“双创”背景下能源特色高校专创融合实施路径探索——以岩石物理学基础课程为例

岩石物理学基础是能源特色高校勘查技术与工程专业最重要的专业基础课程之一。随着“双创”国家政策的提出,“双创”教育融入岩石物理学基础的教学活动中是必然趋势,也是提高勘查技术与工程专业学生综合创新能力的重要抓手。该文对“双创”背景下岩石物理学基础课程教学现状存在问题进行阐述,并对改变教育观念、丰富教学内容、改进教学方法和考核方式等方面进行课程改革的研究与探讨。

基于创新能力培养的能源特色高校专业实验教学改革——以岩石物理学基础课程为例

岩石物理学基础是油气能源特色高校勘查技术与工程专业的核心专业基础课之一,且实验教学是该课程的重要实践环节。针对岩石物理实验教学的现状,梳理和总结该课程实验教学中存在的问题,提出增加实验项目的综合性和改进实验报告模式等措施手段,提高学生的创新能力及分析问题、解决问题的能力,利于实现该课程的教学目标。

玛湖凹陷风城组岩石力学参数自适应权重组合预测

准噶尔盆地玛湖凹陷风城组岩性复杂,为准确预测其岩石力学参数,提出了一种自适应权重组合预测方法。首先分析、对比传统方法和不同机器学习算法(BP神经网络、XGBoost、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、卷积神经网络(CNN)、决策树(CART)、长短时记忆神经(LSTM)网络等)的预测效果,传统方法难以准确预测岩石力学参数,而不同机器学习算法的预测效果不同,其中抗压强度、抗张强度和脆性指数预测的最优机器学习算法模型为SVM,弹性模量为BP,泊松比为RF,内聚力为XGBoost,内摩擦角和断裂韧性为LSTM网络;单一机器学习算法难以实现对多个岩石力学参数的同步准确预测。在此基础上,通过对不同岩石力学参数选取不同预测基模型,再根据基模型预测效果赋予权重并进行组合,以开展自适应权重组合预测。结果表明,该方法能够有效提升机器学习算法的预测精度和泛化性能,可实现复杂岩性地层多个岩石力学参数的同步准确预测。

海陆过渡相储层不同岩性断裂特征及其对压裂的影响

岩石断裂力学性质是决定储层压裂改造效果的内在地质力学基础,明确海陆过渡相储层不同岩性断裂力学性质对于优化压裂改造措施、改善造缝效果具有现实意义。以鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相储层为研究对象,开展储层多种岩性断裂韧性测试,明确储层不同岩性断裂力学特征及影响因素,并在有限元平台建立了具有测井岩石力学参数分布特征的压裂数值模型,着重研究了岩性组合对裂缝高度扩展规律的影响。结果表明:海陆过渡相储层岩性复杂,富含石英和黏土矿物,力学变形破坏呈较强的脆性特征;与海相页岩相比,海陆过渡相储层岩石具有低断裂韧性的特点,断裂韧性值大小呈现煤岩<碎屑沉积岩<灰岩的特征,其中植物碎屑、纹层等弱结构面通过改变断裂路径影响相应岩性的断裂韧性,有较强的劣化作用;储层岩石静态弹性模量是控制不同岩性断裂韧性的重要力学因素,断裂韧性与静态弹性模量具有线性正相关性;储层岩石具有较强的层间力学非均质性,水力裂缝高度倾向钝化于由泥岩层进入砂岩层过程中,储层夹煤层将明显降低裂缝高度,增大支撑剂在储层非均匀铺置的概率。储层地应力对裂缝高度形态的影响与岩性组合有关,因此在前期水平井穿行轨迹选择需要重视水平井上、下岩性组合特征对后续水平井压裂效果的影响。

酸作用下碳酸盐岩刻蚀形貌及力学性能研究

碳酸盐岩在化学和力学作用下结构及力学特征是该类储层酸压技术有效性评价的重要研究课题。以海相碳酸盐岩为研究对象,开展了20%HCl胶凝酸对碳酸盐岩结构和力学性能影响的室内实验研究。基于矿物组成,将碳酸盐岩划分为灰岩、含云质灰岩、含灰质云岩和云岩4种类型,相对于灰岩的均匀刻蚀,酸在含云质灰岩表面选择性刻蚀,形成蚓蚀刻槽,而含灰质云岩和云岩则以点状刻蚀和沿着结构面侵蚀为主。酸作用前碳酸盐岩具有基质强度主导的剪切破坏特征,而酸作用后改变了岩石内部结构,导致碳酸盐岩更易在拉张应力作用下发生破坏,更容易劈裂破坏或沿结构面破坏。酸作用后碳酸盐岩的宏观强度降幅远大于基质强度降幅,酸液通过侵入岩石内部,在岩石内部形成更多微观缺陷,表现为峰值应力时弹性能占比降低和耗散能占比增加,因此其宏观力学性能劣化是基质强度劣化和内部结构改变共同作用的结果。研究结论对于碳酸盐岩现场酸压实践以及后续生产方案制定提供一定指导。

基于离散元模拟的超声波振动作用下层理状页岩损伤分析

为探究超声波振动辅助页岩储层改造的可行性,通过数值模拟方法建立层理状页岩的离散元模型,模拟不同层理倾角的层理状页岩在超声波振动下的损伤情况。结果表明:振动方向与层理面的夹角对超声波振动的传播有显著影响,振动方向与层理面夹角越小,生成微裂纹越多;裂纹主要集中在靠近振动源的地方,离振动源较远处生成的微裂纹数量较少;超声波振动对层理状页岩的强度影响明显,可在页岩内部诱生大量微裂纹,页岩微观结构和物理性质发生变化,单轴抗压强度和弹性模量会显著降低。该研究为利用超声波振动对层理状页岩进行储层改造提供了理论基础。

砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展规律与可压性评价

为探究准噶尔盆地二叠系乌尔禾组砂砾岩储集层水力压裂裂缝扩展延伸规律,采用真实破裂过程分析软件,研究砾石特征、地应力等因素对裂缝扩展的影响。根据数值模拟,研究不同条件下裂缝的扩展过程,描述岩石裂缝演化及形态,建立砂砾岩储集层可压裂性的评价模型。结果表明:乌尔禾组砾石强度和基质强度差异较大,砾石强度为216.62~2032.64 MPa,是基质强度的2~4倍,砾岩岩石力学特性差异明显;砾石含量较小时,裂缝扩展主要受主应力的影响;砾石粒径较小时,裂缝扩展方式主要为绕砾;随着粒径增大或砾石含量增加,砾石对裂缝的抑制和屏蔽作用明显,裂缝延伸距离减小;砾石强度与基质强度差异越大,裂缝遇砾石受阻越强,扩展方式越易由穿砾变为绕砾,降低了裂缝延伸距离。运用灰色关联法和层次分析法,综合考虑砾石特征、水平地应力差等因素,建立了砂砾岩储集层可压裂性评价系数计算模型,无因次压裂裂缝面积和米采液指数与可压裂性评价系数呈正相关关系。

高校教师教学实绩评价体系探索

教师队伍建设是高等教育人才培养的重要一环,提高教学质量需要有一支精神饱满、积极向上的教师队伍,如何调动教师的工作积极性,教师教学评价便是重要的因素之一。文章针对现阶段高校教师教学实绩评价手段单一、评价体系不全面、评价标准学科差异性未体现等问题,从丰富教学评价手段、完善教学评价体系、针对学科差异性进行指标设定等方式展开探究,旨在建立高校教师教育教学实绩评价体系,引导教师潜心教学、全心育人,实现教师同等对待科研与教学、教书与育人,以期为提升高校教学质量提供有益参考。

基于邻点融合方法的碳酸盐岩孔隙结构统计模型及其声学响应特性

全球油气资源已探明储量中,碳酸盐岩油气藏储量约占50%、产量占60%以上,是油气增储上产的重要对象,但碳酸盐岩孔隙结构复杂,非均质性较强,采用以往的孔隙结构模型得到的声学响应模拟结果通常与实验结果存在较大差异。为此,在碳酸盐岩岩心CT扫描实验的基础上,研究了岩心的孔隙结构特征和分布规律,明确了岩心中孔、洞和裂缝的数量、所占面积分数、长宽比均值以及孔隙中心坐标均值和协方差矩阵,并采用邻点融合方法建立了具有不同尺度的碳酸盐岩二维孔隙结构统计模型;对重建模型的声波波场进行了有限差分数值模拟,并将多个重建模型的声波速度均值与原始模型的声波速度作了对比分析。研究结果表明:①同一岩心不同角度纵向切片的孔隙结构和声波速度差异非常大;②孔隙度和孔隙数量对声波速度的影响很小,声波速度主要受孔隙分布位置的影响;③多个重建模型的声波速度均值与原始模型的声波速度值吻合较好。结论认为,可将声波速度最大值对应的CT纵向切片的孔隙结构参数作为二维孔隙结构统计模型构建的基础,采用孔隙中心坐标均值和协方差矩阵来表征孔隙的分布位置,基于邻点融合方法来建立具有不同尺度的碳酸盐岩二维孔隙结构统计模型,对碳酸盐岩储层孔隙结构特征分析与储层参数预测具有重要的指导意义。

新工科视域下军队院校信号与系统课程教学改革初探

新工科是近年来国家大力发展的工科教育新模式。信号与系统作为电子信息类专业的重要基础课程,对于提升学员的工程思维能力具有重要作用。对新工科建设理念指导下的军队院校信号与系统课程教学改革进行了探索,提出了以认知学习为核心、以EduCoder教学平台为依托、以军事或工程应用案例为导向的信号与系统课程教学改革措施,构建了线上线下混合式教学模式,着力提升学员的工程思维能力和系统思维能力。

陆相页岩储层地质力学特性及对压裂效果的影响

根据储层测井资料以及压后试油资料,分析了准噶尔盆地玛瑚凹陷风城组陆相页岩储层的地质力学特性,研究了地质力学参数对陆相页岩储层压裂效果的影响,并对陆相页岩储层可压裂性进行了评价。研究结果表明,风城组页岩油储层岩石力学参数与声波、体积密度间存在良好相关性,以此为基础,建立了储层岩石力学参数的测井计算模型;基于已钻井压裂、测井资料,建立了研究区陆相页岩储层地层压力、地应力计算模型;利用灰色关联法明确了储层影响压裂效果的地质力学主控因素(弹性模量、水平应力差、最小水平主应力、抗张强度以及单轴抗压强度);利用层次分析法构建了研究区陆相页岩储层可压裂性评价指标,地质力学主控因素的权重系数依次为0.3696、0.2440、0.2090、0.1093及0.0681。

断层封闭性演化地球化学评价方法及其控藏作用——以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例

断层封闭性评价对油气成藏研究具有重要的指导意义,但是断层封闭性演化和油气动态成藏有机结合的研究却较少。为此,以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例,利用烃源岩生物标志化合物、生烃热模拟产物特征、原油色谱色质、碳同位素、轻烃等地球化学实验分析技术,建立了断层封闭性演化地球化学评价方法,揭示了不同地质历史时期断层封闭性差异演化对油气运聚成藏的控制作用。研究结果表明:①红车断裂带断层侧向封闭性控制了断层上/下盘原油性质差异。②晚三叠世—早侏罗世,断层侧向对油气不封闭,下二叠统风城组烃源岩成熟阶段原油运移至上盘石炭系遭受生物降解形成高密度重质油;晚侏罗世—早白垩世,断层侧向对油封闭,对气不封闭,风城组高成熟原油和中二叠统下乌尔禾组成熟原油在下盘聚集成藏。③不同地质历史时期断层对不同流体封闭性差异是红车断裂带油藏伴生气普遍为干气的主要原因。④断层封闭性演化可以划分为开启、弱封闭、中封闭、强封闭4个演化阶段,分别控制了油气散失、上盘油藏遭受生物降解、下盘油藏聚集天然气散失、晚期干气捕获4个成藏过程,前3个阶段导致成熟—高成熟阶段天然气散失,晚期强封闭阶段干气大规模聚集,形成了重质油、中质油、轻质油、干气并存的油气分布复杂现象。结论认为,建立的断裂封闭性动态演化历程的地球化学评价方法,对复杂地区多源多期油气勘探开发具有重要的指导意义。

应力卸载-水化协同作用下页岩井壁稳定性模型

采用三轴实验与剪切实验,以横观各向同性理论与弱面准则为依据,融合钻井应力卸载与水化作用下的力学损伤,建立了应力卸载-水化协同作用下的页岩井壁稳定模型,开展了页岩地层井壁稳定性影响因素分析。研究表明:页岩钻开后发生应力卸载,围压、轴向应力越大,应力卸载造成的页岩强度弱化越显著,应力卸载幅度与页岩力学强度弱化程度正相关。页岩层理越发育,越易沿层理破坏,应力卸载时,弱结构面与应力卸载协同作用,页岩强度弱化程度越高,力学稳定性越差,井壁失稳风险越大。外部流体易沿层理侵入,促进页岩水化,水化作用同样使页岩力学稳定性变差,降低井壁稳定性。应力卸载对页岩地层坍塌压力的影响主要发生在钻井前期,水化损伤对井壁失稳的影响主要发生在钻井后期。层理、应力卸载、水化作用共同影响页岩井壁稳定性,应力卸载-水化协同作用下页岩井壁稳定性模型综合考虑了三者的影响,经现场应用检验,预测结果符合钻井实际,可靠性较好。

高温作用下不同岩性岩石物理特性的演化规律

关于高温导致岩石孔隙结构和物理参数变化的研究成果较多,但研究的岩石岩性单一,且对不同岩性岩石受热激励后物理性质变化规律、差异机制等方面的研究还不深入。为此,以四川盆地上三叠统须家河组致密砂岩和泥岩、下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过室内实验,研究了高温作用下不同岩性岩石孔隙度、渗透率和声波速度的变化规律,并讨论了不同岩性岩石动态弹性参数、裂隙密度、损伤系数随温度变化的规律。研究结果表明:①不同岩性岩石阈值温度存在差异,其中砂岩为500℃,页岩为400℃,泥岩为300℃;②随着温度增加,不同岩性岩石表面颜色逐渐发生变化,宏观体积逐渐增大,质量和密度逐渐减小,有机碳含量是影响页岩表观颜色的主控因素;③不同岩性岩石孔隙度、渗透率、裂隙密度、损伤系数随温度增加而增大,而声波速度、弹性模量、体积模量、剪切模量等弹性参数呈减小趋势;④随着温度增加,页岩时域信号振幅下降,频域图主频逐渐向低频部分偏移,岩石孔隙结构变化程度增加;⑤不同岩性岩石受热初期质量损失受到黏土矿物影响较大,而高温时受到碳酸盐矿物含量影响较大,碳酸盐矿物含量对孔隙度增大呈积极作用,石英含量对渗透率增大起积极作用,即岩石石英、碳酸盐矿物含量越高,高温作用后岩石物性改善效果越好。结论认为,高温对岩石的物理特性影响程度主要取决于岩石自身的矿物组分,研究结果对原位加热改性技术在储层增渗可行性研究有一定的参考价值。

基础研究助力工科创新型人才培养研究

在国家日益重视“基础研究”的背景下,分析现阶段工科专业创新型人才培养存在的问题,探讨通过强化基础研究与工科创新型人才培养的联系,建立以工科专业创新型人才培养理论体系为指引,以创新型师资队伍为保障,结合基础研究成果创新人才培养方式,以基础研究的科学精神营造工科创新型人才的培养氛围,全方位提升工科专业人才主动创新意识和创新思维,多渠道助推工科专业人才的创新实践锻炼,为工科专业创新型人才培养奠定坚实基础。

水平井油水两相流阵列电磁波持水率计算方法及应用

准确求取水平井多相流持水率和反演井筒流体分布是揭示水平井开发动态的关键基础,以国产阵列电磁波持水率计为切入点开展研究,在对比分析现有阵列持水率定量计算方法基础上,提出了一种基于阵列探头径向投影中点切分面积计算持水率方法,同时对比建立了水平井筒油水两相流高、中、低含水率条件流体介质分布反演方法。研究表明,新方法计算水平井持水率平均绝对误差为4.43%,相对误差为16.34%,明显优于目前采用的权系数法和径向等高面积法;同时,高、中、低含水条件水平井筒流体分布反演以高斯径向基函数法和多元线性法最为匹配,研究成果为矿场水平井多相流生产动态评价奠定基础。

页岩气储层自吸-水化损伤-离子扩散相关性试验研究

压裂液与页岩气储层接触后,诱发自吸、水化损伤及离子扩散等水岩反应,导致压裂液返排率低、矿化度高,对压裂改造效果与页岩气产出均有显著影响。目前对上述水岩反应已经开展了针对性研究,但自吸、水化损伤及离子扩散同步产生,对三者之间相关性的研究较缺乏,难以准确认识压裂液与页岩的相互作用,不利于压裂优化设计。为此,立足于室内试验手段,明确了不同条件下的页岩自吸、水化损伤及离子扩散规律及影响因素,系统分析了页岩自吸、水化损伤及离子扩散之间的定量相关性以及相互作用机制。研究结果显示:自吸、水化损伤及离子扩散具有同步响应特征,均在自吸前期发展显著,后续逐渐趋于稳定;自吸与水化损伤相互促进,使页岩吸水量增大;随页岩吸水量增大,离子扩散程度加剧,更多盐离子扩散进入压裂液,使压裂液活度降低,减弱页岩自吸与水化程度。研究成果深化了对压裂液与页岩相互作用的认识,为实现页岩气储层高效水力压裂改造提供了理论支撑。

基于案例教学的“岩石物理学基础”课程教学改革实践

文章系统分析了“岩石物理学基础”课程教学现状,总结了传统教学方法的不足,提出了案例教学方法应用的必要性,梳理了该课程多种类型的案例教学素材,建立课程案例库,探讨案例教学实施方式,培养学生独立思考的能力,提升学生的综合应用能力和创新能力,为“岩石物理学基础”课程的进一步建设奠定了基础。

含氧官能团修饰的石墨表面润湿性及其对气水分布的影响

润湿性是储层岩石表面重要的物理性质之一,是影响毛细管力、相对渗透率、束缚水饱和度以及流体微观分布的关键因素。基于分子模拟方法,研究了含氧官能团修饰的石墨表面(有机质表面)润湿行为及甲烷-水体系在有机质狭缝孔中的分布特征。结果表明:随着含氧官能团的增多,水分子与有机质表面间相互作用能减小,有机质表面润湿接触角增大;随着温度的升高,有机质表面与水分子间的相互作用能增大,润湿接触角减小;在对称C/O比的石墨狭缝孔模型中,水分子对称分布在含氧官能团化的石墨壁面附近区域,且随着C/O比的减小,水分子的相对浓度增大、扩散系数减小,而甲烷分子则聚集分布在孔中心区域;在不对称C/O比的石墨狭缝孔模型中,水分子不对称分布在含氧官能团化的石墨壁面附近区域,而甲烷分子仍聚集分布在孔中心区域,其中C/O比低的一侧,壁面亲水性强,水分子的相对浓度高,而C/O比高的一侧,壁面疏水性强,水分子的相对浓度低。研究结果对于页岩储层特征影响研究有重要的意义。

基于“专思创融合”理念的“岩石物理学基础”课程教学改革研究

“岩石物理学基础”是油气特色高校勘查技术与工程专业的核心专业课。文章以“岩石物理学基础”课程为例,以“专思创融合”为目标,充分挖掘课程知识点的思政元素和创新创业元素,优化教学设计和教学方法,推进课程思政和创新创业思维的建设,增强“专业教育—思政教育—创新创业教育”的协同效应,促进该专业人才培养质量的提升,对我国的能源安全有着重要的意义。