应变法在摩阻试验中的应用与研究

预应力孔道的成孔质量和锚下有效预应力是预应力施工技术的重难点。为掌握孔道弯曲半径和关键点定位坐标准确性,以及预应力施工张拉质量,采用应变法对摩阻试验和反拉法的各试验参数进行验证和对比分析。研究成果可为预应力施工张拉质量的控制提供参考。

考虑射孔摩阻的水平井段内多裂缝流量均衡分配规律研究

水平井分段多簇压裂过程中,簇间应力阴影将引起多裂缝进液差异。页岩气藏生产测井数据表明,超过40%的射孔簇对油气产量无贡献。为揭示多裂缝非均匀扩展机制,建立了考虑多孔介质流固耦合的多裂缝竞争扩展有限元模型,构建了井筒流动模型,并对压裂液流动压降进行了简化表征,设计引入了管流单元和流体连接单元,有效模拟了井筒与孔眼处的流量动态分配,研究了射孔摩阻对多裂缝进液分配比例的影响规律。结果表明:当射孔摩阻增大到特定阈值时,多裂缝流量分配比例将由簇间应力阴影转变为射孔摩阻控制,合理布置低孔密、孔数可有效增大射孔摩阻,促进多裂缝均衡扩展;利用该模型对西南某区块X水平井射孔方案进行优化,当簇间距为15 m、孔径为0.015 m、总孔数由50降至32时,单簇平均进液量提高了0.125 m^(3)/min,各簇进液差异系数为3.9%;非均匀布孔时,单簇平均进液量提高了0.101 m^(3)/min,各簇进液差异系数为4.1%。该研究为水平井多裂缝均匀扩展提供了理论方法和参考依据。

强缓速低摩阻低伤害纳米均相缓速酸

针对碳酸盐岩储层改造乳化酸高摩阻、稠化酸聚合物残渣伤害问题,首先通过拟三元相图,以非离子型表面活性剂(三苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚)、阳离子型表面活性剂(季铵盐)、助表面活性剂(醇)为原料制备纳米乳液,然后将20%盐酸、5%纳米乳液、0.1%减阻剂(阳离子聚丙烯酰胺)及功能型添加剂混合制得纳米均相缓速酸。采用旋转岩盘仪、扫描电镜、EDS能谱仪、电导率仪、粒度分析仪、界面张力仪、润湿角测定仪、摩阻仪、酸蚀裂缝导流仪、岩心流动仪等评价了纳米均相缓速酸的性能,分析了缓速机理、高酸蚀裂缝导流机理和溶垢机理。结果表明,纳米均相缓速酸是一种内相为油、外相为酸的纳米均相分散体系,粒径分布为8~100 nm;其具备强缓速(缓速率大于90%)、低摩阻(降阻率大于75%)、低黏、低伤害和高酸蚀裂缝导流性能;可同时溶解有机垢和无机垢,对沥青和碳酸盐岩的溶解率分别为6.91%和100%;可解除储层乳化、水锁、润湿改性伤害。纳米均相缓速酸通过带负电纳米乳液吸附在带正电灰岩表面,建立酸岩“隔离屏障”,实现强缓速;通过差异化酸蚀及黏性指进,实现高酸蚀裂缝导流;通过纳米乳液特殊的油水互溶结构,实现有机垢和无机垢的同时解除。该体系在海上油田现场成功应用,增产效果显著,对碳酸盐岩储层深部改造及多重伤害解除具有重要意义。

纯氢与掺氢天然气管道摩阻系数预测

纯氢与掺氢天然气管道是实现氢气长距离、大规模输送的最佳方式之一,其中摩阻系数是气体管道水力计算的关键参数,现有的经验公式不能满足预测掺氢天然气的摩阻系数要求。为改进传统的摩阻系数计算公式在纯氢与掺氢天然气管道系统的适用性,搭建了纯氢和掺氢天然气管输调压综合实验平台,开展纯氢和不同比例的掺氢天然气管输流动实验,根据实验采集的流量、温度、压力和管道的长度、管径等参数计算管道的摩阻系数,同时建立了摩阻系数与雷诺数、粗糙度之间的关系,并修正了传统摩阻系数公式,最后利用湖南省巴陵—长岭纯氢气管道的实际运行数据进行了验证。研究结果表明:①由于氢气与天然气物性差异较大,掺氢比会影响流动摩阻系数,相同条件下掺氢比越大摩阻系数越小;②传统摩阻系数计算公式存在30%左右的误差,创新提出的适用于纯氢和掺氢天然气的3段式摩阻系数经验公式,相对误差最大11.84%,能够有效降低误差;③与巴陵—长岭纯氢气管道实际的运行数据相比,修正后摩阻系数预测公式的平均误差为0.62%,该公式可以满足实际工程的误差要求。结论认为,得到的纯氢与掺氢天然气管道摩阻系数修正公式可应用于纯氢与掺氢天然气管道工程设计,具有重要的工程应用价值和前景。

考虑动态摩阻的抽水蓄能电站水力瞬变建模模拟

针对抽水蓄能电站管道内水力瞬变问题,考虑动态摩阻,采用二阶有限体积法(FVM)Godunov格式进行数值建模与模拟.首先根据有限体积法将控制方程进行离散,通量计算用Riemann求解器.机组全特性曲线采用改进的Suter变换,在计算中分别考虑Brunone与TVB动态摩阻模型,将计算结果与恒定摩阻和试验值进行对比,并进行了相应的参数敏感性分析.结果表明,在抽水蓄能电站管路模型中,动态摩阻模型仅增加了管道内后续波动的衰减,对于初始波动几乎没有影响.在单管中,动态摩阻的影响随着关阀时间的缩短而增大;而在抽水蓄能电站系统中由于雷诺数较大,动态摩阻模型的适用性较差,对于各项物理参数的变化均不敏感.这表明在大管径、高流速的输水工程中,可忽略动态摩阻的影响,但对于小管径、低流速的工程,有必要考虑动态摩阻的影响.

煤层气水平井钻柱摩阻计算与优化

煤层气的开发方式主要分为多分支水平井和从式水平井,由于两种生产方式均采用了水平井,因此钻柱在钻井过程中的摩阻和托压一直是业界关注的热点,但到目前为止,该问题仍未得到有效解决。为此,文章以大吉-吉县区块的深部煤层气水平井为例,通过对全井钻柱系统建立动力学模型和应用数值仿真方法进行水平井摩阻研究。研究结果表明:钻压对煤层气水平井造斜段的摩阻影响较大,其中小井斜造斜段的摩阻与钻压成反比,大井斜造斜段的摩阻与钻压成正比,稳斜井眼段的摩阻对钻压变化不敏感;受钻柱屈曲变形的影响,水平段钻柱摩阻上升10.2%。因水平井大井斜井眼段和水平段较长,因此煤层气水平井的总摩阻整体来讲与钻压成正比。文章通过建模和数值仿真方法,揭示了深部煤层气水平井各井段摩阻对钻压的敏感性,并可根据不同钻压条件下对井眼轨迹进行了优化,以此指导现场作业,降低井下摩阻,提高机械钻速。

有压管道瞬变流的非恒定摩阻模型改进

有压管道流动系统运行中经常发生水锤现象,极易导致爆管甚至人员伤亡,因此准确预测有压管道内的水锤现象对于保证系统安全运行具有重要意义。在有压管道内的水锤模拟中,以ZIELKE摩阻模型为代表的基于加权函数的非恒定摩阻模型能够描述有压管道瞬变流中的摩阻效应,但存在计算效率低下的问题。为提高计算效率,该研究提出了“先分段,后整体”的两阶段最小二乘拟合方法,建立了包含19个指数项的近似加权函数,并与已有近似加权函数进行对比,同时开展关阀水锤试验,对比了建立的摩阻模型与已有模型的计算效率和精度。结果表明,该研究建立的近似加权函数能够很好地拟合ZIELKE加权函数,其与ZIELKE加权函数的相对百分比误差近似为0;且其适用范围更宽,能够对无量纲时间在t∈[10-9,∞)范围内的非恒定流进行有效模拟。在计算精度方面,建立的模型与ZIELKE模型在阀门和中点处水头的最大相对百分比误差较小,分别为0.17%和0.15%,与URBANOWICZ模型的表现基本相同;在计算效率方面,建立的模型能够使ZIELKE模型计算效率提升约90%,能够使URBANOWICZ模型计算效率提升约30%。该研究建立的模型在适用范围、计算精度和计算效率方面具有较好的综合表现,能够在保证较宽适用范围和较高计算精度的前提下,提升计算效率。研究可为有压管道瞬变流的准确高效模拟提供理论支撑与参考。

海上油田钻屑远距离传输摩阻计算研究

在缺少现场数据验证的情况下,对已开发的钻屑远距离传输技术在现场应用过程中发现的能耗较高、部分工况易发生堵塞等问题,针对摩阻开展浆体摩阻理论计算、OLGA软件计算、FLUENT单相流及多相流计算、混凝土摩阻计算、流变原理计算等5种计算并对不同计算结果进行对比分析,结果发现,浆体摩阻理论计算法与流变原理计算法的计算结果接近且数值最大;FLUENT单相流和多相流的计算结果接近且数值偏小;混凝土摩阻计算法在25℃时计算结果居中,OLGA软件计算在20℃及30℃时计算结果居中,该结论为钻屑远距离传输提供了理论支持与技术参考。

液态二氧化碳压裂管流摩阻计算与分析

液态二氧化碳压裂技术中采用无水纯液态二氧化碳,液态二氧化碳压裂管流摩阻的精准预测对于压裂的顺利进行具有极为重要的意义。针对该问题,对评价液态二氧化碳压裂管流摩阻的计算公式进行了研究。引入了液态二氧化碳压裂井口施工压力公式,在液态二氧化碳压裂管流摩阻压降计算模型中建立了摩阻系数与雷诺数之间的关系式来评价其摩阻系数。在液态二氧化碳压裂管流摩阻梯度计算模型中,对比分析了其相关摩阻计算方法。基于现场实测数据,通过得出的摩阻计算公式建立了不同管径和排量条件下的液态二氧化碳管流摩阻梯度曲线。研究结果表明,尼古拉兹系数清水摩阻计算式更为精确,相同排量下,摩阻随管径的增大而减小,套管注入方式的摩阻小于油管注入方式。采用相同管径的注入条件下,摩阻随施工排量增大而增大,研究结果对压裂施工的成功实施具有一定的指导意义。

长输供热管道经济比摩阻的影响因素分析

为推动大面积清洁供暖,分布式燃煤、燃气锅炉房逐步被热电联产所取代。与热电联产配套的长输供热管道成为常见的一种供热设备。长输供热管道比摩阻的选取,在项目建设运行经济性上起到重要的作用。以呼和浩特市某一长输供热管道工程项目为例,采用单因素分析法,探究了不同工程参数对经济比摩阻的影响。计算结果显示该工程的实际最佳经济比摩阻为22.8 Pa/m。以实际工程为例,详细分析了经济比摩阻的优化过程,同时分析了各因素对经济比摩阻的影响程度,供热温差对经济比摩阻的影响最大,供热负荷次之,供热年限最小。因此在设计经济比摩阻时,应着重考虑工程项目的供热温差。

紫穗槐根-土界面拉拔摩阻特性

[目的]探究不同影响因素下紫穗槐根—土界面拉拔摩阻特性的变化规律,为研究区栽培植物种的选择提供理论依据。[方法]通过室内拉拔试验研究有无须根、根径、拉拔速率对紫穗槐根—土复合体最大拉拔力、拉拔摩阻强度、根土界面摩擦系数的影响。[结果]紫穗槐直根带须根—土复合体和直根—土复合体拉拔过程中的拉拔力—时间曲线以及拉拔力—位移曲线基本一致,但同径级紫穗槐直根带须根—土复合体的最大拉拔力、根土界面摩擦系数、拉拔摩阻强度较直根—土复合体均提高了1.3倍,须根明显提高了根段的固土性能。随根径增大,紫穗槐直根—土复合体的最大拉拔力、拉拔摩阻强度、根土界面摩擦系数呈指数正相关;随拉拔速率增大,紫穗槐直根—土复合体的根土界面摩擦系数、拉拔摩阻强度均呈增大趋势,即500 mm/min(0.74,40.11 kPa)>10 mm/min(0.65,35.58 kPa)。冗余分析表明根径、有无须根、拉拔速率与紫穗槐根—土界面拉拔摩阻特性指标均呈显著相关关系,其中贡献率最高的是根径(55.4%),其次是有无须根(23.7%),第三是拉拔速率(20.9%)。[结论]紫穗槐具有较强的固土性能,在承受大风拉拔、径流冲刷等荷载时能发挥其固土作用。

考虑径向侧止水摩阻及阻尼的弧门动力特性

针对水工钢闸门动力特性研究中没有考虑止水与闸门相互作用的问题,提出采用近似非线性模态分析法即有预应力模态分析法来探究径向侧止水摩阻及阻尼对弧形钢闸门动力特性的影响。通过建立弧门空间结构和止水结构的模型来模拟止水与弧门间的相互作用以及水流边界条件,并综合考虑了止水的几何非线性、材料非线性和接触非线性,止水径向摩阻、阻尼以及弧门与水流的耦合作用。结果表明:当考虑流固耦合作用时,弧门整体结构的振动频率下降明显,无止水作用弧门低阶频率的最大降幅为52.06%,有止水作用弧门低阶频率的最大降幅为44.89%;当考虑径向侧止水摩阻及阻尼作用时,流固耦合作用下弧门低阶频率的最大降幅为16.97%,无流固耦合作用弧门低阶频率的最大降幅为16.52%。径向侧止水摩阻及阻尼对水工钢闸门的动力特性有一定的影响,在探究闸门动力特性时要综合考虑止水的径向摩阻、阻尼作用及闸门与水流的耦合作用。

考虑桩-土摩阻效应的桥梁桩基水平承载特性研究

为研究桥梁大直径桩基在水平荷载作用下,桩-土效应对其力学特性的影响程度,结合新建重庆至昆明高速铁路毛家村水库特大桥大直径桩基项目,运用理论解析方法,基于弹性地基梁模型和p-y曲线法求解桩基水平承载力,考虑桩-土摩阻效应,比较理论值与现场实测值,并研究桩-土界面摩擦角和桩直径敏感参数。结果表明,桩顶水平承载力和桩身最大弯矩在κ=06φ时的计算值与实测值对比效果良好。随着桩-土界面摩擦角增加,桩侧摩阻力、桩身附加轴力和桩身附加弯矩不断增加,随着桩直径增加,桩顶位移折减比和桩身最大弯矩折减比均呈线性减小。

低摩阻水泥浆在长庆气田桃2区块长水平段固井中的应用

普通的减轻材料配制的低密度水泥浆体系存在耐压能力差等缺陷,经井底高压后实际密度有所增加,减轻效果变差。对苏里格区域水平段固井分析,发现常用的轻珠体系施工摩阻明显要高于粉煤灰体系。经评价筛选,调配出以次纳米硅为主要减轻材料,密度1.40 g/cm^(3)的低摩阻水泥浆体系,该体系经高压后密度增加值≤0.04 g/cm^(3),体系稳定,范宁摩阻系数小。在长庆气田桃2-H井3931 m的长水平段固井中使用,有效控制施工起压值18 MPa,在裸眼段增加的情况下,实际施工压力下降5~6 MPa,理论摩阻压力和实际接近,固井质量合格,为长水平段固井施工提供参考基础。

不同下套管工艺套管受力及摩阻扭矩预测模型

针对深层油气田开采中水平井位移大、摩阻扭矩大,井眼轨迹及套管柱受力情况复杂的问题,建立理论模型对长水平井下套管摩阻、屈曲进行分析是非常有必要的。利用样条插值函数对测斜数据进行拟合,对套管柱的受力情况进行分析,优选了常规、旋转和漂浮下套管方式下的三维摩阻扭矩模型,并且分析了钻井液浮力的影响及管柱屈曲对套管柱摩阻计算的影响。大钩载荷、摩阻、最大侧向力模型与软件计算结果准确率达到90%以上,验证了模型的准确性。

基于模糊PID控制的压裂液摩阻测试系统

本研究的主要目标是设计一种基于模糊PID的压裂液摩阻测试系统,实现对压裂过程中减阻剂的减阻性能检测,通过引入STM32单片机,对压力,流量,温度等物理信号进行采集和处理。同时,利用计算机绘制上位机界面,实现对压裂摩阻力的自动化检测,数据记录和曲线绘制。结果表明,本次设计的压裂液摩阻测试系统可以较快较准确地测量减阻剂的减阻率。The main goal of this study is to design a fracturing fluid friction test system based on fuzzy PID to detect the drag reduction performance of the drag reducer in the fracturing process, and to collect and process physical signals such as pressure, flow rate and temperature by introducing STM32 microcontroller. At the same time, the computer is used to draw the interface of the upper computer to realize the automatic detection, data recording and curve drawing of the fracturing friction resistance. The results show that the fracturing fluid friction test system designed in this design can measure the drag reduction rate of the drag reducer quickly and accurately.

一种拱桥施工塔架扣索索鞍摩阻系数的计算方法

文章从数学微分原理出发,结合施工现场监测数据,推导了拱桥施工塔架扣索索鞍摩阻系数的计算式,并以平南三桥和新圩红水河特大桥为实例依托,通过测定、校验、复验及应用4个步骤证明了计算式的准确性和普适性。

沿程水力摩阻的电算实现与应用

针对油田注水、采油工艺设计中经常用到牛顿流体沿程水力摩阻计算而效率不高的问题,根据经典教材的计算方法,使用WPS表格VBA编制了九参数的自定义函数,实现了在WPS表格中快速计算沿程水力摩阻,并能返回多种计算结果,极大地提高了工作效率。自定义函数的计算结果与所引用的2篇文献的偏差在1%以内,证明其结果可靠,能用于快速计算注水、采油时的沿程摩擦压降,这对于油田生产选择合适的管子尺寸、流量范围、节省能源有很大的指导作用。此外,该WPS表格自定义函数也适用于Office Excel。

浅谈负摩阻力对桩基设计及检测的影响

桩基是一种受力性能好、刚度大的深基础,其可以在竖向、水平方向上承受很大的荷载,并且在地震中也能够很好地维持稳定性,因此,基于桩基础的工程日益增多。当桩基穿过未固结软弱土层,或周边有较大范围的回填土及地下水降低时,均会引起地基下沉。当桩基的竖向位移量较大时,桩侧会产生负摩阻力。在承受外部压力时时,桩身的轴力、下拉力和中性点位置等均会受到负摩阻力的影响。如果未考虑,将会对建筑物的安全有较大影响,可能导致建筑较大的沉降和不均匀沉降。

桩-岩界面摩阻特性分析

文章通过室内模型试验来研究桩-岩界面剪切摩擦特性,并考虑了粗糙度对桩-岩界面特性的影响,获得了桩-岩界面抗剪强度参数随粗糙度的变化规律,并提出了一种线性模型来捕获这种界面特性响应。借助有限元软件建立嵌岩桩模型研究其荷载响应,该线性模型通过控制桩-岩接触面参数进行输入,为了证明所建模型的有效性和准确性,对所得结果与规范结果、现场案例结果进行了比较,验证了所提方法的适用性。文章的研究结论可为大直径深嵌岩桩实际工程提供参考。