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孕镶金刚石钻头磨损研究现状与发展趋势 被引量：1
1
作者 段隆臣 孙武成 +3 位作者 王志明 谭松成 高辉 方小红 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期200-217,共18页
孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎... 孕镶金刚石钻头广泛应用于各种硬岩钻进,尤其是深部硬岩钻探钻井的工程实践活动中,其碎岩机制表现为金属胎体包裹的金刚石出刃后压入、刻划和破碎岩石。金刚石钻头的磨损形式反映了孔底钻头-岩石的相互作用过程,以及磨粒(包括岩屑、胎体碎屑和金刚石碎屑等)在孔底的存在状态,它决定了金刚石钻头的钻进效率和使用寿命。目前关于孕镶金刚石钻头磨损理论、方法的研究大部分属于定性判断,且常局限于区域特殊情况,无法形成统一或可借鉴的实用指导体系。以地质钻探领域的孕镶金刚石钻头磨损相关研究文献为主,讨论了孕镶金刚石钻头磨损的研究现状。首先结合地质钻探工业实践和行业规程归纳了钻头的非正常磨损类型,然后从磨损图像、钻进信号2个方面介绍了钻头磨损评价方法,从钻头整体、金刚石和金属胎体3个方面梳理了钻头钻进过程磨损机理与影响因素,另外列举了主流的钻头磨损性能调控方法,介绍了磨损分析方程的研究进展,并探讨了机器学习方法如何辅助钻头磨损研究。孕镶金刚石钻头在深部硬岩钻探中有极大的潜力,而其磨损性能是决定其最终使用效果的关键。为此,对人工智能方法辅助数据分析、微观尺度计算模拟、增材制造和材料处理改性等研究方向进行了分析展望,探索先进的金刚石钻头的磨损监测分析和调控方法,以期满足地质深部钻探和地外星系钻探等远程监控钻进的需求。 展开更多
关键词 孕镶金刚石钻头 岩石破碎 钻头磨损 磨损机理 磨损评价 机器学习
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基于自然图像的钻探岩心识别 被引量：2
2
作者 高辉 吴振坤 +3 位作者 柯雨 谭松成 何思琪 段隆臣 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期64-71,共8页
传统的现场岩心识别与编录主要依赖技术人员的经验,不确定性因素较多,使用手机或相机拍摄自然图像是采集岩心信息最为便捷的方式。通过搜集大量的岩心样本,采用薄片鉴定的方式确定岩心的类型和名称,然后在不同的光照、尺度条件下拍摄岩... 传统的现场岩心识别与编录主要依赖技术人员的经验,不确定性因素较多,使用手机或相机拍摄自然图像是采集岩心信息最为便捷的方式。通过搜集大量的岩心样本,采用薄片鉴定的方式确定岩心的类型和名称,然后在不同的光照、尺度条件下拍摄岩心图像,形成图像和名称标记相对应的卷积神经网络的训练数据集。为解决数据增强和不同训练批次在不同测试数据集上产生的识别准确率的差异性问题,提出基于多训练模型的岩心联合识别方法,同时采用多个模型对图像进行识别,综合确定识别结果。选择8个数据集对模型进行测试,使用4个模型联合识别的准确率比单模型无数据增强时最大提升20.34%,平均提升9.13%;比单模型有数据增强时最大提升4.41%,平均提升2.75%,对每个测试集的识别准确率均有明显提升,总的识别准确率达91.56%,有效避免了使用单模型识别时对部分数据集识别效果好,而对部分数据集识别效果差的问题。为了在现场快捷使用岩心识别模型,采用TensorFlow Lite框架研发了岩心识别手机APP,通过手机拍摄图像,并进行识别。在河北省保定市博野县地热勘探中的测试结果表明,该APP的现场识别准确率可达85%,较实验室测试时有所降低,说明野外的拍摄环境与岩心状态比实验室测试时更加复杂,不过,其依然可以作为一个辅助工具为现场工作人员提供重要的参考。研究表明,通过选用更复杂的卷积神经网络、不断扩大岩心图像数据集、采用更有效的数据增强方法和策略、建立某个区域的专有岩心识别模型等手段,可以进一步提升岩心图像的识别准确率,为智能钻探的决策提供更有效的信息。 展开更多
关键词 自然图像 岩心识别 深度学习 卷积神经网络 智能钻探
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天然气水合物分解动力学研究进展 被引量：1
3
作者 郁桂刚 欧文佳 +2 位作者 吴翔 宁伏龙 张凌 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期175-188,共14页
天然气水合物是具有巨大开发潜力的清洁能源,但由于开采技术、经济性和环境效应等问题尚未达到商业化开发水准。近年来人们也在探索水合物技术在二氧化碳封存、海水淡化、储能、气体分离等领域中的应用。其中最具挑战性和关键性的问题... 天然气水合物是具有巨大开发潜力的清洁能源,但由于开采技术、经济性和环境效应等问题尚未达到商业化开发水准。近年来人们也在探索水合物技术在二氧化碳封存、海水淡化、储能、气体分离等领域中的应用。其中最具挑战性和关键性的问题就是水合物如何随时间形成和分解。概况了水合物分解动力学基础研究,包括水合物分解特性、分解影响因素和分解机理;综述了水合物分解动力学模型研究进展,根据水合物分解控制机制,将现有模型归为4类:热分解模型、本征动力学模型、传质分解模型和综合模型,重点阐述了它们的假设条件、主要认识和局限性,并展望了未来水合物分解动力学研究的改进方向,以期能够加深对水合物分解动力学的理解,促进水合物的开发和利用。 展开更多
关键词 气体水合物 分解特性 分解机制 分解动力学模型
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天然气水合物开采储层出砂研究进展与思考 被引量：14
4
作者 宁伏龙 方翔宇 +10 位作者 李彦龙 窦晓峰 王林杰 刘志超 罗强 孙嘉鑫 赵颖杰 张准 刘天乐 张凌 蒋国盛 《地质科技通报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期137-148,共12页
天然气水合物开采井眼出砂问题是当前水合物产业化急需突破的瓶颈之一,解决水合物开采时防砂与产能平衡问题是实现水合物安全高效、长期可控开采的关键.我国海域典型水合物储层属于弱固结的低渗泥质粉砂储层,其面临的防砂控泥与增产矛... 天然气水合物开采井眼出砂问题是当前水合物产业化急需突破的瓶颈之一,解决水合物开采时防砂与产能平衡问题是实现水合物安全高效、长期可控开采的关键.我国海域典型水合物储层属于弱固结的低渗泥质粉砂储层,其面临的防砂控泥与增产矛盾较为突出.厘清不同水合物储层和开采条件下的井眼出砂规律并揭示其机理,进而制定科学合理的防砂控泥措施以实现产能最大化是解决上述矛盾的途径所在.从理论分析、数值模拟、室内实验和现场试采4个角度介绍了世界范围内已开展的水合物出砂防砂情况,分析总结了水合物储层出砂影响因素及出砂机理,最后探讨了目前出砂研究存在的问题和挑战,并给出了相应的建议,旨在为后续水合物开采井眼出砂预测和防控研究提供思路和参考. 展开更多
关键词 天然气水合物 开采 出砂
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玛湖凹陷风城组岩石力学参数自适应权重组合预测
5
作者 唐俊方 熊健 +3 位作者 刘向君 甘仁忠 罗德江 梁利喜 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期1-11,共11页
准噶尔盆地玛湖凹陷风城组岩性复杂,为准确预测其岩石力学参数,提出了一种自适应权重组合预测方法。首先分析、对比传统方法和不同机器学习算法(BP神经网络、XGBoost、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、卷积神经网络(CNN)、决策树(CART)... 准噶尔盆地玛湖凹陷风城组岩性复杂,为准确预测其岩石力学参数,提出了一种自适应权重组合预测方法。首先分析、对比传统方法和不同机器学习算法(BP神经网络、XGBoost、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、卷积神经网络(CNN)、决策树(CART)、长短时记忆神经(LSTM)网络等)的预测效果,传统方法难以准确预测岩石力学参数,而不同机器学习算法的预测效果不同,其中抗压强度、抗张强度和脆性指数预测的最优机器学习算法模型为SVM,弹性模量为BP,泊松比为RF,内聚力为XGBoost,内摩擦角和断裂韧性为LSTM网络;单一机器学习算法难以实现对多个岩石力学参数的同步准确预测。在此基础上,通过对不同岩石力学参数选取不同预测基模型,再根据基模型预测效果赋予权重并进行组合,以开展自适应权重组合预测。结果表明,该方法能够有效提升机器学习算法的预测精度和泛化性能,可实现复杂岩性地层多个岩石力学参数的同步准确预测。 展开更多
关键词 岩石力学参数 复杂岩性地层 机器学习 自适应组合预测
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细粒砂矿物成分及粒径配比对CO_(2)水合物合成特性影响的实验研究
6
作者 马越 赵建忠 +1 位作者 高强 张驰 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第4期124-130,共7页
在冻土层中用水合物法封存CO_(2)是一种具有潜力和前景的CO_(2)封存技术。为探究地层性质对CO_(2)封存的影响,在初始压力5.5 MPa、温度1.27℃的条件下,在不同细粒砂矿物成分及粒径配比的影响下进行了CO_(2)水合物合成实验,对实验过程中C... 在冻土层中用水合物法封存CO_(2)是一种具有潜力和前景的CO_(2)封存技术。为探究地层性质对CO_(2)封存的影响,在初始压力5.5 MPa、温度1.27℃的条件下,在不同细粒砂矿物成分及粒径配比的影响下进行了CO_(2)水合物合成实验,对实验过程中CO_(2)水合物生成过程的压力-温度变化、CO_(2)水合物平均生成速率、CO_(2)耗气量和相饱和度等进行了分析。结果表明,细粒砂与粗粒砂粒径配比(各组分质量比,下同)为1.0:2.0时的CO_(2)水合物平均生成速率最小(12.60 mmol/min),随着粗粒砂比例的增大,比表面积减少,CO_(2)水合物平均生成速率变慢。蒙脱石黏土不利于CO_(2)水合物生成,粉砂组(含细粒砂与粗粒砂)CO_(2)水合物平均生成速率高于粉砂质黏土组(含细粒砂和蒙脱石黏土),且粉砂组实验更容易实现高的水合物饱和度和CO_(2)耗气量,因此在矿物成分含细粒砂与粗粒砂的区域更适合进行CO_(2)封存。细粒砂与粗粒砂或黏土矿物粒径配比为1.0:0.5时的CO_(2)耗气量分别为0.86 mol、0.77 mol,随着粗粒砂和黏土矿物比例的增大,水合物相饱和度和CO_(2)耗气量均逐渐减小,细粒砂与粗粒砂或黏土矿物粒径配比为1.0:0.5时是适合水合物法封存CO_(2)的比例。 展开更多
关键词 CO_(2) 水合物 碳封存 黏土 粒径配比
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CO_(2)/N_(2)置换-降压强化开采天然气水合物
7
作者 高宇星 赵建忠 +1 位作者 高强 张驰 《化学工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期12-17,共6页
将天然气水合物中的CH_(4)置换为CO_(2)水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO_(2)对水合物中CH_(4)的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状... 将天然气水合物中的CH_(4)置换为CO_(2)水合物是未来能源生产和温室气体控制的一种创新方法,但通常条件下CO_(2)对水合物中CH_(4)的置换效率较低,因此采用混合气联合降压强化置换的开采方法被提出。模拟(海底静水压力)在三轴应力约束状态下,通过注入固定比例[n(CO_(2))∶n(N_(2))=4∶1]的置换气体,研究降压强化置换过程中储层气相组分、CH_(4)开采率与CO_(2)封存率的变化。结果表明:CO_(2)+N_(2)联合降压强化置换法大幅度提高CH_(4)水合物置换效率,CH_(4)置换率相较于传统置换法的15.2%提升至35.22%,其中N_(2)直接贡献率占8.66%。通过降压强化,显著增强分解后期阶段气体扩散效果,提高CH_(4)开采率与CO_(2)封存率,对提高水合物转换开采具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 天然气水合物 置换反应 CH_(4) CO_(2) N_(2)
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三轴应力下CO_(2)置换开采天然气水合物实验研究
8
作者 王婷婷 赵建忠 +1 位作者 高强 张驰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期584-591,共8页
为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO_(2)置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明:在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠... 为模拟海域真实环境,在三轴应力、氯化钠体系以及水合物储层富水状态的条件下,开展针对氯化钠体系、储层初始饱和度以及置换压应力对液态CO_(2)置换开采海域天然气水合物的实验。研究表明:在三轴应力以及孔隙度约46.70%的条件下,氯化钠体系对CH4置换效率影响较小,但对CO_(2)水合物合成表现出抑制作用;储层初始饱和度与CH4置换效率之间是负相关关系且高的储层含水率更有利于CO_(2)封存;CH4置换效率随着置换压应力的增长有一定幅度的提高,置换压应力的增大为CO_(2)水合物合成提供了高的驱动力,进而提高了CO_(2)封存效率。 展开更多
关键词 天然气水合物 二氧化碳 甲烷 氯化钠 置换 三轴应力 储层初始饱和度
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冻土地层水合物法封存CO_(2)的敏感性实验研究 被引量：1
9
作者 侯斌 赵建忠 +1 位作者 高强 张驰 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1-6,共6页
水合物法二氧化碳封存是目前具有潜力的碳封存方式之一,将一定压力的CO_(2)气体注入冻土带的沉积层中,在特定的地层温度条件下CO_(2)气体可形成CO_(2)水合物从而达到长期稳定封存的目的。依据我国多年冻土地区地层的温压条件,选取冻土... 水合物法二氧化碳封存是目前具有潜力的碳封存方式之一,将一定压力的CO_(2)气体注入冻土带的沉积层中,在特定的地层温度条件下CO_(2)气体可形成CO_(2)水合物从而达到长期稳定封存的目的。依据我国多年冻土地区地层的温压条件,选取冻土地区不同地层深度(110,150,200,250,300,350 m)对应的温度(0,1.27,2.72,4.53,6.38,8.70℃)进行了CO_(2)水合物封存实验。实验结果表明:在快速合成阶段实验温度为1.27℃下反应釜内温度上升幅度最大,生成速度最快,最终储气率最高,缓慢合成期持续时间随温度的升高而减少。在较低温度下(0和1.27℃)水合物的各相饱和度基本保持在约18%(水合物相)、15%(水相)和67%(气相)。在地层深度为150 m时(平均温度1.27℃)封存CO_(2)效果优于其他深度的地层。 展开更多
关键词 碳封存 CO_(2) 水合物 储气率
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不同分解温度下记忆效应对CO_(2)/CH_(4)混合气体水合物合成的影响
10
作者 管建 赵建忠 +1 位作者 高强 张驰 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2023年第4期154-161,共8页
在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO_(2))置换开采过程中,明确CO_(2)/CH_(4)混合气体水合物(以下简称“CO_(2)/CH_(4)水合物”)的合成和分解机理,对水合物法分离混合气体、CO_(2)封存与CH_(4)高效开采有重要意义。以多孔介质+... 在非常规天然气以及天然气水合物二氧化碳(CO_(2))置换开采过程中,明确CO_(2)/CH_(4)混合气体水合物(以下简称“CO_(2)/CH_(4)水合物”)的合成和分解机理,对水合物法分离混合气体、CO_(2)封存与CH_(4)高效开采有重要意义。以多孔介质+去离子水体系中的CO_(2)/CH_(4)水合物为研究对象,进行了二次合成和分解实验,研究了分解时间为0.5 h、分解温度为5~25℃条件下的记忆效应对CH_(4)/CO_(2)水合物合成的影响,主要从二次合成诱导期、气体消耗量和消耗速率,以及各组分气体消耗情况3个方面进行了分析。结果表明,分解温度越低,二次合成诱导期越短;记忆效应降低了二次合成速率;当分解温度为10℃时二次合成速率最快,气体消耗速率峰值为8.10 mmol/min;在相同的合成温度和压力下,升温分解后的记忆效应使二次合成时CO_(2)水合物合成量提高至初次合成量的1.3倍,而对CH_(4)水合物合成量基本没有影响,即记忆效应对不同客体分子的影响有所差别。该研究为记忆效应在水合物技术中的应用提供了参考。 展开更多
关键词 CO_(2) CH_(4) 混合气体水合物 记忆效应 水合物合成 水合物分解
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