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Anisotropic dispersion mechanism of inter-salt shale oil reservoir in terrestrial saline lake sediments using cross-band experiments

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Science China Earth Sciences 2023年第7期66卷 1603-1621页

作者： zengjia xiao Jianguo ZHAO Qingliang ZHONG Fang OUYANG Xinze LIU Bohong YAN Zhi LI Ming MA Bin WANG xiaoqiong WANG State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting China University of Petroleum(Beijing)Beijing 102249China Exploration and Production Research Institute of Jianghan Oilfield Branch of Sinopec Wuhan 434124China Institute of Earthquake Forecasting CEABeijing 100036China Yumen Oil Field Branch of CNPC Exploration and Development Research Institute Jiuquan 735000China

The rock mechanical properties and elastic anisotropy of terrestrial shale oil reservoirs are affected by various factors,such as lithology,structure,pores,fractures,and *** experimental study of dynamic and static elastic properties can provide important mechanism analysis for the prediction of geological and engineering “sweet spots” in shale *** are a large number of studies on the measurement of static mechanical properties of shale,but the experiments on dynamic crossband elastic anisotropy of terrestrial shale have not yet been conducted ***,we report the anisotropic dispersion mechanism of favorable lithofacies(lamellar dolomitic shale,with vertical and horizontal bedding) in the inter-salt shale oil reservoir of the Qianjiang Formation for different confining pressures and fluid saturation *** experiments were conducted by the cross-band rock physics measurement technology that comprised low-frequency stress-strain measurements and a high-frequency ultrasonic *** experimental results indicated that:(1) The elastic property dispersion of the terrestrial shale was stronger than that of marine shale due to the high viscosity of the medium oil in the terrestrial *** lamellar structures and interbedded fractures were the main factors that determined the strong anisotropy of the terrestrial shale.(2) The dispersion of elastic properties from low to high frequencies in a partial oil saturation state ranged from strong to weak;the wave-induced fluid flow or intrinsic dissipation of viscoelastic inclusions may be the dominant mechanisms that caused the seismic dispersion.(3) The elastic parameters measured in the direction vertical to the bedding plane had stronger dispersion and pressure sensitivity than those measured in the direction parallel to the bedding plane,and the anisotropy and pressure sensitivity at seismic frequencies were higher than those at the ultrasonic frequencies.(4) Fluid filling reduced

关键词： Terrestrial shale oil reservoir Rock physics Cross-band experiment Anisotropic dispersion Pressure sensitivity

流体黏度对砂岩弹性模量频散与衰减影响规律的实验及理论验证

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地球物理学报 2022年第6期65卷 2179-2197页

作者：李智欧阳芳肖增佳刘欣泽贺艳晓赵建国中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油天然气股份有限公司玉门油田环庆分公司甘肃庆阳745700

波诱导的孔隙流体流动是造成地震波速度频散与衰减的重要机制,其中孔隙流体性质(尤其是黏度)是影响速度频散变化特征的关键因素之一.为了研究孔隙流体黏度对速度频散的影响,本文在饱和不同黏度流体条件下对2块低孔隙度砂岩和3块中孔隙... 详细信息

波诱导的孔隙流体流动是造成地震波速度频散与衰减的重要机制,其中孔隙流体性质(尤其是黏度)是影响速度频散变化特征的关键因素之一.为了研究孔隙流体黏度对速度频散的影响,本文在饱和不同黏度流体条件下对2块低孔隙度砂岩和3块中孔隙度砂岩样品进行了低频应力-应变岩石物理测试,获得了岩石样品1~3 kHz的杨氏模量、泊松比和衰减曲线.实验结果发现:两种砂岩样品都表现出随着有效压力增加,杨氏模量增加,频散程度减弱的特征;同时随着流体黏度增大,频散梯度增大,特征频率向较低频率移动.为了更好地解释不同流体黏度条件下的实验数据,本文采用现有经典岩石物理频散模型对实测速度频散进行了描述.研究结果表明,经典的Gurevich喷射流模型、Biot模型、White模型、Gassmann方程和BISQ模型在数值上和趋势上均难以定量刻画实测低频数据,其预测结果存在明显的特征频率且中间过渡频段较小,而实测速度则随频率的增大呈缓慢递增趋势,且具有较宽的中间过渡频段.对于中孔隙度砂岩样品,考虑Biot宏观流作用、软孔与软孔以及软孔与硬孔喷射流效应的扩展Gurevich喷射流模型能够给出与实验数据较为吻合的预测结果;对于低孔隙度砂岩,扩展Gurevich喷射流模型的预测结果也能在趋势上与实验数据保持一致.实验数据和理论模型共同指出归一化参数E(f)/E(1 Hz)具有提高储层流体预测与流体识别精度的潜力和重要意义.

关键词：岩石物理实验频散理论喷射流模型孔隙结构流体黏度

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地震频段弹性模量测试系统改进与升级

地球物理学报 2022年第5期65卷 1769-1784页

作者：李智欧阳芳肖增佳龙腾贺艳晓赵建国中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 休斯顿大学岩石物理实验室美国德克萨斯州

获取地震频段弹性模量对于地震数据定量解释、研究地震波传播特征及油气勘探开发具有重要意义.前期建立的测试系统基于应力应变法可以获得地震频段内岩心的杨氏模量、泊松比和衰减.该系统仅适用于∅38 mm岩心,而测量物性参数(孔隙度、渗... 详细信息

获取地震频段弹性模量对于地震数据定量解释、研究地震波传播特征及油气勘探开发具有重要意义.前期建立的测试系统基于应力应变法可以获得地震频段内岩心的杨氏模量、泊松比和衰减.该系统仅适用于∅38 mm岩心,而测量物性参数(孔隙度、渗透率等)、测量超声纵横波速度时一般使用∅25 mm岩心.为将∅25 mm岩心应用于地震频段弹性模量的测试,统一各项岩石物理测试的数据,本文结合有限元数值模拟和实验测试对地震频段弹性模量测试系统的机械结构与应变采集系统(惠斯通电桥)做了改进与升级.通过数值模拟与标定实验(铝和有机玻璃)论证了在∅25 mm岩心上进行低频实验的可靠性和准确性.利用改进后的测试系统对常规砂岩在干燥(空气)、充气(N_(2))与完全饱和流体(白油)条件开展了高频(MHz)超声和低频(1~3 kHz)应力应变测量实验,其结果表明:干燥岩样和充气岩样的弹性参数在低频和超声频段一致,以此验证了改进后测量系统的可靠性;而饱和白油的砂岩弹性参数在1~3000 Hz频段范围内表现出明显的频散特性.改进后的地震频段弹性模量测试系统可以为定量研究含流体岩石的弹性频散特征提供有效的实验测量工具,其实验结果不仅可应用于生产实践,也可为检验、修正岩石物理模型的提供重要的实验依据.

关键词：地震频段应力应变法频散与衰减岩石物理

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基于等效介质理论的孔隙纵横比分布反演

地球物理学报 2021年第3期64卷 1016-1033页

作者：欧阳芳赵建国李智肖增佳贺艳晓赵皓任静中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249

孔隙纵横比是描述多孔岩石微观孔隙结构特征的重要参数,目前用于获取岩石完整孔隙纵横比分布的经典模型为David-Zimmerman(D-Z)孔隙结构模型,该模型假设岩石由固体矿物基质、一组纵横比相等的硬孔隙以及多组纵横比不等的微裂隙构成,并... 详细信息

孔隙纵横比是描述多孔岩石微观孔隙结构特征的重要参数,目前用于获取岩石完整孔隙纵横比分布的经典模型为David-Zimmerman(D-Z)孔隙结构模型,该模型假设岩石由固体矿物基质、一组纵横比相等的硬孔隙以及多组纵横比不等的微裂隙构成,并认为固体矿物基质和硬孔隙均不受压力影响,在此基础上,利用超声纵横波速度的压力依赖性反演岩石硬孔隙和各组微裂隙的孔隙纵横比及孔隙度.该方法的关键点在于以累积裂隙密度为桥梁,借助等效介质理论建立了岩石弹性模量和孔隙纵横比之间的内在联系.但在D-Z模型中,多重孔隙岩石累积裂隙密度的计算直接由单重孔隙裂隙密度公式实现,这种近似导致该模型在许多情况下难以获得良好的反演精度.为了完善经典D-Z模型,本文提出了一种基于虚拟降压的孔隙纵横比分布反演策略,通过多个假想降压过程实现累积裂隙密度的准确计算,并将基于DEM和MT的经典D-Z模型推广到KT和SCA中,结合四种等效介质理论建立了一套完整的反演流程.采用一系列砂岩和碳酸盐岩样品,测试了反演流程在实际岩芯孔隙纵横比提取中的应用效果,研究结果表明:与D-Z模型相比,本文方法的模拟结果与实际数据吻合更好,并同时适用于砂岩和碳酸盐岩;此外,通过分析四种等效介质理论的模拟结果发现,本文方法并不十分依赖于等效介质理论的选择,这些理论获得的孔隙结构参数随压力的变化趋势基本一致,数值上仅存在略微差异,且这种差异随着压力的增大逐渐消失.本文方法是经典D-Z孔隙结构模型的重要补充,对岩石孔隙结构表征、流体饱和岩石速度预测以及孔间喷射流效应的模拟具有十分重要的意义.

关键词：岩石孔隙结构孔隙纵横比虚拟降压等效介质理论

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基于微观孔隙结构特征的速度频散和衰减模拟

地球物理学报 2021年第3期64卷 1034-1047页

作者：欧阳芳赵建国李智肖增佳贺艳晓邓继新赵皓任静中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610059

孔隙尺度的喷射流流动是引起地震波速度频散和衰减的重要机制之一.目前,大多数喷射流模型仅考虑硬孔隙与微裂隙之间的局部流动,而忽略了具有不同孔隙纵横比微裂隙间的喷射流作用.为了研究各种类型孔隙间的流体流动效应,本文对经典喷射... 详细信息

孔隙尺度的喷射流流动是引起地震波速度频散和衰减的重要机制之一.目前,大多数喷射流模型仅考虑硬孔隙与微裂隙之间的局部流动,而忽略了具有不同孔隙纵横比微裂隙间的喷射流作用.为了研究各种类型孔隙间的流体流动效应,本文对经典喷射流模型进行了扩展,通过结合等效介质理论和孔隙结构模型,根据从干燥岩石超声速度-压力曲线中提取的微裂隙孔隙纵横比分布,求取出岩石中各种微裂隙的体积压缩系数,并在此基础上,利用孔隙空间的压力松弛效应对微裂隙间的喷射流效应进行了模拟,并运用Biot理论描述了硬孔隙间的宏观流动效应.扩展后的理论模型不仅考虑了微裂隙与硬孔隙间的局部流动、硬孔隙与硬孔隙间的Biot宏观流,还加入了微裂隙与微裂隙间的喷射流作用,且模型的高、低频极限始终与Mavko-Jizba理论和Gassmann方程保持一致.模型应用分析发现,对于砂岩和大部分致密灰岩样品,扩展模型均能给出与超声实验测量数据吻合良好的估计结果.此外,扩展模型预测的速度频散及衰减表明,喷射流机制在地震和测井频段发挥着重要作用,其速度频散曲线由低频至高频呈逐渐增大趋势,不具有明显的快速变化特征,与经典频散曲线形态存在显著差异;在低有效压力下,频散和衰减程度较大,喷射流机制发挥主要作用,而随着有效压力的增加,Biot宏观流机制开始占主导,频散和衰减程度逐渐减小.

关键词：喷射流效应速度频散和衰减孔隙结构孔隙纵横比

碳酸盐岩跨频段岩石物理测量与理论建模——不同孔隙结构对碳酸盐岩频散与衰减的影响研究

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地球物理学报 2020年第12期63卷 4502-4516页

作者：龙腾赵建国刘欣泽李智肖增佳王子振欧阳芳中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580

碳酸盐岩孔隙结构类型复杂多样,当地震波经过含有不同孔隙结构的流体饱和岩石后往往会产生不同的波频散和衰减特征,这使得根据波的不同响应特征来推断碳酸盐岩的孔隙结构类型,甚至孔隙流体性质信息成为可能.本文针对白云岩、灰岩以及人... 详细信息

碳酸盐岩孔隙结构类型复杂多样,当地震波经过含有不同孔隙结构的流体饱和岩石后往往会产生不同的波频散和衰减特征,这使得根据波的不同响应特征来推断碳酸盐岩的孔隙结构类型,甚至孔隙流体性质信息成为可能.本文针对白云岩、灰岩以及人工碳酸盐岩样品开展了跨频段(超声+低频)实验测量和理论建模,探索碳酸盐岩的孔隙结构类型和孔隙流体对模量频散和衰减的影响机制.首先根据铸体薄片、扫描电镜的图像对碳酸盐岩样品进行了孔隙结构类型分析,并将样品主要分为裂缝型、裂缝-孔隙型、孔洞型三类,然后测量了相应样品完全饱和流体后在不同围压下的模量频散与衰减.在完全饱和甘油并处于低围压时,裂缝型与孔洞型样品均出现一个衰减峰,分别位于1 Hz与100 Hz附近,而裂缝-孔隙型样品则具有两个衰减峰,一个在1 Hz附近,另一个在100 Hz附近.裂缝型样品(裂缝主导)的衰减峰相比孔洞型样品(中等刚度孔隙主导)对应的衰减峰在低围压下幅度更大,且对围压变化更敏感.在测量数据的基础上,建立了考虑纵横比分布的软孔隙和中等刚度孔隙的喷射流模型,认为该模型能一定程度上解释裂缝型、裂缝-孔隙型、孔洞型三种类型碳酸盐岩在测量频带的频散.以上研究加深了对不同孔隙类型主导的碳酸盐岩储层地震响应特征的认识,对储层预测工作的进一步精细化具有重要意义.

关键词：碳酸盐岩储层预测跨频段岩石物理频散衰减喷射流孔隙结构类型

Surface Polarization Effects on Collapse Transition of Polyelectrolyte Brushes

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Chinese Journal of Polymer Science 2024年第9期42卷 1313-1320,I0006页

作者： xiao-Fei Xu State Key Laboratory of Chemical Engineering and School of Chemical Engineering East China University of Science and TechnologyShanghai200237China

Polyelectrolyte brushes(PEBs)are commonly used to modify surface that have attracted great research *** dielectric permittivity of the grafted surface is typically significantly different from that of solution,which results in surface polarization(SP)effect with a jump of electric *** is thus important to study how SP alters the PEB’s structure and *** this work,the SP effects on PEB structure was studied using a statistical thermodynamic *** free energy functional to describe SP effect was constructed by using the image-charge ***,the electrostatic potential was solved from a modified Poisson-Boltzmann equation taking the ion solvation effect into *** the absence of SP,the thickness of PEB exhibited a continuous collapse transition when decreasing the solvent *** the presence of SP,the collapse became a jump-like *** energy analysis showed that the long-range Coulombic interaction dominated the transition because of the enhanced counterion condensation in the presence of *** theory provides an effective tool to study SP effect on PEBs,and the results explain the underlying physics in PEB collapse transition.

关键词： Surface polarization Polyelectrolyte brush Image charge Ion solvation Polyelectrolyte collapse transition

潜江凹陷潜江组盐间页岩油储层地震岩石物理特征分析

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石油物探 2021年第2期60卷 323-333页

作者：钟庆良赵建国肖增佳石秀平贺新蔚中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司物探研究院湖北潜江434124 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 赛吉纪技术服务(北京)有限公司北京100020

潜江凹陷潜江组页岩油因其独有的陆相盐湖沉积特征导致储层“甜点”预测困难,亟需开展基础性的岩石物理实验研究,以明确页岩油储层不同岩性、物性和地震弹性参数间的变化规律。为此,对研究区F井的47块岩心进行了岩石物理声学测试,并结... 详细信息

潜江凹陷潜江组页岩油因其独有的陆相盐湖沉积特征导致储层“甜点”预测困难,亟需开展基础性的岩石物理实验研究,以明确页岩油储层不同岩性、物性和地震弹性参数间的变化规律。为此,对研究区F井的47块岩心进行了岩石物理声学测试,并结合常规物性测试,系统地分析了盐间页岩油储层地震弹性性质的变化规律,研究了识别岩性的参数,确定了对有利储层敏感的弹性参数。结果表明,盐岩和大部分盐间页岩样品表现为各向同性,而具有矿物成层和层理裂缝发育的岩石则各向异性显著。纵、横波速度、杨氏模量、体积模量和纵波阻抗可用于识别岩性,而纵、横波速度比和泊松比等参数不适用于区分岩性。此外,发现石英含量与纵波速度和纵波阻抗具有相关性,也可用于岩性识别。最后确定了有利储层的敏感弹性参数,盐间页岩层:密度ρ大于2.2g/cm3、杨氏模量大于44.38GPa、纵波阻抗大于11.06g/cm3·km/s;利用纵波阻抗与纵、横波速度比的交会、杨氏模量与泊松比的交会方法区分有利储层时,会出现严重的叠置现象,而拉梅系数λ和密度ρ乘积(λρ)以及剪切模量μ和密度ρ乘积(μρ)可以相对较好地区分有利储层,其参数范围分别满足38.02GPa·g/cm3<λρ<67.38GPa·g/cm3和39.51GPa·g/cm3<μρ<53.84GPa·g/cm3。此结果与测井解释结果吻合度较好,说明了测井解释的可靠性。研究结果还可为岩石物理理论建模以及测井解释和地震“甜点”预测工作提供数据支撑。

关键词：潜江组盐间页岩油地震岩石物理声学测试各向异性有利储层敏感弹性参数

Bioinspired nanomaterials for wearable sensing and human–machine interfacing

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Nano Research 2024年第2期17卷 445-461页

作者： Vishesh Kashyap Junyi Yin xiao xiao Jun Chen Department of Bioengineering University of CaliforniaLos AngelesLos AngelesCA 90095USA Department of Mechanical and Aerospace Engineering University of CaliforniaLos AngelesLos AngelesCA 90095USA

The inculcation of bioinspiration in sensing and human–machine interface(HMI)technologies can lead to distinctive characteristics such as conformability,low power consumption,high sensitivity,and unique properties like self-healing,self-cleaning,and *** sensing and HMI are fields rife with opportunities for the application of bioinspired nanomaterials,particularly when it comes to wearable sensory systems where biocompatibility is an additional *** review discusses recent development in bioinspired nanomaterials for wearable sensing and HMIs,with a specific focus on state-of-the-art bioinspired capacitive sensors,piezoresistive sensors,piezoelectric sensors,triboelectric sensors,magnetoelastic sensors,and electrochemical *** also present a comprehensive overview of the challenges that have hindered the scientific advancement in academia and commercialization in the industry.

关键词： bioinspired nanomaterials human–machine interface wearable sensors wearable bioelectronics