粉煤灰基地聚合物对模拟核素Cs(Ⅰ)、Co(Ⅱ)和Eu(Ⅲ)的吸附性能研究

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作者 高润慧 董艳辉 +2 位作者 Mohamed R.El-Naggar 宗自华 王福辰 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期700-709,共10页

核能作为一种清洁能源,其开发利用伴随着核废物的产生。吸附法是处理放射性废水的主要方法,相比于其他吸附材料,粉煤灰基地聚合物具有绿色、低碳、价格低廉且吸附性友好的优势。粉煤灰基地聚合物对废水中重金属元素的吸附特征研究较多,... 核能作为一种清洁能源,其开发利用伴随着核废物的产生。吸附法是处理放射性废水的主要方法,相比于其他吸附材料,粉煤灰基地聚合物具有绿色、低碳、价格低廉且吸附性友好的优势。粉煤灰基地聚合物对废水中重金属元素的吸附特征研究较多,但是对于废水中放射性元素的吸附特征尚不清晰。本研究采用粉煤灰为原料,通过不同液固比的制备工艺,合成粉煤灰基地聚合物,并通过吸附实验评估其对模拟核素Cs(Ⅰ)、Co(Ⅱ)和Eu(Ⅲ)的吸附性能及核素之间的竞争吸附行为研究。研究结果表明,随着吸附时间的延长,3种核素吸附量逐渐增加,并在约50 h后达到吸附平衡。在不同液固比下,Eu(Ⅲ)和Cs(Ⅰ)吸附性能存在明显差异,液固比为0.7的地聚合物对3种核素的吸附能力最好。Eu(Ⅲ)在不同浓度范围内维持较高的吸附率,显示出较强的吸附行为。此外,研究还发现核素之间存在竞争吸附行为,Eu(Ⅲ)对Cs(Ⅰ)和Co(Ⅱ)具有较强的吸附竞争性,表现出最强的吸附能力。当3种核素共存时,Eu(Ⅲ)的吸附率依然较高,而Cs(Ⅰ)和Co(Ⅱ)的吸附率则明显下降。与传统的吸附材料相比,粉煤灰基地聚合物不仅具备良好的吸附性能,还具有较低的成本和环境友好的优势,并实现以废治废。研究成果为基于地聚合物吸附放射性废水的处理提供了重要的数据支持和理论依据,具有较高的应用前景。 展开更多

关键词 地聚合物 粉煤灰 模拟核素 吸附性能

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基于深度学习的瞬变电磁场拟地震波场提取技术与应用

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作者 薛俊杰 周楠楠 +3 位作者 常江浩 余传涛 鲁凯亮 范克睿 《地球物理学报》 北大核心 2025年第8期3282-3290,共9页

通过积分变换,可将满足扩散方程的瞬变电磁场转换成虚拟波场.传统的波场转换方法对正则化因子依赖性较强,导致计算结果稳定性差.为了克服正则化因子的干扰,本文提出采用深度学习的方法将瞬变电磁场转换到虚拟波场.首先分别计算相同电阻... 通过积分变换,可将满足扩散方程的瞬变电磁场转换成虚拟波场.传统的波场转换方法对正则化因子依赖性较强,导致计算结果稳定性差.为了克服正则化因子的干扰,本文提出采用深度学习的方法将瞬变电磁场转换到虚拟波场.首先分别计算相同电阻率模型下的瞬变电磁场和拟地震波场,构建训练集与对应的标签.然后设计复合型神经网络C-Unet,相比于传统的Unet,该网络进一步提升了模型特征的学习能力.模型测试结果表明,C-Unet在迭代误差和预测结果精度均优于Unet网络.最后利用实测数据进一步验证了本文提出的方法的有效性. 展开更多

关键词 波场转换 深度学习 卷积神经网络 瞬变电磁场 虚拟波场

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地面长导线发射机电流快速关断技术研究

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作者 真齐辉 王中兴 +1 位作者 底青云 王煜亮 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期4574-4582,共9页

发射机是地面人工源电磁勘探的关键装备,在相同发射电流条件下,极距越大,信噪比越高,探测效果越好.大极距所需长导线具有较强电感(地面1 km导线约有3 mH电感),发射电压1000 V,发射电流50 A,3 mH电感的电流关断时间为103.95μs,对于时间... 发射机是地面人工源电磁勘探的关键装备,在相同发射电流条件下,极距越大,信噪比越高,探测效果越好.大极距所需长导线具有较强电感(地面1 km导线约有3 mH电感),发射电压1000 V,发射电流50 A,3 mH电感的电流关断时间为103.95μs,对于时间域电磁勘探,观测信号的信噪比与关断时间对数成反比,关断时间每下降10倍,信噪比提升10 dB.本文通过在发射回路中加入快速关断开关,引入辅助关断电压,形成电流高压释放回路,有望实现1 km长导线条件下的关断时间小于10μs,观测数据信噪比提高10 dB以上,具有重要的理论意义与工程价值. 展开更多

关键词 电磁勘探发射机 大极距 长导线 寄生电感 快速电流关断

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非常规储层开发过程的多场耦合数值建模

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作者 张召彬 谢卓然 +5 位作者 徐涛 李宇轩 胡彦智 李守定 赫建明 李晓 《工程地质学报》 2025年第5期1630-1646,共17页

非常规油气资源开发与碳封存是保障能源安全和实现“双碳”目标的重要途径,但其过程涉及复杂的多物理场耦合,传统数值模型难以准确刻画。针对此挑战,本文介绍了一款自主研发的多场耦合模拟器,该模拟器采用模块化架构,实现了储层热-流-固... 非常规油气资源开发与碳封存是保障能源安全和实现“双碳”目标的重要途径,但其过程涉及复杂的多物理场耦合,传统数值模型难以准确刻画。针对此挑战,本文介绍了一款自主研发的多场耦合模拟器,该模拟器采用模块化架构,实现了储层热-流-固-化过程的高效协同计算。本文综述了自研模拟器的基本原理及其应用。在天然气水合物开采方面,揭示了“原位补热降压充填”新方法的增产潜力,划分了不同物性储层的分解主控模式,并提出了注热-降压协同开采的优化方案;在甲烷水合物-碳封存协同研究中,论证了甲烷开采对CO 2封存的“以采助存”协同增效机制,阐明了其通过形成“伞状自封闭壳层”提升封存效率与长期安全性的机理;此外,还评估了深部地热“集群U型多分支井”技术的长期取热表现,探讨了页岩油原位转化的多阶段演化规律。研究成果为非常规资源能源的高效开发及碳封存提供了理论与技术支撑。 展开更多

关键词 THMC耦合 数值模拟 水合物 地热 页岩油 碳封存

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南海天然气水合物开采机理与规模化开发挑战

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作者 边航 张召彬 +4 位作者 李守定 庞守吉 李宇轩 孙一鸣 李晓 《工程地质学报》 2025年第5期1736-1750,共15页

本文系统综述了南海泥质粉砂储层天然气水合物开采机理与规模化开发挑战。研究表明,南海水合物主要赋存于未固结泥质粉砂沉积物中,矿物组分复杂(富含黏土、石英、碳酸盐等),孔隙结构以微纳米级生物化石孔和黏土晶间孔为主,渗透率极低且... 本文系统综述了南海泥质粉砂储层天然气水合物开采机理与规模化开发挑战。研究表明,南海水合物主要赋存于未固结泥质粉砂沉积物中,矿物组分复杂(富含黏土、石英、碳酸盐等),孔隙结构以微纳米级生物化石孔和黏土晶间孔为主,渗透率极低且非均质性强。水合物相变行为受温压场控制,存在显著滞后效应,黏土矿物通过热力学抑制与动力学促进双重作用影响相变过程。降压开采中,分解区多相渗流受“水锁”现象制约,气相渗透率急剧下降;储层改造方面,水力压裂、注热(如低频电加热)及化学方法(如CO_(2)置换)可提升渗流能力,其中氧化钙基原位补热降压充填法通过热补偿与孔隙填充协同作用,在井场试验中实现最高21.3℃的储层增温。数值模拟器研发聚焦热-流-固-化多场耦合,但需进一步整合化学场与生物场。产能模拟表明,水平井结合压裂改造可显著提高产气量,但需优化裂缝参数以平衡产气与地层稳定性。未来需深化纳米级孔喉内相界面演化观测,发展多技术协同改造策略,并构建全耦合智能模拟平台。 展开更多

关键词 泥质粉砂 天然气水合物 相变 渗流能力调控 多场耦合

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储层压裂方法技术与压裂效果影响因素

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作者 李守定 李晓 +8 位作者 张召彬 刘世民 赫建明 郭鹏 胡彦智 谢卓然 毛天桥 郑博 李关访 《工程地质学报》 2025年第5期1613-1629,共17页

当前我国油气资源开发已迈向深层、深水、非常规资源和老油田增产的新领域,其中深层和非常规油气资源储层普遍具有低孔低渗和开采难度高的特征,储层压裂改造技术作为一种重要的改善渗透率增能提产的关键技术,对于油气效益开采发挥了重... 当前我国油气资源开发已迈向深层、深水、非常规资源和老油田增产的新领域,其中深层和非常规油气资源储层普遍具有低孔低渗和开采难度高的特征,储层压裂改造技术作为一种重要的改善渗透率增能提产的关键技术,对于油气效益开采发挥了重要作用。论文综述了储层压裂改造方法与技术,指出了压裂技术从传统的水力压裂、无水压裂等静态载荷压裂技术,向冲击压裂、爆轰压裂等动态压裂技术发展,储层岩石破裂方式由物理破裂改造向化学破裂改造方向发展,并提出了相变共振压裂技术和缝内爆轰压裂技术两种新的压裂技术;分析了储层压裂改造裂缝与改造效果的影响因素,指出储层岩性是压裂效果的内在物质基础,地应力是裂缝走向延伸的主控因素,岩体结构是裂缝复杂性的调节因素,并提出了一种考虑脆性、抗拉强度、水平地应力差和横波波速的4指标页岩油可压裂性评价模型。 展开更多

关键词 压裂方法 压裂技术 压裂效果 可压裂性 压裂裂缝 岩体结构 地应力

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水力压裂过程中三轴应力的动态变化及其与裂缝分布的相关性

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作者 何永彬 赫建明 +4 位作者 张义祥 毛天桥 郑博 李守定 李晓 《工程地质学报》 2025年第5期1723-1735,共13页

页岩储层中的流体压力在水力压裂的流体注入过程中会触发裂缝的起裂与扩展。该压裂过程会引起页岩的力学响应,并对其三轴应力状态进行扰动,由此产生的三轴应力变化可能导致断层破坏和地震活动。鉴于原位应力在水力压裂作业中的关键作用... 页岩储层中的流体压力在水力压裂的流体注入过程中会触发裂缝的起裂与扩展。该压裂过程会引起页岩的力学响应,并对其三轴应力状态进行扰动,由此产生的三轴应力变化可能导致断层破坏和地震活动。鉴于原位应力在水力压裂作业中的关键作用,本研究选用尺寸为300mm的立方体页岩试样,采用真三轴岩石力学试验机开展水力压裂实验。实验过程为在逐步加载至目标三轴应力值后,通过试样中心钻孔向其注入水,结合流体压力对三轴应力变化及沿主应力方向的相应变形进行了全面分析。此外,对压裂后的页岩试样进行了计算机断层扫描(CT扫描),以获取水力压裂产生的裂缝构型与体积分布。研究结果表明:在水力压裂过程中,裂缝的起裂与扩展会沿三轴主应力方向引起围岩变形并产生应力扰动,其中最小水平主应力方向变形最显著表现为膨胀,垂向应力方向变形最小表现为收缩,试样1~3沿最小水平主应力方向的变形量分别为3.81mm、4.25mm和5.71mm,递增趋势与试样承受的三轴应力的升高相对应;由于压裂作用导致的三轴主应力扰动总体上随三轴主应力水平的增加而呈减弱趋势。其中垂向应力的扰动范围为0.090~0.112MPa,最大水平主应力的扰动范围为0.355~0.951MPa,最小水平主应力的扰动范围为0.941~1.236MPa。最小水平主应力的扰动最为明显并且与沿三轴主应力方向观测到的变形特征一致;随三轴应力升高,水力诱发裂缝数量减少而再激活天然裂缝占主导,裂缝体积分布呈现缝宽小体积大和缝宽大体积小两类特征;高应力条件下压裂产生数量少但缝宽大的裂缝,且裂缝宽度增加未带来裂缝体积增加,裂缝体积从276300mm^(3)降至199300mm^(3),原位应力升高反而使裂缝体积下降。 展开更多

关键词 龙马溪组 水力压裂 应力扰动 裂缝形态 三轴应力状态

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CO_(2)压裂-置换-驱替提升页岩气采收率相关研究进展

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作者 何永彬 赫建明 +2 位作者 张义祥 王泽华 李守定 《工程地质学报》 2025年第5期1791-1806,共16页

CO_(2)压裂-置换-驱替是提升页岩气采收率的重要方法。这项技术既可以进行储层压裂,同时置换CH_(4),实现提高页岩气采收率,又能进行CO_(2)封存。因此,对现有CO_(2)压裂-置换-驱替相关技术成果进行总结认识对于该领域的下一步研究非常重... CO_(2)压裂-置换-驱替是提升页岩气采收率的重要方法。这项技术既可以进行储层压裂,同时置换CH_(4),实现提高页岩气采收率,又能进行CO_(2)封存。因此,对现有CO_(2)压裂-置换-驱替相关技术成果进行总结认识对于该领域的下一步研究非常重要。本文以科学机理的角度从超临界CO_(2)压裂、CO_(2)置换CH_(4)、CO_(2)驱替CH_(4)以及CO_(2)压裂-置换-驱替联合技术提高页岩气采收率的相关科学问题4个方面展开综述。结果表明:该技术具有绿色、清洁、环保、节约资源等特点;超临界CO_(2)压裂相较于水力压裂具有降低岩石强度、保持黏土矿物稳定、增加孔隙压力、相变致裂和产生热应力5种优势;CO_(2)相较于CH_(4)具有分子直径小、吸附温度低、自扩散系数小以及具有四极距性质等优势,CO_(2)分子通过竞争吸附实现对CH_(4)分子的置换;CO_(2)在压力作用下驱替CH_(4)分子,该过程受到温度、压力、孔径等多因素影响;目前,存在超临界CO_(2)增黏问题、CO_(2)/CH_(4)竞争吸附过程微观机理问题、吸附位点量化问题、CO_(2)驱替CH_(4)过程的渗流机理与力学机理问题、储层改性问题、CO_(2)地质封存与监测等问题有待深入研究。CO_(2)压裂-置换-驱替联合技术具有广阔前景,是缓解能源压力,助力实现“双碳”目标的重要技术。 展开更多

关键词 页岩气提高采收率 超临界CO_(2)压裂 CO_(2)置换驱替CH_(4) 碳达峰 碳中和

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二氧化碳驱油提高采收率机理与技术应用进展

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作者 谢卓然 张召彬 +7 位作者 李守定 赫建明 胡彦智 郭鹏 李关访 毛天桥 郑博 李晓 《工程地质学报》 2025年第5期1774-1790,共17页

近年来,CO_(2)驱油作为提高油气采收率的重要手段,得到广泛关注。该技术通过将CO_(2)注入地层,使其与原油发生溶胀、降黏、混相等物理化学作用,有效提升原油流动性并建立驱替通道,从而提高原油采收率。随着传统水驱效率的持续下降,CO_(2... 近年来,CO_(2)驱油作为提高油气采收率的重要手段,得到广泛关注。该技术通过将CO_(2)注入地层,使其与原油发生溶胀、降黏、混相等物理化学作用,有效提升原油流动性并建立驱替通道,从而提高原油采收率。随着传统水驱效率的持续下降,CO_(2)驱油逐渐成为提高老油田开发效率的可行技术,并展现出一定的工程与环境协同潜力。本文围绕CO_(2)驱油的作用机制、注入工艺展开系统综述,重点分析了CO_(2)的相态特性及其与原油之间的相互作用过程,包括溶胀、黏度变化与最小混相压力等关键控制因素。同时,对不同注入方式的适用条件与技术要点进行了对比探讨。此外,文章基于自主开发的多场耦合模拟软件,构建了典型CO_(2)驱油场景模型,深入分析了注入过程中各物理场与流体组分的时空演化规律,探讨了CO_(2)驱油的关键影响机制与增产潜力。最后,本文系统分析了CO_(2)驱油过程中储层非均质性、气窜风险以及注入安全性等关键因素的影响,并评估了CO_(2)驱油与碳封存协同发展的潜力,旨在为后续研究和现场工程实践提供理论支撑与技术指导。 展开更多

关键词 CO_(2)驱油 提高采收率 多相渗流 碳封存

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深部水文地质学裂隙渗流研究挑战与进展

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作者 董艳辉 王礼恒 +4 位作者 张倩 周志超 文冬光 李守定 万力 《地学前缘》 2026年第1期296-312,共17页

深部水文地质学是地球科学领域近年来快速发展的前沿方向,主要聚焦于地下数百米至数千米深度范围内的基岩裂隙含水系统。随着我国深部资源能源开发、环境保护与空间利用需求的不断增加,对深部地下水系统的认知程度与调控能力已成为支撑... 深部水文地质学是地球科学领域近年来快速发展的前沿方向,主要聚焦于地下数百米至数千米深度范围内的基岩裂隙含水系统。随着我国深部资源能源开发、环境保护与空间利用需求的不断增加,对深部地下水系统的认知程度与调控能力已成为支撑国家战略的关键科技问题。本文系统综述了深部水文地质学的研究进展,重点阐述了深部裂隙介质渗流的关键科学问题、研究方法与工程实践。首先,提出了深部水文地质学核心科学问题:深部地下水的来源与年龄、深浅层水循环相互作用机制、高度非均质含水系统表征、深部流体与工程相互作用以及深部生物圈影响。其次,系统梳理了深部裂隙介质渗流研究的关键方法与技术,包括实验室尺度的高精度观测与测试技术、现场实验与长期监测手段、多尺度数值模拟与多场耦合建模技术,以及多学科集成与人工智能研究范式。第三,聚焦典型工程背景,深入探讨了四类深部水文地质问题的研究进展:(1)深部低渗岩体裂隙渗流,以高放废物地质处置为例,分析了北山预选区深部地下水系统特征与水文循环模式;(2)深部低渗岩体裂隙溶质运移,以页岩气水力压裂为例,探讨了深部流体向上迁移的水文地质控制机制;(3)深部流体反应溶质运移,以深层碳酸盐岩储集空间为例,揭示了深部热液流体对储层改造的主控作用;(4)深部裂隙热流耦合,以增强型地热系统开发为例,分析了多场耦合作用下储层裂隙演化与热开采持续性的主控机制。最后,展望了深部水文地质学六大未来研究方向,包括深部观测技术系统建设、高精度裂隙渗流建模、多场耦合模拟能力提升、地球物理成像与水文融合、高分辨率水化学分析以及人工智能与大数据集成。本文对深部水文地质学理论、方法与应用的全面总结,旨在为高放废物地质处置、页岩气开发、二氧化碳地质封存、增强型地热系统以及深层至超深层油气资源开发等深部地质工程提供理论指导与技术支撑,为深部地下水资源的可持续管理与环境安全评价提供科学基础。 展开更多

关键词 深部地质工程 深部水文地质学 裂隙渗流 多场耦合 数值模拟

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页岩储层中断裂面在流体作用下的摩擦行为研究

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作者 曾波 王泽华 +3 位作者 徐尔斯 崔帅 黎俊峰 黄浩勇 《工程地质学报》 2025年第5期1834-1843,共10页

页岩油气开发对于提升清洁能源消费占比和减碳目标的实现具有重要意义,其开发过程中由于高压流体注入导致压裂区断裂面有效应力降低而引发断裂面摩擦失稳,所产生的滑移会直接造成套管变形进而严重影响生产过程。本文将开展页岩储层中断... 页岩油气开发对于提升清洁能源消费占比和减碳目标的实现具有重要意义,其开发过程中由于高压流体注入导致压裂区断裂面有效应力降低而引发断裂面摩擦失稳,所产生的滑移会直接造成套管变形进而严重影响生产过程。本文将开展页岩储层中断裂面摩擦行为的室内试验研究,在页岩试样中预制裂缝来模拟断裂面,将试样置入三轴压力室施加轴压及围压来模拟储层地应力环境,通过预制钻孔注入高压流体来引发断裂面摩擦失稳,监测并记录断裂面摩擦失稳过程中其剪应力、滑移距离、摩擦系数的动态变化。试验发现页岩储层改造过程中高压流体注入会触发断裂面产生黏-滑位移,断裂面滑移过程中的摩擦动态演化直接影响到滑移过程及其稳定性。断裂面滑移触发后初期表现为典型的慢滑移,之后随着摩阻的递减和滑移速率的递增,断裂面滑移后期会出现非稳定性滑移段并且滑移幅值较大。流体增压速率对于页岩储层中断裂面滑移具有控制性作用,当流体增压速率为0.05MPa·s^(-1)时,会导致断裂面出现连续重复性非稳定滑移过程,滑移速率显著增加并导致滑移量显著增加,导致较为严重的套管变形而影响后续的生产作业。 展开更多

关键词 页岩储层 断裂面滑移 高压流体 摩擦失稳

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