Geoenergy Science and Engineering |地震效率-页岩水力压裂地震活动性评估新模型
地震效率（η）作为评价注入活动诱发地震安全性的关键指标，传统方法通常将其简化为注入体积与地震矩的比例关系，导致其无法涵盖岩石固有特性（如脆性、强度），且偏离了地震学中地震效率的物理本质—即辐射地震能与系统耗散势能的能量转化率。近日，符力耘教授团队开展伪三轴水力压裂声发射（AE）的联动实验，通过对（非）地震形变能量的精准解耦与计算，提出了基于能量平衡框架下的页岩水力压裂地震效率模型，为页岩气开发中的地震风险预警提供了新工具。本研究创新性地构建了水力压裂能量平衡方程：通过高精度传感器校准和AE能量智能优化反演算法，实现了对地震效率的精确表征（），研究发现：log(η)与最大震级呈正相关关系，与log(∆V)（注入体积）呈负相关关系，且均具有一定的注入速率依赖性。该规律与现场数据对比具有一致性（图1）。图 1. 虚线表示实验室实验与现场每对变量之间的最小二乘拟合。现场数据集来自（Rodriguez-Pradilla et al., 2022）。(a) 最大震级与地震效率的交叉图。(b) 注入体积与地震效率的交叉图该研究发现了地震效率与注入效率（地震能量与注入能量之比）之间存在对数线性关系。同
2025-06-13
王晓璞副教授在非均质地下水系统中非水相液体污染绿色修复方面的研究取得进展
近日，深层油气全国重点实验室王晓璞副教授为第一作者的论文“利用二氢左旋葡萄糖酮Cyrene对非均质地下水系统中非水相液体污染进行绿色修复的微流控研究”发表于中科院一区Top、自然指数期刊Environmental Science Technology。该研究工作得到重点研发计划一带一路联合实验室专项、国家自然科学基金项目、山东省自然科学基金项目等的资助。图1相关成果于Environmental Science Technology发表土壤和地下水质量常因非水相液体（NAPL）污染而受到严重威胁，这些污染物主要来源于石油泄漏、管道破裂、地下储罐泄漏和工业排放等。NAPL中的有害物质如苯、甲苯、二甲苯和乙苯（统称BTEX）以及多环芳烃（PAHs）具有致癌、致突变和致畸性，对动植物及人类健康构成严重威胁。传统的地下水NAPL污染修复方法如泵送处理、生物修复和表面活性剂增强修复技术等，存在效率低下、修复周期长、成本高以及易引发二次污染等问题，尤其是在非均质含水层中，修复难度更大。因此，开发一种高效、环保且适用于非均质含水层的绿色修复技术尤为迫切。图2论文图像摘要该研究提出了一种基于
2025-06-10
Geophysics | 一种利用脉冲中子俘获测井评估裂缝密度的改进方法
在非常规油气开采中，水力压裂技术对提高采收率至关重要，裂缝密度是优化水力压裂模型和预测产量时评估裂缝的关键参数。目前，基于钆示踪技术与脉冲中子测井技术相结合的方法，虽已应用于压裂后地层裂缝密度评价，但在高裂缝密度情况下响应灵敏度低，严重制约了裂缝密度的精确评估。本文提出一种脉冲中子测井裂缝评价新方法，以伽马能谱中的钛锋面积为基准，构建中子自屏蔽校正因子对热中子宏观俘获截面变化量进行修正，消除高俘获截面元素的干扰，提升了裂缝密度的响应灵敏度，实现对地层裂缝密度的精准计算。当标记支撑剂浓度为0.2%时，裂缝密度的精确计算范围从5%拓展至10%，显著提高了裂缝密度评估的准确性与可靠性。为水力压裂模型的精细化优化提供了重要依据，助力精准规划压裂作业，并显著增强油气产量预测的可靠性。图1 脉冲中子俘获测井测量响应 a) 仪器在含裂缝地层中测量示意图 b)不同裂缝密度条件下俘获伽马能谱响应c)不同裂缝密度条件下伽马时间谱响应图2 自屏蔽校正前后效果对比 a)热中子俘获截面变化量与裂缝密度关系 b）热中子俘获截面变化量灵敏度与裂缝密度关系c)热中子俘获截面变化量相对灵敏度与裂缝密度关系研究成果发表在
2025-06-09
Petrolum Science |一种基于微扰理论的水平井水泥环方位密度评价新算法
水泥密度监测在评估固井工程质量中起着至关重要的作用，水平井中水泥分布不均和套管偏心情况的存在，使水泥环方位密度的准确评估变得复杂。本文提出一种利用多探测器伽马测井仪评价水平井水泥环方位密度的算法。首先，利用微扰理论模拟探测器方位水泥环密度响应，解析水泥环周向非均匀性对伽马射线散射与衰减的影响，依据多探测器的响应差异，校正仪器、套管偏心对方位密度测量响应。然后，通过对空间动态响应函数进行积分，获取各扇区水泥对探测器的权重贡献，建立“扇区密度-探测器响应”的定量映射关系方程组。最后，采用正则化牛顿迭代法反演套管偏心度和水泥环方位密度。该算法有效消除了仪器、套管偏心对方为水泥环密度测量的负面影响，水泥环方位密度计算精度可达0.05g/cm3，显著提高了水泥环方位密度评估的准确性，为油气行业中水泥环方位密度的监测提供了技术支持。图1 固井质量测量原理示意图 a) 多重介质伽马射线传播示意图 b)多探测器方位密度仪器固井质量测量示意图图2 套管偏心情况下不同水泥扇区基于空间动态响应函数的贡献情况 a)水泥的扇区分布示意图b）不同扇区对近探测器贡献情况c) 不同扇区对1号远探测器贡献情况d)不同扇
2025-05-22
Geophysics、Geophysical Journal International | 压力作用下含定向裂缝饱和多孔岩石声波频率响应特征
岩石破裂普遍存在于地壳上部，几乎所有的原位岩石都受到地下压力的影响。研究有效压力（围压与孔压之差）对裂缝性岩石弹性特性的影响对于估算原位地震性质至关重要。波致流和裂缝面弹性散射衰减机制得到了广泛的研究。然而，有效压力对裂缝岩石中波致流和散射机制影响的研究较少。为了研究压力对P波和SV波传播中波致流和散射的影响，本研究建立了基于压力的裂缝岩石波动和弹性定量表征模型，同时考虑了压力对岩石背景弹性参数和裂缝形变的影响，将多裂隙挤喷流、裂缝-背景波致流、Biot流和裂缝面弹性散射机制纳入非线性弹性和超弹性变形阶段。图1.（a）含定向缝的饱和孔隙颜色模型示意图；（b）岩石背景由各向同性岩石基质和多形态孔隙-微裂纹结构组成；（c）定向裂缝假设为硬币型结果表明：除正入射SV波的散射机制外，有效压力对波致流和散射机制均有影响；波致流比散射更容易受到有效压力的影响。此外，有效压力加载过程中微裂纹（软孔）的闭合使多裂隙挤喷流机制与裂缝-背景波致流、Biot流和散射机制不断解耦，导致P波和SV波速度的增加和衰减过程的变化。这些波的传播特征有助于了解原位破裂岩石的水力特征。通过将模型预测与不同有效压力载荷下的
2025-05-19
Geophysics |流体斑块扩展对P波速度-饱和度关系的影响：临界饱和度模型
岩石是固体地球的重要组成部分，其孔隙中往往被两种或多种不同类型的流体同时占据，不同流体相会形成复杂的空间分布，这种部分饱和现象对地震波的传播速度和衰减特性具有显著的影响。P波速度作为地震勘探中最重要的参数之一，其不仅反映了储层岩石的内部结构特征，还与储层流体的类型、含量和分布特征密切相关。针对部分饱和岩石中P波速度随饱和度的变化现象，人们建立了一系列的部分饱和模型来描述：以White模型为代表的斑块饱和模型刻画了流体斑块规则分布对P波速度频散和衰减的影响；以连续随机介质模型为代表的斑块饱和模型描述了流体斑块随机分布对P波速度频散和衰减的影响。这些方法都假设在饱和过程中流体斑块的大小保持恒定，然而，实际饱和过程中，流体斑块大小会随着饱和度逐渐变化，并在速度-饱和度关系上有所体现，但是这在岩石物理建模研究中却经常被忽略。受到地下流体注采过程和逾渗理论的启发，饱和度的增加在介观尺度表现为流体斑块的空间扩展模式。为了捕捉隐含在速度-饱和度关系中的流体斑块大小的变化，通过在连续随机介质模型中引入水饱和区域的连通性，将流体斑块大小随饱和度的演变过程纳入其中，构造了包含临界行为的临界饱和函数，从而建
2025-05-06
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing|静水压、轴压与剪切加载弹性-非弹性耦合变形岩石地层应力依赖的弹性波反射/透射
地下岩层在构造应力/地层压力的持续加载下，表现出很强的应力依赖弹塑性变形和各向异性特征。基于经典弹性波反射/透射（R/T）理论的常规AVO正反演技术，忽略了应力对地层R/T的影响；而声弹R/T理论基于小应变假设，仅包含二阶和三阶弹性常数（2oeCs与3oeCs），严重低估裂缝闭合、张开、增生等弹性-非弹性变形对弹性波R/T的影响。本文基于强应力加载岩石弹性波传播的Padé声弹性理论，构建了三种典型加载模式（静水压、轴压和剪切）条件下，Padé Piola-Kirchhoff应力形式的运动方程，用于描述大静应力下小动态扰动波动的传播特性，建立了弹塑性变形地层界面的弹性波R/T方程，系统分析了R/T系数随应力和入射角的变化特征。与经典弹性R/T理论和传统声弹R/T理论相比，Padé声弹R/T模型在临界角附近表现出更好的连续性与物理一致性，有效捕捉裂缝闭合、张开、增生等引起的非线性响应（图1）。三种典型加载模式（静水压、轴压、剪切）对反射系数的影响差异显著（图2）。图1. 不同围压条件下，向下入射P波对应的(a)反射P波、(b)反射S波、(c)透射P波、(d)透射S波的绝对值随入射角变化关系
2025-04-18
Marine and Petroleum Geology|东营凹陷沙四上湖相粉砂岩夹层型页岩油充注过程与富集机理
基质型页岩的岩相具有多样性，其中，夹粉砂岩的基质型页岩岩相是陆相基质型页岩的重要组成之一，其以较好的储集性能而成为页岩油重点关注的勘探层。对渤海湾盆地东营凹陷沙四上亚段夹粉砂岩的互层状页岩岩相开展高温高压热模拟实验，运用多种表征技术手段，定量描述粉砂岩夹层型页岩层系中储集空间、页岩油生成过程、粉砂岩夹层页岩油充注、赋存方式等特征动态演化差异，阐明粉砂岩夹层型页岩油的生-排-聚动态演化规律与与控制因素，揭示其差异富集机理。基于高温高压热模拟实验结果，综合总有机碳含量、常规岩石热解、多温阶岩石热解、页岩油充注率等，将粉砂岩夹层型页岩油充注过程分为4个阶段：( A )初始充注阶段，页岩油生成量少，可动性低，阶段划分曲线形态平稳；( B )快速充注阶段，页岩油生成量、OSI、充注率均快速上升，曲线斜率变化大；( C )最大充注阶段，页岩油生成量、OSI、充注率达到最大值，阶段划分曲线平稳；( D )充注末期，页岩油生成量快速下降，充注量减小（图1）。图1 夹层型页岩油充注过程基于页岩油充注阶段划分，不同阶段无机矿物演化对储集空间类型的影响存在差异（图2）。起始充注阶段（A）：发育较大的原生粒间
2025-04-17
Chemical Engineering Journal|气体吸附比例建模与评价：页岩吸附气与游离气共存机制研究
页岩纳米孔隙中吸附气与游离气共存是页岩气（甲烷）的重要特征，以往单独针对吸附气或游离气的赋存机理及含量评价开展了大量研究，但针对吸附气与游离气共存机制还缺乏清晰的认识。本文基于我们前期建立的“气体量子物理吸附理论”（见https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.107129），开发了描述气体吸附比例的数学模型和实验评价方法，进而揭示了页岩纳米孔隙中吸附气与游离气共存机制。创新性地提出了气体吸附比例（GAR）等于气体分子参与吸附的概率（P2）与单分子实现吸附的概率（P1）的乘积，即GAR=P1×P2。结合室内实验与地质资料，分析结果显示：①对于给定的气-固体系，GAR受控于温压条件：温度不变、压力变化，吸附气-游离气含量“同消同长”，且GAR保持不变；压力不变、温度变化，吸附气-游离气发生转换，吸附气-游离气含量“此消彼长”，GAR随温度增加而降低；②对于给定的温压条件，气-固相互作用强度越大，GAR越高；③气-固相互作用正效应（远）小于温度负效应；④温度越低、气-固相互作用越强，游离气占比越低；反之，吸附气占比越低。研究成果有助于深刻认识页岩纳米孔
2025-04-09
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing| 三维圆锥Radon域中的压缩感知地震近地表噪声自适应压制方法
压缩感知理论为地震信号处理提供了一种超越Nyquist–Shannon定理的全新视角，受到了地球物理学家的广泛关注。该理论能够在地震信号可以稀疏表示的前提下，利用成本较低的随机欠采样来重建理想的高密度地震信号。然而，近地表噪声对地震反射信号的稀疏表示构成了挑战。为了在压缩感知框架内抑制近地表噪声，实现地震反射信号更好的稀疏表示，本文开发了一种基于压缩感知的近地表噪声抑制方法，该方法以三维圆锥Radon变换与压缩感知理论相结合为核心。首先，本研究将三维圆锥Radon变换引入地震信号处理领域，利用3D CMP记录中近地表噪声的“圆锥面”特征。提出了一种在三维圆锥Radon域中提取地震信号和抑制噪声的方法。随后，将自适应滤波策略与三维圆锥Radon变换相结合，开发了一种在三维圆锥Radon域中进行自适应近地表噪声抑制的方法。最后，将压缩感知理论、自适应滤波策略和三维Radon变换相结合，提出了基于压缩感知的三维圆锥Radon域自适应近地表噪声抑制方法。实例表明，将压缩感知随机欠采样框架、自适应滤波策略和三维圆锥Radon变换相结合，显著减轻了近地表噪声对压缩感知框架内地震反射信号重建的影响。
2025-04-07
