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关键词： 测井   储层识别   特征融合   知识蒸馏   集成学习  

摘要： 油气储层识别是石油勘测和开发业务中核心的任务之一。长期以来,油气行业一直依靠专家人工分析海量测井数据以定性分析地下致密砂岩储层。这种方式极度依赖专家经验,同时试气成本高昂。近些年来,随着以深度学习为代表的人工智能技术的迅速发展,智能致密砂岩储层识别技术成为学术界和工业界共同关注的新方向,并逐渐得到认可和应用。然而,将该技术应用于勘探开发过程中,还存在以下问题:一是特征表达不充分。常规机器学习方法无法充分挖掘特征的高维表达,判别储层性质的能力较弱;二是致密砂岩储层流体多种类别界限不清晰,加之测井数据样本较少,识别难度大,使用单一机器学习模型的表达能力有限,不能有效地解释复杂多变的致密砂岩流体情况。为解决上述问题,本文以鄂尔多斯盆地青石峁高沙窝地区致密砂岩储层为研究对象,具体工作如下:1、使用深度残差网络提取高维非线性测井特征。该方法以11条储层测井曲线为特征,储层试气结果为标签,进行了数据集的划分及数据预处理。为了模拟传感器在不同地质条件下、敏感度变化以及处于不同地质深度的情形,本文通过对原测井储层进行平移、随机删除数据、数据重采样以及噪声注入等方法扩充测井储层的数量,从131层储层扩充到655层。为提取高维非线性测井特征,将测井数据输入深度残差网络。使用tSNE评估特征提取效果。2、使用Bi-LSTM网络提取深度相关性特征并与高维非线性测井特征融合。为提取储层间不同深度的相关性,将测井数据输入到Bi-LSTM网络。将提取到的特征进行一维向量拼接,实现了高维非线性特征与储层深度相关性特征的融合,通过DNN后用Softmax激活函数进行输出,得到标签向量,即最终的识别结果。对同一研究区域内的测试集的测试结果表明:提出的方法的预测精度为89.1%,高于其他对比算法。通过实际测试例,验证了模型输出结果与试气结果的一致性,证明了模型的有效性。3、基于知识蒸馏的小样本集成模型。该方法以增强前的131层储层作为数据集,首先将训练数据输入XGBoost、随机森林和SVM这三个学习器中,以一定的组合策略计算输出结果,将三者组合的模型作为教师模型。以DNN作为学生模型,将教师模型的输出以蒸馏损失函数的形式融入学生模型。温度参数T对教师模型的输出进行缩放,为探究最佳的温度参数,设置0.1-1的区间进行多次实验。在两种数据规模下(增强数据集与小样本数据集)对本文提出的模型进行测试,测试结果表明:在小样本数据集中,基于知识蒸馏的小样本集成模型在精度上的表现较深度学习的方法提高了11%。

关键词： 陆相页岩   自流井组   赋存状态   孔隙结构   吸附能力  

摘要： 我国陆相页岩储层非均质性强,微纳米孔缝发育,页岩流体赋存空间及赋存状态多样。明确页岩流体赋存形式及含量特征,厘清页岩流体赋存状态分布特征,有利于揭示陆相页岩气富集机理、完善页岩储层评价体系。本研究采集川东北自流井组陆相页岩开展实验分析,通过有机碳含量(TOC)、显微组分分析、X-衍射组分分析、接触角、自发渗吸等实验明确页岩有机地化和润湿性,通过场发射扫描电镜、氮气吸附、高压压汞等技术定性定量表征页岩储层赋存空间特征,通过水平衡实验、甲烷等温吸附查明页岩流体吸附特征,并阐明研究区页岩流体赋存特征及其影响因素。研究结果表明:(1)研究区页岩样品水蒸气吸附主要分为三个阶段:单层吸附阶段:相对湿度(RH)较低(RH<20%),页岩粘土矿物对水分子吸附起重要作用,水分子主要吸附在粘土矿物层间孔缝中;多层吸附阶段:随相对湿度增加(20%

关键词： 彩虹折射技术   液滴瞬态蒸发   表面张力   液滴流   声悬浮液滴  

摘要： 液滴蒸发过程广泛存在于工业应用和自然科学研究中。在以液体燃料作为推进剂的发动机中,掌握液滴蒸发过程的物理规律,对发动机的优化设计与高效运行至关重要,而对液滴蒸发过程特性参数的测试表征则是评估喷雾燃烧组织质量的关键手段。本文在彩虹折射法测量液滴粒径、温度和蒸发速率的基础上,进一步提出了液滴表面张力、粘度的测量方法,并结合粒子干涉成像、高速显微阴影成像及粒子测速技术,对不同环境下蒸发液滴多参数进行了原位测量,获得了多因素对液滴蒸发传热传质的影响规律。首先,通过对液滴振荡过程中彩虹信号变化规律的研究,将彩虹折射技术拓展到了液滴表面张力和粘度的高精度原位测量。采用矢量光线追踪模型和复角动量理论对椭球液滴彩虹信号进行模拟,获得液滴变形幅值与彩虹信号偏移和变形之间的定量关系;构建时间分辨的彩虹系统配置,以跟踪周期性振荡液滴的彩虹信号时间演化;分别通过振荡频率及振幅衰减时间对液滴的表面张力和粘度进行表征。将该方法应用于水、乙醇、正庚烷和正癸烷液滴,结果显示表面张力测量的平均误差小于5%,粘度测量平均误差小于9%。相比于直接成像法仅能对较大变形液滴进行观测的局限,该技术可以量化液滴小于1%的变形幅值,并且在不使用高速成像设备的情况下,时间分辨率便可达0.1 ms,能够记录和检测液滴10 k Hz级的振荡。其次,对在高温高压下蒸发的液滴流进行了多参数原位测量,获得了压力、温度、液滴间距等对液滴蒸发的耦合影响规律。设计并搭建了高温高压实验平台,实现了压力高达1.0 MPa、温度700 K的液滴流蒸发环境;基于本研究提出的表面张力测量方法和液体表面张力-温度的定量关系式,获得了不同环境温度下液滴的表面温度;利用相位彩虹折射法测量了10 ms时间范围内,不同环境温度、压力及液滴间距下,乙醇液滴流蒸发过程的温度变化和瞬态蒸发速率。根据实验结果计算液滴蒸发过程的努塞尔数和舍伍德数,并将其分别与单液滴情况下的理论值进行对比,量化归纳了传热和传质的相互作用修正因子和影响规律。实验结果表明,无论在何种情况下,液滴间相互作用都会显著降低液滴的蒸发速率。并且,存在一个环境温度阈值,在本文中约为600 K,当温度低于该值时,环境压力的升高会增强液滴之间的相互作用,使蒸发速率进一步减小;反之,环境压力则会略微减弱液滴的相互作用。最后,综合采用彩虹折射法、阴影法和粒子测速成像技术,对声悬浮液滴蒸发过程中液滴相变与表面气相流场进行表征,分析了液滴初始粒径、饱和蒸气压及声压级对液滴蒸发的影响。对于乙醇液滴,研究发现其表面涡流厚度约为500μm,远大于理论预测的10～20μm,这表明蒸发所产生的初始Stefan流可能会通过扩大内部涡流的尺寸来影响声学边界层的厚度;此外,液滴表面Stefan流与声压阻力间的竞争决定了蒸汽在液滴表面的富集程度,从而影响了液滴的蒸发历程。随后,通过在声谐振腔内两个连续的压力节点同时悬浮液滴的方式,研究液滴间相互作用对其蒸发及外部流场的影响,发现液滴间的相互作用影响与其所处声压场中的位置有关:更靠近波腹的液滴类似于空间运动中处于下游的液滴,其蒸发所产生的尾迹会导致后侧液滴附近蒸汽梯度下降,蒸发速率显著减小,由此阐释了悬浮液滴界面上的流体力学行为与其相变过程的物理相关性。综上所述,本文发展了一种基于彩虹折射法的液滴多参数原位测量技术,获得了高温高压环境和声悬浮作用下液滴蒸发的实验数据,揭示了环境参数、液相参数和液滴表面的流体动力学行为对液滴蒸发的耦合影响规律,研究结果有助于对复杂环境下液滴相变过程的理解,并为优化实际应用中的蒸发过程提供重要依据。

关键词： 同轴数字全息   云微物理参数   卡门涡街   有限元分析   全息雾滴谱仪  

摘要： 云雾对大气层内电磁能量的辐射转移有影响,在调节地球大气层的气候变化方面发挥着关键作用,云雾生消过程的直接观测研究对数值天气预报(NWP)模型中的云微物理参数化方案的开发有着重要意义。直接观测云微物理特性是相当复杂且困难的,直接观测得到的云微物理参数和NWP模型输出之间存在巨大的差异。论文基于同轴数字全息干涉技术设计的全息雾滴谱仪,作为非接触、弱干扰的光学云雾探测仪器,全息雾滴谱仪具有实时观测云雾天气过程、时空分辨率高、连续长时间观测的优点,是精准获取云雾粒子粒径和三维空间分布的重要仪器。它可为NWP模型构建、云微物理参数化方案、人工影响天气研究提供数据支持。首先分析了国内外现有的云雾观测设备,基于全息干涉技术的大气云粒子原位探测仪器可以观测到直径为10 μm及以上的云滴,在进一步集成了光学成像系统后,观测到的最小云粒子直径提高到了 6.5 μm,云粒子的最小直径为2 μm,因此仍无法获取云雾粒子完整的谱分布。基于光散射原理的云雾观测仪器FM-120采用吸入式测量方式,虽然破坏了云雾粒子的三维空间分布,但是将云雾粒子的观测尺度提升至2-50 μm,能够提供完整的谱型分布。论文设计的全息雾滴谱仪运用数字全息干涉技术,在相机前加入光学成像放大系统,将粒子的最小观测直径扩展至2-100 μm,系统的光学放大率为5.89倍,不同粒径粒子的综合识别率为98%,系统采样频率10 Hz。系统采用脉冲激光器作为光源,脉冲宽度为300 ns,相机采用全局曝光方式,粒子速度在0-10 m/s时的最大位移量为0.52μm,能够有效消除粒子拖尾现象。针对核心光路结构设计的外形结构,采用流线型保护罩、可随风转动的风向随动机构能够有效的避免零部件产生的卡门涡街现象对采样区域流场分布的影响。针对仪器在高湿度环境工作,对仪器进行抽真空充氮、防水涂层等密封防水设计。对设计的结构进行流场、热、应力、低频振动等有限元分析,根据分析结果对结构进行了优化设计。设计了全息雾滴谱仪在线软件,能够显示观测的云微物理特征参数。通过分辨率板对全息雾滴谱仪进行标定,在云室试验中对FM-120和全息雾滴谱仪观测的数据进行比对,结果表明两种仪器对云滴的测量结果具有较好的一致性。最后在六盘山地形云野外科学试验基地对全息雾滴谱仪开展野外适应性验证并开展连续云雾观测试验,试验结果表明两种仪器观测结果具有良好的一致性。通过观测数据分析了云微物理参数在云雾生成和消散过程中的相关关系。

关键词： 两高行业   碳核查   实测法   皮托管   超声流量计  

摘要： 两高行业的碳排放是国内温室气体排放的主要来源，为了研究两高行业碳排放核查方法，通过对国内四种主要碳排放核查方法进行对比分析，重点对碳排放实测法进行理论研究，针对烟气流量测量的两种仪表S型皮托管和气体超声流量计的流速测量原理和碳排放总量计算原理进行理论研究，提出实测法更有利于碳排放数据的量值溯源，为国内碳排放量的可测量、可核查、可报告模式建设提供了技术支撑，碳排放核查方法的研究有利于国家节能减排的实施及双碳目标的实现，对优化资源配置，建设节约集约型经济发展模式具有重大意义。

关键词： 双组分偶极玻色-爱因斯坦凝聚体   偶极-偶极相互作用   异步量子卡门涡街   暗涡街  

摘要： 玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein condensate,简称BEC)是玻色子在接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物质状态,自1995年在实验上实现BEC后,其为研究超流体中量子化涡旋提供了一个可精确调控的实验平台。由于组分内及组分间的相互作用,双组分BEC显现出许多新奇的现象,产生的量子化涡旋也具有更加丰富的内部结构。卡门涡街是经典流体中的一个传统问题,在一定条件下的定常来流绕过某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的两列线涡,经过非线性作用后形成。根据von Kármán的理论,涡街一旦形成,就会在无粘性的流体中长时存在。因此研究无粘量子流体中的量子化Kármán涡街就显得尤为重要。基于此,本文围绕“双组分偶极BEC中的量子卡门涡街”展开研究。对于双组分偶极BEC系统中卡门涡街及其动力学的研究,一般来说,基于平均场近似,可以用耦合Gross-Pitaevskii(GP)方程组来描述该系统的动力学性质。本文通过对耦合GP方程组进行数值模拟,分别研究了双组分偶极BEC以及相分离态双组分偶极BEC中移动障碍势后的尾流。利用虚时演化法计算出由164Dy和168Er组成的双组分偶极BEC系统的基态,并将基态作为初态,在周期性边界条件下,利用时间劈裂Fourier谱方法进行动力学演化,两种分量分别在不同位置出现了交错分布的量子卡门涡街,将其称为异步量子卡门涡街。而由52Cr原子的两种不同超精细态组成的相分离态双组分偶极BEC系统中,则出现了由暗涡旋构成的暗涡街。在不同的双组分偶极BEC中,均存在其它类型的涡旋脱落模式,如涡旋偶极子、“V”字型涡旋偶极子以及量子湍流。对作用在移动障碍势上阻力的计算结果表明,涡旋的脱落对障碍势上阻力的产生有贡献,并且偶极相互作用越大,作用在移动障碍势上的平均拖拽力越大。在相混合态的双组分偶极BEC中,异步量子卡门涡街的参数范围还受偶极相互作用强度的影响,当偶极相互作用越强时卡门涡街的参数范围越小,并且偶极相互作用会改变涡旋模式出现的次序。

关键词： 顶气边水窄油环油藏   三维物理模拟实验   流体界面运移特征   开发方式   生产参数  

摘要： 顶气边水窄油环油藏是一种非常规油藏,油藏中同时具有顶气、油环、边水三个区域,地层条件下三个区域保持着相对平衡的状态,但是在油藏开发过程中,这种平衡被打破,三种能量互相作用,油气、油水发生互窜,严重影响油藏开发效果。JZ25-1S油田是典型的顶气边水窄油环油藏,本文基于油田实际参数建立三维物理模型,进行衰竭式开发模拟实验,对顶气边水窄油环油藏流体界面运移特征以及剩余油分布规律开展研究。通过不同开发方式三维物理模拟实验,确定开发后期最优的开发方式。最后根据JZ25-1S油田地质参数,建立理想模型,通过数值模拟手段确定最优开发方式的合理生产参数。研究结果表明:顶气边水窄油环油藏衰竭式开发过程中气窜会优先于水侵发生,渗透率越高气窜水侵发生越早。气窜水侵发生后会严重影响产油量,但是整体产量情况仍然是渗透率越高采出程度越高。油气界面的运移速度要快于油水界面,同时渗透率越高气、水突破油环速度越快。平面上油气、油水界面呈现为锥形,中部移动较快并逐渐向两端扩展。纵向上气体从构造顶部向油环突进,边水从构造底部向油环突进。顶气边水窄油环油藏衰竭式开发后剩余油主要分布于气窜水侵通道两侧,低渗层中大多为自由态剩余油,高渗层中主要为束缚态剩余油。对于衰竭式开发后,剩余油挖潜方向应该为低渗层气窜和水侵通道两侧。针对顶气边水窄油环油藏的开发,低渗层可以采用顶部注气方式补充地层能量扩大气驱波及体积,中高渗储层可以采用屏障注水方式来抑制气窜水侵延长稳产时间。如果顶气能量远大于边水能量可以先进行采气然后进行屏障注水。根据不同开发方式模拟实验结果,综合考虑含水率、气油比及采收率情况,最终优选屏障注水开发方式为JZ25-1S油田中后期最佳开发方式。利用油藏数值模拟方法最终确定合理的屏障注水时机为衰竭式开发两年后,衰竭式开发阶段合理的采油速度为4%,屏障注水阶段合理的采油速度为3%,合理注采比为1.5。本文对顶气边水窄油环油藏中流体界面运移特征及开发方式的研究,为此类油藏的开发提供了必要的理论支持,对油田现场具有重要指导意义。