影响
6
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
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高温作用下石英力学性质响应特征的分子模拟
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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)》 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
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