水下采油树生产模块通道多相冲蚀数值分析

冲蚀是水下采油树生产通道失效的主要因素。通过对冲蚀机理的研究,分析了冲蚀的本质和能量平衡,并对冲蚀的影响因素进行了分析。采用Fluent软件建立了水下采油树生产模块通道模型,对模型的内部流场进行了分析。分析结果表明,冲蚀的本质是机械磨损和化学、电化学腐蚀,主要受流体的流速、入射角度和磨粒特性等因素的影响;水下采油树生产模块通道冲蚀最严重部位在相贯线上和外拱壁处;冲蚀率和冲蚀深度随流体速度的增大而增大,一定速度后呈指数增长,随颗粒直径的增大而减小,随颗粒体积分数的增大而增大。研究结果可为有效防治冲蚀和机械结构优化提供参考。

海上嵌岩钢管桩内卷边切割机器人的设计研究

海上风电桩在基础打桩过程中,容易造成钢管桩下端内卷边,这会增加下插的阻力,须将影响下钻的内卷边切除,提高风电桩插桩效率。现阶段内卷边的处理多是潜水员下水切割,处理过程较为繁琐,难以应对复杂的工况,且有一定的危险性。为解决以上问题,设计了一种用于海上嵌岩式钢管桩内卷边切除的切割机器人。通过对钢管桩内卷边切割现有的施工工艺和施工作业要求进行分析,总结了内卷边切割机器人所需满足的设计要求,提出了适用于切割钢管内卷边的多轴联动机器人系统;确定了总体方案,对内卷边切割机器人的力学性能进行分析,并进行具体结构设计。基于SPH-FEM耦合算法,对磨料水射流切割钢管壁过程进行研究,确定切割工艺参数,对射流反作用进行分析,并结合切割参数进行算例验证。理论分析以及仿真模拟验证表明,所设计的内卷边切割机器人符合施工要求,能改善海上嵌岩式钢管桩内卷边的精确切除问题,有助于完善海上风电桩基础施工工艺的完整性,可为后续内卷边处理技术的发展提供经验。

一种面向智慧协同网络的自适配路由策略研究

现有互联网网络体系和机制相对"静态"和"僵化",缺乏支持智慧网络的有效机制.要从根本上解决现有互联网存在的严重弊端,必须创建新的网络理论体系.本文在智慧协同网络"三层"、"两域"体系结构下,针对"网络组件层"的路由自适配问题展开研究,提出基于生物启发的转发网络族群自适配路由策略,实现族群内路由组件之间的智慧协调、动态重构和优化决策,有效解决现有路由策略的静态、僵化等问题.通过数学分析证明:如果设定模型参数μ∈(0,1),提出的自适配路由策略可以始终保持稳定性.最后,通过原型系统验证了提出自适配路由策略是切实可行的,能够提高网络的承载业务数量和提升用户体验.

水下采油树树体安装工具及锁紧环设计分析

针对海水深度为1500m、工作压力为69 MPa（10000psi）、温度级别为-18～120 ℃的设计条件,根据ISO 和API的相应规范,设计了一套水下采油树树体下放工具.对该工具的关键参数进行设计分析,对锁紧环进行力学分析,并利用ABAQUS软件对锁紧环进行有限元强度分析.结果表明,设计的下放工具满足强度和功能要求.

基于OptiSLang的离心泵叶轮多目标优化

为提高Q25H52型高速离心泵的扬程和效率,通过P-B实验选取了叶轮的3个结构参数,即叶片出口安放角、出口宽度和包角,并使用OptiSLang软件采用拉丁超立方设计方法创建了设计样本。以离心泵扬程和效率最高为优化目标,建立结构参数与优化目标之间的Kriging模型,利用遗传算法寻找叶轮最佳结构参数。研究结果表明:在额定工况下,优化后泵的效率提高了2.94%,总扬程提高了2.17 m。

水下采油树水合物抑制剂注入研究

在海洋油气生产过程中,通过注入水合物抑制剂防止水合物生成是流动保障技术的重要组成部分。针对荔湾3-1油田所采用的卧式采油树,根据不同的工况要求,研究了相适合的化学试剂注入策略和阀门操作顺序。以正常工况下乙二醇注入量计算为例,应用HYSYS工艺软件模拟计算,采用天然气干基首先进行饱和水处理再与抑制剂混合的方法,将计算结果同常规理论计算对比,发现软件计算结果约为理论计算的2倍,在工程设计允许范围内。在水下采油树工艺设计中可以选用HYSYS软件计算水合物抑制剂的注入量,计算过程动态、准确且应用范围广。

CO_(2)海洋封存的思考与新路径探索

实现碳达峰碳中和目标既是应对气候变化的必由之路,也是中国彰显大国责任担当和推动构建人类命运共同体的迫切需要。中国目前碳封存选址大多都集中在陆地,并且主要以气态CO_(2)或者液态CO_(2)的方式进行碳封存。陆地的碳封存潜力不及海洋,而且前者对于储层的地质条件和作业条件要求均较高。海洋是地球上最大的活跃碳库,碳封存潜力巨大,目前中国已建成第一个海上碳封存项目——“恩平15-1”CO_(2)封存示范项目。为了加快推进CO_(2)海洋封存目标的实现,提出了CO_(2)水合物固态封存的新思路,探索了海洋碳封存的整体路径。研究结果表明:①基于甲烷水合物开发的逆向思维,以及CO_(2)水合物形成条件远不及甲烷水合物苛刻的特点,可以将CO_(2)注入海底形成CO_(2)水合物碳矿;②基于“固态流化”法的逆向原理及思维将液态CO_(2)直接注入甲烷水合物层及其下伏层的泥砂中,不仅可以利用CO_(2)置换开发甲烷水合物,而且还能在海底浅层形成CO_(2)水合物进而实现碳封存;③利用现有油气田开发平台和设备,选择有利于CO_(2)封存的地质构造和咸水层,有望实现油气田开发和海洋碳封存的协同发展。结论认为,该方法已经通过了实验室可行性验证,有望为未来碳捕集、利用与封存(CCUS)提供新的解决方案。

基于PCA和ICA模式融合的非高斯特征检测识别

针对无人船(Unmanned surface vehicle,USV)航行位姿观测数据的非高斯性/高斯性判别问题,提出一种基于主成分分析(Principal component analysis,PCA)和独立成分分析(Independent component analysis,ICA)模式融合的非高斯特征检测识别方法.首先,采用基于标准化加权平均和信息熵的数据预处理方法.其次,引入混合加权核函数并使用灰狼优化(Grey wolf optimization,GWO)算法进行参数优化,以提高PCA方法的准确性.同时,该算法采用一种新的非线性控制因子策略,提高全局和局部搜索能力.最后,建立了一种基于ICA和PCA联合的相关性分析方法来实现多维数据的降维,在降维数据的基础上综合T型多维偏度峰度检验法和KS(Kolmogorov-Smirnov)检验法进行非高斯性/高斯性特征检测识别.该方法考虑了非线性非高斯的噪声对降维结果精确度的影响,有效降低了多维数据非高斯检测的复杂度,同时也为后续在实际USV位姿估计等应用中提供了保障.实验表明,该方法具有较高的准确性和稳定性,可为USV航行位姿观测数据处理提供支持.

带宽节省的多路径传输协议动态分包算法

随着移动互联网和多接口技术的发展,并行多路径传输已成为当前的研究热点,然而现有的机制存在带宽资源浪费问题。首先通过实验分析的方法,发现传输过程中的分包大小对带宽资源利用率存在较大的影响。在此基础上,对数据分包传输过程进行数学建模,分析获得期望最高的带宽资源利用率时应该满足的条件。在所建模型的基础上,设计了一种动态分包算法,能够根据链路的丢包情况,动态调整数据包大小。实验结果表明,与采用固定大小的分包策略相比,所提算法能够有效减少多路径传输中带宽资源的浪费。

水下控制模块锁紧机构设计

水下控制模块是水下采油树的重要组成部分,其长期处于水下高压状态,对其进行固定和锁紧至关重要。根据ISO 13628-8等相应规范,在考虑水下控制模块外形及锁紧力的基础上,利用Solidworks软件建模,对水下控制模块锁紧机构进行设计,同时利用经验公式对锁紧机构的强度进行计算。分析结果表明,设计的锁紧机构满足水下控制模块锁紧的需求。

一种基于条件梯度的加速分布式在线学习算法

由于容易实施,基于投影梯度的分布式在线优化模型逐渐成为一种主流的在线学习方法.然而,在处理大数据应用时,投影步骤成为该方法的计算瓶颈.近年来,研究者提出了面向凸代价函数的分布式在线条件梯度算法,其悔界为O(T^(3/4)),其中T是一个时间范围.该算法存在两方面的问题,一是其悔界劣于公认的悔界O(/T);二是没有分析非凸代价函数的收敛性能,而实际应用中代价函数大部分是非凸函数.因此,提出一种基于条件梯度的加速分布式在线学习算法,使用Frank-Wolfe步骤替代投影步骤,避免昂贵的投影计算.文中证明当局部代价函数为凸函数时,所提算法达到公认的悔界O(/T);当局部代价函数为潜在非凸函数时,所提算法以速率O(/T)收敛到平稳点.最后,仿真实验验证了所提算法的性能与理论证明的结论.

中国海上气田开发与提高采收率技术

中国海上目前在生产气田共计有30个、气井总数为288口,主要分布在莺歌海盆地、琼东南盆地、珠江口盆地、东海陆架盆地和渤海湾盆地。海上气田的勘探成本、工程建造成本、钻完井和生产操作费用均较高,加之开发调整及生产措施实施难度大,因而陆上气田开发采用的相关方法和技术在海上推广应用便受到诸多限制。为了提高中国海上气田开发的效益,有必要归纳和总结我国海上气田在开发技术与提高天然气采收率技术方面的研究成果与实施经验。按照气藏特点,将中国目前的海上气田分为凝析气藏、低渗透气藏、边底水气藏、高温高压含酸气气藏、深水气藏等5种类型;在此基础上,对其地质特征、开发特点及存在的问题分别进行了探讨;进而结合典型案例对各类气藏的配套开发技术与提高天然气采收率技术及实施经验进行了总结;最后对中国海上天然气开发技术的发展方向及潜力给予了展望。

基于“四融四合”的“计算机网络”课程综合改革与探索

在国家积极推进“新工科”建设的背景下,面对百年未有之大变局,计算机网络等信息类核心课程的教学综合改革提上日程。在网络强国的战略指引下,以Internet体系结构和协议原理为知识载体,有机融合家国情怀和科学实践精神,以知识传授与培养社会主义核心价值观相结合的原则,发挥“产—学—研—创”的资源优势、协同优势和集成优势,构建“思政—内容—方法—评价”深度融合的“四融四合”课程协同创新育人体系,培养具备“精益求精,追求卓越”的工匠精神、有温度、有情怀、有技术的网络人才。

水下油嘴多相节流温降数值模拟及规律研究

水下油嘴作为水下采油树的重要部件,用来调节油气井内产出流体的流速和流量,实现油气井的生产运行和关断。由于水下油嘴处于深水高压低温环境,在节流效应影响下极易生成天然气水合物而堵塞油嘴及下游管道,研究油嘴下游温度范围,以对照水合物温压曲线适当调节产出流体的流速和流量,对生产安全至关重要。以Cameron公司的笼套式水下油嘴为研究对象,基于质量、动能、能量守恒原理、传热学和流体力学等理论,以天然气凝析液为介质,建立水下油嘴节流模型,研究了天然气过油嘴的节流温降。采用Fluent软件得到了单相甲烷和气液两相流条件下,水下油嘴的流场分布及温度分布。最后在所建立的模型基础上,研究了入口压力、出口压力、入口温度、气液比例及油嘴开度几个因素对节流温降和油嘴流场分布的影响规律。研究结果可以为深水油气田安全生产提供指导。

天然气水合物开采技术研究现状与展望

天然气水合物是一种世界公认的最具潜力的清洁能源,目前我国对水合物的勘探开采研究正进入关键突破阶段,南海泥质粉砂天然气水合物成藏机理与赋存规律尚不明晰,开采过程水合物分解相变机制与安全、高效技术仍需进一步探明。本文重点介绍了包括降压开采、固态流化开采等在内的天然气水合物开采技术的研究与应用现状,并通过分析天然气水合物开采技术存在的问题给出了相应的发展建议。研究建议,推动天然气水合物、深部油气等多气源立体开采基础研究和重大工程;强化技术融合,推进理论与实践协同并进;推进天然气水合物中试尺度实验和多场耦合的数值模拟大科学平台建设;建立健全天然气水合物的相关标准等措施,以提升我国天然气水合物开采技术的研发水平和技术成熟度,以期早日实现天然气水合物的大规模商业化开发,服务于我国的能源安全战略。

基于深度布隆过滤器的NDN网络三级名字查找方法

为提高命名数据网络(Name Data Networking,NDN)路由过程中内容名字查找的效率,该文提出一种基于深度布隆过滤器的3级名字查找方法。该方法使用长短记忆神经网络(Long Short Term Memory,LSTM)与标准布隆过滤器相结合的方法优化名字查找过程;采用3级结构优化内容名字在内容存储器(Content Store,CS)、待定请求表(Pending Interest Table,PIT)中的精确查找过程,提高查找精度并降低内存消耗。从理论上分析了3级名字查找方法的假阳性率,并通过实验验证了该方法能够有效节省内存、降低查找过程的假阳性。

助力“碳达峰、碳中和”战略的路径探索

“碳达峰、碳中和”(以下简称“双碳”目标)是中国未来40年能源革命的两个里程碑,是构建新型能源消费体系的重要阶段。为了回答碳中和是否就意味着放弃化石能源从而实现零碳排放的问题,首先剖析了“双碳”目标的概念,对比分析了中国能源结构与低碳国家的差异,然后从发展路径和发展方向的角度明晰了中国实现“双碳”目标的基本认识,进而提出了协调发展助力实现碳中和的8项举措:①节能提效;②规模化发展新能源;③大力发展天然气产业,提高天然气在一次能源消费结构中的占比;④多样化制氢;⑤加大森林碳汇;⑥大力发展碳捕集、利用与封存技术(CCUS);⑦建设国家级“绿色工厂”;⑧充分发挥碳交易市场的巨大潜力,助力新产业、新工艺不断派生。结论认为:①中国实现碳中和将是一个漫长的过程,不能急于依赖非化石能源替代化石能源来实现,而应该通过调整能源结构、多能互补、多元发展等措施最后再过渡到非化石能源主导的能源结构;②如果上述助力措施能够得以实现,2030年中国能源消费总量可以节约大约17×10^(8) t(标准煤),碳排放量可减少至约74×10^(8) t,届时中国碳排放量达峰的峰值将介于74.16×10^(8)~113.85×10^(8) t。

中国天然气及LNG产业的发展现状及展望

在“双碳”目标下,天然气作为清洁能源在能源消费结构中扮演着重要的增长角色,有望获得大力发展和应用。目前,中国能源消费结构依然处于煤多气少的态势。通过对比中国和世界能源消费结构的差异,发现中国8.3%的天然气消费占比相较世界的25%有很大差距,提升空间巨大;分析了中国天然气消费的现状并对其未来消费趋势进行了预测,预计中国2030年天然气消费规模将达到5500亿~6000亿m^(3),2040年达到峰值6000亿m^(3);进一步分析得出中国巨大的天然气消费量需要依靠国内天然气增产和进口LNG来实现,至2035年,国内天然气预计增产至2500亿~2800亿m^(3),LNG接收能力达到3248亿m^(3),完全可以满足国内对天然气的需求。最后分析了LNG产业链的现状和发展展望,指出完善LNG产业链体系和各环节设施将对中国能源安全和社会经济发展具有重要意义。

科学稳妥实现“双碳”目标,积极推进能源强国建设

为了应对全球气候变化,中国作出了碳达峰碳中和目标(以下简称“双碳”目标)的承诺,一次能源消费结构要将目前化石燃料83%的占比逐步降低到以非化石能源为主;而中国是发展中国家,未来30年仍然是中国发展的战略机遇期,能源消费需求将会持续增长。这对中国未来能源发展和转型都提出了新的要求和挑战,解决问题的关键在于如何正确处理能源需求量增长与碳减排的关系,具体落实则需要“科学稳妥实现‘双碳’目标,积极推进能源强国建设”。中国共产党第二十次全国代表大会的报告提出:立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动,深入推进能源革命,确保能源安全。为此,通过分析中国能源资源禀赋的特点,对未来中国能源的发展形势进行了研判;对比分析了世界能源大国CO_(2)历史累积排放量和累积增长趋势,进一步论证了国际碳减排行动应该坚持共同但有区别的责任三项原则;分析了世界能源强国的特征,提出了中国建设能源强国的内涵、时间和路径,进而认为中国有望于2060年能源强度低于发达国家水平、建成能源强国并实现能源独立;最后提出了中国建设能源强国的11项战略举措,以期支撑现代能源体系建设、助力实现“双碳”目标和能源独立。

中国南海天然气水合物开发面临的挑战与思考

初步勘查结果表明,中国南海具有广阔的天然气水合物(以下简称水合物)资源前景,并主要赋存于该区深水陆坡浅层未固结的泥质粉砂中,其开发过程集水合物相变、储层骨架溃散、气—液—固多相渗流与输运于一体,面临着单井产气量低、持续生产困难、有可能带来生态环境风险、经济效益低、难以实现规模化开发等问题。为了早日实现对该区水合物的商业化开采,梳理了全球主要地区水合物远景资源量、开采方法及试采进展;从中国南海水合物成藏机制、开采过程中气—液—固多相流连续排采、生态环境风险、技术与装备等方面,分析了其中的科学问题和工程技术挑战,阐释了水合物商业化开采之路坎坷艰难之原因。研究结果表明,尽管面临诸多挑战,但经过20多年的持续攻关,我国已经建立了相对系统的水合物基础物性、开采模拟与力学特性实验装备,奠定了进一步开展相关研究的理论、实验和装备基础,在海域水合物试采等部分技术领域处于国际领先水平;进而提出了“水合物和深部气等多气源合采”“CO_(2)水合物置换开发及固化封存”“海上多能种区域协同一体化开发”等有助于实现水合物商业开发的潜力路径,并分析了其技术原理和实现途径。