往复式天然气压缩机整体安全性评价方法

针对油气田在役天然气压缩机组安全运行及安全管理问题,开展了天然气压缩机组整体安全性评价研究,特别是针对超期服役老旧机组的安全问题和报废问题,建立了压缩机整体安全性评价方法。综合考虑如曲轴、缸体及压力容器等机组部件的结构属性和载荷特性建立不同的部件评价方法,同时,依据部件自身安全性与经济性指标建立部件权重,通过加权赋予一定权重系数建立压缩机组整体评价方法。而权重确定是通过现场使用、安全管理、设计生产单位分别根据部件重要性来给出定性的模糊比较评定,综合考虑安全性、经济性等指标根据层次分析法确定定量的部件权重。基于此算法编制压缩机安全使用评价技术软件Version 1.0,通过对西南油气田某站场ZTY265压缩机组进行安全评定,得该压缩机组整体安全性评价结果为86.6,结合部件评价和整体评价给出压缩机组整体安全的判定结果并提出建议措施。

天然气水合物盖顶降压装置开采机理研究

提出了一种基于盖顶降压式海底表层、浅层天然气水合物开采装置。通过搭建水合物开采过程温度场模型,对不同加热温度、压力下的开采装置开采结果进行研究,总结得到天然气水合物产出时加热温度与压力的变化情况,以及产气率和产气量的影响规律。实验数据显示:盖顶降压式装置在开采天然气水合物矿藏过程中,必要的热源输入是必不可少的;在相同生产压力、不同恒温热源温度下,温度越高,开采装置最大产气率越大,总产气量也越大,但后期产气率下降迅速。本研究对天然气水合物开采具有一定指导意义。

含凝析油天然气管道动火安全参数计算

天然气管道在停输泄压进行焊接修复时涉及到惰性气体置换,残余油气的爆炸极限作为置换程度的重要判据,在残余油气隔离技术中残余油气的蒸汽压与凝析油系统中主要易燃物质的燃烧特性直接影响油气隔离技术的参数确定。笔者在对长庆油田榆林地区三个采气厂的凝析油样品成分分析的基础上,得出在天然气置换动火时必须将管道内残余油气含量控制在0.859%以内以及油气隔离设备至少承压0.1 MPa才能保证安全施工的结论,对舍凝析油系统的天然气管道置换动火、管道油气隔离技术有重要意义。

空气冲旋钻头牙齿失效分析与新材料实验研究

针对目前空气冲旋钻头钻进中牙齿频繁断裂、脱落以及磨损严重,导致破岩效率低、使用寿命短等问题,采用纳米改型技术,在硬质合金中掺杂纳米Al2O3制备出Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料,对其性能、组织结构进行分析,对其耐磨性、耐冲击性进行实验研究,结果表明:加入3%的纳米Al2O3并添加适量的抑制剂和稀土元素能明显改善Al2O3/WC-Co纳米/微米复合材料的组织结构、细化晶粒,复合材料的耐磨性和耐冲击性能得到大幅提高,较硬质合金YG8提高4～8倍。为大幅度提高钻头破岩效率,延长钻头使用寿命提供了可能性。

井下防喷器的设计及实验研究

为了提高钻井作业的安全性,保证井底发生溢流后能迅速可靠封隔环空、方便后续压井作业,设计了一种安装在近钻头端的井下防喷器,对其结构和工作原理进行了详细介绍.通过建立井下防喷器中推块机构的受力模型,分析了推块对管柱的反作用力与推块锥面角和碟簧变形量之间的关系.对花键进行了强度校核,使用有限元软件对不同厚度和硬度的胶筒的封隔能力进行了分析,同时进行了井下防喷器的室内实验.研究结果表明:当单个碟簧的变形量为0.2mm、推块的锥面角度为45°时,单个推块可对钻柱产生2.2kN的反作用力,设计值和实验数据接近;当钻柱扭矩达到45 000N·m,花键的挤压应力仍在许用应力范围内;在压缩量和封隔间隙相同的情况下,胶筒的宽度越宽、硬度越大,封隔能力越强,且胶筒硬度越大,需要的下压力也越大.研究结果对井下防喷器的设计具有一定指导作用.

微波处理含油钻屑实验研究

利用微波对含油钻屑进行脱油处理,研究微波处理含油钻屑的机理及影响因素。采用单因素变量法研究了微波处理时间、微波功率、钻屑处理量和钻屑初始含液率等因素对微波处理含油钻屑效果的影响。实验结果表明,微波作用的前2 min内含油钻屑的温升最迅速,钻屑的含液率在处理的前3 min降低速率最大;微波功率与处理效果正相关,在微波功率一定的情况下,单次处理的钻屑量存在一个最佳值,针对本套装置为30 g为最佳值;通过对比实验组发现,当钻屑初始含液率为11. 3%(其中含水率为3. 7%、含油率为7. 6%)时达到最好的处理效果,通过分析处理量和钻屑初始含液率对处理效果的影响行为,可发现含油钻屑孔隙度对处理效果有较大影响。

井下油水膜分离实验研究

目前油田高含水油井采油井下油水分离主要采用的是旋流分离技术,但旋流油水分离装置分离效率受到结构和操作参数影响非常大,分离出来的水大多含油高不能达到分离水回注地层的要求。而膜分离技术以其高效的分离性能得到快速发展。为提高高含水油田采油井下油水分离效率,研发基于膜分离的井下油水分离装置,通过膜材料的优选、膜通量实验、膜油水分离实验,选出适用高含水油井采油的井下油水分离的4种膜材料。

基于正交实验的井下直线发电机设计与分析

针对现有井下电能供应方式发电功率低的缺点,结合直线发电的优点,提出了一种新型圆筒型井下直线感应发电方案,该发电机利用抽油杆和油管之间相对运动的方式,产生感应电流。首先,根据现有电机学原理,完成对圆筒型永磁直线发电机的结构设计,然后,利用Ansoft Maxwell对圆筒型永磁直线发电机的空载磁通量密度、空载感应电动势、阻性负载以及实际密封不严情况下的发电性能进行分析,验证了发电机设计的正确性;最后,利用正交实验的优化方法,以畸变率和发电量为优化目标,对关键结构参数进行了优化。结果表明,该发电机谐波畸变率低、发电功率大,不论在空载时还是负载时都有很好的稳定性,能够有效解决现有井下发电机发电效率低、性能不稳定的问题。

地质力学参数智能预测技术进展与发展方向

随着人工智能技术在油气勘探领域应用的不断深入,地质力学参数预测从传统方法向智能化转型已成为必然趋势。本文系统归纳分析了机器学习算法在岩石力学参数直接与间接预测,地层孔隙压力钻前预测、随钻监测和钻后评估,一维地应力和三维地应力场预测中的应用现状,对比了不同预测任务下的机器学习模型、输入参数、样本数据量、输出参数以及模型预测性能。研究发现:相比于室内试验、现场测试和经验模型计算,机器学习算法在地质力学参数预测方面的准确性、时效性和适用性具有明显优势;集成模型、深度学习模型和物理约束神经网络模型凭借其准确性、鲁棒性、泛化能力和可解释性,已成为当前研究的热点和重点;但现有研究以一维地质力学参数的钻后预测为主,因而无法有效进行钻前和随钻三维地质力学参数预测。为了加快地质力学参数向智能化、数字化转型,本文提出了一种地质力学参数智能预测框架,该框架考虑地震、测井、录井等多源数据对地质力学参数预测的影响,通过数据+物理双驱动的机器学习模型进行三维地质力学参数的预测,并通过正钻井数据进行模型的实时更新,从而实现区域三维地质力学参数的钻前预测、随钻监测以及钻后评估。此外,分析了地质力学参数智能预测面临的关键技术难题:①实现非结构化数据类型的转换,降低数据集复杂度,确保数据的一致性和可比性;②开展多源数据融合研究,构建包括地震、测井、录井、室内试验、现场测试等方面的多源数据集,并进行数据处理、特征选择等工作;③加强机器学习模型研究以提升性能,采用集成模型提升预测精度,融入机理模型和领域知识提升模型鲁棒性和可解释性。

三气合采井下分层调控工具高速流体冲蚀研究

目的针对三气合采复杂工况导致井下分层调控工具易冲蚀失效的问题,开展高速气固混合流体对该工具冲蚀规律研究,以获得其最优结构设计参数。方法通过计算流体力学的方法建立了井下分层调控工具的三维冲蚀模型,并采用离散相模型描述了固相颗粒的运动轨迹。通过数值模拟分析,得到了井下分层调控工具的易冲蚀区域,并通过实验验证了不同结构参数和产量下的冲蚀破坏机理。结果冲蚀磨损区域主要分布在笼套段底部、节流孔及其内壁面、笼套段与固定油嘴的过渡段、固定油嘴入口端、固定油嘴内壁面。随着固定油嘴入口角度增大,固定油嘴内壁面最大冲蚀率变化不大,过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率先增大后减小再增大。随着笼套底部半径增大,笼套段底部最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,但节流孔及其内壁面最大冲蚀率逐渐增大。随着笼套式阀芯开度增大,节流孔及内壁面最大冲蚀率处于较低水平且无明显变化,过渡段及油嘴入口端最大冲蚀率在阀芯开度为60%时取得最大值。随着固相颗粒粒径以及质量流量的增大,节流孔及内壁面、过渡段和固定油嘴入口端最大冲蚀率呈增大趋势,笼套段底部和固定油嘴内壁面最大冲蚀率较低且无明显变化。结论本研究结果揭示了高速高压气固两相流对两级节流结构的冲蚀破坏机理,在设计同类井下工具时,可选择固定油嘴进口角为25°~30°,笼套底部半径为25~30 mm,阀芯开度小于50%或大于70%。

基于曲率控制前缘的离心泵压力脉动及水力性能分析

蜗壳式离心泵作为流体输送的核心设备,压力脉动及水利性能对泵的稳定性、噪声、寿命等有重大影响。结合曲率控制前缘的设计方法,按增长率1.19%、0.47%、0.32%设计,建立前缘轴长比为0.96、2.11、3.11、4.11的蜗壳式离心泵,以SSTκ-ω模型定常计算结果为初始条件,进行κ-εRNG模型非定常分析,通过频域图分析蜗壳式离心泵压力脉动,并通过矢量云图分析水力性能。结果表明:设计的模型最佳流量为35 m 3/h,设计效率与模拟效率误差仅为2%;前缘轴长比不同,流道内压力扩散有差异;前缘轴长比为3.11时出口压力脉动偏低,低频区更易产生压力脉动;前缘轴长比为0.96时,压力脉动范围偏小,适用于一定流量范围内扬程变化较大的工况。

喷射式同轴套管换热器采热特性研究

为提高井底高温区地热能开采效率,文章构建了一种用于水平地热井开采的喷射式同轴套管换热器。基于有限体积法建立水平段近井底区三维数值仿真模型,对比分析外进内出型(Outside-in and Inside-out type,OI)、内进外出型(Inside-in and Outside-out type,IO)和喷射式(Jet Inlet,IOI)同轴套管换热器的流场和温度场,揭示了喷射式换热器强化传热机理。结果表明:IOI型换热器内流体的湍动能增加,并形成涡旋,提高了地热开采效率。通过对比采热性能发现,努塞尔数随质量流量增加而增加,IOI型的努塞尔数比其他两者分别高18.33%~32.48%和5.33%~18.84%;摩擦系数随质量流量增加而降低;相同质量流量下,IOI型换热器热增强系数比其他两者分别高9.13%~13.58%和3.61%~10.24%;IOI型的平均采出温度和平均延米换热量始终在三者中最高。研究结果为提高水平地热井同轴套管式换热器开采效率提供理论依据。

质子交换膜燃料电池金属双极板流道结构及制造工艺

金属双极板因具有强度高、导电性和传热能力好、能量损失小、密封性好等优势,且加工方便、加工成本低、可制造超薄厚度及高体积比功率等特性,逐渐成为双极板材料的首选,而流道结构设计和制造工艺是影响金属双极板成形质量和工作性能的关键。对比了金属双极板常用传统流道结构与新型流道结构,分析了结构变化对燃料电池性能的影响;梳理了金属双极板的冲压成形、液压成形、软膜成形、辊轧成形、电磁成形、特种成形等塑性成形工艺技术及成形装备;最后对金属双极板的流道结构设计与制造工艺进行了展望。

含椭圆缺陷输氢柔性复合管弯曲特性研究

为研究初始椭圆缺陷对输氢柔性复合管服役性能的影响,建立弯曲载荷作用下含缺陷柔性复合管数值模型,研究了不同椭圆缺陷幅值、缺陷角度和缠绕角度对输氢柔性复合管弯曲刚度、强度的影响。结果表明,弯曲载荷下纤维-基体剪切应力是引发复合管失效的关键因素之一;缺陷幅值对输氢柔性复合管强度、刚度的性能影响受缺陷角度的控制,缺陷角度为45°时输氢柔性复合管弯曲刚度对缺陷不敏感,椭圆缺陷长轴偏离弯矩方向时可缓解初始缺陷对弯曲强度的影响,椭圆缺陷长轴方向与弯曲载荷作用方向一致时输氢柔性复合管承载能力最弱;小缠绕角度有利于提高输氢柔性复合管的弯曲承载能力,但会增加其刚度;大缠绕角度可降低输氢柔性复合管弯曲刚度对缺陷幅值敏感性,但会增加弯曲强度对缺陷幅值的敏感性。

基于Vague集的人机界面布局眼动追踪评价

为了实现准确客观的人机界面布局评价,提出了一种基于Vague集的人机界面布局眼动追踪评价方法.首先,以注视轨迹、注视点数量、注视时间和瞳孔直径四项参数构建了人机界面布局评价指标体系.然后,一方面将定性指标通过不确定语言评价形式转化为Vague数;另一方面基于优属度矩阵求出各布局方案的支持、反对、中立指标集,将定量指标表示为Vague数,共同构建了Vague集评价矩阵.最后,提出基于Vague数距离和优劣点法的评价方法,对人机界面布局方案进行了排序.以石油钻机司钻控制台人机界面布局方案评价为例,验证了该方法的实用性和有效性.

笼套式节流阀冲蚀磨损计算研究

针对笼套式节流阀的冲蚀磨损难以计算的问题,提出利用节流阀实际工作时的流量系数变化的方法来计算和比较现场各种节流阀的耐冲蚀磨损性能。应用某气田现场A、B、C 3种节流阀在现场初期的工作数据计算了其初期冲蚀磨损情况,并利用流场分析,通过对各类节流阀过流孔入口周围的速度和入射角对比,验证了该方法的可靠性。应用节流阀整个使用期内的工作数据计算得出了3种笼套式节流阀的平均冲蚀磨损性能指标。结果表明,A类节流阀冲蚀最严重,B类次之,C类耐冲蚀磨损性能最稳定,与现场使用情况相符。

基于天然气压缩机性能监测的预知维修技术

国内很多油气田对压缩机机组的维修管理还是基于事后维修和定期大修的管理模式,该文提出了基于压缩机组性能监测与故障诊断基础上的预知维修技术,在阐述了预知维修系统、步骤及预知维修管理制度内容之后,通过某增压站机组现场监测结果,结合机组日常维修及大修检测数据,研究分析机组性能状态、存在问题、以及故障发生原因、形成机理、发展规律及发生周期等,预测机组运行将会出现的故障,并给出合理的维修决策。基于性能监测的预知维修技术对提升机组运行性能,减少停机及安全事故,提高经济效益具有非常重要的意义。

20万方原油储罐的关键结构参数设计与优化分析

20万方原油储罐在不久将成为国家原油战略储备的主力设备,但我国目前尚无20万方储罐的国家标准和设计经验。为此,参考美国API650标准分析了许用应力和高径比对壁厚设计的影响,利用数值模拟对比了3种可行方案和储罐大型化的结构强度变化,并对20万方储罐壁厚组合、大角焊缝、边缘板和罐底接触等影响因素进行了定量分析。结果表明,许用应力超过250 MPa和高径比低于20.18/112的组合方式有利于得到最优化的储罐壁厚组合,储罐大型化将使边缘板应力极值增大10%,罐壁位移增大7%。得到了罐底与地基作用较为剧烈的3个重要部位和边缘板变形的多项式方程,定量分析了储罐关键结构参数对边缘板及罐壁的影响大小,并给出了最优化的取值范围。

低渗产水气井间歇开采制度研究

对于低渗气井,一方面,由于产层渗透率低,产量低,采用常规连续排水采气工艺和优化工作制度难以达到理想的排水采气效果;另一方面,低渗气井连续开采过程中,井口气嘴难以达到临界流生产状态,气井产能和携液能力受到干线外输压力的影响较大,特别是对于没有增压设备,依靠井网本身的压力外输的气田。为此,结合我国低渗气井生产实际,根据低渗气井的压力变化规律,系统建立地层产能和压力下降和恢复模型,确定合理的开关井制度,确保低渗低产气井的合理开采和科学管理,对低渗气井的潜力发挥、提高排水采气效果和最终采收率,以及增强气田管网气外输能力具有非常重要的指导意义。

遗传-蚁群算法求解司钻控制室操纵器布局优化

在传统的计算机辅助司钻控制室布局设计中通常采用交互式输入和修改,不能以全局最优化的思想支持布局设计全过程,故将遗传-蚁群算法引入司钻控制室布局设计中.根据人的认知特性规律,总结出布局原则,并建立相应的数学模型,将布局原则以目标函数变量的形式作用于布局优化过程.从工业设计的角度,研究了面向司钻控制室操纵器空间几何位置布局优化的适应度函数、信息素和启发信息的表达形式,建立了遗传-蚁群算法应用于司钻控制室操纵器布局优化设计过程中的流程.以某型钻机控制台上的操纵器布局设计为例,进行了多目标优化计算,实现了布局原则量化并与算法结合,提高了设计效率.