深水气田长距离混输模式下水相运动规律研究

陵水25-1深水气田混输管道距离长、管道爬坡段坡度大,初始投产阶段混输流体水相到达平台的时间长且预测困难,给管道安全运行带来风险。基于多相流计算模型,运用LedaFlow软件,对陵水25-1深水气田初始投产阶段的水相运动规律进行研究,并深入分析含水率、油量、气量、油水相间摩擦系数等因素对水相运行的影响。结果表明:初始投产阶段水相在爬坡段分离和积聚,形成长时间的停滞,管道坡度越大,水相波动越剧烈;含水率越高的物流,水相在爬坡段聚集时间越短;气量增大则会降低水相滞液程度,提高水相运行速度,有助于水相爬坡;油量变化对水相运行速度的影响较小,油水相间摩擦系数对爬坡段水相运动有直接影响,油水相间摩擦系数修正拟合,对实际管道运行有重要指导意义。研究结果可为深水气田开发研究提供借鉴。

基于实际工况的燃料电池水气传输及相变规律研究

利用CFD软件建立二维多相质子交换膜燃料电池单电池模型,对不同工况下质子交换膜燃料电池内部水气传输及相变过程进行仿真。在试验验证及元无关性验证的基础上,分析起步工况、加速工况、急停工况下的质子交换膜燃料电池内部状态变化。研究结果表明:当电流密度为1500 mA/cm^(2)时,质子交换膜燃料电池功率密度达到最大值654.9 mW/cm^(2);起步工况下,质子交换膜燃料电池内部反应会在达到额定功率10 s后逐渐达到平衡;加速工况下,三次方加速模式的最低液态水饱和度界面、水-气相界面的持续时间最长;急停工况下,质子交换膜燃料电池的突然停机会使得其仍保持与停机前相近的状态。

碳酸盐岩缝洞型油藏流固耦合下的油水两相流动特征

为提高缝洞型碳酸盐岩油藏采收率,探究其流固耦合下的油水两相流动特性,根据不同介质中的流体流动规律,建立了Stokes-Darcy两相流体流动模型;基于有效应力原理和广义胡克定律,建立了适用于缝洞型碳酸盐岩油藏的油水两相Stokes-Darcy流固耦合数学模型;分别针对有无流固耦合的缝洞型碳酸盐岩油藏,进行了宏观和细观的油水两相流体流动模拟。研究结果表明:油藏有无流固耦合作用,其油水两相流体流动特性在基质区差异较大,在溶洞内差异较小,注水速度对缝洞型碳酸盐岩油藏的油水流动影响较大。

秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响

为明确秸秆还田对东北黑土水分特征及物理性质的影响,设置秸秆覆盖还田(FG)、秸秆翻埋还田(FM)和秸秆不还田翻耕(FD)3个处理,测定土壤含水量、水分特征曲线、容重、硬度、土壤三相比及结构稳定性等参数。结果表明:(1)秸秆覆盖还田可显著提高春季耕层(0~30 cm)土壤含水量,较秸秆不还田翻耕处理增幅为11.17%~150.84%;不同处理耕层土壤在水吸力中吸力段土壤含水量变化曲线平滑,秸秆覆盖还田处理具有较高的土壤持水性。(2)秸秆还田能显著提高土壤水分有效性,与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆覆盖还田处理0~10 cm土层土壤田间持水量提高4.85%~11.03%,土壤凋萎系数提高10.85%~18.00%;秸秆翻埋还田处理0~10 cm土层土壤重力水增加9.65%~80.73%。秸秆翻埋还田提升了土壤供水能力,土壤比水容量较秸秆不还田翻耕处理增加4.8%~10.0%。(3)与秸秆不还田翻耕处理相比,秸秆还田降低了收获后土壤紧实度,降低幅度为0.18~0.31 MPa;秸秆覆盖还田增加表层土壤容重,降低土壤孔隙度,促进三相结构趋于合理,显著增加土壤结构稳定性。(4)皮尔森相关分析表明,三相比R值与结构距离(r=0.73*)、土壤容重(r=0.70*)相关性显著,在一定范围内三相比R值的增加有利于改善并促进土壤结构稳定。综上可知,东北黑土农田实施秸秆还田是提高春季土壤含水量、增强土壤持水性、提升土壤供水能力、调节土壤紧实性、调控土壤三相比、改善土壤结构和提高土壤宜耕性的有效措施。

各向异性致密砂岩气藏分段压裂水平井气水两相产能预测模型

致密砂岩气藏具有储层物性差、孔喉结构复杂、各向异性强、初始含水饱和度覆盖范围大等特征,导致储层中流体的渗流机理复杂,为气井产能的准确预测及评价带来了巨大挑战。为此,基于气水两相非达西渗流理论,综合考虑储层各向异性、储层基质和裂缝不同程度的应力敏感性和两相启动压力梯度、高速非达西渗流效应、气体滑脱效应以及裂缝导流能力与缝间干扰等复杂因素,利用坐标变换、扰动椭圆理论、等价发展矩形理论、当量井径原理、压力叠加原理、水电相似原理等方法,建立了适用于各向异性致密砂岩气藏分段压裂水平井气水两相产能预测的新模型。通过矿场实例验证了新模型的准确性和实用性,并绘制了气水两相产能预测曲线,评价了敏感参数对产能的影响规律。研究结果表明:随着气体滑脱效应、裂缝导流能力、裂缝半长、裂缝条数、水平井井筒与地层主渗透率方向夹角的增大,压裂水平井的无阻流量增大;而随着储层各向异性、储层应力敏感性、裂缝应力敏感性、两相启动压力梯度、生产水气比增大,压裂水平井的无阻流量降低;水相对气相的流动具有抑制作用,且驱替压差越大,抑制作用越显著,因此需提前采取防水和治水措施。该研究成果进一步缩小了致密砂岩气藏产能预测结果与矿场实际产量的差距,有助于致密砂岩气藏的参数评估、动态预测以及产能评价和勘探开发决策制定。

水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统实验研究

针对河北山区农村水源不足、地源钻井成本高、太阳能不稳定、造价高、没有合适的热泵低温热源等问题,研发了水-冰相变换热器;利用水的相变潜热作为热泵的低温热源,设计了水-冰相变凝固换热与热泵耦合供热系统,搭建了实验平台,经测试平台运行稳定可靠。通过对实验数据进行分析计算,得到系统性能系数在2.87~3.42之间。研究结果可为解决河北山区农村供暖问题提供参考。

Na^(+),K^(+)//CO_(3)^(2-),SO_(4)^(2-)-H_(2)O四元水盐体系相平衡综合实验设计

针对相平衡理论知识抽象难懂,相律、相图等内容难教难学的问题,设计了四元水盐体系相平衡综合实验。采用等温溶解平衡法研究了353~373 K下交互四元体系Na^(+),K^(+)//CO_(3)^(2-),SO_(4)^(2-)-H_(2)O的固液相平衡,并绘制出等温干基相图和对应水图,确定硫酸钠相区随着温度的增加而上移。依据相图指导碱灰溶解-蒸发结晶工艺设计,解决了高CO_(3)^(2-)浓度下结晶参数的优化问题,实现Na2SO4在高温下溶解,随后降温结晶析出的循环回收过程。该实验将相平衡数据的测量、相图的绘制、相图的分析融合一体,有利于增强学生用相平衡基本理论解决工程问题的能力,实现对理论知识的融会贯通,激发其科研兴趣和探索精神。

正态漏斗附近水沙数值模拟

针对水库淤积问题,设计了一种正态漏斗排沙装置,在水槽中开展水流试验。对正态漏斗附近水流-泥沙进行欧拉两相流模拟,用水流试验数据对数值模型进行验证,进而分析了不同边界条件下流速、涡量和相浓度场。结果表明,漏斗内部流速梯度较大,泥沙相浓度等值线呈V型不对称分布,漏斗前缘、左后侧和右后侧出现大涡量区。与锥形漏斗对比,正态漏斗近壁面流速大,水流阻力小,3种边界条件下平均涡量减小25.8%~27.2%,出口泥沙相浓度增大15.2%~16.5%,具有降低能量耗散、显著提高排沙效率的作用。

双层多孔板结构相变发汗冷却的数值模拟研究

为了提高相变发汗冷却的冷却性能,提出不同孔隙率组合的双层多孔板结构设计代替传统的单层多孔板结构.以液态水作为冷却剂,使用修正后的局部热非平衡两相混合流模型,数值研究了不同孔隙率组合的多孔板内流-固耦合传热和冷却剂流动输运特性.数值模拟结果表明存在可以降低结构表面温度的双层多孔板设计,并且在冷却剂流量较大、液体水相变发生在上层多孔板内时,该新型结构相较于传统结构的表面温度降低更为明显.与此同时,冷却剂的注射压力被重点关注.由于水蒸气的运动黏度远高于液体水,研究中发现当冷却剂相变发生在多孔板内时,冷却剂的注射压力主要取决于水蒸气所集中的上层多孔板孔隙率.因此基于多孔介质内的渗流特性,采用孔隙率较大的上层多孔板有助于降低结构内的水蒸气压力,从而实现多孔板板底冷却剂注射压力的降低,在某一孔隙率组合中冷却剂注射压力的最大降幅可以达到65%.如果采用相反的孔隙率设计,即下层多孔板的孔隙率较大,虽然也可以在一定程度上降低表面温度,但是注射压力将会数倍增加,不利于相变发汗冷却的实际应用.

铝基材料水解制氢技术研究进展

氢能是全球公认的清洁能源,被认为是化石能源的理想替代品,具有广泛的市场前景。铝价格低廉、密度较低且能量密度高,铝水解产氢是一种有效提供氢能的方法。简述了铝水反应的原理,介绍了目前国内外主流的3种铝基材料水解制氢技术(纯铝与酸碱溶液反应、机械球磨法制备铝基复合材料、熔铸法制备铝基低熔点合金)的研究进展,并探讨了不同技术的反应原理、不同添加物的作用机理,对比了各种技术的特点,提出熔铸法制备低熔点合金将成为日后研究的重点,最后对未来熔铸法制备铝基低熔点合金的前景进行了展望。

五里堠井田煤层气井单相水流阶段合理降幅的确定

为了确定煤层气井单相水流阶段的合理降幅,最大化地保证煤层气井的水压传播距离,以五里堠井田煤层气井为研究对象,对研究区地下水势进行计算,拟合得出地下水势与平均日产水量的关系;以研究区地下水势平均值为界限,将研究区地下水势分为高地下水势和低地下水势,分析了高地下水势区、低地下水势区煤层气井产水特征差异。基于地下水势、地层供液指数、单相水流阶段压裂液量返排率的关系,建立了单相水流阶段合理降幅数学模型,研究区排采数据验证了模型的准确性。在此基础上,根据研究区地下水势差异性,预测了相应的单相水流阶段合理降幅范围。研究结果表明:研究区地下水势与平均日产水量为正相关关系,不同水势区煤层气井产水特征差异明显,其中,高地下水势区煤层气井排采初期日产水量增长迅速,排采中后期日产水量衰减明显;低地下水势区煤层气井排采初期日产水量增长较慢,排采中后期日产水量无明显变化。单相水流阶段,随着地下水势的增加,地层供液指数、压裂液返排率也随之增大;不同地下水势区域,单相流阶段合理降幅范围不同。研究区东北部及中部,单相水流阶段合理降幅范围为0.018~0.024 MPa/d;研究区西北部、南部,单相水流阶段合理降幅范围为0.007~0.017 MPa/d。该研究成果为未投产区及相似地质条件下煤层气井单相水流阶段排采制度的制定提供了借鉴与指导。

基于β-糊精氧化石墨烯管尖固相萃取/高效液相色谱检测生活饮用水中苯并[a]芘

以自制的β-糊精氧化石墨烯(β-CD@GO)装填入10mL移液器吸头作为固相萃取剂,结合高效液相色谱法对生活饮用水中苯并[a]芘进行检测,并对固相萃取条件进行了优化。苯并[a]芘在0.1~50μg/L范围内线性关系良好(r=0.9996),检出限为3ng/L(S/N=3)。在加标水平为0.5、5、40μg/L时,方法回收率为89.2%~92.5%,相对标准偏差为3.7%~5.2%。该方法操作简便快速、选择性好、灵敏度高、有机溶剂消耗少,可用于生活饮用水中苯并[a]芘快速检测分析。

高效液相色谱-质谱法测定油藏地层水和土壤中甜菜碱型表面活性剂的样品处理

比较了测定油藏地层水和土壤这类复杂基质中3种甜菜碱型表面活性剂的样品净化方法。选用直接过微孔滤膜、活性炭固相萃取柱、碱性氧化铝固相萃取柱、HLB固相萃取柱、MCX固相萃取柱、WCX固相萃取柱,对10、50、100 mg/L质量浓度下的回收率对比分析,并结合高效液相色谱-质谱联用全扫描质谱图甄选较优净化手段。分析结果显示,采用混合型强阳离子交换柱(MCX固相萃取柱)进行净化提取后,用高效液相色谱-质谱联用法进行检测,3种甜菜碱型表面活性剂在质量浓度10~50 mg/L内与色谱峰面积线性良好,相关系数均达到0.99以上,检出限为0.01 mg/L。加标回收率为96.9%~100.5%,相对标准偏差为0.7%~2.1%(n=7)。该方法操作简单,特异性强,作为复杂基质中甜菜碱型表面活性剂净化最佳方法,为甜菜碱型表面活性剂的检测提供坚实的基础。

基于幅度和相位融合的微波两相流测量系统设计

针对油井开采过程中需要对各相含量进行精确预测以调整开采策略的实际问题,设计了一种基于微波法的油水两相流检测系统。该系统利用微波在不同介质中透射能力的差异,构建了一套包含微波信号源、功率放大器、功率分配器、检波器和STM32F103ZET6核心板的硬件电路系统,通过编写AD采集和串口通信的软件代码,来接收检波器端幅度和相位数据。在数据处理方面,分别对幅度数据、相位数据和幅度-相位融合数据采用BP神经网络的方法预测含水率。实验表明:在使用融合数据时,预测准确度可以提高至96.33%,取得了较理想的效果。

固相萃取结合液质联用法快速筛查和分析生活饮用水中的56种抗生素

目的:建立生活饮用中56种抗生素的固相萃取-液相色谱-串联质谱分析方法。方法:将生活饮用水通过大容量采样管连接到固相萃取柱上净化,用C18柱梯度洗脱分离目标物,以乙腈和0.1%甲酸水为流动相,经电喷雾离子源电离,多反应监测模式串联质谱检测。结果:56种抗生素的最低检测浓度为0.1~2.0μg·L^(-1),在其线性范围内的相关系数均大于0.995,3个浓度水平的加标回收率为63.3%~113.0%,相对标准偏差在3.1%~8.3%。结论:该方法前处理简单、快速,适用于生活饮用水中多种抗生素的快速筛查和定量检测。

致密砂岩孔隙尺度下气-水界面动态演化可视化实验研究

水相圈闭是非常规天然气开发面临的主要储层损害问题之一,采用岩心驱替实验无法直观揭示孔隙内部气水两相分布和流动演化过程,因此,对水相圈闭损害微观作用机理的认识有待提高.根据致密砂岩铸体薄片,设计出一维通道和二维孔隙网络两种玻璃芯片模型,可视化研究了孔隙尺度下渗吸和返排过程中气-水界面演化和两相流动行为;结合岩心驱替实验,探讨了孔隙尺度气-水界面演化与致密砂岩宏观气体流动的关联机制.结果表明:(1)孔隙尺度下气-水界面随含水饱和度的增加由水膜水气-水界面向毛管水气-水界面演化,并主要通过卡断和绕流两种形式破坏气体流动连续性;(2)优势通道既是孔隙尺度下水相返排的快速走廊,也是气泡运移和贾敏效应发生的主要通道,是造成储层产水但不产气的一个重要原因;(3)孔隙尺度下气-水界面演化引起的水封气现象是水相圈闭损害的具体微观作用形式,宏观表现为岩心尺度上水相难以彻底返排和气体渗透能力不能完全恢复.实验结果可为储层岩石孔隙尺度下水相圈闭作用机理和气水可动性分析提供理论依据.

一种适用于检测水相中肼的荧光探针研究

肼是一种重要的化工原料,具有广泛的用途。肼的毒性对环境和生物体具有重要影响,然而能够检测水相中肼的荧光探针非常有限。设计合成了一种新的反应型荧光探针,通过核磁共振和高分辨质谱对中间产物和探针分子进行了结构表征。研究发现探针能够特异性的检测水相中的肼,具有较高的灵敏度和强抗干扰能力。通过荧光光谱和理论计算相结合,探究了探针的检测机理和发光性质。研究发现探针分子与肼接触,发生肼解反应,导致荧光团恢复激发态分子内质子转移(ESIPT)发光,从而实现对肼的特异性检测。

煅烧沸石粉对硫氧镁水泥耐水性的影响

为提高硫氧镁水泥(MOSC)的耐水性,以煅烧沸石粉为掺合料制备MOSC,研究了煅烧前后沸石粉对MOSC凝结时间、力学性能、耐水性、相组成、微观形貌和孔结构的影响.结果表明:掺入煅烧沸石粉提高了MOSC的力学性能,且煅烧前后的沸石粉均可在MOSC体系中反应形成水化硅酸镁(M-S-H)凝胶,降低了MOSC的总孔隙率,提高了MOSC的耐水性,但掺入煅烧沸石粉的MOSC耐水性更优;MOSC中掺入20%经200℃煅烧、升温速率15℃/min处理的沸石粉后,MOSC的耐水性最优,其28 d抗压和抗折强度保留系数分别可达0.91、0.95.

T型管油水分离效率的正交数值试验研究

T型管广泛应用于油田的油水分离,影响其分离效率的因素较多。运用正交试验方法对T型管的管径、垂直管间距、垂直管数等三个几何参数和含油率、进口速度和分流比等三个操作参数共计6因素3水平设计了18组试验方案,并运用计算流体力学数值模拟方法对其进行了数值试验研究,结果表明:各因素对T型管分离效率的影响大小为垂直管数>垂直管间距>分流比>含油率>入口流速>管径。管径60 mm、垂直管数3、垂直管间距1000 mm、含油率40%、入口流速0.35 m/s、分流比0.4为T型管的最优结构组合,此时T型管的分离效率达到99.99%。分离效率随垂直管数、垂直管间距的增加先降低再升高,随分流比、含油率的增加先升高再降低。管径和入口速度对分离效率的影响较小,其大小可视需要而定。

旋流排沙渠道中旋转水流的排沙效果研究

旋流排沙渠道是基于旋转水流强挟带能力的特点提出的一种渠道水沙分离新技术,为了明晰其水沙特性,在试验研究的基础上,采用Realizable k-ε模型、VOF法及离散相模型,对旋流排沙渠道内的水沙两相流特性进行了数值模拟,通过与模型试验成果的对比确定了不同粒径泥沙的球度,研究了持续来沙条件下旋流排沙渠道的排沙效果,分析了渠道和排沙洞内泥沙的分布规律。结果表明:不同粒径泥沙的球度介于0.2~1.0之间时,在渠道顶部局部来沙条件下旋流排沙渠道对粒径为(0.075,3.000]mm泥沙的计算截沙率与试验值吻合良好,二者的相对误差仅为3.5%,误差主要来源于(0.075,0.160]mm的极细颗粒泥沙;当上游渠道水流进口来沙质量流量为60 g/s时,渠底高含沙水流由起旋室的分流,渠道含沙量迅速降低,起旋室前部和后部渠底水流含沙量分别为44.00 kg/m^(3)和0.07 kg/m^(3);排沙洞内的旋转水流对泥沙的挟带作用明显,在强离心作用下泥沙主要分布在排沙洞近壁面,最大泥沙含量约为200.00 kg/m^(3);在持续来沙条件下旋流排沙渠道对粒径为(0.075,3.000]mm泥沙的截沙率为95.98%,仅少量极细泥沙以悬移质形式进入下游渠道,渠道和排沙洞内无大量的泥沙淤积,表明旋流排沙渠道是一种可实现高效且连续排沙的水沙分离技术。本成果可为旋流排沙渠道在工程中的应用和水沙特性的研究提供有益参考。