基于MobileViT的岩石薄片图像岩性识别方法研究

岩石薄片图像中包含了大量肉眼无法观察到的地质特征信息,对岩石薄片图像的岩性识别结果为后续的石油勘探和开发奠定了基础。针对岩性识别数据集不均衡、识别模型参数多等问题,提出一种改进的轻量化MobileViT模型,该模型针对涵盖了90%以上常见岩性的岩石薄片图像进行建模分析。首先,为使模型更好地学习到每类岩石薄片图像中所包含的独特特征,对数据集进行数字增加。其次,使用GELU替换MobileViT中MV2模块中常规ReLU6,从而作为该模块的激活函数,有效解决神经元死亡的问题,提升模型的收敛速度。最后,划分训练集和测试集,使用余弦退火算法自动更新学习率,以迁移学习加速训练过程,实现岩石薄片图像中针对岩性的自动识别。实验结果表明,改进后的MobileViT对岩性识别的准确率达82.9%,模型的参数仅为7.66M,通过实例验证该算法具有较好的鲁棒性。

致密储层压驱焖井阶段渗吸机理分子模拟研究

针对致密储层开发中存在的天然地层能量衰减快、驱替相有效波及体积不足等难题,考虑将压驱与焖井相结合的高效开发技术应用于致密储层.基于分子动力学方法从微观作用力角度分析致密储层压驱渗吸机理,进行致密储层压驱过程溶质动态迁移表征,并从分子尺度对渗吸阶段进行划分.采用分子模拟方法,构建致密储层壁面-油相-驱替相三相体系,分别从体系弛豫特征、浓度分布及扩散能力和介质间相互作用能等方面分析常规水力压裂后常压驱替条件和压驱高压条件渗吸过程特征性差异,从分子尺度阐释致密储层压驱渗吸机理.研究表明:相对于常规压裂后驱替而言,压驱条件下,驱替相分子扩散系数提高20.06%,与孔隙壁面的相互作用能提高2.3倍;驱替相分子吸附层数增加,油相解吸效果更为明显,渗吸换油效率提高38.73%.此外,渗吸效率随储层温度变化的过程存在峰值,具有先上升后降低的特征;且受到壁面润湿性的影响,壁面亲水性越强渗吸效率越高.从分子尺度将焖井渗吸过程划分为3个阶段:水分子优先靠近壁面;驱替相流体与油相分子竞争吸附,将吸附态油相剥离为游离态,使其远离壁面;压驱液溶质分子进入初始油相范围,进一步置换油相,提高渗吸效率.压驱技术高压注入压驱剂可快速补充地层能量,扩大驱替相流体波及体积并提高洗油效率,在二者的协同作用下可大幅度提高渗吸驱油效率.该项研究可为致密储层高效开发提供理论参考.

基于改进经验小波变换的海洋平台结构模态参数自动识别方法

针对经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)方法在处理低信噪比信号中频谱分割边界容易产生误判的问题,提出了一种改进经验小波变换(improved empirical wavelet transform,IEWT)的结构模态参数自动识别方法。首先计算信号的互功率谱矩阵,采用奇异值分解(SVD)及尺度空间(SSPP)方法确定频谱的分割边界,将信号分解为若干固有模态函数(IMF)分量,再结合随机减量技术(RDT)和希尔伯特变换(HT)实现模态参数的自动识别。使用IEWT方法对自由振动响应信号及ASCE Benchmark模型信号进行模态参数识别,并分别与EWT方法、基于自回归功率谱的经验小波变换(AR-EWT)方法及小波变换(WT)方法进行对比,结果表明IEWT方法能够自适应确定频谱分割边界,对结构的频率及阻尼比等模态参数具有较高的识别精度;进一步将该方法应用到实验室海洋平台模型的模态参数识别中,证明该方法可用于复杂噪声环境下的低频结构的模态参数识别。

海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计研究

常规海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计模型的构建多采用粒子群优化算法。但该算法无法准确计算出海水与单桩基础之间的耦合力,估计准确率较低。对此,提出海上风力发电机组单桩基础侧向位移估计研究。首先,根据海上风力发电机组与连接单桩基础的基本结构,将单桩基础结构进行断面划分,建立单桩基础结构动力学方程。然后,结合海水域、桩基区域和两者交界处这三个场域,求取海水与单桩基础之间的耦合力,并计算单桩基础的受力值。基于此,采用风力和海浪循环荷载作用下单桩基础的累积应变指数型经验式,构建单桩基础侧向位移估计模型。以某海域NREL 5 MW单桩基础海上风力发电机组为算例,对所提模型进行仿真对比试验。试验结果表明,所构建的模型具有更高的估计准确率,即准确率在98%以上。该模型能够更好地监测和评估海上风力发电机组的结构安全性,及时发现潜在的问题并进行修复或维护。

基于Stacking集成学习的声波时差测井曲线复原研究

声波时差测井曲线在石油勘探中发挥着不可或缺的作用,但是受地质或仪器的影响,经常会出现部分甚至完整的声波测井曲线缺失的情况。针对这一问题,提出了一种基于Stacking集成学习的声波时差测井曲线复原方法,该模型使用随机森林(RF)、梯度提升决策树(GBDT)、轻量梯度提升机(LightGBM)和极限梯度提升(XGBoost)作为基学习器,支持向量回归(SVR)作为元学习器,同时采用5折交叉验证的方法。实验选取了大庆油田某区块的实际测井数据,分别进行了同井和异井间的缺失声波时差测井曲线复原实验,结果表明,所提方法比单一模型预测更加准确,验证了此方法的可行性。

全球变暖停滞期间海洋次表层增温机制研究

全球变暖停滞期间,海洋表层升温速度减缓,同时次表层出现增温现象。针对变暖停滞期的海洋热含量垂向再分配机制,本研究基于海洋再分析产品ECCO4以及Ishii次表层温度数据集、NCEP2、卫星高度计数据等观测资料,采用新的诊断方法评估绝热和非绝热过程对海洋热含量变化率垂向结构与水平空间分布的影响。结果显示,2002—2011年期间,沿等密面、跨等密面非绝热垂向热通量的变化主要发生在热带外海域,且呈现正负相抵的状态。相反,风驱动的绝热调整对垂向净热通量的改变起主导作用。因此,在全球变暖停滞期间,海洋热含量的垂向再分配主要归因于风驱动而非扩散过程。1993—2011年北大西洋副极地海盆区风应力旋度变化率主要为负值,一方面不利于正风应力旋度引起的向上热输送,另一方面加强了负风应力旋度导致的向下热输运,这一现象解释了该海域次表层内海洋热含量的增加和温度的升高。

多层海洋背景下的位涡均一化理论研究

位涡均一化理论是现代温跃层理论的基石,是引起层化而又弱耗散的大洋次表层产生运动的重要途径之一。本文通过对位涡均一化理论的基本构造方程扩充求解,将构造理论扩充到四层大洋模式、n层大洋模式中。结果表明,在四层大洋模式中,第二层及第三层都会出现位涡均一化的区域,并且其位涡恒定值相等,皆向沿流涡北边界处的值均一化,第三层位涡均一化区域的面积小于第二层位涡均一化区域的面积。在n层模式中,除表层和底层外的n-2层皆有位涡值均一的区域,所有发生位涡均一化的层均一化区域内的位涡恒定值皆等于流涡北边界处的位涡值,且随着深度的增加,发生位涡均一化的区域面积逐渐减小,均一化区域圆心发生极向运动。整个位涡均一化区域呈现出南缓北陡,东西对称的碗状结构。

非等温条件下潜水含水层坝后残留咸水淡化过程研究

本文采用场地尺度的二维地下水-盐-热耦合数值模型,研究了咸淡水温差对残留咸水淡化过程的影响,定量评价了建坝后残留咸水楔长度和总残留盐分的动态变化。研究结果表明,随着海水温度升高,淡化过程时间显著缩短。相对于等温条件下的淡化过程,非等温条件下淡化过程的最大特点是热效应引起密度和低浓度混合区(LCMZ)渗透系数发生变化。LCMZ中流速对地下水淡化过程耗时至关重要。

基于Holland台风模型及三重嵌套海浪模式的台风浪数值模拟研究

现有的风场资料存在台风中心附近风速偏低的问题。为改进台风期间风场数据,使用Holland经验台风模型结合多平台交叉校准数据(cross-calibrated multi-platform,CCMP)及欧洲中期天气预报中心的再分析数据(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Reanalysis data,ERA5)风场资料,研究了不同台风最大风速半径(maximum wind radius of the typhoon,RMW)、Holland B参数对模拟效果的影响,确定了最优模拟参数,并以改进后的风场驱动三重嵌套海浪模型对台风“威马逊”发生期间的台风浪进行模拟。模拟结果与实测数据对比表明,(1)改进的风场资料与实测结果更为接近,作为海浪模式驱动项可更好地模拟台风期间波浪状况;(2)三重嵌套海浪模型的波浪模拟效果优于单独的海浪模型。

南海海表盐度变化特征及机制研究

海表面盐度(Sea surface salinity,SSS)的变化机制复杂,主要受海气交换及海洋环流过程影响。南海SSS存在显著的年际及年代际变化,受厄尔尼诺与南方涛动(El Nino-Southern oscillation,ENSO)和太平洋十年涛动(Pacific decadal oscillation,PDO)的复合作用机制尚不明确。本文融合海洋再分析数据和卫星遥感数据,处理生成151 a(1871—2021年)的长期南海SSS数据集,采用EOF和相关分析等方法,分析了南海SSS的长期时空变化特征及机制。研究结果表明:近150年来,南海SSS整体变化不明显,但1940—1958年SSS显著上升(每10年上升0.31);珠江口和吕宋海峡受径流和黑潮作用,SSS变化幅度最大(每10年为-0.04和每10年为0.03);南海SSS整体变化主要由降水和黑潮控制,相关系数分别为-0.41和-0.49,南海陆架和近海海域SSS受河流径流影响显著,相关系数为-0.45;ENSO在年际尺度上控制南海的降水,PDO在年代际尺度上影响黑潮入侵南海的变化,当PDO正位相时,厄尔尼诺事件会导致降水减少,同时黑潮入侵南海强度增加,两者共同作用使南海SSS显著上升。本研究对理解南海海气交换和海洋环流变化有重要意义。

活性MoS_(2)纳米片剥离油膜机理研究

纳米材料可以提高原油采收率,但目前对于纳米材料的研究主要集中在球形纳米材料的性能上,对于二维片状纳米材料的研究甚少。自主合成了两亲性MoS_(2)片状纳米材料(活性MoS_(2)纳米片)用于大幅度提高水驱后原油采收率,针对活性MoS_(2)纳米片在固体表面上的铺展规律进行系列研究,阐明了活性MoS_(2)纳米片对固体表面油膜的作用机理。基于气-水-固相接触角的测量,明确了油湿性石英片在活性MoS_(2)纳米片驱油体系中浸泡120 h后,水滴平衡接触角保持90°不变,石英片表面由油湿转变成中性润湿;地层水和质量分数为0.15%的SiO_(2)纳米流体均无法使油膜在固体表面产生楔形膜,而质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系可在油-水-固接触区域形成明显的楔形膜,产生结构分离压力,最终剥离固体表面油膜。研究发现,在质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系中,油膜在固体表面的收缩过程中会形成内、外两条接触线,内、外接触线的收缩速度分别是0.6617×10^(-5)和8.5817×10^(-5)cm/s;从热力学角度计算出油膜在收缩过程中油-水-固混合体系Gibbs自由能的增量呈负增长,证明油膜在活性MoS_(2)纳米片驱油体系中的收缩是自发进行的。该项研究成果说明质量分数为0.005%的活性MoS_(2)纳米片驱油体系具有高效的驱油能力。

纳米流体提高采收率机理研究现状

与传统的表面活性剂和聚合物溶液相比,纳米流体驱油是一项新的提高采收率技术,但目前机理研究成果较为分散,缺少系统性。因此,结合国内外纳米流体研究情况,总结纳米流体主要提高采收率机理,指出了纳米流体目前所面临的研究难点,展望了纳米材料在今后的攻关方向。研究表明:纳米流体提高采收率机理包括降低油水界面张力,在油水固三相区形成楔形膜,产生结构分离压力,改善流度比扩大波及体积,改变岩石润湿性,增强泡沫稳定性,降低注入压力和选择性调堵孔道;今后可从提高纳米流体稳定性、降低纳米流体成本、提高采收率机理协同性研究以及开发高效纳米驱油体系等方面进行深入探索。该研究为大规模推广纳米流体在提高采收率方面的应用提供了理论基础和实验依据。

南海北部涠洲岛边缘珊瑚礁的生物侵蚀实验研究

在全球变化背景下,边缘珊瑚礁面临着来自自然与人类的双重压力。海水富营养化引起的生物侵蚀加剧,虽然较为隐蔽,但却会对珊瑚群落的发育以及礁格架的稳定性产生不良影响,是边缘珊瑚礁潜在的危害之一。本研究在南海北部涠洲岛三个典型的边缘珊瑚礁开展了近一年的原位侵蚀实验,定量分析了珊瑚礁的生物侵蚀强度与侵蚀速率,并结合卫星遥感监测的水体环境参数,探究了珊瑚礁侵蚀与海水环境的关系。研究发现,内部大型侵蚀生物的侵蚀速率相比侵蚀强度更能够指示海水富营养盐与高浊度环境,而侵蚀强度能够体现侵蚀生物的群落演替阶段。此外,将涠洲岛生物侵蚀速率数据与全球其他典型珊瑚礁区域进行对比,发现涠洲岛生物侵蚀速率处于全球中等水平(以内部大型侵蚀生物为主导),但在其所属的“人为边缘礁”类型中为较低水平。结合气候变化、城市化发展、礁体健康状况等趋势以及本研究结果,推测涠洲岛的生物侵蚀可能会继续加强,达到“人为边缘礁”的高侵蚀水平,并进一步加剧珊瑚礁的退化。

负电性高效聚合物降解剂研究及矿场先导试验

针对聚合物驱过程中长期注聚合物导致的聚合物堵塞问题,研发了一种负电性高效聚合物降解剂。采用电子显微镜、Zeta电位仪和多重光散射仪等仪器,研究了降解剂的微观形貌特征、体系稳定性、降解性能和降黏性能,评价了降解剂在多孔介质中的动态降解效果。结果表明:降解剂的最佳用量为质量分数为1.0%,该用量下聚合物降黏率和降解率均能达到95%以上,对聚合物及聚合物胶团的降解能力强,解堵效果明显。该降解剂腐蚀性弱,对井筒和管道损害小。在锦州9-3油田W4-4井开展了注聚合物井解堵矿场试验,验证了负电性高效聚合物降解剂的矿场解堵效果。该聚合物降解剂能够为聚合物驱高效开发提供技术支持。

基于超声波实验研究压力及流体对致密岩石横波衰减特征的影响

我国致密油气储层勘探前景广阔,开采价值高,但其储层岩石具有低孔、低渗、强非均质性等特征,建立储层波响应与岩石物性参数之间的联系仍面临挑战,针对致密储层波响应规律的研究有待深入开展。孔隙流体性质及围压会影响岩石的剪切模量及横波衰减,本文对部分饱和的8块致密岩石在不同围压条件下开展了超声波实验观测,采用谱比法估算岩石的横波衰减。结果显示,横波衰减随围压上升而下降,且饱水岩石的横波衰减大于饱油,饱气状态衰减最弱。气、水部分饱和岩石的测量结果中,岩石样本的横波衰减在中间含水饱和度达到峰值,此外,横波衰减随孔隙度、渗透率上升均有增大的趋势。基于实验测量的岩石物性参数,结合Voigt-Reuss-Hill(VRH)平均、微分等效介质模型和喷射流模型构建了致密岩石衰减模型,分析了不同围压条件下含流体岩石的衰减特征,结果显示,该模型可合理描述横波衰减特征。在完全饱和与部分饱和条件下,模型预测的横波衰减显示出明显的压力及流体敏感性。以样本TS1-19为例,在完全饱和、变围压条件下,模型预测的横波衰减峰值在11.6~69.5范围内,衰减峰值随着围压增大而降低,且峰值频率有向高频端移动的趋势。在部分饱和、围压30MPa条件下,模型预测的横波衰减峰值在15.5~39.8范围内,衰减峰值随着含水饱和度增大而增大,且峰值频率向低频端移动。对于所有样本,以30MPa围压为例,所预测的横波衰减在5.6~38.6范围内,其中在饱和条件下,模型预测横波衰减随着孔隙度增大而增大,随着围压增大而减小;在气水部分饱和条件下,随着含水饱和度的增大,基于模型及Voigt和Reuss边界法预测的横波衰减整体呈增大的趋势,而实验观测到的横波衰减在中间饱和度达到极大值。

鄂尔多斯盆地临兴-神府地区上古生界致密砂岩成岩作用与成储关系研究

鄂尔多斯盆地临兴-神府地区上古生界致密砂岩气藏具备良好的勘探前景。但在强烈的成岩作用改造下,临兴-神府地区上古生界砂岩储层非均质性强,严重制约了勘探效果。根据铸体薄片和扫描电镜数据,对研究区致密砂岩储层的成岩作用开展了系统研究;基于岩芯孔渗测试,高压压汞测试,表征了研究区致密砂岩的微观孔隙结构;结合探井产气特征,依据水膜厚度法、充注动力法、试气产能法及浮力平衡法确定了研究区致密砂岩储层的理论下限、成藏下限、有效渗流下限和致密上限。结果表明:研究区致密砂岩储层现今正处于中成岩A-B演化阶段,压实和各类胶结作用的差异发育是导致储层非均质强的原因。根据致密储层成岩改造的差异划分出5种成岩相:绿泥石包裹相、溶蚀相、石英胶结相、混合胶结相及致密相。根据成储界线划分出:常规储层、Ⅰ级致密储层、Ⅱ级致密储层、Ⅲ级致密储层。常规储层与Ⅰ级致密储层对应致密上限,常规储层主要包括以绿泥石包裹相和溶蚀相,Ⅰ级致密储层以溶蚀相为主,混合胶结相次之;Ⅱ级致密储层和Ⅲ级致密储层对应有效渗流下限,Ⅱ级致密储层以溶蚀相和混合胶结相为主,Ⅲ级致密储层以混合胶结相和致密相为主。其中常规储层和Ⅰ级致密储层是最具潜力的勘探目标。

海南三亚鹿回头虫黄藻(Effrenium voratum)的形态学和系统发育学研究

本文对分离于我国海南三亚鹿回头海域的两株虫黄藻SYSC-14-11和SYSC-2-8进行了分类学研究。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和分子生物学方法描述了两株藻的形态和系统发育特征,并与世界其他地理区系的Effrenium属虫黄藻进行了差异性比较,发现本研究中的两株虫黄藻的形态和系统发育特征与Effrenium属虫黄藻模式种Effrenium voratum基本一致,推测本文中的两株Effrenium属虫黄藻均为E.voratum。本研究丰富了我国热带海域虫黄藻的物种多样性,为完善我国的虫黄藻种质资源奠定了基础。

海洋直接注入CO_(2)封存技术方法综述

人类活动造成的CO_(2)排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO_(2)封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存(OCCUS)可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO_(2)(气态、液态、固态和水合物)可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO_(2)直接注入、封存(OCS)的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO_(2)注入技术,CO_(2)泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。

页岩储层水平扩径井段固井顶替效率数值模拟研究

提高水平扩径井段顶替效率是提高水平井固井质量的途径之一,但相关研究存在假设过于理想化、与现场实际不相符的问题。为此,利用CFD数值模拟方法,以大庆油田古龙页岩储层为例,开展了椭圆形水平扩径井段固井水泥浆三维顶替模拟研究。结果表明:偏心度越高,扩径段的宽窄间隙处的流速差越显著,偏心度为0.7时,流速差达到2.00 m/s,钻井液很难被完全顶替;最大扩径段位于扩径段中部时,水泥浆顶替效率最高,扩径段靠近最大扩径处一侧时,水泥浆顶替效率变差,易形成钻井液滞流区;套管高偏心度条件下,顶替效率随套管转速增加显著改善,偏心度为0.7时,套管转速从30 r/min增至40 r/min,顶替效率提高1.17个百分点;主轴旋转会改变扩径段的几何形状,主轴方位角为60~120°时,顶替效率变化明显,由60°增至90°时,顶替效率降低0.81个百分点。该研究结果有助于提高页岩储层椭圆形水平扩径井段的固井质量。

基于卫星高度计资料的黑潮入侵南海流径的时间变化规律研究

黑潮入侵南海对南海的温盐平衡、环流、涡旋和局地气候等具有重要作用。基于吕宋海峡处黑潮不同流径的识别方法,对1993~2021年的卫星高度计资料进行识别,获取黑潮不同流径的发生时间,探究黑潮入侵南海流径的时间变化规律。结果表明:(1)黑潮主要以流套(Looping)和分支(Leaking)两种流径入侵南海,Leaking流径发生的时长(710周)和概率(46.9%)要远高于Looping流径(时长218周,概率14.4%)。(2)Looping流径和Leaking流径均可将高温高盐的西北太平洋水带入南海,Looping流径下的平均吕宋海峡上层通量(6.3×10^(6)m^(3)/s)略大于Leaking流径(5.6×10^(6)m^(3)/s)Looping和Leaking流径在4×10^(6)m^(3)/s~6×10^(6)m^(3)/s区间发生时间最长。(3)季节变化上,Looping流径主要发生在冬季,Leaking流径在冬半年均较强,夏季二者发生概率均较低。(4)Looping流径和Leaking流径均具有显著的年际变化特征,Looping流径在1996年发生时间最长,多达26周,在2001年几乎没有发生;Leaking流径在2005年发生时间最长,多达40周,在2013年发生时间最短。(5)Looping流径发生时长呈现0.15周/年上升的长期变化趋势,而Leaking流径则呈现-0.17周/年下降的长期变化趋势,对于整个黑潮入侵时长则呈现下降的变化趋势。(6)Looping流径在季节和年际变化上均受到局地风场的调控,与台湾西南的风应力旋度有着很好的对应关系;而Leaking流径与北赤道流位置在季节和年际尺度上均有着较好的对应关系。