高含气井低速叶轮动态气液分离设备参数优化

针对目前高含气井电潜螺杆泵举升效率低的问题,提出一种低速叶轮动态气液分离方法。综合高气油比、低转速、低液量等因素的影响,建立低速叶轮气液分离场气泡运移数学模型和动态气液分离RNG k-ε模型,依据SIMPLE压力-速度耦合算法求解结果,揭示叶片数目、叶片螺距和叶片长度等参数对动态气液分离效率的影响规律,并依据叶轮结构优化正交试验结果,探究转速和含气量等操作参数的敏感性及其对分离效率的影响。研究结果表明:增加叶片数目、叶片螺距和叶片长度时,低速叶轮动态分离效率先增大后减小;叶片数目为15片,叶片螺距为250 mm,叶片长度为420 mm时,分离效率达到最大值81%;增大转速可有效提升低速叶轮动态分离效率,转速由150 r/min提至300 r/min,分离效率由38%显著升至81%;同时低速叶轮动态分离效率随含气量的增加而不断减小,入口含气量由35%增至50%,分离效率则由87%降至63%。所得结论可为适用于电潜螺杆泵的低速叶轮动态气液分离设备的参数优化提供指导。

高压含水气井两相流态节流判断与控制方法

井筒气水两相管流节流前后动态特性分析与控制,对保障致密气等高压含水气井高效稳定安全开采和水合物防治具有重要意义。考虑等熵绝热、等压热容、等容热容、不同井深节流能量等因素,推导气水两相流体流经喷嘴的能量、动能和温度动态变化等热力学微分方程组,建立高压含水气井两相节流能量、节流系统热量、节流物质平衡和流体质量流量变化等井下节流场数学模型,提出一种气水两相井筒节流前后动态特性分析与控制方法,为优化井下节流器及其节流喷嘴的结构参数和保障气井流动安全提供理论依据。最后依据数值模拟手段及其判断结果,以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例进行验证,以揭示高压含水气井喷嘴尺寸和深度、含水率、节流前压力和温度对节流前后动态特性的影响规律。结果表明:高压含水气井气水两相流体质量流量先是随节流压力比减小而呈指数级增大,并在压力比降至0.55阈值附近时达到最大值,增大喷嘴下入深度和含水率、同时降低节流前压力和温度,可提高节流后温度,有利于抑制水合物生成;且节流过程临界质量流量受喷嘴内径的影响最大,含水率和节流前压力次之,而节流前温度和喷嘴深度的影响最小,且增加含水率会提高临界质量流量,但产气量也随之下降;大宁–吉县区块现场工程实例分析表明,井下节流喷嘴内径由3.0 mm扩至5.0 mm和节流前压力由14 MPa增至18 MPa时,气水两相流体的临界质量流量提升幅度分别为179.3%和27.8%,而利用地层温度等将节流前温度由313 K升至333 K时,节流过程临界质量流量反而小幅下降且下降幅度仅为5.15%,为此,增大喷嘴内径及其下入深度和节流前压力同时降低节流前温度,有利于提高气水两相流体节流过程中临界质量流量,并提升高压含水气井的产气量。

逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离特性

针对海洋平台空间的局限性和天然气水合物开采特殊工况,设计了一种结构紧凑、分离效率较高、维护成本低的逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离器,以期实现海上平台天然气、泥质粉砂和海水多相混流的高效分离。综合高含气、高流量、小粒径等因素耦合作用,建立气液固多相分离湍流数学模型,采用SIMPLE压力-速度耦合算法进行求解,揭示螺距、螺旋叶片头数和螺旋圈数等叶片结构参数对气液固多相旋流分离性能的影响规律;并依据气液固多相旋流分离双螺旋叶片的单因素优化结果,量化分析入口流速、含气体积分数、泥质粉砂粒径等生产参数对气液固多相旋流分离性能的影响程度。研究结果表明:当螺旋叶片的螺距为70 mm、螺旋头数为2且螺旋圈数为3时,逆流式双螺旋叶片气液固多相旋流分离性能最佳;增大入口流速可有效提高分离效率,入口流速达到3.0 m/s时,气、固两相分离效率分别提高至98.6%和83.2%;而含气体积分数由30%增至45%时,气相分离效率由99.4%降至96.5%,且气相出口含气体积分数由81.1%增至91.9%;泥质粉砂的粒径尺寸会影响分离效率,粒径尺寸为70 um时,分离效率可达93.4%。所得结论可为适用于天然气水合物开采的气液固多相分离器的设计和优化提供参考。

电潜螺杆泵入口处气液比动态变化特性分析

随着油田开发的不断深入,螺杆泵采油技术得到进一步发展与完善,近年来,在高含气和稠油等非常规油气藏中也得到广泛应用,但由于游离气和溶解气的存在,气体进入泵内会影响螺杆泵的工作性能和使用寿命。针对这种情况,综合考虑油气水三相流体对螺杆泵运行工况的影响,结合钻井液密度、生产气油比、含水率和气体状态方程,建立了螺杆泵入口处的气液比计算模型,并以大港油田J36-6和J36-8油井的生产数据进行模拟分析。结果表明,在动液面高度一定的情况下,增加下泵深度有利于降低泵入口处的气液比,高密度、高含水和低生产气油比是保证泵入口气液比较低的关键。

电潜螺杆泵传动轴多载荷作用力学特性与疲劳寿命分析

分析电潜螺杆泵举升过程传动轴断轴部位应力分布及疲劳寿命对提高传动机构可靠性和保障电潜螺杆泵连续稳定运行具有重要意义。针对传动轴断轴部位,提出传动轴多载荷作用力学特性分析和疲劳寿命预测方法。数值仿真和现场测试分析结果表明:各载荷单独作用时,销孔应力较大区域沿径向条状分布且应力分布较均匀,内螺纹应力较大区域沿径向自上向下逐渐减弱,且最大应力受扭矩作用最大而受狗腿度产生的弯矩作用最小;各载荷组合作用时,轴向力对销孔和内螺纹应力分布影响最大,且最大应力均小于许用应力而推断两处断轴原因不是超载导致的脆性断裂;内螺纹处疲劳寿命明显小于销孔处疲劳寿命,为传动轴优化设计提供依据。

煤系天然气电潜螺杆泵举升管柱水粉两相流动态特性

分析油管柱煤粉颗粒群体随水流运移特性对提高电潜螺杆泵的可靠性和保障煤系天然气井连续稳定排采具有重要意义。综合大浓度、低流速和低黏度等多因素影响,把管柱内流固耦合作用和煤粉颗粒运移动力学统一起来,建立适用于电潜螺杆泵油管柱水粉两相双流体运移数学模型及其求解方程,从而更全面和准确地分析煤粉粒径、两相流速和油管内径对水流携煤粉运移特性的影响。结果表明:电潜螺杆泵油管柱煤粉颗粒群体随水流沿径向整体呈现抛物线运移特征,且煤粉固相运移速度要小于井液流动速度,煤粉随水流朝上运移主要分布于管柱中心区域,随两相流量的增大,煤粉固相运移速度不断提升且排出量先是显著增加而后两相流量升至一定阈值后排出量增加趋势逐渐减弱,合理选取筛缝控制煤粉粒径同时采用衬管减小管柱内径可有效提高煤粉排出量。

实时导向螺杆钻具钻柱螺纹动力学特性及优化设计方法

由于钻井过程中载荷具有冲击性、不稳定性,螺杆钻具联接螺纹失效率居高不下。为提高螺杆钻具使用寿命,利用ANSYS建立了2-7/8REG和4-1/2REG螺纹分别在压力、弯矩、转矩3种载荷条件下的三维有限元分析模型,建立了减应力槽、切削第一啮合齿、双台肩3种优化结构,在3种载荷条件下对3种优化结构的力学行为和优化效果进行了对比分析,为螺杆钻具螺纹不同主失效原因的结构优化提供了选择依据。研究表明:压力载荷条件下的应力集中仅双台肩结构发生降低,降低比例为40%左右;弯矩载荷条件下,降低应力集中程度由大到小的结构顺序为减应力槽、切削第一啮合齿、双台肩;转c3矩载荷条件下,减应力槽结构能够降低以4-1/2REG螺纹为例的大型螺纹的应力r集3中,比例为12.7%,但会加重以2-7/8REG螺纹为例的小型螺纹的应力集中,此外,切削第一啮合齿和双台肩结构的降低程度均在10%左右。

海上平台组块风道噪声特性及降噪措施分析

海上平台组块房间风道及其设备运行过程中产生各种噪声,对操作人员甚至是水下鱼类等造成不同程度的影响,有必要对海上平台组块噪声控制提出更高要求。综合湍流脉动与风机空气激励耦合作用,建立平台组块风道噪声计算模型,利用FW-H方法分析通风系统中风道噪声对平台房间声压级影响;基于统计能量(SEA)法,构建平台组块房间SEA模型,分析SEA子系统内损耗因子和子系统间耦合损耗因子,并预报组块房间噪声动态分布状况,确定典型工况噪声传播路径及主导分量,对超标房间采取降噪措施以达到噪声控制的目的。结果表明:海上平台组块的风道噪声多处在中低频段,且对组块房间总声压级影响较小;低频噪声传播较远,高频噪声衰减较快,远处房间主要受低频空气噪声和结构噪声影响。由此,针对空气噪声和结构噪声分别设计隔声和隔振措施,平台组块房间均满足国家标准要求。

煤储层排采液流携粉运移模型与产出规律

基于液固两相流理论建立煤层液流渗流数学模型,并给出描述煤岩产气通道流动状态的偏微分方程和煤层液流携粉运移特征的数学模型,依据数值求解结果分析产气通道中的液流压力和流速以及煤粉随液流运移的浓度分布情况。结果表明,煤储层近井区域液流高流速状态使得通道液流中的含煤粉量达到最高值,排采初期较大的排液量和压差波动使得其煤粉产出较多,而稳产阶段的产液量减小且煤储层与井底间的生产压差降低使得通道中煤粉浓度较低,生产压差由2.05 MPa提高到3.05 MPa后,产气通道各节点最大含煤粉量由0.112%迅速升至0.608%;且稳产阶段煤层泄流体产气通道孔径的增大,会进一步降低通道中煤粉浓度,产气通道高度由0.30 mm扩大到0.90 mm,产气通道各节点最大含煤粉量则由0.759%降至0.160%。该算法提出煤储层泄流体煤岩产气通道管流的概念并定量描述排采液流携煤粉运移的特征,为准确预测煤层气井排采中的煤粉产出情况和制定合理的防煤粉措施提供了依据。

氨氮急性胁迫对大菱鲆幼鱼的毒性效应

本研究采用96 h半静态毒性实验方法,研究了氨氮对大菱鲆(Scophthalmus maximus)幼鱼的急性毒性效应和血浆生理指标的影响。结果显示,在水温为(19.0±0.5)℃、pH为7.85、盐度为29.5和溶解氧为(7.8±0.2)mg/L的环境条件下,平均体重为(163.90±15.31)g的大菱鲆幼鱼,总氨(TAN)和非离子氨(NH3-N)96 h的半致死浓度(LC50)分别为39.73和0.64 mg/L。氨氮浓度、暴露时间及二者交互作用对血浆肾上腺素(EPI)、皮质醇(Cortisol)、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)、碱性磷酸酶(AKP)和血糖(GLU)含量/活性都存在显著影响;血浆EPI、SOD、GSH、AKP和GLU随氨氮浓度升高响应时间提前,EPI、皮质醇、AKP和GLU随暴露时间延长总体呈现先升后降的趋势;致死高浓度胁迫(TAN浓度70.96和84.11 mg/L)下,血浆SOD和GSH在胁迫期(12 h)内快速升高,GLU快速升高(4 h)后急剧降低(12 h),暗示氨氮急性致死的原因与氧化应激损伤、生理代谢紊乱和呼吸功能受损有关。本结果可为大菱鲆大规格幼鱼的养殖管理和行为数值模拟提供基础资料。

煤层气井有杆排采泵筒煤粉流动特征

煤层气井煤粉颗粒在有杆排采泵筒内固液两相流中的流动特征是埋泵、卡泵和凡尔漏现象的重要因素。基于泵筒中液体携煤粉的运动学和动力学分析,建立了泵筒中液体流动和煤粉运移的计算模型,并依据仿真分析得到不同排液量和煤粉粒径时,煤粉在泵筒内的运移特征。结果表明,泵筒中的煤粉运移与液体流动特征相近,煤粉运移速度正负的分界点随排液量的增大而逐渐扩大,煤粉排出量也随之不断提升。泵筒中液体携煤粉在泵筒入口附近发生湍流,并在固定阀阀孔两侧由于涡流而发生煤粉沉淀,而在泵筒内部固液两相流动则变为层流运动。两相流进泵速度较低或煤粉粒径较大时,泵入口附近开始出现煤粉沉淀,煤粉运移速度损失较小。该研究首次系统分析煤层气井泵筒内煤粉流动特征,为防煤粉有杆泵的设计及其排采作业方法提供了重要依据。

致密气水合物相平衡动态模型及其热力学特性

天然气在井筒和管道流动过程中极易形成水合物并不断聚集。为此,提出基于Van Laar混合规则PRSV2状态方程的液相和气相逸度计算方法,建立了致密天然气水合物相平衡动态模型,并依据数值模拟和试验测试分析预测致密天然气水合物生成条件,揭示不同组分及混合组分气体对致密气水合物生成的影响。研究结果表明:温度是影响水合物生成的主要因素,纯乙烷、纯丙烷和纯异丁烷的水合物分别在290、280和275 K附近发生相变并出现转折点,随后生成压力迅速上升;CO_(2)与N_(2)对水合物生成有抑制作用,H_(2) S或其他烷烃会极大降低水合物生成压力,H_(2) S对水合物生成的影响最大并起主导作用。研究结果对防治致密天然气水合物和保障井筒流动安全具有重要意义。

珍珠龙胆石斑鱼听觉阈值研究

珍珠龙胆石斑鱼(Epinephelus fuscoguttatus♀×Epinephelus lanceolatus♂)是重要的海水养殖经济鱼类,通过建立稳定的珍珠龙胆石斑鱼听性脑干反应(auditory brainstem response,ABR)检测系统,分别施加100、200、300、500、800、1 000、1 500、2 000、3 000、5 000和10 000 Hz的正弦波声音刺激信号,并应用该系统检测20条体长为32～35 cm的珍珠龙胆石斑鱼的听觉阈值。结果显示:该听性脑干反应检测系统获得的响应为听觉电生理反应,所有珍珠龙胆石斑鱼的听频范围为100～5 000 Hz,其中最适听频范围为100～2 000 Hz,最敏感声音频率为300 Hz,听觉阈值约为75. 8 d B。根据得到的平均听觉阈值,构建了珍珠龙胆石斑鱼的听性脑干反应听力曲线。研究表明:研究获得的珍珠龙胆石斑鱼听觉阈值及曲线对于研究噪声对不同养殖模式下石斑鱼的动物福利具有重要意义,不仅是评估噪声对石斑鱼影响的直接试验数据,也能为养殖环境的优化提供间接参考。

大菱鲆受精卵显微注射技术的建立

本研究将100~300 pg含有肌肉特异表达启动子和绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)基因的重组质粒(smyd1:gfp)显微注射到大菱鲆(Scophthalmus maximus)受精卵动物极细胞中,通过细心培育,成功孵化出鱼苗约120尾。统计分析显示,显微注射后,大菱鲆胚胎存活率为4.8%。利用荧光显微镜观察大菱鲆胚胎及仔鱼,只在注射smyd1:gfp质粒的胚胎及仔鱼的肌肉中发现有绿色荧光。通过进一步PCR扩增检测,在注射的大菱鲆胚胎及仔鱼DNA中扩增出了GFP特异片段,大小约为340 bp。研究表明,本研究成功建立了大菱鲆显微注射技术,可为大菱鲆基因功能研究和遗传育种奠定基础。

微量润滑磨削界面的分子动力学模拟

为了研究微量润滑磨削界面的冷却润滑效应,以离子液体作为微量润滑磨削液,对微量润滑磨削界面进行了分子动力学模拟研究。分析了微量润滑磨削界面的热量分配关系,揭示了磨削界面热量的产生与传散机制,研究了磨削过程中磨削力、磨削力比以及磨粒工件之间液膜状态的变化。结果表明:离子液体雾滴在磨削界面的冷却效果显著,工件的热量分配比由干磨时的74.1%减小到微量润滑磨削时的68%~69%;磨削热主要来源于剪切变形区内工件材料发生的晶格变形,其次是磨粒与工件之间的摩擦;磨削热首先在工件基体、磨粒和切屑之间传递,然后经切屑传递给雾滴,雾滴再传递给磨粒;磨削力随未变形切屑厚度的增加而线性增大;当磨粒切入工件形成切削作用时,磨粒-工件界面和磨粒-切屑界面会产生极高的挤压应力,导致难以形成边界润滑膜。

基于无人机影像序列的三维重建方法综述

在总结无人机序列影像重建方法的基础上,基于原理和适用性,将目前的主要处理方法分为两类:1)基于传统航测理论的改进方法,该类方法需要较多的人机交互与质量控制,适用于大范围航迹规则的影像处理;2)基于多视几何理论的方法,该类方法使用类似近景摄影测量的方式处理无人机影像,适用于特定地物或复杂地形区域下不规则航迹采集的影像处理。通过比较不同方法的适用性,详细探讨所涉及关键技术的优势、局限性与改进方法。最后指出,将传统摄影测量技术与计算机视觉技术相结合是今后的研究方向,并探讨了有待解决的关键问题。

暗纹东方鲀芳香化酶基因的结构及表达分析

性腺型芳香化酶基因是一种调节雌雄激素平衡的基因。为初步探究暗纹东方鲀性腺型芳香化酶基因在性腺发育和性别分化过程中的作用,通过RACE及荧光定量PCR技术,成功克隆出暗纹东方鲀性腺型芳香化酶基因的cDNA全长序列,共1786 bp,编码514个氨基酸,与红鳍东方鲀及星点东方鲀同源性最高。氨基酸序列分析显示,该基因编码的蛋白是一种稳定的亲水性蛋白,但不存在信号肽序列;性腺型芳香化酶含有38个磷酸化位点、4个N-糖基化位点、2个跨膜保守结构域;其氨基酸序列在哺乳动物和鱼类中均十分保守,且含有跨膜区、Ⅰ-螺旋区、Ozol′s肽区、芳香化酶特异性保守区和亚铁血红素结合区等功能保守区。表达分析显示,暗纹东方鲀性腺型芳香化酶基因主要在肌肉和卵巢中表达,其次在其他组织中也有少量表达,而且在幼鱼不同发育期卵巢中的表达量呈现出逐渐升高再降低的表达趋势,在精巢中则基本不表达。研究结果表明,性腺型芳香化酶基因很可能参与了暗纹东方鲀雌鱼性腺分化后卵巢的发育、雌性特征的维持和其他组织的发育等过程。

煤系地层水平井低流速液流有杆泵泵阀运动特性

综合低沉没度和大斜度等因素耦合作用的影响,推导泵阀阀球伴随弹簧运动和造斜段泵腔液流连续流动的微分方程,建立水平井造斜段泵阀随液流运动的数学模型,依据数值求解结果揭示低流速液流中泵阀伴随弹簧的运动特性。结果表明:低沉没度和大斜度等因素耦合作用下,增大冲程和冲次会提高泵阀阀球伴随弹簧运动的升程、速度和加速度,且增大冲程更有利于提高低流速液流入泵流速并使液流顺利进泵,下冲程中弹簧力与阀球重力的双重作用使得固定阀球伴随弹簧快速复位,这有利于顺利开启游动阀球和提高泵效;低流速液流中水平井泵阀开启瞬间的阀球加速度会出现短暂的周期性波动并在短时间内迅速变小,易引起阀球“抖动”现象并降低泵效,且增大冲程和冲次将缩短阀球加速度趋向平缓的时间。

大斜度井段排采泵三层流场低速液流携粉运移特性

分析大斜度井段排采泵的泵筒3层流场及其液流携粉运移特性对提高排采泵的可靠性和保障煤系地层水平井和斜井的连续稳定排采具有重要意义。综合大斜度、低流速和低黏度等多因素耦合的作用,并结合大斜度泵低速液流携粉运移实验测试与分析结果,提出适用于大斜度井段排采泵低速流场的静止层、移动层与悬浮层3层流动模型,推导大斜度泵腔3层流场连续性方程、动量方程和扩散方程,建立水粉两相流动数学模型并依据数值求解和井场测试结果揭示大斜度泵分层流场低速液流携粉运移特性,为水平井和斜井的大斜度泵选型设计及其系统优化以及冲程和冲次等排采制度和煤粉防控措施制订提供依据。结果表明,大斜度井段泵腔三相流场中,增大泵倾斜角和煤粉密度会增加悬浮层和移动层的压力梯度,其中泵倾斜角的影响尤为显著,移动层压力梯度受煤粉密度的影响相对较弱;增大水粉两相流煤粉体积分数时,移动层沿程压力损失始终增加,而悬浮层压力损失先是不断增加而后逐渐减弱;增大水粉两相流黏度会增加悬浮层和移动层的压力梯度,而增大液流携粉运移流量时,移动层沿程压力损失持续减小,且流量越大时压力损失减小的趋势越明显,而悬浮层的压力损失先是显著减小而后趋向平缓;大斜度井段柱塞伴随杆柱运动的过程中,大斜度泵入口处的水粉两相流煤粉体积分数随柱塞速度不断减小而逐渐增大,且速度波动对3层流场中悬浮层煤粉沉积的影响要小于其他2层。

低盐胁迫下松江鲈ATP1A3和ATP2B1基因的表达变化规律

为了探究Na+/K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶在松江鲈(Trachidermus fasciatus)应对低盐胁迫过程中的调节作用,本研究基于前期转录组数据,获取目标基因ATP1A3(Na+/K+-ATP酶α3亚基基因)和ATP2B1(Ca2+-ATP酶1基因)的序列信息并进行了系统进化分析。利用实时荧光定量PCR技术检测了松江鲈的鳃、肠、肾脏和肝脏组织中2个基因在2种低盐胁迫处理(盐度渐变处理,盐度变化速率为1.1/h;盐度骤变处理,盐度变化速率为27/h)下,不同时间点(0 h、12 h、24 h和48 h)的表达水平。系统进化分析结果表明,ATP1A3和ATP2B1基因分别聚类形成独立分支;在各基因分支中,松江鲈与已报道的鲈形目和鲽形目等鱼类共同聚在硬骨鱼类分支中。在2种低盐胁迫处理下,2个基因在鳃、肠、肾脏和肝脏组织中的表达量呈现不同的变化趋势。鳃组织中ATP1A3表达量在盐度渐变处理下先上升后下降,ATP2B1表达量仅在24 h显著升高;盐度骤变处理下,ATP1A3表达量显著下降,ATP2B1表达量显著上升。2种盐度渐变处理下,肠组织中ATP1A3表达量均在24 h显著下降;ATP2B1表达量在盐度渐变处理下显著上升,盐度骤变处理下在24 h显著上升。在盐度渐变处理下,肾脏组织中2个基因的表达量均在24 h显著上升至最大值;ATP1A3表达量在盐度骤变处理下显著上升,ATP2B1表达量在12 h和48 h显著上升。肝脏组织中2个基因的表达量在盐度渐变处理下均无显著变化;盐度骤变处理下,ATP1A3表达量持续显著上升,ATP2B1表达量在48 h显著上升。结果表明,低盐胁迫处理显著影响了ATP1A3和ATP2B1基因的表达水平,但2个基因的表达量变化规律存在显著性差异。上述结果为探讨Na+/K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶在鱼类渗透压调节过程中的作用及洄游性鱼类适应盐度变化的分子调控机制提供了理论依据。