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朱伟简介

IMG_256朱伟,男,1984年生,浙江平湖人。2003年至2013年在中国地质大学(武汉)学习,20136月获地球物理学博士学位。20137月参加工作,现为威尼斯游戏大厅副教授,硕士研究生导师。联系方式(Email):heathzhuwei@126.com.

 

一、教研工作

1.讲授课程

《地震勘探原理》、《数学物理方程》、《地震资料数字处理》、地震采集、处理和解释的实习

 

2.教研论文

[2] 朱伟,王鹏,高刚. 2020.关于高校本科教学的一些思考. 教育教学论坛,7: 321-322.

[1] 朱伟,郑凯. 2016.大规模网络课程时代普通地方高校小微专业群建设初探. 教育教学论坛,38: 64-65.

 

3.指导学生课外科技实践活动

[1] 大学生创新创业训练计划项目:页岩数字岩心弹性参数数值模拟研究,2018-2019,发表论文:乔佳瑜,谭港,田健,朱伟. 2019.基于数字岩石物理的非常规储层岩石流体替换研究. 中国石油和化工标准与质量, 39(1): 182-184.

 

二、科研工作

1.研究方向

[1] 数字岩心建模

数字岩心建模是数字岩石物理的重要组成部分。数字岩心建模方法分为物理重建法和数学重建法两大类。近年来,工业CT技术和聚焦离子束-扫描电镜技术在数字岩心建模方面取得了良好的应用效果。但是,数学重建方法依然具有重要的研究价值。数学重建方法包括过程法,模拟退火法,马尔科夫链-蒙特卡洛法和多点地质统计法等。在现有多数方法建立的数字岩心中,颗粒与颗粒紧密相连,颗粒的矿物类型一般相同数字岩心骨架内的结构细节和非均匀性对地震波传播性质的模拟非常重要。过程法是一种非常灵活的建模方法,它模拟自然界中砂岩形成过程的结果,包含沉积、压实和成岩三个基本环节。在沉积环节,颗粒依次沉积至沉积物表面。颗粒通常为球体,或者是规则的非球体,也可以是其它的不规则形状。颗粒在沉积物表面的稳定位置由水动力条件决定,也可以通过模拟颗粒的碰撞运动来确定。当模拟所有颗粒同时沉积时必须引入颗粒之间的作用力。在自然界中压实过程可能包括颗粒平移、旋转和机械变形等。在过程法的压实环节中,主要方法是颗粒平移。平移使相邻颗粒发生重叠,离散的颗粒因而成为紧密相连的完整骨架。成岩过程是一个复杂的物理化学过程。在建立砂岩数字岩心的过程中,成岩作用通常模拟石英的压溶和重结晶作用,其它胶结物的产生可以采用随机方法和数学形态学方法。针对地震波传播性质模拟的需求,我们在过程法的基本框架内开发新的数字岩心建模新方法与技术,恢复更多的结构细节。

过程法建立的数字岩心(2020

 

[2] 数字岩心等效弹性参数模拟

非均质性是地下多孔岩石的最基本表征之一。岩石往往在各个尺度上表现出不同程度的非均质性。当地震波传播时,地层的非均质性不仅影响地震波的传播速度,还会引起地震波的频散和衰减效应。研究波的频散和衰减特征可以指导综合利用多尺度的地球物理数据进行地层非均质性的刻画,为利用地震耗散相关的属性进行流体和裂缝储层等预测提供物理基础。同时,这些研究对于非均质储层的地震表征、四维地震的流体监测、二氧化碳封存、地热资源的勘探开发都具有重要的价值。数字岩石物理技术可以模拟各种接近实际复杂非均质多孔岩石的孔隙结构、裂缝形态、流体分布,从而可以全面准确刻画复杂非均质多孔岩石波致流体流动引起的频散和衰减效应。数字岩石物理中的弹性模拟技术主要包括静力学模拟、透射波模拟、应力应变模拟。

静力学模拟

根据弹性力学理论,可利用有限元方法计算数字岩心的弹性模量,其基本原理是在数字岩心的表面加载应变边界条件,计算初始弹性势能,通过共轭梯度法求解最小弹性势能对应的应力-应变状态,计算平均应变张量和平均应力张量,反推平均弹性模量,即数字岩心的弹性模量。

我们利用静力学模拟研究裂缝、压力等因素对岩石弹性的影响

a)裂缝对岩石弹性参数的影响研究

    裂缝是孔隙空间的一种,在一些致密地层中裂缝对于改善地层的渗透性具有重要的意义。裂缝扁率小,延伸相对较长。裂缝对岩石的力学性质有重要的影响,在垂直裂缝面的方向上裂缝表现出较柔软的力学特征,而在平行裂缝面的方向上裂缝对岩石的影响较小,因此可以地震波的传播速度的变化预测裂缝发育程度。

CT成像法建立的数字岩心

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孔隙数字岩心

裂缝数字岩心

裂缝-孔隙数字岩心

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裂缝数字岩心的弹性模量与孔隙度关系

裂缝-孔隙数字岩心弹性模量与孔隙度关系

裂缝对弹性模量的影响(2016





 

b)对压力与岩石弹性的关系影响研究

岩石物理实验数据表明,岩石的速度随着围压的增加而增加,随着孔压的增加而减小,即速度随着有效应力的增加而增加。有效应力增加使岩石中的裂缝闭合,这增强了骨架的弹性;有效应力增加也可能使颗粒接触边界的接触性能变化,从而增加岩石的弹性。

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数字岩心

对应表(1)纵波模量

对应表(1)横波模量

弹性模量与压力的关系关系。假设压力与数字岩心各部分的模量成正比(2017

 

c)岩石的弹性与成岩作用的关系研究

成岩作用的内容广泛,胶结是重要方面之一。成岩作用在岩石颗粒的表面生成各种胶结物,钙质胶结物的弹性模量一般大于泥质胶结物的弹性模量,因此胶结物的类型不同,对岩石的弹性性质的作用就可能不同。

 

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数字岩心

对应表(2)纵波模量

对应表(2)横波模量

弹性模量与成岩作用的关系。假设成岩程度与胶结物和颗粒接触边界的强度成正比(2017)。

 

透射波模拟

在实验室中,用超声波方法测量岩心在模拟地层条件下的纵横波速度,测量数据用于岩石物理建模,研究岩石孔隙流体发生变化时速度和衰减的变化。我们在数字岩心中模拟超声波传播,利用数字岩心的长度和超声波的传播时间计算传播速度,也可以利用入射波和透射波振幅的变化计算衰减参数。

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数字岩心

不同流体饱和数字岩心的纵波速度

流体类型与纵波速度的关系(2016

 

动态应力应变模拟

计算从地震波频带到超声波频带的速度频散和能量衰减曲线对于综合利用地震数据、测井曲线和岩心测量数据具有重要的意义。我们建立了数字岩心宽频带动态应力应变模拟方法,模拟数字岩心内部应力松弛的过程,计算宽频带范围内的频散和衰减曲线。

动态应力应变模拟是我们当前主要研究领域。

 

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四个裂缝-孔洞数字岩心

数字岩心的频散和衰减曲线

 

[3]地震勘探与岩石物理中的并行计算

数字岩心静力学模拟、透射波模拟和应力应变模拟均需非常大的计算工作量,串行计算的效率低。我们开发的数值模拟程序采用了基于OpenMP的多核并行计算、基于CUDAGPU并行计算,是数值模拟效率大幅度提高。

 

2.重要项目

[1] 三维数字岩心定向应力应变模拟研究(41704117),国家自然科学基金,2018-2020.

 

3.研究成果

期刊论文

[12] 朱伟. 2020. 基于过程法的数字岩心建模方法研究. 地球物理学进展, 35(4): 1539-1544.

[11] 朱伟. 2020. 气饱和超压页岩的岩石物理建模研究. 地球物理学进展, 35(3): 1116-1121.

[10] 朱伟,赵峦啸,王晨晨,等. 2020. 基于数字岩心动态应力应变模拟的非均匀孔隙介质波致流固相对运动刻画. 地球物理学报, 63(6): 2386-2399.

[9] 左卫华,单蕊,朱伟. 岩性反演在煤层顶板砂体识别中的应用. 煤田地质与勘探. 201846(02): 184-189.

[8] Zhu W, Shan R, Nie A L, et al. 2017. An efficiently dynamic stress strain simulation method on digital rock. Journal of Applied Geophysics, 147: 10-15.

[7] Zhu W, Zhao L, Shan R. 2017. Modeling effective elastic properties of digital rocks using a new dynamic stress-strain simulation method. Geophysics, 82(6): R163-R174.

[6] 朱伟,於文辉. 2017. 过程法数字岩心建模与弹性参数模拟研究. 地球物理学进展, 32(5): 2188-2194.

[5] 朱伟,於文辉. 2016. CPU-GPU异构并行计算在数字岩心线弹性静力学有限元模拟中的应用. 地球物理学进展, 31(4): 1783-1788.

[4] Zhu W, Shan R. 2016. Digital core based transmitted ultrasonic wave simulation and velocity accuracy analysis. Applied Geophysics, 13(2): 375-381.

[3] 朱伟,单蕊. 2014. 虚拟岩石物理研究进展. 石油地球物理勘探, 49(6): 1138-1146.

[2] 单蕊,朱伟. 2013. 基于GPU并行的谱元法地震波数值模拟. 中国煤炭地质,25(3): 52-54.

[1] Zhu W, Yu W H, Chen Y. 2012. Digital core modeling from irregular grains. Journal of Applied Geophysics, 85: 37-42.

 

专利

[1] 一种页岩数字岩心建模方法,申请/专利号:CN201811487855.6,在审.

[2]  

软件著作权

[2] 油气资源与勘探技术应力应变数值模拟软件V1.0 登记号:2016SR020062

[1] 地质材料弹性参数计算软件V1.0 登记号:2015SR271411