川东北地区二叠系大隆组深层页岩气储层孔隙结构及其分形特征

页岩储层特性是影响页岩气富集和开采的关键因素之一。四川盆地北部发育的上二叠统大隆组是重要的海相优质烃源岩,而针对川东北地区大隆组页岩储层的研究还有待深入。以川东北地区大隆组深层页岩为研究对象,利用高分辨率场发射扫描电镜、二氧化碳吸附、氮吸附及高压压汞等技术,开展大隆组深层页岩储层不同孔径孔隙结构的定性—定量研究,并运用基于二氧化碳吸附的V-S模型、氮吸附的FHH模型和高压压汞的分形几何模型对不同孔径的孔隙进行分形拟合,表征页岩孔隙结构的复杂程度和非均质性特征。结果表明,川东北地区大隆组深层页岩储层发育丰富的纳米级有机孔和少量的无机孔,有机孔发育特征随有机质显微组分不同和分布形式差异而显示强的非均质性。大隆组深层页岩孔隙结构与龙马溪组深层页岩相似,以介孔和微孔为主,占总孔体积的90%以上;页岩孔隙结构主要受有机质丰度的影响。分形特征研究结果显示,深层页岩宏孔非均质性强于介孔和微孔。其原因可能为深层页岩微孔孔径较小,分布集中,成因单一,受成岩作用影响较小,孔隙结构较为简单,具有较小分形维数;而宏孔孔径较大,分布范围较广,成因多样,易受成岩作用影响,表现出强非均质性。深层页岩微孔—介孔因其丰富的储集空间和较强的自相似性,有利于页岩气的赋存、渗流和开采。

油页岩传热各向异性与原位传导热采模拟分析

【目的】油页岩原位开采过程中传热效率差,各向异性差异显著,油页岩原位开采中存在各向异性传热差异问题。【方法】以新疆巴里坤油页岩制标准样本试件,采取多种室内试验手段对不同温度下块状油页岩水平、垂直层理传热差异进行探究,并进行原位开采模拟。【结果】实验结果表明:1)随着温度升高,各层理方向热传导系数均呈“降低”趋势,但油页岩平行层理方向的热传导系数均大于垂直层理方向;2)随温度升高,比热容先升高再降低,当温度为400℃时,油页岩比热容值最大;3)结合显微CT图,随着温度的升高,裂隙增多对垂直层理方向热量传导的影响大于平行层理方向。基于上述实验测试参数,同时利用COMSOL软件建立油页岩储层原位电加热的“热-固”耦合模型,模拟结果表明:随加热时间的增加,各向异性传热差异逐渐开始呈现;当加热时间为120 d时,加热井附近区域温度上升,并未表现出明显的各向异性;当加热到600 d时,平行层理方向的传热区域明显大于垂直层理方向,呈“椭圆”状;加热到1 440 d时,传热区域小幅度增加,加热井控制区域页岩基本热解完成。

海水老化下类填充微穿孔板结构水下吸声材料的性能及其寿命预测

针对现阶段潜艇用水下吸声材料的低厚度强低频吸声的性能诉求,基于三维间隔织物,将兼具多孔和共振吸声特性的类填充微穿孔板(F-MPPL)结构引入常规空心微珠填充水下吸声材料(HBF复合材料)中,设计出新型三相复合水下吸声材料(F-MPPL复合材料)。鉴于海中复杂环境对水下吸声材料声学性能的影响,采用人工海水浸泡的方法对F-MPPL复合材料进行海水老化,结果发现老化12个月后的F-MPPL复合材料平均吸声系数下降了13.6%。同时,基于海水老化下孔隙率和穿孔率的变化对最终宏观模型仿真结果的影响,对F-MPPL复合材料的水下吸声性能寿命进行预测发现,模型可准确预测材料吸声峰值的位置,但对材料吸声系数峰值的大小预测稍有偏差。研究结果可为各类水下吸声材料的吸声性能老化研究提供实践经验,并为F-MPPL结构在海水老化下的长期寿命预测及性能优化提供理论参考。

基于混合知识蒸馏和特征增强技术的轻量级无解析式虚拟试衣网络

基于外观流的二维虚拟试衣技术存在着服装扭曲准确率低、纹理失真以及模型计算成本高等问题,提出了一种基于混合知识蒸馏和特征增强的轻量级无解析式虚拟试衣模型。首先,通过全局特征的融合与不同尺度下流场运算结果的校准,提出了改进后的外观流估计方法,提高外观流的估计精度;其次,采用知识蒸馏的方法对图像分割结果与虚拟试衣流程进行解耦,构建了基于深度可分离卷积的轻量级试衣网络;最后,提出了基于像素平均梯度的服装复杂度GTC指标量化分析服装的纹理复杂程度,以此为基础将VITON数据集划分为简易纹理集、较复杂纹理集和复杂纹理集。结果表明:提出的模型在图像质量评价指标(弗雷歇距离、感知图像块相似度、峰值信噪比、内核初始距离)上的分值较目前性能最优的模型均有所提升,能够有效提高服装扭曲准确度与试穿结果图像的质量,缓解服装纹理畸变与失真的问题,同时还拥有更小的模型尺寸和更快的运行推理速度。

间隔织物-羊毛角蛋白气凝胶复合材料研究

采用羊毛角蛋白制备有机气凝胶,存在结构不稳定、力学性能较差等问题。为提升材料的性能,通过还原C法从废旧羊毛中提取R-角蛋白并制备角蛋白气凝胶,将特殊的三维立体结构经编间隔织物引入气凝胶中,开发出经编间隔织物增强废旧羊毛角蛋白气凝胶复合材料,并对废旧羊毛的溶解率、提取率以及材料的密度、力学及隔热性能进行测试与分析。结果表明,通过还原C法得到的羊毛溶解率为89.4%,R-角蛋白提取率为72.6%。复合材料的密度不超过28.23mg/cm,具备传统气凝胶低密的优良特性,同时经编间隔织物与角蛋白气凝胶原位复合后,材料的压缩性能显著提升,并仍具有良好的隔热性能。

基于废棉再生的碳微球/气凝胶光热复合材料的制备及性能

针对淡水资源短缺以及废旧棉织物高值化处理困难,以废旧棉纤维为原料,使用水热法制备碳微球,在氢氧化钠/尿素体系中溶解棉纤维制备纤维素水凝胶,将碳微球添加到水凝胶中均匀混合,经过冷冻干燥制得以碳微球为光热转换材料的再生纤维素气凝胶基界面蒸发器(aerogel-based interfacial evaporator,AER)。分别对不同纤维素和碳微球含量所制备的材料进行蒸发实验,分析参数对AER性能的影响。结果表明:纤维素和碳微球质量分数分别为2%、0.2%时,AER的水蒸发速率达到最高,为1.58 kg·m^(-2)·h^(-1),光热转换效率达到85.85%。

深层—超深层天然气勘探研究进展与展望

从全球油气勘探发展趋势来看,深层—超深层天然气勘探已经成为化石能源勘探未来的主战场。不仅常规碳酸盐岩和碎屑岩领域,非常规的页岩气和煤层气等领域也进入深层—超深层勘探阶段。前期,我国在深层天然气勘探中形成了一批具有开创性的理论和技术,指导了很多具有战略意义的商业发现,提升了我国能源的保障能力。但同时在面向更深层的勘探目标时,还面临着新的地质、工程等方面的挑战,还有很多世界级难题需要攻关。本文系统回顾了近年来,我国在深层—超深层碳酸盐岩、碎屑岩、页岩气、煤层气等领域勘探中取得的成就,重点总结了深层—超深层不同领域天然气成藏条件与主控因素的研究进展,从资源评价、储层发育与保持机理、油气成藏与富集规律、地球物理和工程技术等方面,提出了深层—超深层天然气勘探面临的主要问题与发展建议,以期能为加快我国深层—超深层天然气勘探提供参考。

页岩自封闭性与页岩气保存的微观机理研究

为加快页岩气的勘探开发,围绕页岩自封闭性阐述了页岩气保存的微观机理。页岩层系的自封闭能力主要与其纳米喉道为主的低连通性、束缚水赋存引起的低速扩散和毛细管力封闭、埋藏条件下沿层方向的突破压力有关。基于页岩孔隙形态以及连通性分析表明,页岩有机孔以纳米喉道为主,连通性差且具有明显的滞留效应,同时顶、底板及页岩层系内部多套相对致密的封隔层叠置,有利于形成纵向自封闭。结合束缚水对基质孔隙流动能力及突破压力的实验和分子动力学模拟分析,揭示束缚水赋存使得页岩基质孔隙有效扩散能力显著下降,并可形成高的毛细管力,从而对储集于有机孔隙中的气体形成有效封闭。研究中构建了渗透率—突破压力演化关系,揭示深埋条件下页岩沿层方向层理缝有效闭合可形成高的突破压力封闭,抬升阶段相对弱的挤压环境沿层方向仍可以保持较高的封闭能力,有利于页岩气保存;而强挤压改造导致层理缝开启并沟通开启性断裂面,导致保存能力失效并使得页岩气发生较大规模的散失。该研究利用实验和分子动力学模拟等手段获取的认识,进一步阐述了页岩气保存的微观机理,可为复杂构造区海相页岩气勘探提供指导。

四川盆地侏罗系陆相页岩成熟度与显微组分孔隙发育特征

为查明四川盆地复兴地区侏罗系页岩成熟度及有机质孔隙发育特征,通过镜质体反射率、拉曼光谱、岩石热解多手段联合确定成熟度,同时采用光学显微镜和聚焦离子束扫描电镜相结合的方法,初步分析了不同显微组分有机质孔隙发育特征。研究结果表明:复兴地区凉二段和东岳庙段页岩均处于高成熟热裂解生湿气阶段(1.2%<R o<2.0%);凉二段页岩因埋深较浅成熟度略低,整体在1.25%~1.5%;东岳庙段页岩成熟度相对较高,整体在1.6%~1.8%。有机显微组分以镜质体为主,其次为惰性组和固体沥青,干酪根类型以Ⅱ2型和Ⅲ型为主。主要发育4种类型的有机质孔,即固体沥青孔隙、镜质体孔、惰质组孔和生物碎屑孔。有机质孔隙以固体沥青孔为主,镜质体和惰质组内部多均质致密,极少发育孔隙,部分细胞腔被固体沥青、黏土矿物或黄铁矿充填,形成少量孔隙;生物碎屑内部可见微孔,矿物边缘发育絮状有机质孔。有机显微组分类型及含量是控制复兴地区侏罗系页岩有机质孔隙发育的关键。

织物表面缺陷检测的研究进展

为进一步提高织物缺陷检测效率,降低织物织造过程中的损失,以织物缺陷检测系统为切入点,概述了织物缺陷检测的整个过程。针对检测过程中发生的错检、漏检问题,详细介绍了织物缺陷采集硬件设备、数据集、检测方法的发展现状。从织物缺陷图像的特征提取角度出发,综述了织物颜色、纹理、形状特征提取的研究进展。其次,进一步总结了基于机器学习和深度学习缺陷检测算法各自的检测效率和特点,最后提出了在织物缺陷检测过程中遇到的问题以及未来的发展方向。

学科融合视域下初中地理主题学习的实践探索——以“因地制宜开发‘义田’”为例

《义务教育地理课程标准(2022年版)》明确提倡学科融合,要求开展跨学科主题教学,强化课程协同育人功能。针对一线教师普遍反映学科融合的主题学习难度大、实施受限等问题,本文以江苏省教学新时空直播课“因地制宜开发‘义田’”为例,基于地理与生物学科融合的主题创设情境,以“发现问题—解决问题—提出创想”为活动实施线索,操作过程中需贯彻时间适宜、主题适中、形式适切和评价适时四个原则。

页岩气保存机制探讨

常规天然气与页岩气在储集空间上的本质差别就是孔径或孔隙结构的差异。根据四川盆地涪陵焦石坝地区页岩埋藏史、含气量、生产数据及解吸气同位素分馏这4方面资料,指出页岩气是以单个或多个有机质碎片所形成的连通孔隙网络为单元被保存在页岩中,毛管压力与静水压力是页岩气孔隙压力的保存机制,因此页岩的富气程度不受构造形态或圈闭的控制。构造活动对页岩气保存条件的破坏主要决定于构造升降对静水压力破坏及地质应力对页岩页理面的破坏程度,水平挤压条件下层理面张开所引起的毛管封闭能力下降,导致页岩气散失。而断层往往是应力释放区域,使页理面不会受到进一步的破坏,相反可能对下盘起到保护作用,成为页岩气的有利勘探目标。根据毛管力原理可进一步估算页岩气的可采收率,从而为勘探开发提供指导。

川东南地区奥陶系五峰组-志留系龙马溪组页岩气异常压力封存箱剖析与形成机制

川东南地区焦石坝构造、丁山构造以及南部长宁黄金坝构造页岩气普遍存在超压现象,上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩气存在由3个隔板构成的2个页岩气异常压力封存箱。下封存箱位置与五峰组—龙马溪组优质页岩层段相当,由上奥陶统临湘组与宝塔组致密含泥灰岩、瘤状灰岩形成页岩气封存箱的底部封隔层;顶板位于龙马溪组龙一段一亚段的中部,由火山灰蚀变黏土岩夹层、薄层碳酸盐岩及泥岩互层组成,同时形成上封存箱的底板;上封存箱顶板位于龙马溪组二段与龙一段分界处,由泥岩或泥岩夹薄层碳酸盐岩互层组成。研究认为页岩气封存箱顶、底板封隔层含致密碳酸盐岩或碳酸盐岩薄层并与泥岩互层时具有更好的封盖能力。封存箱顶底板与封存箱内部在测井曲线上(如声波、电阻率、自然伽马等)存在差异。上、下封存箱内部特征也不同:上封存箱内页岩微观结构显示强的各向异性,石英含量低、黏土含量高,有机质含量低,有机质孔隙连通性差,全烃含量低,孔隙度低;下封存箱内页岩微观结构显示各向同性,石英含量高、黏土含量低,有机质含量高,有机质相连,有机孔相通,连通性好,全烃含量高,孔隙度高。该页岩气异常压力封存箱经历了早期快速埋藏、有机质未熟低熟、以正常流体压力系统为主的封存箱雏形阶段,快速深埋大量生烃的液态烃类流体超压封存箱形成阶段,深埋及高过成熟大量生气的超压封存箱形成阶段,以及晚期页岩气异常压力封存箱改造定型阶段,最终形成由3个隔板组成页岩气底封顶盖、地层侧向倾伏及逆断层侧向封堵、空间上相互叠置的上、下2个互相独立的页岩气异常压力封存箱。孔隙度高、有机质含量高、连通性好及压力系数高的下封存箱是页岩气高效开发的优先目标。

川东南地区不同埋深五峰组-龙马溪组页岩储层微观结构特征与对比

采用薄片、X衍射、常规扫描电镜、高分辨率氩离子抛光扫描电镜及压汞、氮气吸附等方法,结合有机碳含量(TOC)与孔隙度的分析,对川东南不同深度上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩储层的矿物组成、微观结构和微孔体积进行了研究。该区深层D1井和浅层J1井页岩储层硅质、黏土、碳酸盐等矿物除含量上略有差异,纵向变化规律相近,仅硅质含量大于40%的优质页岩层厚度不同。深、浅层五峰组-龙马溪组页岩储层微孔隙都以有机质内微孔为主,常见粒缘缝(隙)、微层(页)理缝,粒间微孔因有机质充填而不发育;底部优质页岩储层表现为结构各向同性,向上纵横向结构各向异性变强,单一微纹层厚度变薄,微层理缝密度增加;底部优质页岩层段TOC高,向上明显降低;底部储层孔隙度高,向上降低,表明有机孔隙的贡献大,但孔隙度降幅明显小于TOC,应与页岩中存在较多的无机孔隙有关。深、浅层五峰组-龙马溪组页岩纵向上矿物组成、微观结构、TOC、孔隙度随深度具有相似的变化规律。与浅层J1井相比,深层D1井底部优质储层具有微孔、介孔、大孔与总孔体积数量更大的特点,这与深层D1井储层存在较多的粒缘缝等无机孔有关。川东南五峰组-龙马溪组页岩储层在深埋条件下孔隙保持较好,具有良好的储集空间。

四川盆地上三叠统须家河组致密砂岩溶蚀实验及地质意义

四川盆地上三叠统须家河组为致密砂岩储层,溶蚀孔隙发育,但其形成机理仍不十分明确。选取须家河组长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和长石石英砂岩等3块样品,通过配制与地层有机酸组分相近的反应液,设计5种温压条件进行溶蚀模拟实验,得到以下4点认识:(1)随温压条件升高,反应溶液中K、Na离子浓度不断增加,Ca、Mg离子浓度基本保持不变,Al离子浓度明显降低;(2)反应产生少量石英和大量高岭石等新矿物,长石颗粒和碳酸盐胶结物溶蚀产生大量溶蚀孔隙,增加孔隙度,改善了孔隙结构;(3)相同温压条件下,长石岩屑砂岩比长石石英砂岩溶蚀率高,高温压条件下(180℃,53 MPa),砂岩样品的溶蚀率大幅增加;(4)溶蚀实验结果为重建须家河组储层埋藏、成岩、孔隙演化序列,预测有利储层的分布提供了依据,长石等在高温压条件下快速溶蚀是深层碎屑岩有效储层的成因机理之一。

页岩中有机质孔隙非均质性的微观结构及电镜-拉曼联用研究

页岩中有机质孔隙的发育特征及其影响因素对我国页岩气勘探开发具有重要意义。扫描电镜下观察发现页岩中有机质的孔隙发育常见非均质性,但现阶段由于缺乏有效的微区研究方法,有机质孔隙发育的影响因素仍存在较大的争议。选取四川盆地平桥地区下志留统龙马溪组黑色页岩,利用氩离子抛光—扫描电镜、FIB-SEM三维分析技术,从二维和三维层面对页岩中有机质孔隙的非均质性特征进行了分析。不依赖于有机质显微组分类型,只考虑有机质的孔隙发育程度,将不同孔隙发育程度的有机质分为3个级别,并利用大面积背散射成像(MAPS)分析方法对这三种有机质的面积占有率和对孔隙的贡献度分别进行了定量分析;采用扫描电镜—激光拉曼联用技术分析其拉曼光谱,利用拉曼参数的差别探讨了影响有机质孔隙发育非均质性的主要因素。不同孔隙发育程度有机质的D峰与G峰强度比不同,说明不同有机质的芳香结构有序度有较明显的区别,表明影响有机质孔隙发育的主要因素为原始有机质的组成。该方法能够在微区观察有机质孔隙的同时,原位分析有机质显微组分的分子结构特征,明确有机质孔隙发育的主要影响因素。

污泥与煤炭掺烧的特性及其研究进展

随着中国城市化进程的逐渐加快,污泥产量迅速增加,但污泥无害化处理率仍很低,因此污泥的减量、无害处理以及资源利用十分紧迫。污泥焚烧是实现最大体积减小的污泥处置方法之一。在发达国家和地区,污泥焚烧工艺已逐渐成熟。综述了污泥焚烧技术的现状,对国内外包括电厂掺烧污泥在内的典型污泥焚烧系统进行了评价,并讨论了燃煤电厂污泥混烧技术的未来发展方向。

页岩有机质孔隙形成、保持及其连通性的控制作用

针对页岩有机质孔隙发育的强非均质性及形成演化的复杂性,运用场发射扫描电镜、拉曼光谱和流体注入与CT/扫描电镜成像等实验技术,开展南方下古生界富有机质页岩显微组分、有机孔和连通性等分析,结合生排烃机制、有机质活性炭成孔机理等研究成果,探索有机孔发育与有机质类型、生烃过程、成岩作用和孔隙压力等内在联系,揭示页岩有机质孔隙的形成与保存机制及其连通性的控制因素。研究表明,①有机孔形成贯穿于生烃全过程,受制于有机质类型、成熟度和分解作用,干酪根与固体沥青的生烃组分及差异生烃演化造成不同的孔隙发育特征,有机孔主要发育于固体沥青和富氢干酪根;②有机孔保存受成熟度和成岩作用控制,包括烃类原位滞留的空间位阻效应、重结晶形成的刚性矿物格架、孔隙流体压力与页岩脆-延性转换的耦合支撑机制;③R_(o)值4.0%是有机孔消亡的成熟度门限值,指出R_(o)值大于3.5%的页岩层属于页岩气勘探高风险区,其低含气性归因于“先天不足”,烃源岩抬升前就处于开放状态,排烃效率高,芳构化强烈,使得成熟度升高,孔隙减少;④同一有机质颗粒内部孔隙具较好连通性,不同有机质孔隙及其与无机孔缝之间形成有效连通则取决于页岩有机质丰度、分布及孔缝发育程度,不同类型有机质高丰度聚集保存并呈纹层状分布是有机孔、粒缘缝和层理缝发育并连通成为有效储集层的先决条件。图14表3参29。

生物蛋白石早期成岩相变特征及对硅质页岩孔隙发育与孔径分布的影响

为研究生物成因硅质页岩成岩演化以及在该过程中页岩物性和孔隙结构变化特征,选取松辽盆地嫩江组蛋白石硅质页岩和四川盆地东部上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组硅质页岩,利用X射线衍射、氦气孔隙度、氮气吸附和高压压汞等手段,开展了页岩矿物相变化、孔隙发育和孔隙结构特征等综合分析。结果显示,生物蛋白石发生脱水和重结晶作用较早,在早成岩阶段即完成了向准晶态蛋白石-CT和晶态石英的转变过程。在蛋白石-A向蛋白石-CT转化过程中,页岩总孔隙度从75%以上快速降低至30%附近,在继续向石英转化过程中孔隙损失速率迅速降低,降幅减小,仅降低了约5%,呈快速和缓慢两段式变化特征。同时,不同类型孔隙的孔体积分布也发生较明显变化,大孔损失较多,微孔损失较小,孔隙组成从初始以大孔和介孔为主逐渐向以介孔和微孔为主转变。生物成因硅质页岩早期成岩阶段机械压实和化学压实(压溶)作用近乎同步进行,对页岩改造作用强,造成页岩孔隙减小的同时,又使页岩的硬度增大,支撑和抗压实能力增强,从而使早期成岩中后期及后续成岩作用的改造和破坏减弱。生物成因硅质页岩早期快速成岩定型是其在成岩中后期与晚期仍然能够保持高孔隙特征的重要原因。

页岩孔隙中气—水赋存特征研究——以川东南地区下志留统龙马溪组为例

以川东南地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,借助重量法水蒸气吸附仪、重量法甲烷等温吸附仪以及页岩组成和孔隙结构等分析手段,开展束缚水、吸附气赋存定量研究,并探讨了微纳米孔隙中气—水赋存特征及主要影响因素。研究表明,不同类型页岩束缚水赋存能力差异较明显,可以利用水蒸气吸附—脱附和GAB模型比较准确地定量描述束缚水特征。页岩最大单层水分子吸附量与黏土矿物含量呈显著的正相关,表明黏土矿物为水分子提供了主要的活性吸附位。页岩对水分子的吸附能力要整体高于甲烷分子,而甲烷分子则主要以单层吸附形式在孔隙中赋存。不同页岩中束缚水、吸附气和游离气赋存的孔隙空间存在差异。2 nm以下孔隙均被吸附气和孔隙水所占据;有机碳(TOC)含量小于2.5%的页岩中游离气主体赋存空间约为5 nm以上孔隙,而TOC含量大于2.5%的页岩中游离气赋存空间主体约为3 nm以上孔隙;有机碳含量越高,游离气赋存的空间占比越高。