非常规储层开发过程的多场耦合数值建模

1

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》 北大核心 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》 北大核心 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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蛇绿岩内部结构 被引量：2

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作者 何兰芳 王绪本 +5 位作者 熊发挥 万阈 王军年 姚红春 陈儒军 秦克章 《岩石学报》 北大核心 2025年第2期657-668,共12页

蛇绿岩记录了地球特别是大洋演化的历史,是地球科学关注的热点。同时,蛇绿岩也是多种关键金属矿床的赋矿岩体,在铬铁矿、铂族矿产、贵金属找矿中地位突出。围绕蛇绿岩构造环境、地球化学、地质年代学、岩石学研究已取得重大进展,在地质... 蛇绿岩记录了地球特别是大洋演化的历史,是地球科学关注的热点。同时,蛇绿岩也是多种关键金属矿床的赋矿岩体,在铬铁矿、铂族矿产、贵金属找矿中地位突出。围绕蛇绿岩构造环境、地球化学、地质年代学、岩石学研究已取得重大进展,在地质固碳和地质氢新能源研究方面也有突破。但蛇绿岩的内部结构,特别是小尺度的内部结构,至今仍是蛇绿岩研究的薄弱环节。本文介绍了蛇绿岩内部结构研究方法与进展,依托矿床电磁学观测,结合地质、钻探结果,讨论了蛇绿岩的内部结构特征,特别是蛇绿岩内部超基性岩体的内部结构特征。矿床电磁学分析结果表明:从岩石物理分析到电磁法探测都发现西藏罗布莎、东巧蛇绿岩内部发育显著的高低阻电阻率异常分带。CSAMT探测结果表明新疆萨尔托海蛇绿岩内部也有类似的电性结构分带特征。依据罗布莎、东巧、萨尔托海、Semail蛇绿岩的地球物理探测和钻探结果以及乌拉尔一些矿区的剥露与深钻结果,我们提出了蛇绿岩电阻率-蚀变带结构模型。基于这一模型,蛇绿岩中的超基性岩主要发育高阻新鲜-弱蚀变方辉橄榄岩和低阻蚀变-强蚀变纯橄岩-蛇纹岩两个岩相结构带,两个岩相之间的过渡带是铬铁矿富集成矿的有利空间。电阻率-蚀变带模型可用于铬铁矿成矿预测以及蛇绿岩内部地质作用研究。 展开更多

关键词 蛇绿岩 内部结构 岩相带 铬铁矿 音频大地电磁测深

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流体注入对断裂面滑移过程中摩擦行为影响的试验研究 被引量：1

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作者 王泽华 赫建明 +3 位作者 郑博 毛天桥 李守定 李晓 《工程地质学报》 北大核心 2025年第3期858-865,共8页

地震活动是断层非稳定滑动引发的弹性能在短时间内的释放过程,近年来为实现非常规储层开发而实施的储层压裂过程中,高压流体注入地层会诱发断层活化而产生非稳定滑动。断层非稳定滑动过程中的“黏-滑”行为导致了地震的发生,本次研究关... 地震活动是断层非稳定滑动引发的弹性能在短时间内的释放过程,近年来为实现非常规储层开发而实施的储层压裂过程中,高压流体注入地层会诱发断层活化而产生非稳定滑动。断层非稳定滑动过程中的“黏-滑”行为导致了地震的发生,本次研究关注流体注入诱发断裂面失稳的摩擦行为,并且与无流体注入条件下的断裂面失稳摩擦过程进行了对比分析。为了探究储层中流体注入在断层活化中的作用,针对页岩样品分别开展了应力驱动与恒定增压速率流体注入两种条件下的断裂面摩擦滑移失稳试验。通过实时监测应力与位移的变化并计算求解剪应力和摩擦系数,深入分析并总结高压流体注入对断裂面失稳后的摩擦演化过程。研究表明,在无流体注入条件下,“黏-滑”行为产生后断裂面摩擦呈现弱化和恢复的反复循环,摩擦系数相对稳定在数值~0.6附近循环变化;而在流体注入条件下,断裂面失稳瞬间产生应力降,并快速演化为较长时间段内高频重复的“黏-滑”行为且滑移速度很慢;之后由于出现连续的摩阻弱化“黏-滑”行为而产生显著滑移段,最终由于流体压力逐渐接近断裂面所处位置的最小主应力,出现连续的摩阻强化“黏-滑”行为,此过程中滑移速度逐渐减小并最终停止滑移。试验证实流体注入可使断裂面摩擦系数从~0.6显著衰减甚至接近于0,这也揭示了孔隙压力对断裂面稳定性的控制性作用,在储层改造过程中通过孔隙压力的调控可以有效预防由于断裂面非稳定性滑动导致的地震事件。 展开更多

关键词 页岩 断层滑移 流体注入 摩擦行为

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储层压裂方法技术与压裂效果影响因素

5

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》 北大核心 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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深部水文地质学裂隙渗流研究挑战与进展

6

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》 北大核心 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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基于有限元的地球物理电磁场三维正演仿真软件平台EMSIM

7

作者 陈卫营 薛国强 《地球科学与环境学报》 北大核心 2025年第5期857-870,共14页

电磁法是透视地球内部的重要手段,正演仿真模拟在洞悉电磁场响应机制、优化勘探策略以及深化反演处理与解释等方面扮演着不可或缺的关键角色。当前,针对各种电磁场正演算法的研究蓬勃发展,涌现出大量开源程序代码。然而,这些工具往往局... 电磁法是透视地球内部的重要手段,正演仿真模拟在洞悉电磁场响应机制、优化勘探策略以及深化反演处理与解释等方面扮演着不可或缺的关键角色。当前,针对各种电磁场正演算法的研究蓬勃发展,涌现出大量开源程序代码。然而,这些工具往往局限于单一程序层面,尤其在模型构建、网格剖分及后处理显示等核心环节上常需频繁切换至外部软件,增加了操作复杂性与时间成本。为此,开发了一套地球物理电磁场三维正演仿真软件平台EMSIM。该软件基于有限元法实现了三维空间内地球物理电磁场的正演模拟,并具备几何建模、网格剖分、分析求解、可视化显示、数据管理等全流程功能。在软件开发过程中,重点解决了复杂模型建模与剖分、并行计算优化、大规模计算数据高效管理、后处理显示等关键技术难题,显著提升了仿真计算的精度与效率。通过多个案例的对比验证,EMSIM软件在操作性能、计算精度与效率上满足实际应用需求,可作为地球物理电磁学研究的有力工具。 展开更多

关键词 地球物理学 电磁场 三维正演 软件开发 有限元 CAD建模 网格剖分 并行计算

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阵列式持气率计和反距离加权算法在水平井气—水两相流持气率评价与成像中的应用

8

作者 郭海敏 吴玉燕 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第4期958-965,共8页

在气—水两相流动中,由于气相与水相在井筒内常出现分层或非均匀分布,传统测量仪器在应对不同流型和相分离现象时容易产生较大的测量误差。为克服上述局限性,可采用模块化的多相流传感器组合,如阵列式电容持率仪(CAT)、阵列式电阻率持率... 在气—水两相流动中,由于气相与水相在井筒内常出现分层或非均匀分布,传统测量仪器在应对不同流型和相分离现象时容易产生较大的测量误差。为克服上述局限性,可采用模块化的多相流传感器组合,如阵列式电容持率仪(CAT)、阵列式电阻率持率仪(RAT)、阵列式涡轮流量仪(SAT)以及阵列式持气率计(GAT),实现灵活配置,从而提升测井系统的适应性与测量效率。尤其是GAT,利用光学传感器在多种工况下进行多次测量,有效提高了测量结果的鲁棒性和分辨率。文中评估了GAT和RAT在不同流量和含水率条件下的持气率测量表现,并采用反距离加权(IDW)算法对测得的持气率分布数据进行插值成像。实验结果表明,GAT在成像效果、测量精度以及低到中等含水率和高流量工况下的适应性方面均优于RAT,为水平井气—水两相流的产出剖面解释提供了重要参考。 展开更多

关键词 生产测井 水平井 光学传感器 阵列式持气率计 持气率

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稳定平台式旋转导向工具测控系统 被引量：1

9

作者 刘庆波 底青云 +3 位作者 王向阳 杨永友 谢棋军 马良令 《地球物理学报》 北大核心 2025年第6期2416-2431,共16页

稳定平台式旋转导向工具测控系统可以自发电、测量井眼轨迹、自动保持或调整工具面角度,且不受外部旋转影响,是旋转导向工具的技术核心.本文对稳定平台式导向工具测控系统关键技术进行研究,分析稳定平台动力学平衡方程和工作模式,推导... 稳定平台式旋转导向工具测控系统可以自发电、测量井眼轨迹、自动保持或调整工具面角度,且不受外部旋转影响,是旋转导向工具的技术核心.本文对稳定平台式导向工具测控系统关键技术进行研究,分析稳定平台动力学平衡方程和工作模式,推导多参数融合下导向工具轨迹测量计算方法,结合钻井延迟因素,提出用于实现闭环钻井的导向决策算法.建立稳定平台理论仿真模型,对单电机和双电机状态下控制方法进行研究.设计双PID控制器对稳定平台进行转矩环控制,通过CLARK变换和PARK变换对静止三相坐标系、静止两相坐标系和旋转两相坐标系进行转换,利用SV_(P)WM算法转换为占空比信号,实现稳定平台测控系统电机驱动电路控制.最后搭建一套实验室用实物测试样机,开发驱动电路硬件和专用控制软件,验证本文测量方法和闭环控制策略的有效性. 展开更多

关键词 全旋转导向 稳定平台 测控系统 井眼轨迹测量 转矩控制

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高铁震源合成数据的频率域弹性波全波形反演 被引量：1

10

作者 王浩 陈景波 《地球物理学报》 北大核心 2025年第4期1430-1443,共14页

高铁震源性质稳定,重复性好,能够产生强能量且强规律性的振动信号,开展高铁震源的全波形反演具有广阔前景.运行在高架桥上的高铁载荷通过一系列离散的桥墩激发地震波.若将单个桥墩视为点震源,则高铁震源问题可转化为延迟激发的多源问题... 高铁震源性质稳定,重复性好,能够产生强能量且强规律性的振动信号,开展高铁震源的全波形反演具有广阔前景.运行在高架桥上的高铁载荷通过一系列离散的桥墩激发地震波.若将单个桥墩视为点震源,则高铁震源问题可转化为延迟激发的多源问题.基于对高铁震源激发过程的分析,我们尝试利用高铁地震信号开展频率域弹性波全波形反演,重建高铁沿线近地表的P波和S波速度参数.高铁震源的频率域弹性波正演是反演的基础,其计算过程最终会归结为大型线性方程组的求解.本文首先通过改变线性方程组右端震源项给出相应于高铁震源的离散表达,从而为高铁震源的频率域全波形反演提供正演引擎.并以此为基础,搭建出高铁震源的频率域弹性波全波形反演理论框架.结合L-BFGS算法和分频多尺度策略,本文测试了简单双层模型和复杂overthrust模型的数值例子,验证了高铁震源频率域弹性波全波形反演的有效性,有力地推动了利用高铁震源进行地震成像的实际应用. 展开更多

关键词 高铁震源 全波形反演 频率域 弹性波 合成数据

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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》 北大核心 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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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

12

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》 北大核心 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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高温高压真三轴加载条件下花岗岩变形破坏的能量演化规律研究

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作者 马英文 付兴 +7 位作者 吴怡 杨进 薛迦文 胡彦智 毛天桥 刁一鸣 李守定 李晓 《工程地质学报》 北大核心 2025年第5期1659-1672,共14页

渤海盆地深部埋深超过4000m的潜山储层具有广阔的勘探开发前景。但其开发面临极端地质环境挑战:地层温度高达200℃,地应力可达90~120MPa。在如此高的温度和压力条件下,储层岩石变形破坏行为的变化规律与浅层明显不同,特别是三向应力和... 渤海盆地深部埋深超过4000m的潜山储层具有广阔的勘探开发前景。但其开发面临极端地质环境挑战:地层温度高达200℃,地应力可达90~120MPa。在如此高的温度和压力条件下,储层岩石变形破坏行为的变化规律与浅层明显不同,特别是三向应力和高温耦合条件下岩石变形破坏的能量演化机制尚不清楚。针对该问题,本研究利用自研的高温高压真三轴试验系统,模拟深部储层温压条件(最高温度200℃,最大围压200MPa),系统探究了温度与应力对花岗岩力学特性及能量演化规律的影响。实验选取了泰2灰黑色花岗闪长岩作为储层岩石的替代试验样品,获得了最大5700m埋深高温高压条件下岩石的应力-应变曲线,并利用高能加速器CT对实验后样品进行了扫描,重点分析了岩石变形破坏全过程的能量演化规律。结果表明在较低应力水平下,温度升高导致岩石破坏所需的输入能和耗散能显著增加,延性增强;而在高地应力条件下,温度升高反而降低了岩石破裂所需能量,表现为脆性增强。岩石破裂所需总能量随主应力水平的增大呈近似线性增长趋势,有显著的脆-延转换趋势。此外,中间主应力增加会导致岩石脆性增强,但对能量的影响与深度有关:在4000m条件下,中间主应力的增大使得输入能和耗散能略微增加;但在5700m条件下,随着中间主应力的增加,输入能与耗散能反而呈现减小趋势。本文揭示了温度、应力以及中间主应力对变形破坏特征及能量演化规律的复杂影响规律,可为渤海盆地深部潜山储层的安全高效钻井与开发提供了重要的实验数据支撑和理论依据。 展开更多

关键词 渤海盆地 潜山储层 花岗岩 高温高压 真三轴 能量演化

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基于AFM-Raman联用的岩屑跨尺度力学特性预测方法

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作者 周忠鸣 陈军海 +3 位作者 王颂 陶谦 李守定 张路青 《工程地质学报》 北大核心 2025年第5期1673-1686,共14页

针对深地资源钻井过程中岩石力学参数实时精准获取的技术需求,本研究提出了基于原子力显微镜(AFM)与激光拉曼光谱(Raman)联用的岩屑跨尺度力学特性预测方法。以共和盆地花岗闪长岩为研究对象,系统开展了从微观到宏观的跨尺度力学特性分... 针对深地资源钻井过程中岩石力学参数实时精准获取的技术需求,本研究提出了基于原子力显微镜(AFM)与激光拉曼光谱(Raman)联用的岩屑跨尺度力学特性预测方法。以共和盆地花岗闪长岩为研究对象,系统开展了从微观到宏观的跨尺度力学特性分析。采用激光拉曼光谱技术对岩石薄片进行面扫描测试,结合图像处理算法,实现了矿物组成的快速识别与空间分布的定量表征。通过原子力显微镜测试,获取了不同矿物颗粒内部及边界的弹性模量分布,揭示了矿物界面存在显著的力学弱化效应。基于微观测试结果和颗粒流离散元方法,构建了花岗闪长岩矿物尺度数值模型,并开展单轴压缩和直接拉伸加载,成功预测了岩石宏观力学性质,模拟值与试验值吻合良好。微观破坏分析表明,压缩条件下矿物内部拉伸裂纹是主导破坏机制;拉伸条件下主要形成垂直于加载方向的贯穿裂缝。矿物空间分布的随机性对岩石宏观力学性质的影响相对有限。该方法相较于传统测试,无需钻取岩心,具有测试周期短、时效性强等优势,为岩石力学参数的快速获取提供了新的技术途径,有望推动钻井工程评价方式从厘米尺度岩心向毫米尺度岩屑的转变。 展开更多

关键词 跨尺度力学 岩屑分析 原子力显微镜 拉曼光谱 离散元方法

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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》 北大核心 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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陆相页岩油源内微运移与富集的微观作用机理——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7_(3)亚段为例

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作者 王莹珠 侯雨庭 杨继进 《石油勘探与开发》 北大核心 2025年第5期1104-1117,共14页

为了明确源内页岩油差异富集机制,以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段3亚段(简称长7_(3)亚段)为例,通过高分辨率扫描电镜-光镜-激光拉曼光谱技术、岩石热解以及有机溶剂抽提实验等多种方法联合,识别不同成因固体沥青,以获取页岩油源内微运... 为了明确源内页岩油差异富集机制,以鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段3亚段(简称长7_(3)亚段)为例,通过高分辨率扫描电镜-光镜-激光拉曼光谱技术、岩石热解以及有机溶剂抽提实验等多种方法联合,识别不同成因固体沥青,以获取页岩油源内微运移直观证据,并建立页岩微纳米组构与石油生成、运移和富集的耦合关系。研究发现:长7_(3)亚段页岩纹层富含藻类体,其生烃潜力最高但热转化程度较低,且微米级黏土质与长英质条纹的频繁交替导致内部排烃效率高,原位和运移固体沥青芳香度相似;泥岩纹层富含陆源有机质和黏土矿物,其生烃门限较低且滞留烃类的能力更强,内部保留一定量的轻质油或沥青,使得原位与运移沥青化学结构具有明显分异;凝灰质及砂质纹层富含长英质矿物和运移沥青,前者在页岩生烃增压下形成高角度微裂缝,提高了原油向砂质层刚性矿物粒间孔充注的能力。在运移分馏作用下,页岩纹层、凝灰质纹层、泥岩纹层和砂质纹层固体沥青的有机碳芳构化程度依次降低,原油轻质组分含量依次增加,因而有机质孔发育程度依次提升。长7_(3)亚段页岩油源内运移和富集受有机-无机成岩综合作用,原油组分分馏是形成“纹层型”页岩油甜点段的重要机制。 展开更多

关键词 陆相页岩油 固体沥青 源内微运移 富集机理 长7_(3)亚段 三叠系延长组 鄂尔多斯盆地

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四川盆地不同埋深页岩力学特性差异与水力裂缝扩展特征

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作者 张涵冰 李守定 +6 位作者 李燕燕 王高成 芮昀 李晓 梅珏 郭鹏 顾小敏 《工程地质学报》 北大核心 2025年第4期1366-1375,共10页

四川盆地页岩气资源潜力巨大,川南—渝西是勘探开发热点地区之一。受多期改造影响,五峰组-龙马溪组页岩埋深跨度大,地应力和地层产状复杂,矿物成分和天然裂缝发育程度不同,导致页岩力学特性和储层压裂改造效果存在显著差异,亟须明确不... 四川盆地页岩气资源潜力巨大,川南—渝西是勘探开发热点地区之一。受多期改造影响,五峰组-龙马溪组页岩埋深跨度大,地应力和地层产状复杂,矿物成分和天然裂缝发育程度不同,导致页岩力学特性和储层压裂改造效果存在显著差异,亟须明确不同埋深页岩力学特性差异和水力裂缝扩展规律。本文以昭通地区浅层页岩和大安地区深层页岩为研究对象,开展了井下页岩样品循环加载三轴压缩力学试验和水力压裂试验,对比了龙一_(1)亚段不同小层页岩力学特性和水力裂缝扩展规律。结果表明:(1)受地层抬升影响,浅层页岩层理缝更为发育,脆性矿物含量和三轴抗压强度明显低于深层页岩。浅层页岩三轴压缩形成单一剪切裂缝,伴随层理缝的激活,深层页岩三轴压缩形成多条拉张裂缝。(2)基于CT扫描,重构和对比了浅层页岩与深层页岩三维水力裂缝形态。浅层页岩水力裂缝垂向扩展受层理缝影响较为显著,新生裂缝主要集中在射孔周围,形态较为曲折,裂缝起裂后泵压降幅较小。深层页岩层理缝发育程度明显小于浅层页岩,水力压裂能够形成垂向主裂缝,破裂压力高,裂缝起裂后泵压降幅较大。(3)对比了观音桥泥质灰岩与龙马溪页岩破裂压力,发现泥质灰岩破裂压力低于页岩,表明页岩储层压裂裂缝具备穿过观音桥段泥质灰岩的条件。研究成果为川南—渝西不同埋深页岩储层改造方案设计和靶层选层提供支撑。 展开更多

关键词 四川盆地 浅层页岩 深层页岩 力学特性 水力裂缝扩展

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五峰组-龙马溪组页岩可压裂性分析及工程甜点评价——以我国西南地区某井为例

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作者 梁兴 张涵冰 +9 位作者 李守定 何叶 于宝石 芮昀 蒋立伟 张介辉 赵新胜 孙修阔 顾小敏 郑博 《工程地质学报》 北大核心 2025年第5期1687-1696,共10页

工程甜点评价是页岩油气高效开发的关键环节,对于优化压裂设计、实现降本增效具有重要意义。该评价通常基于储层的可压裂性分析展开。本文以我国西南地区某口页岩气井为例,采用层次分析法对五峰-龙马溪组页岩进行可压裂性评价,进而识别... 工程甜点评价是页岩油气高效开发的关键环节,对于优化压裂设计、实现降本增效具有重要意义。该评价通常基于储层的可压裂性分析展开。本文以我国西南地区某口页岩气井为例,采用层次分析法对五峰-龙马溪组页岩进行可压裂性评价,进而识别工程甜点。研究所需的岩石力学参数(抗拉强度、弹性模量、泊松比)采用车船载岩石力学试验系统在钻井现场直接测试,有效避免了岩样因保存与运输而产生的扰动;脆性指数采用脆性矿物含量和其自身的脆性来表征;水平地应力差采用黄荣樽模型进行计算。研究结果表明:随深度增加,研究层段的可压裂性指数总体呈增大趋势。其中:龙一21、龙一11小层的可压裂性指数较高,被评价为工程甜点,与地质甜点较为一致。本研究方法所计算的可压裂性指数,可以与测井结果相互验证,从而进一步明确工程甜点的位置,为现场压裂方案的设计提供重要参考。 展开更多

关键词 可压裂性 页岩 力学测试 矿物组分 地应力

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物理信息神经网络求解亥姆霍兹方程的配置点采样方法

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作者 单连璞 于彩霞 王彦飞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期182-190,共9页

【背景】地震波场模拟中,物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)凭借其无网格求解特性为亥姆霍兹方程(Helmholtz equation)高效计算开辟了新途径。然而,在复杂介质模型的亥姆霍兹方程正演中,传统的均匀网格配置点... 【背景】地震波场模拟中,物理信息神经网络(physics-informed neural networks,PINNs)凭借其无网格求解特性为亥姆霍兹方程(Helmholtz equation)高效计算开辟了新途径。然而,在复杂介质模型的亥姆霍兹方程正演中,传统的均匀网格配置点采样策略无法高效地提供梯度信息,导致其训练时间长、资源消耗大。【目的和方法】为了提升PINNs的正演效率和精度,并解决动态采样的配置点在震源处异常聚集这一问题,提出了基于残差分布的混合配置点重采样策略(hybrid residual-based adaptive distribution,RAD-H),并与6种固定采样策略和4种动态采样策略进行对比分析。该策略在震源区域采用固定采样确保震源特征捕捉,在其他区域则实施基于残差分布的自适应重采样(residualbased adaptive distribution,RAD),保证重采样配置点与目标高残差区域空间采样的一致性。【结果】经数值实验表明:在均匀介质模型中,RAD-H策略相较于经典基准方法仅需使用18.57%的配置点数量,却能够使波场L2误差降低3.050%,同时该策略训练耗时约为4192.5 s,计算效率较经典基准方法提升了231.74%;在Marmousi2模型中,RAD-H策略控制与经典基准方法相同量级误差,使用的配置点数量减少57.75%。【结论】该策略解决了其他动态采样策略在震源区域采样过密、其他区域采样不足的问题,显著提升了PINNs在含震源正演中的配置点采样效率,对高效高精度模拟复杂地质模型波场具有启发意义。 展开更多

关键词 物理信息神经网络 亥姆霍兹方程 正演 配置点 自适应

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基于起伏界面走时校正的三维最短路径射线追踪方法

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作者 秦泽光 赵爱华 +1 位作者 徐涛 姚时 《地球物理学报》 北大核心 2025年第2期578-594,共17页

最短路径射线追踪方法来源于图理论,可以获得最小走时路径,是初至波和反射波走时成像的重要正演模拟方法之一.最短路径法通常以规则网格离散速度模型,规则网格难以精确表征起伏地表和地下弯曲界面,因而计算的走时精度不是很高.减小网格... 最短路径射线追踪方法来源于图理论,可以获得最小走时路径,是初至波和反射波走时成像的重要正演模拟方法之一.最短路径法通常以规则网格离散速度模型,规则网格难以精确表征起伏地表和地下弯曲界面,因而计算的走时精度不是很高.减小网格尺寸可以减小计算误差,但同时会增加计算时间,对于三维模型尤其如此.为此,本文针对三维模型提出一种基于规则网格的走时校正方法:当地震射线传播至或起始于边界节点(近似表征界面的模型节点)时,将走时校正为射线传播至或起始于边界节点所对应界面节点(模型节点网格线与界面的交点)的走时.应用走时校正技术后可以基本消除由界面近似引起的反射波走时误差,并且可改善射线路径分布.数值模型计算结果表明:走时校正方法所用计算时间基本保持在和常规算法相同的量级,但走时校正方法可提高反射波的走时精度约1~2个数量级. 展开更多

关键词 射线追踪 最短路径算法 规则网格 起伏界面 走时校正

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