冻结过程土体导热系数影响因素及预测模型研究

为探究土体导热系数的基本规律,采用瞬态平面热源法测试了冻结过程土体导热系数。研究了土体在不同温度、含水率和干密度物理指标下导热系数变化规律,分析了这三个物理指标动态变化对土体导热系数的影响机制。基于试验数据,建立了DT、RF、GBDT、AdaBoost、SVR、BPNN共六种机器学习模型以预测土体导热系数,通过四个性能指标评估了六种机器学习模型的预测能力,并与三种经验模型进行了对比。此外,基于RF和GBDT进行了特征重要性分析。结果表明:未冻结阶段土体导热系数无显著变化。剧烈相变阶段,因含水率和干密度的不同,土体导热系数随温度的降低分别呈现出减小和增大的趋势,其中增大的趋势随着含水率的增加而增加。冻结阶段,因测试过程中土样的水分蒸发和迁移,土体导热系数随着温度的降低而减小。土体导热系数均随干密度和含水率的增加而增加。根据评估结果,六种机器学习模型中RF的表现较好(RMSE=0.036,MAE=0.028,R^(2)=0.993,AD=0.004),明显优于三种经验模型,RF相较于经验模型也能更准确地预测出其他地区的土体导热系数,建议使用RF预测冻结过程土体导热系数。特征重要性分析表明含水率、温度和孔隙率是影响冻结过程土体导热系数的重要因素。

集输管道CO_(2)腐蚀预测机理模型研究

CO_(2)驱油技术因能显著提高油藏采收率而在各大油田得到广泛应用,但采出液中CO_(2)含量的升高却使得地面集输管道腐蚀现象严重。针对地面集输管道CO_(2)腐蚀问题,开展了腐蚀产物膜影响下CO_(2)腐蚀速率预测研究。依据腐蚀热力学和腐蚀动力学理论,考虑流体流动、电化学反应、传质过程等多场耦合作用,在Nesic等研究的基础上引入腐蚀产物膜对离子传质扩散系数的影响因子,提出了新的腐蚀预测机理模型,并对化学、电化学及传质计算进行了改进。利用文献中实验数据对模型的预测结果进行了对比与验证,结果表明,腐蚀预测模型与实验数据吻合情况良好,在腐蚀产物膜存在的条件下能够实现腐蚀预测速率的有效修正,进一步提高了CO_(2)腐蚀预测机理模型的适用性和准确性,为油气生产和加工输送管道及相关设施设计提供一定参考。

集输场站静设备RBI评价方法分析

针对油气集输场站静设备,介绍了基于损伤模式识别的风险定量计算方法,分析了检验技术的经济性和有效性;指出基于API 581的RBI应用于集输场站的局限性,提出损伤因子计算部分应做出的改进,为集输场站设备设施全面检测和完整性管理提供指导建议。

城镇燃气管道第三方施工损伤风险评价方法研究

针对第三方施工对城镇燃气管道的不利影响,提出一种半定量风险评价方法。首先,基于"人—机—环境—管理"系统确定失效因素,利用G2赋权法对因素赋权,并引入物元模型分析失效可能性;然后,建立喷射火焰、闪火和蒸气云爆炸的数学模型计算管道泄漏的伤害面积,确定失效后果等级;最后,根据API 581中的风险矩阵得出燃气管道第三方施工破坏风险等级。实例分析表明,该方法兼具定性评价与定量评价的优点,能更加准确有效地进行风险分析,确定风险等级。

Mamdani型模糊推理在海底油气管道风险评价中的应用

为完善海底油气管道风险评价技术,引入模糊集理论,构建基于Mamdani型模糊推理系统的风险评价模型。依据海底油气管道的实际情况,改进传统肯特评分法,将风险因素划分为第三方破坏(TPD)、腐蚀(C)、设计(D)、误操作(IO)和自然环境(NE)5大类;用Mamdani模糊推理方法代替原有的算法,计算指标总分(IS)和泄漏影响系数(LIF),得到海底油气管道风险值;借助Matlab模糊工具箱,以某海底管道为实例进行分析。结果表明,管段3的风险高于管段2,管段4的风险高于管段1,该方法不仅比传统的肯特评分法更切合实际,且计算方便准确。

考虑多米诺效应的液化天然气储罐区池火灾风险分析

针对目前对LNG储罐的风险分析多数仅以单个储罐为研究对象,鲜有考虑储罐间的相互影响这一研究现状。提出将多米诺效应分析引入到LNG储罐区的风险分析当中。首先,对单个LNG储罐进行风险分析;其次,运用固体火焰模型计算各目标储罐接收的热辐射量,求得多米诺效应失效概率,进而对LNG储罐区池火灾进行风险分析;最后,绘制个人风险等值线图,将考虑多米诺效应前后的风险进行对比。实例分析表明,考虑了多米诺效应风险后,储罐区的风险要明显增大。

浅海输气管道坠物碰撞动力响应分析

为深入研究浅海输气管道坠物碰撞损伤过程,从简化解析法和数值分析法2个角度对浅海输气管道坠物碰撞损伤过程进行动力响应分析。在简化解析法中,采用非完全弹性碰撞理论-动量守恒定律计算方法,计算坠物冲击荷载;依据布辛尼克斯法分析冲击荷载在土体中的传递,采用衰减系数分析冲击荷载在混凝土层中的传递,进而计算管道在坠物冲击荷载作用下的内力。在数值分析法中,用Workbench LS-DYNA有限元软件模拟浅海输气管道坠物碰撞的动力响应过程。结果表明：模拟得到的冲击荷载分布规律与布辛尼克斯法得到的相似,但衰减的速度更快;由于覆土层和混凝土防护层吸收了碰撞的大部分能量,冲击荷载对管道的影响范围有限。

基于云平台的管道腐蚀远程在线监测系统

为实现油气井口装置管道腐蚀情况的远程在线监测,针对压电超声耦合、传感器安装、信号传输存储分析等关键问题,提出了基于云平台的管道腐蚀远程在线监测方法。研发了可进行液-固转变的干耦合剂,保证了良好的耦合效果。针对管道结构与长程监测需求,研究了压电传感网络布点、定位与固定方法。针对复数信号传输、存储、分析等问题,提出了基于云平台的B/S(浏览器/服务器)架构。最后结合现场实际工况,开发出了多通道管道腐蚀在线远程监测系统。现场近1a的户外测试表明,该系统稳定可靠,各项指标均满足管道腐蚀监测需求,为油气井口装置的安全生产奠定了智能运维基础。

斜拉索跨越管桥安全状况评定方法研究

为有效地了解油气长输管道中斜拉索跨越管桥的安全状况,保障管道正常运行,建立一种斜拉索跨越管桥安全状况评定方法。在工程实际的基础上,借鉴《公路桥梁技术状况评定标准》斜拉桥技术状况评定思想,针对跨越油气管道自身特点,构建斜拉索跨越管桥安全状况评定指标体系。结合网络层次分析法和熵权法,计算指标的组合权重。根据指标评分,求得斜拉索管桥的安全状况分值,确定安全状况评定等级。结果表明:管桥系指标对斜拉索跨越管桥安全状况的影响程度最大,应作为安全保护工作的重点;实例分析中,斜拉索跨越管桥安全状况评定等级为3级,其中锚固墩安全状况较差,管道管理方应结合现场检测及安全状况评定结果,及时采取有效的治理措施。

基于层次分析法的页岩气集输管道风险评价方法研究

为完善国内页岩气集输管道风险评价技术,提出一种页岩气集输管道风险评价方法。该方法基于页岩气集输管道的实际情况,进行风险因素辨识,建立风险评价指标体系;采用层次分析法计算指标的权重,进而求得管道失效可能性;最后参考相关标准,计算得到页岩气集输管道的风险值。采用该方法对某页岩气集输管道进行风险评价,得到风险等级为:低风险。

多磁化单元管道外漏磁检测技术研究

石油石化行业管道受各种因素影响,非常容易发生腐蚀甚至穿孔泄漏。针对管道外漏磁检测技术,设计了三磁化单元铰接可变径的磁化结构,采用数值模拟方法研究了三磁化单元漏磁场的空间分布,分析了漏磁场分布规律以及磁化单元间的相互影响。并对三磁化单元结构进行改进设计,分析了结构改进前后漏磁场的空间分布特性。在实验室条件下进行了三磁化单元漏磁场强度均匀性实验,结果表明:通过对磁铁厚度与极靴结构的改进,能够提高漏磁场空间分布的均匀性,满足管道现场检测要求。

基于系统动力学的页岩气管道泄漏失效仿真分析

为研究页岩气管道泄漏失效致因,通过构建页岩气管道泄漏失效SD模型,分析了泄漏致因的耦合关系及变量方程。分析结果表明:页岩气管道泄漏失效概率随服役时间的增大而增大,且在40 a处有显著提高;微生物含量的变化对管道失效概率的影响巨大,是造成管道泄漏失效的主要因素;确立敏感节点,并加强管理。研究成果为防止页岩气管道泄漏失效事故发生提供了理论支撑。

“7+N”安全风险控制工具在科研工作中的应用

以石油行业为背景的科研工作过程和结果都面临安全风险。文章引入了生产管理安全风险控制的7个工具:个人安全行动计划、安全观察与沟通、工作安全分析、作业许可、安全经验分享、作业前安全会、变更管理;结合科研专业技术性特征和信息保密要求,总结了3个工具:头脑风暴、签订保密技术协议、技术鉴定会。分析了7+N的安全风险控制工具在科研立项、项目实施、成果应用几个阶段的应用和应用程序。安全风险控制工具简单易实施,有效控制了科研全过程的安全风险,使得形成的"四新"成果能安全推广应用。

放喷管线自动打磨爬行机器人设计与试验

针对石油钻井井控装置中放喷管线的外表面打磨清理困难,人工打磨效率低且危害操作人员身体健康的问题,设计一种自动打磨爬行机器人。通过对打磨机器人进行受力分析,确定其内部打磨模块总力矩;同时利用COMSOL有限元仿真分析软件对打磨机器人进行仿真模拟,分析了其外壳与打磨片的应力、位移和应变情况,并对该机器人进行了结构优化。最后进行了自动打磨爬行机器人试验测试,结果表明该机器人对放喷管线外壁杂质可有效去除,打磨后表面整体光滑并可见部分金属光泽,满足后续检测需求。