海陆过渡相煤系页岩的渗流特征

利用脉冲衰减渗透率仪,测试了海陆过渡相煤系页岩在储层条件、不同应力状态下的渗透率,得到了渗透率随有效应力的演化规律,对比分析煤系页岩和美国Wilcox页岩的渗透率。结果表明:当围压为常数(17MPa),有效应力从12.5MPa降至2.0MPa时,煤系页岩的渗透率范围为2.9×10-19~5.7×10-18 m2,比Wilcox页岩的渗透率高2~3个数量级。根据外部围压pc和内部孔隙压力pp定义有效应力σe=pc-χpp,有效应力系数χ约为1。渗透率试验数据的拟合结果显示,煤系页岩和Wilcox页岩的渗透率随有效应力、围压(常孔隙压力)和孔隙压力(常围压)按指数函数变化。     

考虑动力学扩散作用的煤系气储层渗透率模型

为了预测煤系气开采过程中储层渗透率的演化规律,考虑气体在基质中的动力学扩散作用,基于储层的应力-应变本构关系和渗透率-孔隙率的立方关系,提出了储层的有效应力-渗透率模型,分别建立了储层在常体积和单轴应变条件下的渗透率解析模型。利用现场和实验室测试的渗透率数据,探讨了两种模型的有效性。结果表明,与常体积条件下的渗透率模型和C-M模型相比,单轴应变条件下的渗透率模型能够较好地拟合现场和实验室的渗透率数据,建立渗透率模型须考虑气体在基质中的动力学扩散作用。研究了模型参数对渗透率的影响,结果表明模型参数对渗透率的演化规律以及反弹压力有显著的影响。     

桦甸油页岩热解过程中热膨胀特性研究

利用静态热机械分析法(TMA)分别测定三种不同有机质含量的桦甸油页岩平行层理面和垂直层理面室温到600℃温度范围内的热膨胀特性,并对影响热膨胀特性的因素进行分析。结果表明,油页岩中水分和有机质在热解过程中析出是油页岩膨胀的内在动力,有机质含量越高,油页岩的热膨胀度越大;油页岩中发达的孔隙结构会减缓气液释放造成的压力;垂直层理面的热膨胀度比对应的平行层理面的热膨胀度大。桦甸油页岩低温热膨胀主要对应水分析出,平均热膨胀度介于2.44×10~(-6)~24.42×10~(-6)K~(-1);中温热膨胀主要对应热解油气析出,平均热膨胀度介于1.83×10~(-6)~47.81×10~(-6)K~(-1)。     

基于低场核磁共振的抚顺油页岩孔隙连通性演化研究

油页岩原位注热开采过程中，储层内部孔隙结构的连通性直接影响载热介质的流动行为和传热效率，同时对油气产物的扩散和流动行为起控制作用.本文利用低场核磁共振（LF NMR）技术，考察了不同热解终温（23~650℃）处理时，饱和水及束缚水状态下抚顺油页岩的T₂谱，分析了可动流体T₂截止值、束缚流体孔隙度、饱和流体孔隙度、渗透率等NMR孔隙参数，定量研究了随热解终温升高，抚顺油页岩孔隙结构的连通性演化规律.研究结果表明热解终温对抚顺油页岩孔隙连通性及渗透率的变化起控制作用，且可动流体孔隙度对总孔隙度的增加起主要促进作用，这说明热解终温升高加大了渗透率及油气产物的输运能力.本文为深入认识油页岩原位热解过程中孔隙结构的演化提供了依据.     

川南龙马溪组页岩储层水相渗吸规律

基于川南龙马溪组页岩多重孔隙特征,建立渗吸解析模型,定量计算不同孔隙类型渗吸深度。在此基础之上,开展考虑页岩储层温度、围压、流体压力共同作用下的水相渗吸实验,分析页岩水相渗吸规律。结果表明：基于渗吸饱和度渗吸过程可分为3个阶段：渗吸扩散段、渗吸过渡段、渗吸平衡段,其中渗吸扩散段为渗吸能力主要贡献段。在焖井初期由于流体压力作用页岩渗吸能力大幅度提高,为后续自发渗吸作用提供了渗吸液体。储层围压对页岩渗吸能力有抑制作用,但仍能提高储层改造效果,孔隙度增加倍数范围为0.42倍~1.63倍,渗透率增加倍数范围为17.6倍~67.3倍。黏土孔渗吸深度远大于脆性矿物孔和有机质孔,粘土矿物为页岩水化作用诱导微裂缝主控因素。焖井有利于提高川南龙马溪组页岩储层改造效果。研究成果可为页岩气井返排制度优化提供依据。     

彭水地区龙马溪组页岩渗吸规律及渗吸动态分布

渗吸作为压裂液在储层中的主要吸收方式, 是提高页岩气产能的重要驱动力。以重庆市彭水地区龙马溪组页岩为研究对象, 依次进行毛管力测试、不同条件下的渗吸实验及核磁共振实验。结果表明: ①页岩的渗透率与孔隙度极低, 以微孔和小孔为主, 基本无大孔, 孔隙结构较差; ②页岩渗吸过程分为三个阶段, 随着压力和温度的升高, 渗吸效果增强, 破胶压裂液的渗吸效果略强于未破胶压裂液, 表面活性剂和KCl溶液可以降低页岩渗吸能力; ③页岩渗吸的核磁共振T₂谱具有明显的双峰特征, 渗吸过程中, 中大的孔隙和裂缝在初期阶段就被液体瞬间充满, 极微的孔隙和裂缝首先被充填, 随后液体进入稍大的微孔隙和微裂缝, 在渗吸过程中页岩表面产生大量的微裂缝。     

组合式吸液芯内液汽相变过程的数值模拟

本文对高温热管吸液芯多孔介质内金属钠液的液汽相变过程进行了模拟研究,并采用流体体积分数模型和传质模型对此过程进行了数值分析.研究表明孔隙率和渗透率越大的组合式吸液芯多孔介质,热量在液态金属中的传递速率越快,进而可以增加高温热管的传热量,提高传热效率;但是孔隙率和渗透率越大,组合式吸液芯多孔介质加热壁面的温度分布越不均匀,产生沸腾传热极限的可能性亦越大.     

对超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用动力学过程的研究

结合Saha方程,建立了一个超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用的动力学过程中电子温度和电子密度随时间变化的简单模型.在降温过程中采用绝热膨胀模型,讨论了等离子体在绝热膨胀过程中的特殊性质,考虑了离子声速随温度的变化,推算了状态演化过程,得到了电离度随时间变化的演化规律. 关键词： 超短超强脉冲激光 固体密度等离子体 电离度     

煤层中封存CO2的流-固-热耦合数值模拟研究

为了研究CO_2煤层封存过程中注气量和煤层渗透率的变化规律,分析不同煤层特征参数对注气效率的影响,利用岩石力学、渗流力学、传热学相关理论,基于煤体双重孔隙结构特征,建立CO_2煤层封存的流-固-热耦合模型,进行CO_2煤层封存数值模拟。结果表明:CO_2注入煤层的速率遵循着"初始阶段迅速减小,随后基本稳定"的规律,注入速率的大小与煤层初始压力、初始温度成反比,与初始渗透率成正比;在煤层注入CO_2的过程中,由于气体压力升高、温度降低引起的收缩应变大于吸附应变,在注气压力增高区内煤体基质系统和裂隙系统的渗透率不断增大,且裂隙渗透率受注气影响更明显。     

α-β石英相变的应变参数计算及其地质意义

 利用已有的α和β石英压缩性、热膨胀性、弹性及相变温度压力资料，计算了α-β石英相转变时，α和β石英的晶胞参数。依据虎克定律以及高压下β石英的弹性参数，估算了α-β石英相转变时的应变、应力和应变能。结果表明，在0~1.1 GPa条件下，随压力升高，α-β石英相变的线应变介于-0.006~0.005之间，体应变介于-0.016~0.012之间，应力介于-0.46~0.14 GPa之间；应变能介于965~2 760 kJ/m³之间。压力为0.5 GPa左右时，α-β石英相变的应变、应力和应变能均达到最小值。在此基础上，讨论了壳内大规模酸性岩浆活动引起的α-β石英相变对壳内岩石的作用。     

分布式传感光纤应变和温度同时标定方法

为了实现分布式传感光纤应变和温度响应系数的快速准确标定,提出了应变和温度同时标定法.利用恒温装置控制传感光纤和金属管的温度,利用金属管的线性热膨胀对缠绕其上的分布式传感光纤施加应变,通过恒温装置中的松弛传感光纤补偿金属管上传感光纤的温度,共同实现应变和温度的同时、快速、准确标定.利用恒温水浴和不锈钢管进行了单模裸纤布里渊频移应变和温度响应系数的标定实验,应变标定跨度620με,温度标定范围35~75℃,得到单模裸纤布里渊频移的应变和温度响应系数分别为0.048 MHz/με和1.06 MHz/℃.结果表明该方法可用于小直径分布式传感光纤的应变和温度同时标定.     

传感器电解质材料热膨胀性能和热稳定性变化规律研究

以ZrO2固体电解质材料为例,研究氧传感器电解质材料原子振动特点和热膨胀系数及其热稳定性随温度和时间的变化规律,探讨原子非简谐振动的影响。结果表明：原子振动的频率、阻尼系数,在简谐近似下为常数,在考虑到非简谐效应后随温度升高而增大;原子平均位移和热膨胀系数在简谐近似下为零,在考虑到非简谐效应后随温度升高而增大,随的时间的增长而减小;热膨胀性能稳定性温度系数随温度的升高而减小,随时间的增长而增大,即使用时间越长,材料的热膨胀性能稳定性越低;温度越高,热膨胀性能越稳定;非简谐情况下的原子振动的频率、阻尼系数和热膨胀系数与简谐近似下的差值随温度的升高而增大,即温度越高,非简谐效应越显著。     

激光烧蚀聚甲醛的热-化学耦合模型及其验证

针对激光辐照聚甲醛的烧蚀现象,建立了一种包含升温、相变、热解及热解产物飞散等过程的热-化学耦合模型.采用无规热解模型描述聚甲醛升温后的热解过程,给出了不同热解率下热解产物的组成.利用基团贡献法计算烧蚀产物组分的热力学性质,并按照混合法则确定烧蚀产物混合物的名义标准沸点和临界温度.当烧蚀产物温度低于临界温度时,以液态蒸发机理表征热解产物的烧蚀,用Knudsen层关系式计算烧蚀质量;反之热解产物飞散由气体动力学机理控制,采用间断守恒关系及Jouguet条件描述烧蚀进程.本模型可给出激光辐照下聚甲醛的烧蚀质量、烧蚀温度、烧蚀产物组成和不同机理的烧蚀比率.与实验结果对比表明,当激光能量密度小于30 J/cm2时本模型能准确地描述烧蚀过程.     

重点排烟作用下地下通道顶棚烟气温度分布研究

本文通过改变重点排烟量及火源功率,研究了在不同重点排烟方式下,顶部重点排烟量对地下通道顶棚烟气温度分布的影响。研究发现:在无重点排烟条件下,由于热烟气的卷吸,以及与顶棚之间的传热影响,通道内的顶棚纵向烟气温升在不同火源功率下均随距离的增加而不断衰减。不同顶部重点排烟方式及火源功率下的顶棚烟气温度衰减趋势相同,且重点排烟量越大,顶棚纵向温度越低。本文引入了重点排烟量影响因子β,该影响因子随着重点排烟量的增加呈现指数增加。建立了顶部不同重点排烟模式下地下通道顶棚烟气温度分布模型,模型预测值与实验测量值吻合较好。     

原子与频率随时间变化场相互作用系统中场熵的演化

利用多光子Jaynes-Cummings模型,考虑场频率随时间以正弦函数形式作小量变化,在旋波近似下,研究了二能级原子通过多光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中场熵的演化规律.利用数值计算方法给出场熵随时间的演化曲线.研究结果表明:场熵的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率振荡的幅值u越大调制作用越强,在场频率振荡的幅值u大于一定值后,场熵将按场频率周期性的变化规律作周期性振荡.     

星际氧气分子的气相-尘埃模型研究（英文）

本文采用气相-尘埃模型Nautilus研究了星际氧气的演化过程,使用了两种典型初始丰度值下的恒温模型和变化物理条件下的加热模型进行模拟计算.结果表明,在冷致密云的条件下,CO、O_2和H_2O达到峰值的时间依赖于氢核密度的多少,其随氢核密度的增大而减小.在加热模型中,在温度升高后的10~5年后,氧气的丰度值与观测结果符合较好.在温度大于30 K后,氧气的稳态丰度值将不再随氢核密度而变化,且大于此温度可以阻止氧气大量的沉降到尘埃表面.此外,无论在恒温模型还是在加热模型中,低氢核密度更有利于O_2的生成.     

GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟

GaAs晶体的高质量生长对于制造高性能高频微波电子器件和发光器件具有重要意义.本文通过分子动力学方法对GaAs晶体沿[110]晶向的诱导结晶进行模拟,并采用最大标准团簇分析、双体分布函数和可视化等方法研究应变对生长过程和缺陷形成的影响.结果表明,不同应变条件下GaAs晶体的结晶过程发生显著变化.在初始阶段,施加一定拉应变和较大的压应变后,体系的晶体生长速率发生降低,且应变越大,结晶速率越低.此外,随着晶体的生长,体系形成以{111}小平面为边界的锯齿形界面,生长平面与{111}小平面之间的夹角影响固液界面的形态,进而影响孪晶的形成.施加拉应变越大,此夹角越小,形成孪晶缺陷越多,结构越不规则.同时,体系中极大部分的位错与孪晶存在伴生关系,应变的施加可以抑制或促进位错的形核,合适的应变甚至可以使晶体无位错生长.本文从原子尺度上研究GaAs的微观结构演化,可为晶体生长理论提供理论指导.     

场频率随时间变化对原子偶极压缩效应的影响

利用J-C模型,考虑场频率随时间以正弦函数形式作小量变化,在旋波近似下,研究了二能级原子通过单光子跃迁与单模辐射场相互作用系统中原子算符Sy压缩效应的演化规律.利用数值计算方法给出压缩量随时间的演化曲线.研究结果表明:原子算符压缩效应的演化受场频率随时间正弦函数形式变化的调制,场频率振荡的幅值u越大调制作用越强.随场频率变化的幅值u的增大,压缩效应减弱.在场频率振荡的幅值u大于一定值后,压缩量将按场频率周期性的变化规律作周期性振荡,     

单一微孔隙中油水相对渗透率特性研究

孔隙渗流是多孔介质渗流的微观基础。本文对孔隙中的两相流应用分相模型,结合达西渗流定律,提出了适用于油水两相的相对渗透率模型,得到相对渗透率与孔隙度无关、相对渗透率只是微孔隙中相态分布的几何尺度以及流体饱和度的函数等结论。设计了微流动实验装置,以去离子水和白油的乳化液为两相流体,在不同含油率下研究了微孔隙中油水两相的渗流特性,并与相应条件下的模型计算结果进行对比。结果表明,对于低渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果吻合较好,对于高渗透尺度等级的微孔隙,实验与计算结果存在偏差。在某些条件下,油与水的相对渗透率之和存在大于1的情形。     

低温热提质褐煤的复吸水特性研究

选取云南昭通褐煤,经NaBH_4和盐酸预处理后在200~500℃下热解体质,采用FTIR分析了提质过程中煤表面含氧官能团OH和C=O相对含量的变化,采用N_2吸附法分析了提质煤的孔隙结构,在恒温恒湿箱中研究了提质煤的复吸水特性。实验旨在研究提质煤的复吸水机制并探索降低复吸水率的方法。结果表明,提质煤的复吸水率随热解温度的升高而降低;HCl处理降低了OH氢键和C=O的相对含量,明显降低了提质煤的复吸水率,NaBH_4处理抑制了褐煤的热解且只能还原部分COOH中的C=O,对降低复吸水率的效果不明显。