2023年, 第8卷, 第3期　
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  华夏地块花岗岩生热率特征及其对地温场的影响

  李科甫;朱传庆

  . 2023, 8(3): 259-289.

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  中国华南地区的华夏地块位于欧亚大陆东南缘,是我国重要的矿产、地热资源区.经历了多期次的构造事件,使得区内广泛分布着不同构造期花岗岩.花岗岩类在地球及其热状态的动力学和演化中发挥着特殊的作用,其放射性衰变产生的热量是地球上的主要热源之一.我国高放射性产热型干热岩资源主要分布于华南地区,以放射性元素的衰变热为主要热源,岩性主要为花岗岩.本文通过对华南地区花岗岩数据统计,分析了华南不同地区、不同花岗岩类型的生热率情况,总结了研究区花岗岩放射性生热特征及其与大地热流之间的关系,对认识研究区地温场主控因素及地热资源分布的宏观背景具有参考价值.本文基于华南地区 1933 个花岗岩样品的地球化学分析得到如下认识:(1)花岗岩生热率范围 0.40～17.45 μW/m3,平均生热率为 4.46±2.66 μW/m3,同时根据大地热流与生热率分布情况,两者有着较好的对应关系;(2)放射性生热元素U、Th、K的生热贡献率分别为 49.45%、40.16%和 10.39%,同时,U、Th浓度和Th/U比值变化较大,与年龄无明显相关性;(3)三种类型花岗岩生热率存在差异,I型花岗岩平均生热率明显低于A型和S型花岗岩平均生热率,值为 3.86±2.43 μW/m3,A型和S型花岗岩平均生热率分别为 5.55±2.91 μW/m3 和 5.00±2.58 μW/m3;(4)利用蒙特卡罗方法计算得到华南燕山期花岗岩平均产热量为 99.01×105 GJ/a,折合成标准煤为 3.38×105 t/a,印支期花岗岩平均产热量为63.13×105 GJ/a,折合成标准煤为 2.15×105 t/a;(5)两种地壳模型的计算表明,花岗岩在华南大地热流贡献中有着重要作用,沉积地层覆盖区域,地壳放射性生热对地表热流贡献为29.13 mW/m2,占总热流值的 41.61%;侵入岩出露区域,地壳放射性生热对地表热流贡献为 43.85 mW/m2,占总热流值的 51.76%.
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  基于层序统计结构和空间地质结构的深度学习高分辨率处理方法

  高洋;孙郧松;王文闯;李国发

  . 2023, 8(3): 290-302.

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  高分辨率地震数据在地震数据处理中扮演着关键角色,特别是当地震勘探目标变得越来越复杂时,它可以提供更准确的储层识别和描绘.近年来,随着深度学习技术的快速发展,它越来越多地被引入到高分辨率地震数据处理中.基于大量标记数据,建立了低分辨率地震数据和高分辨率地震数据之间的复杂非线性关系.然而,深度学习在高分辨率数据处理中的精度与稳定性高度依赖于训练集的准确性与多样性.深度学习技术在生产中实际应用的主要挑战之一是稀疏的井数据,这经常导致训练集受限.为了解决这个问题,本文提出了一种基于深度学习的高分辨率处理方法,通过使用大量逼真的训练集,将井数据所表示的分层结构与地震数据所表示的空间地质结构相结合.建立训练集包括三个步骤:(1)使用井数据计算波阻抗序列,并利用高斯匹配函数拟合波阻抗高频部分的振幅分布,得到一个概率密度函数,最后生成一系列符合井数据统计分布的波阻抗序列.(2)在波阻抗序列的基础上,建立二维水平分布的波阻抗模型,并逐步添加折叠变形、倾角变形和断层变形,生成包含各种地质模式的二维阻抗模型.(3)使用阻抗模型计算反射系数,然后用反射系数模型分别卷积低频和高频子波,得到训练集.通过自动生成具有地下地质信息的大量训练集,训练的网络可以估计稳定而准确的高分辨率结果.深度学习的框架由两个部分组成:提取输入数据特征的编码部分和通过提取的特征重建输出的解码部分.此外,残差模块被整合到框架中,使网络更有效地从训练集中提取特征进而提高网络性能,从而实现计算精度和效率之间更好的平衡.通过模型数据和实际数据的测试,本文提出的方法相比于传统深度学习方法对噪声具有更好的鲁棒性,可以产生更精确且横向连续性更好的高分辨率结果.
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  缝洞型碳酸盐岩储层人工裂缝扩展数值模拟

  考佳玮;金衍;韦世明

  . 2023, 8(3): 303-317.

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  缝洞型碳酸盐岩储层中分布有形态和尺寸各异的缝洞体,是主要储集体.由于缝洞体的不均匀分布,当前主要采用压裂改造的方式,通过人工裂缝沟通缝洞体,建立缝洞体与井筒之间的流动通道.明确人工裂缝在缝洞体储层中的扩展规律,有利于提升缝洞体储层改造的效果.本文建立了基于非连续离散裂缝模型的缝洞型碳酸盐岩储层人工裂缝扩展数值模型.首先建立缝洞体储层流固耦合应力模型,然后采用离散裂缝模型构建人工裂缝,该模型允许人工裂缝沿着初始划分的网格进行扩展,并采用最小应变能密度准则判定扩展路径.根据缝洞分布规律的不同,本文建立了 3 种缝洞特征的缝洞体储层.通过对具有不同缝洞特征的缝洞体储层模拟研究结果发现:洞体扰动局部应力场,使人工裂缝扩展路径偏转,而洞体越大,扰动作用越明显;根据人工裂缝和洞体相对位置不同,可分为正面排斥作用和侧面吸引作用,而这 2 种作用皆不利于人工裂缝与洞体沟通;但当洞周存在天然裂缝时,人工裂缝可以通过与洞周缝相交,提升沟通缝洞体的概率;增加人工裂缝内净压力,可提升人工裂缝与缝洞体相交时的主导作用,使其偏转程度降低,有利于突破洞体的排斥,与主应力方向缝洞体沟通;人工裂缝穿透缝洞体时的注液点压力主要受人工裂缝内流动能量损失和缝洞体漏失速率控制,优化压裂液性能可以降低穿透压,提升人工裂缝扩展范围.本文研究结果为缝洞型碳酸盐岩储层压裂改造评价提供参考.
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  水力喷射多簇压裂簇间流量分配特征

  张壮壮;盛茂;武晓光;黄中伟

  . 2023, 8(3): 318-329.

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  水力喷射压裂是非常规油气资源的有力增产手段.压裂液簇间流量分配直接影响多簇裂缝起裂与扩展.本文建立了水力喷射多簇压裂环空流动模型,研究了喷嘴周围的流场特征,分析了环空流速、射流速度、簇间压差和环空出口压力等关键因素对压裂簇间流量分配的影响规律.结果表明,环空中速度和压力变化集中于射流周围:射流中心静压高于环空压力,射流周围存在低压区和类似点汇流动的特征,且流场非均匀分布.本文条件下簇间无干扰:相同孔眼出口条件下最大簇间流量差异仅 0.08 kg/s;最大簇间裂缝延伸压力差达到 4 MPa,参考簇流量仅变化 0.05 kg/s;延伸压力差改变,各簇孔眼流量仍以同一规律变化.孔眼流量与射流速度、环空出口压力等正线性相关,环空流速对孔眼流量无影响,上述因素均不引起簇间流量分配差异.簇间裂缝延伸压力差异是流量非均匀分配的主控因素:各簇孔眼流量随裂缝延伸压力减小而线性增加;簇间流量差异和簇间裂缝延伸压力差异呈正线性关系.实验条件下,环空流速低于 3 m/s或环空出口压力高于 40 MPa,压裂液利用效率可达100%.研究结果可为水力喷射多簇压裂设计提供理论依据.
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  压裂支撑剂发展综述与展望

  陈思源;刘浩;金衍;史爱萍;徐泉

  . 2023, 8(3): 330-346.

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  支撑剂作为非常规油气开采过程中的一种重要材料,在提高非常规油气采出率中起着至关重要的作用.随着支撑剂技术的发展,人们设计制备了一些多功能支撑剂来满足各种需求,而了解支撑剂在非常规油气开采过程中的作用机理及运移铺置规律也可以更有针对性的指导支撑剂的发展方向.本文介绍了支撑剂的分类、作用及现有技术,将支撑剂分为常见普通支撑剂和新型支撑剂后,综述了支撑剂运移铺置规律实验及模拟研究.目前,国内外支撑剂主要向着低密度高强度、高导流能力和多功能化方向发展,而结合支撑剂运移铺置实验数据来完善欧拉—欧拉、欧拉—拉格朗日以及拉格朗日—拉格朗日模型的模拟研究也是未来支撑剂运移规律探索的重要发展方向.
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  水平井多级压裂高维参数智能优化方法研究

  李丽哲;周福建;王博

  . 2023, 8(3): 347-359.

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  本文耦合裂缝扩展、产能模拟和自动搜索算法,建立了完整的水力压裂高维参数智能优化工作流,以获取全局范围内最佳匹配的整套压裂参数,使得以经济指标为目标函数的值最大化.裂缝扩展模拟采用自编的边界元裂缝扩展模拟器,产能模拟采用CMG组分模拟器,自动搜索算法采用遗产算法和贝叶斯优化算法,实现了整个优化过程自动化,即裂缝整体形态自动导入CMG中并自动建立压裂模型,通过CMG压裂模型预测油气水产量并计算目标函数值,自动搜索算法通过衡量目标函数值与压裂参数输入值之间的关系,更新下一代压裂参数输入值,并重新进行压裂优化,直至获得理想的压裂参数.压裂优化过程及结果表明:结合边界元裂缝扩展模拟器和CMG组分模拟器,可以实现快速压裂仿真,解决了智能搜索仿真次数高、计算量大的难题;通过智能优化,最终压裂参数相对初始压裂参数,经济指标提高 55%;对比遗产算法和贝叶斯算法优化结果,遗传算法搜索到了更优的压裂参数,即经济指标更高,而贝叶斯算法搜索迭代次数较少,同时可以更好地利用先验知识;两种方法均适合求解水力压裂优化的"黑盒"工作,且各有优势,现场应用推广潜力大.
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  基于虚拟现实的海洋无隔水管修井作业设计

  侯春来;王文明;武振宇;乔振铭;郭建强;郭岩宝

  . 2023, 8(3): 360-368.

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  传统海上修井通常需要利用隔水管完成修井作业,该方法在作业过程中存在一定局限性,其布置和维护成本较高,且对海洋环境的适应性较差.海洋无隔水管修井作业通过消除传统隔水管的使用,降低了修井作业成本和风险.然而,该方法在操作复杂性和技术培训方面仍面临挑战.虚拟现实技术提供了一种创新的解决方案,通过模拟真实环境和设备,使得作业人员可在虚拟环境中进行修井作业的实时模拟,提前了解作业流程和设备操作,进而提高修井作业的安全性和效率.因此,本文以虚拟现实技术为基础,安全作业为导向,针对海洋无隔水管修井作业设计了一种创新的修井虚拟现实系统,实现了对修井设备的动态模拟仿真,为作业人员提供一种全新的训练和操作支持方式.首先,对海洋无隔水管修井设备的系统组成、设备布局以及运动规律进行了详细分析.依据分析结果,通过SolidWorks和 3D MAX等软件,成功构建了修井设备的虚拟模型,并进行了精细化处理,虚拟模型能够近似地表征修井设备的外观和结构,包括各个组件和连接方式.其次,采用Unity 3D三维虚拟引擎工具,借助其内置的脚本编程语言,实现了海洋修井设备信息查询、动态三维交互、作业流程仿真以及虚实交互控制等功能.通过第一人称视角和VR漫游视角,作业人员可在虚拟环境中与修井设备进行直接交互.以虚拟现实的方式使得作业人员能够提前进行操作训练和流程优化,进而提高修井作业的安全性和修井效率.然后,为实现修井设备的实时监测和数据管理,基于OPC UA协议采集传感器的实时数据,并利用MySQL数据库对修井设备信息进行统一管理.通过该方法可实时获取修井设备的各项参数和状态信息,并进行数据分析和故障诊断,进而提高修井作业的可靠性和可维护性.最后,通过实际案例进行应用分析,验证了基于虚拟现实的海洋无隔水管修井系统的优势和应用价值.相较于传统的操作方式,该系统能够显著提升作业效率和安全性,降低操作风险,并减少设备损坏和事故发生的概率.