水力压裂页岩激电特征与各向异性实验研究

水力压裂是改善非常规储层物性、实现非常规油气资源有效开发的核心技术。与微地震监测不同,电磁监测方法以压裂液与围岩的复电阻率差异为基础,具有更好的物性基础。对于致密页岩等非常规储层,水力压裂形成的裂隙储层结构复杂,多种激发极化机理复合作用,给实际地层的激电建模带来一定的困难,限制了压裂电磁监测的储层评估能力。为此,开展了裂隙介质双重孔隙介质理论建模,结合五峰组致密储层页岩的压裂前、后激发极化特征实验,分析了储层样品在不同压力、压裂前后不同饱和度、填充不同支撑剂等状态下的激电参数变化及各向异性特征。研究结果表明:压裂后裂隙储层的激电物理特征受裂隙面影响较大,储层孔隙结构连通性增强是引起电阻率下降的主要原因;支撑剂的定向分布有利于增强裂隙储层的各向异性。该研究成果为储层激电建模提供了理论与实验基础。

负性向列相液晶电致缺陷的产生与湮灭过程

取向有序的液晶材料具有丰富的物理各向异性、外场响应性、物理效应,催生了新一代的光电应用.利用电场可在液晶中产生拓扑缺陷.缺陷动态过程受材料自身特性和外界条件的影响尚未明晰.本文选用介电各向异性△ε在-1.1到-11.5之间的7种向列相液晶材料,通过施加线性增加的交流电场,研究了负性向列相液晶电致脐点缺陷产生到湮灭过程中材料特性(△ε)和外界条件(温度、外加电场参数)对脐点缺陷的标度规律及湮灭快慢的影响.结果表明:在不同的△ε、温度和电场频率下,缺陷产生过程均满足Kibble-Zurek机制,即缺陷密度与电场变化率之间存在标度关系,且标度指数约为1/2;温度越高,产生缺陷密度越大;△ε越强或电场变化越快,缺陷湮灭速度越快.本文的研究厘清了拓扑缺陷产生湮灭与材料特性和外界条件的依赖关系,有利于对软物质中拓扑缺陷动态过程的认识和理解.

海岸效应对大地电磁测深数据畸变影响研究

在近海地区采集的大地电磁数据往往受到海岸效应影响而产生畸变,导致难以获得真实的地下电性结构。本文基于含海水的半空间模型、二维电各向同性和电各向异性模型以及三维电各向同性模型,通过正演模拟分析海岸效应影响下的大地电磁响应的畸变规律,开展了考虑海水约束与否的二维和三维反演研究。结果表明,大地电磁测深视电阻率曲线发生畸变的起始频点与测点离海水的距离密切相关。相对于无海岸效应的响应,在高频部分,仅近海区域的测点表现为实感应矢量幅值增大,相位张量椭圆扁率变大;而在低频部分,海岸效应的影响区域扩大。不考虑海水约束时,反演结果在近海区域出现假异常,对地下异常体的恢复效果较差;考虑海水约束时,约束反演能够有效地压制海岸效应对反演造成的畸变影响。本研究将为近海地区大地电磁数据采集与处理解释提供重要的参考价值。

电磁勘探中各向异性研究现状和展望

电各向异性广泛存在于自然界中,已成为电磁勘探资料解释中不可忽视的因素.特别是在一些沉积岩地区,由于层理发育导致地下介质电阻率随电流方向发生变化,表现出很强的各向异性导电性.此时,利用各向同性模型进行电磁数据解释将引起很大的误差.本文回顾了电磁勘探中电各向异性研究的历史,简要介绍电各向异性成因、数值模拟中的数学描述及电各向异性介质中电磁场正反演模拟方法等研究现状,总结电各向异性在大地电磁、可控源电磁、航空电磁和感应测井等方面的最新研究进展及未来的挑战.随着多维电磁数据采集及正反演模拟技术的进步和计算能力的提高,给电各向异性信息提取和应用带来了新的契机.电各向异性研究将在矿产资源勘查、油气存储与运移特征分析、地下水和地热、环境工程地质调查、大地构造及地质灾害预测等方面发挥积极作用.

基于电流密度连续性条件的直流电阻率各向异性问题自适应有限元模拟

直流电阻率法被广泛应用在工程和环境及水文地球物理、野外采矿、地热探测等领域.地下岩石常具有层理面和裂缝等具有方向依赖性的结构,岩石电导率常常呈现各向异性特征,因此研究复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演算法具有迫切的理论和学术需求.本文利用面向目标的自适应有限元算法和非结构化网格相结合的方式,解决了带地形任意复杂直流电阻率各向异性问题的高精度正演这一难题.有别于前人的研究成果,本文提出了一种特别的二次虚拟场算法实现带源的任意起伏地形问题模拟;另外,本文第一次基于电流密度连续性条件构建适合直流电阻率各向异性问题的后验误差估计算法,有效地驱动面向目标有限元网格自适应加密过程.最后,通过三组电阻率各向异性模型验证本文提出算法的正确性和适应性,测试结果表明:对于任意复杂直流电阻率各向异性问题,本文提出的算法具有精度高、适应性强等特点;另外,我们还发现电流密度连续性条件可用于设计直流电阻率问题的有效后验误差估计算法.

裂缝性储层的电各向异性响应特征研究

以水平裂缝分布的孔隙介质模型为基础,建立了水平裂缝面的平行裂缝分布和带粗糙表面的点接触裂缝模型,导出了两类裂缝模型的水平和垂直电阻率响应关系,分析了两类裂缝模型在没有围压和存在围压条件下的水平电阻率、垂直电阻率变化规律和电各向异性系数的变化特征.讨论了裂缝开度、裂缝密度和裂缝粗糙度等裂缝特征参数对裂缝性储层电各向异性的影响.为简化讨论,所有电性响应特征的分析都忽略了裂缝和孔隙表面的导电性和极化的影响.利用平行分布水平裂缝面模型和带粗糙面的裂缝模型,考察了围压条件下的裂缝性岩石的电各向异性响应特征,得到了对实际应用有意义的结果.

自适应有限元法的大地电磁二维各向异性正反演

电性各向异性广泛存在于地壳和上地幔范围内,对观测电磁场有不可忽视的影响。大地电磁法能够探测大范围深部电性结构并反映其各向异性特征,但目前关于该方法各向异性二维正反演的研究还有待加深。利用基于非结构网格的自适应有限元法求解对角各向异性情况下大地电磁正演控制方程,既有利于起伏地形和复杂地质构造的建模,又便于模拟包含多种尺寸结构的地电模型;网格的自动细化可避免人为网格划分导致的计算误差并可提高计算效率。反演算法则采取了经典模型空间Occam策略,使得模型的搜索过程非常稳定,能在较少迭代次数内获得合理的反演结果。对经典四层层状模型和二维各向异性块体模型进行了正演模拟试算,并分别与一维准解析解、二维有限差分数值解结果进行对比,验证了正演算法的准确性;最后对一复杂海底起伏各向异性模型进行了反演试算,反演结果准确反映了各向异性异常体的存在,并成功地还原了真实模型的主要电性特征。

VA-TFT用负介电各向异性液晶材料研究进展

综述了VA-TFT(垂直取向薄膜晶体管驱动)用负介电各向异性液晶的结构及性质。重点介绍了近年来开发出的一些具有大的介电各向异性、低黏度、高清亮点的新型液晶,如侧向氟取代萘环、茚环类,轴向氟代环己烷类,含多氟取代类液晶等。

基于场延拓的海洋可控源电磁正演模拟及各向异性特征识别

海洋可控源电磁法近年来被广泛应用于海洋油气勘探之中,凭借对高阻含油储层的有效识别大大降低干井率,节约钻探成本。受沉积环境的影响,海底地层常常表现出宏观各向异性,而对海洋各向异性模拟算法进行研究可以更有效地进行海洋电磁数据解释。本文从频率域麦克斯韦方程出发,基于标量势分解理论,通过标量势函数与场的连续性条件,在波数域中将电磁场分别向海底深部和海水中延拓,并在海底耦合到发射源上完成电磁场的求解,进而利用汉克尔变换得到了空间域电磁场。通过对海底介质一维各向异性模型电磁响应特征的分析研究发现,覆盖层各向异性对电磁响应有明显的影响;然而,海底高阻层仅垂向电阻率和厚度对海洋电磁响应产生明显影响。通过极性图的方式可以对海底介质各向异性特征进行有效识别。

压电材料中切口接头端部平面电弹性场奇异性有限元分析

为了对平面载荷作用下压电材料中切口或接头端部附近电弹性场奇异性问题进行分析,首先以应力平衡方程、Maxwell方程和和边界条件为基础,得到一种求解压电材料特征问题的弱式方程;其次,假定楔形切口或接头端部附近单元内位移和电势沿径向分布为指数形式,而周向方向分布则采用泡函数插值,将其代入弱式方程,建立一种只需对楔形切口或接头端部附近周边进行离散的一维简单有限元方法.压电材料的极化轴可以是任意方向.利用该有限元模型讨论了楔形切口角度、极化轴方向和边界条件对奇性场的影响.通过和其它特定情况下的现有解相比,证实了该文有限元数值方法的有效性,而且精度很高.

介电各向异性对铁电液晶光电特性的影响

提出了一种描述铁电液晶(FLC)介电各向异性的电路模型.分析了FLC介电各向异性对开关响应时间、特征时间、特征电压和极化反转电流的作用,以及铁电扭矩和介电扭矩对光透射率的影响。模拟分析显示,延迟时间随驱动电压幅度变化存在最小值,特征时间(特征电压)随二轴参量的提高而增加(减小).随二轴参量增大,介电扭矩的贡献将超过铁电扭矩;相应的极化反转电流由双极性转变为单极性;透射率无"明态"和"暗态"的交替,且峰值逐步降低.

储层电各向异性模型的瞬变电磁响应

采用数字滤波算法对储层电各向异性模型的瞬变电磁响应进行数值模拟,首先在频率域计算出各向异性模型的电场响应,然后利用正弦变换将计算结果转换到时间域。通过对电偶极子源激发下的层状各向异性模型的瞬变电磁场进行计算,结果表明:对薄互层模型而言,当中间薄层为高阻时,视电阻率曲线在晚期随各向异性系数的增大而抬升,且各向异性的影响大于厚度的影响。当中间薄层为低阻时,各向异性系数对视电阻率曲线无影响。这对指导瞬变电磁对油藏勘探具有重要意义。

环上氟取代负介电各向异性液晶

对环上氟取代负介电各向异性液晶的结构、性质和应用作了论述。

电各向异性介质中ζ空间与χ空间的变换关系及应用

为能使用张量分析的矩阵方法对ζ空间中的一些静电场规律加以研究,将在陈燊年定义ζ空间的基础上重新定义ζ空间,进而得到ζ空间与χ空间的变换关系.在此基础上可由张量方程的协变性得到在ζ空间中电各向异性介质中的泊松方程和高斯定理的具体表达形式,以及应用变换关系得到它们在χ空间中的具体表达形式.

电各向异性介质中泊松方程的具体形式

泊松方程是研究电各向异性介质静电场的核心方程.文章从泊松方程并矢表达式出发,应用张量分析的矩阵方法,推导出电各向异性介质中泊松方程在球坐标系和柱坐标下的具体形式,即A1+A2+A3+A4=-ρ和B1+B2+B3+B4=-ρ.并得出介电常数张量ε→→具有坐标系下的不变性,这有助于加深对电各向导性介质的介电属性的了解.

断裂带电各向异性直流电阻率法探测研究

由于裂隙可以诱发各向异性,故提出了采用直流电阻率法探测研究断裂带电各向异性特征,进而研究断裂带发育特征的思路。通过采用物理模拟和数值模拟的方式,得出断裂带电各向异性地层在不同倾角、走向、有无各向同性背景层情况下的视电阻率响应特征:水平各向异性地层,在地表测量结果中无各向异性特征反映;倾斜各向异性地层,视电阻率极大值对应于地层的倾向,极小值对应于走向,极形图长短轴方位与其比值,与地层的走向、倾角及各向异性系数有关。

侧向氟取代负介电各向异性液晶

负介电各向异性 (Δε)液晶广泛应用于DS、ECB、GH、FLC、PDLC、VA -TFTMDVA -TFT等模式的液晶显示中 .此类液晶可以用来调节液晶混合物的Δε/ε⊥ 以改善液晶显示器件的电光特性 ,对侧向氟取代负介电各向异性液晶的结构、性质和应用作了论述 .

电场诱导法研究液晶介电各向异性

用电场法测定纯向列液晶和宾主液晶的介电各向异性△_ε的值,探讨了△_ε与液晶分子结构的关系;宾主液晶中染料分子与液晶分子的相互作用对△_ε的影响,以及△_ε与阈值电压V_(th)的关系。实验中还发现:正性液晶分子中含有氰基—CN基团,导致液晶△_ε增高,其值可高达10以上;宾主盒的有序参数高者,一般△_ε也较大;染料分子与液晶分子偶极作用大者,△_ε也增大,而阈值电压则降低。一般说来,染料分子的渗入会升高阈值电压。

侧向氟取代负介电各向异性液晶

负介电各向异性 ( -△ε)液晶广泛应用于DS、ECB、GH、FLC、PDLC、VA -TFT、MDVA -TFT等模式的液晶显示中。此类液晶可以用来调节液晶混合物的△ε/ε┴ 以改善液晶显示器件的电光特性。本文对侧向氟取代负介电各向异性液晶的结构、性质和应用作了论述。

均匀电各向异性地层中三分量感应测井的磁场特性

以均匀电各向异性地层为模型,推导了直井与斜井中的三分量感应的磁场计算公式,运用MATLAB软件仿真磁场等值面,分析在低电导率各向异性条件下各向同性与各向异性磁场的分布情况。结果表明:磁场的空间分布取决于发射线圈的方向;在直井中,z方向接收信号Hxz、Hyz和Hzz只与水平电导率有关,而在斜井中,Hxzθ、Hyzθ和Hzzθ同时与水平电导率和垂直电导率有关;当σh>σv时,各向异性因子λ的大小对Hxy磁场分布影响较大,若λ2≥3,Hxy的场较复杂而不是各向同性中的蝶形图;在斜井中,交叉分量Hxzθ沿仪器方向可以接收到信号。这些结果对三分量感应仪器研制和测量解释评价具有重要的理论和实际意义。