页岩气开采中的若干力学前沿问题

页岩气的开采涉及破裂和收集输运两个关键过程.如何实现2000,m以下、复杂地应力作用下、多相复杂介质组分的页岩层内网状裂纹的形成,同时将孔洞、缝隙中的游离、吸附气体进行高效收集,涉及到诸多的核心力学问题.这一工程过程涵盖了力学前沿研究的诸多领域:介质和裂纹从纳米尺度到千米尺度的空间跨越,游离、吸附气体输运过程中微秒以下的时间尺度事件到历经数年开采的时间尺度跨越,不同尺度上流体固体的相互作用,以及压裂过程中通过监测信息反演内部破坏状态等.针对近年来我们国家页岩气勘探开发工作所取得的成就及后续发展中面临的前沿力学问题,在综合介绍页岩气藏的基本特征和开发技术的基础上,以页岩气开采中的若干力学前沿问题为主线,从页岩力学性质及其表征方法、页岩气藏实验模拟技术、页岩气微观流动机制及流固耦合特征、水力压裂过程数值模拟方法、水力压裂过程微地震监测技术、高效环保的无水压裂技术等6个方面的最新研究进展进行了总结和展望,结合页岩气藏开发的工程实践, 深入探究了其中力学关键问题,以期对从事页岩气领域的开发和研究的从业人员提供理论基础, 同时,该方面的内容对力学学科、尤其是岩土力学领域的科研工作也具有重要指导价值.      

石墨烯透明导电薄膜电阻的环境稳定性研究

将石墨烯薄膜置于不同环境气氛中,探究其在不同波长和功率密度可见光辐照下的导电特性.结果表明,石墨烯薄膜在不同条件光照下电阻缓慢上升,光照停止后电阻缓慢下降.氮气环境下石墨烯导电性能最稳定,真空下变化最大,在相同功率密度红光辐照下,样品在氮气、大气和真空下相对电阻变化分别为0.09%、0.22%、0.4%.相同环境下,波长越短,光子能量越大,对样品影响越大,在大气环境下,相同功率密度的蓝光、绿光和红光对样品相对电阻的影响分别为20%、3%、0.22%.     

High-sensitivity long-period fiber grating sensor with SAN/cryptophane A for coal mine gas detection

A high-sensitivity long-period fiber grating （LPFG） methane sensor that contains a compact and uniform styrene-acrylonitrile （SAN）/cryptophane A nanofilm is presented. The sensor is prepared by using an automatic dip-coater in a solution of cryptophane A, SAN resin dissolved in ortho-dichlorobenzene, a low- volatile solvent. The effect of film thickness on the LPFG＇s resonant wavelength is thoroughly investigated. The optimum sensor among the three LPFGs with different film thicknesses is directly used to detect the methane concentration in a coal mine gas sample. The results indicate that the sensors with film thicknesses of 484 to 564 nm exhibit a redshifted resonant wavelength when the methane concentration is increased from 0% to 3.5% （vol）. The data demonstrates that the sensor with a film thickness of 484 nm has remarkable sensitivity （~0.633 nm%-X）, and its detection limit can reach 0.2%. The methane concentrations determined by our sensor are consistent with those obtained by gas chromatography.     

Dy3+含量对Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃发光性能的影响

通过控制Dy3+的掺杂浓度,制备出了不同浓度的Eu2+,Dy3+单掺和共掺高硅氧发光玻璃,测试其激发和发射光谱,讨论了Dy3+浓度对Eu2+,Dy3+共掺样品发光性质的影响。结果表明,Eu2+,Dy3+共掺高硅氧发光玻璃中存在Dy3+向Eu2+的无辐射能量传递现象,且Dy3+的引入会使高硅氧发光玻璃中Eu—O的共价作用减弱,造成Eu2+发射峰蓝移;随着Dy3+浓度的增加,Dy3+→Eu2+能量传递增强,Eu2+发光增强;Dy3+含量继续增加,则Dy3+发光出现浓度猝灭,且Dy3+→Eu2+能量传递减弱。     

磁流变减振器控制研究

从混合工作模式推导出了磁流变减振器的阻尼力与控制电流之间的关系,并以此为依据设计出磁流变减振器的控制器,经实验测试控制器具有响应速度快、输出精度高等特点,对磁流变减振器的控制效果令人满意。     

光纤法珀应变传感器串并联混合复用的离散腔长变换解调研究

光纤法珀传感器复用的输出信号复杂,解调相当困难.为实现其串并联混合结构复用,根据光纤法珀应变传感器的双光干涉原理,阐述了传感器串并联混合复用的输出信号特征,分析了信号中各项成分对离散腔长变换方法解调结果的影响,并进行了计算机仿真.最后搭建实验平台,进行了四个传感器串并联混合复用的实验研究,证明该方案可行,解调准确度1 μm.     

基于Sagnac/双Mach-Zehnder原理的分布式光纤传感系统的偏振态分析

运用琼斯矩阵分析法,建立了该分布式传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型.仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响,并提出了利用偏振控制器对输入偏振态进行控制,从而改善干涉信号输出的方法.     

KrF准分子激光激发掺锗光纤折射率扰动的非线性过程

本文采用了一种简单的功率监测法,观察了KrF准分子激光对掺锗光纤折射率影响的非线性过程。观察到子纤芯折射率扰动过程中非稳定现象、饱和现象和折射率扰动的非线性。     

光纤探测方式下全积分球与半积分球性能对比研究

为比对全积分球和半积分球在光路传输、输出信号上的差异,根据积分球基本原理分别建立了全积分球和半积分球的光学传输模型,推导了两种积分球在光纤探测方式下的输出信号强度表达式,并从理论和实验上对这两种积分球的探测性能进行了比对。结果表明,全积分球与半积分球的输出信号和探测灵敏度均与积分球涂层反射率、积分球半径、光纤数值孔径角有关;半积分球性能是否优于全积分球取决于漫反射涂层以及平面反射镜反射率的选取。当理想情况下平面反射镜的反射率等于1时,半积分球的信号强度是全积分球的2倍。     

单轴分布式光纤传感器管线泄漏探测方法及定位理论分析

利用Sagnac干涉原理的分布式光纤传感器是一种可用于长途油气管线侵入、泄漏探测和定位的新技术.为了克服屏蔽和隔离Sagnac光纤环中未用作传感的那一半光纤所带来的屏蔽困难、成本增加等问题，提出一种单轴分布式光纤传感器的方法.其原理是利用一条光纤代替光纤环，并在光纤尾端设置法拉第旋转镜，构成偏振无关Sagnac干涉仪探测和定位管线泄漏.文中详细分析和讨论了该方法的系统光路和探测定位原理.