输气管道砂冲蚀的模拟实验

针对输气管道受携砂冲蚀磨损的监测问题,设计并组装了其模拟实验装置,以空气和石英砂模拟天然气携砂,用Q235、Monel400、GH3625三种材料制作受冲蚀元件,研究不同砂量冲蚀作用下元件的壁厚损失、质量损失和表面形态及其耐磨特性。结果表明:冲蚀元件的中间棱首先被冲蚀,且砂粒冲击后并未向后反弹而是在后续颗粒作用下滑向两侧,使得棱上出现横向滑擦;冲蚀元件正壁面受砂粒连续冲击产生压坑,压坑金属组织在挤压作用下向周围偏向堆积,最终呈块状剥落;冲蚀元件底部受砂粒冲击与塑性变形的共同作用变形最严重;经冲蚀后元件左右两壁面的壁厚损失不尽相同,且其棱部损失量普遍小于左右壁面损失量;耐冲蚀特性:GH3625最好,Monel400次之。这有助于输气管道携砂量预测的深入研究与冲蚀监测探针原材料的比选。

油气井防砂冲蚀试验装置

防砂筛管被地层砂冲蚀失效的现象普遍存在,其破坏形式有喷射冲蚀和孔缝冲蚀。根据生产实践和筛管破坏原理提出筛管防砂试验要求和冲蚀评价方法,并据此研制了油气井防冲蚀试验装置。该装置由供气系统、供液系统、主体装置、数据采集及控制系统组成。该装置设有气体和液体两套试验系统,可选择性地进行气井和油井防砂冲蚀试验。其主体装置的测试箱设有透视窗口,实现了操作可视化;筛管样件与喷嘴夹角可调,能进行各种冲蚀破坏试验;系列化的喷嘴规格,能适应不同粒径的地层砂试验;采用激光多普勒测速仪监测砂粒速度,实现了精准控制。应用表明,该装置操作简单,试验精准,为防砂筛管的设计提供了强有力的数据支撑。

黄河砂冲击下水轮机用钢冲蚀攻角效应

研究了黄河砂冲击下水轮机用 2 0SiMn钢和 0Cr13Ni5Mo钢冲蚀攻角效应。结果表明 :冲蚀分为孕育期、增加期和稳定期三个过程 ;低攻角“增重”小于大攻角 ;攻角增加 ,冲蚀率增大。水轮机用钢冲蚀攻角效应奇异性与黄河砂冲击下“变形冲蚀”、“切削”和“二次冲蚀”的相对作用大小有关。

控制出砂冲蚀的监测装置

介绍一种出砂冲蚀监测装置，可通过控制管道系统、节流器及阀门等作业装置的损坏程度来降低油田生产费用。重点论述监测系统。

芯砂冲击韧性的试验研究

对刮痕强度试验机进行适当的改进,就可测量芯砂的冲击韧性,并使一机两用。通过对不同粘结剂加入量的水玻璃砂、覆膜砂、纸浆砂等的冲击韧性的测定,说明用消耗冲击功表示芯砂的韧性是可行的,测试方法简单、数据稳定、分辨能力较高,这给评价高强度的化学粘结剂砂性能提供了一种新的测试方法。

波流耦合下桩周珊瑚砂冲刷机理研究

针对我国南海某岛礁珊瑚砂地基上的圆形桩基础,采用N-S方程k-ε模型、双向耦合方式跟踪流场中颗粒运动轨迹的方法,对桩周珊瑚砂的冲刷规律进行了求解,分析了桩体周围流体的速度场以及桩体表面剪应力场的分布规律,同时对桩周珊瑚砂冲刷坑的形成过程进行了模拟。计算结果表明,在桩体周围形成的马蹄形漩涡和桩柱后方的尾涡作用下,桩周土体出现了较为明显的冲刷现象,涡旋的释放显著地影响着珊瑚砂地基上桩基的冲刷坑形状;而且,由于珊瑚砂颗粒密度较石英砂小,水动力作用下桩周冲刷坑更容易形成,所以实际工程中需要考虑有效的防护措施。

基于CFD-DEM耦合方法的喷砂冲蚀特性

传统喷砂在实践中多以经验为主,缺乏理论支撑。研究喷砂工艺的冲蚀磨损规律及其影响因素。在CFD-DEM耦合的基础上,引入Archardwear模型求解喷砂气固两相流对平板的冲蚀过程,预测颗粒冲击状态和冲蚀区域效果,研究不同的喷射角度、砂粒粒径及供砂速率对平板冲蚀深度总量的影响规律及其变化原因。结果表明:喷砂作用于平板形成的冲蚀区域形貌大致为盆地状,但又因喷射角度的不同会造成类椭圆形或类圆形区域。在控制单因素变量条件下,冲蚀深度总量随着喷射角度增大先缓慢增大至峰值,随后基本上呈线性减小,因此喷砂作业时应尽量保持倾斜,以喷射角度50°为宜,另外,从能量出发,喷射角度50°时法向-切向累积接触能量都相对较大;同时砂粒粒径在0.25mm<d<0.55mm范围内,冲蚀深度总量下降最快;冲蚀深度总量随供砂速率增大呈线性梯度增大。以数值模拟和试验验证相结合的形式给喷砂工艺提供了一种较为可行的研究方法。

页岩气采气管线材料L360N钢的含砂冲蚀行为研究

页岩气开采初期井口装置存在严重冲刷腐蚀,影响采气安全及经济效益。为了制定有效的防治方案,以L360N管线钢为研究对象,研究了材料在含砂冲蚀条件下的损伤行为规律。利用喷射式冲蚀实验装置,采用失重、形貌观察等方法,研究了模拟液固冲蚀条件下,含砂量和攻角对材料冲刷腐蚀损伤的影响规律。结果表明:射流速度为8 m/s、攻角为90°、砂的质量分数为7%时,材料的损伤最大;质量分数为3%时最低,冲蚀240 min后的累积失重约是质量分数为7%时的52%;射流速度为8 m/s、砂的质量分数为5%条件下,30°攻角时损伤最大,60°攻角时损伤最小,约为最大值的48%。

呋喃树脂砂冲砂原因和预防工艺研究

呋喃树脂砂铸造生产过程中经常伴随着冲砂、夹砂缺陷,但是造成呋喃树脂砂冲砂、夹砂的原因暂无明确定论。本文通过不同生产工艺对比分析,研究了呋喃树脂砂配合水基涂料使用过程中冲砂的原因,确定了一种预防呋喃树脂砂冲砂和夹砂的新工艺。

模袋砂冲剪强度试验方法设计及应用

模袋砂作为堤坝结构或围堰结构,在实际工程过程中存在受剪切破坏,导致该层模袋砂失效,围堰局部发生变形的问题。该文针对实际应用过程中围堰整体的稳定性问题,提出模袋砂冲剪强度的室内实验评价方法,试验内容主要包括即在室内反力架下方放置一个装有94%以上密实度的砂加固钢箱,上面放置一个按照标准方法加工制作的100 cm×100 cm×25 cm的模袋砂袋(填充度为80%),在反力架的上部采用推进装置对模袋砂袋施加压力,直至模袋砂袋破坏,读取测试的最大力值,最终可以得出模袋砂的冲剪强度。模袋砂的冲剪强度试验结果表明冲剪强度与土工模袋的自身性能有关系,模袋填充完砂之后,其强度得到提高,具有较高的纵向和横向抗拉强度、CBR顶破力和梯形撕破强度的土木模袋对应的模袋砂具有较高的冲剪强度。

基于储层甜点特征的致密砂砾岩油气藏压裂增产技术研究

中拐凸起南斜坡二叠系佳木河组二段储层为一套含浊沸石的致密砂砾岩。早期,在有利构造上钻探的直井产量均较低,2014年钻探该区第一口水平井用于提产,但因未能有效控制缝高,致深部水体锥进过快,长期试采效果差。近年来,地震地质综合研究发现,储层存在局部甜点。因下部并无隔层,压裂时需严格控制裂缝下延。通过对储层甜点特征进行梳理,综合评价了各断块甜点的优质程度,为试油段优选和新井的部署提供依据。为了实现控缝高压裂,提高单井产量和试采效果,开展人工隔层导流能力室内实验、完成人工隔层支撑剂粒径的优选,进行压裂数值模拟研究、确定了研究区形成有效厚度人工隔板的临界施工参数。研究认为,前置液阶段,改变液体黏度和排量、铺置有效人工隔层能够抑制水力裂缝向下扩展;携砂液阶段,加入一定浓度纤维,可进一步提升支撑剂对上部优质储层的支撑。这种组合控缝高工艺技术投入该区压裂实施后,有效控制了裂缝下延高度,甜点层段得到充分改造,试油及后续试采期间维持了较高油气产能,压裂提产效果明显。

鄂尔多斯盆地大牛地气田二叠系山西组砂体叠置模式及油气开发意义

河流相砂体储层构型对致密砂岩中相对优质储层的分布规律和天然气开发具有重要意义。通过野外地质剖面和钻井岩心观察,结合测井、录井和岩心分析测试资料,对鄂尔多斯盆地大牛地气田大12井区二叠系山西组致密砂岩的砂体构型要素、叠置模式及油气开发意义进行了研究。研究结果表明:(1)鄂尔多斯盆地大牛地气田大12井区二叠系山西组发育六级复合辫流带和五级单一辫流带,其中单一辫流带包括河床(分流河道)和河漫共2个四级构型单元,河道内单个心滩沉积包含有三级增生体和落淤层;(2)辫状河三角洲平原五级单一辫流带中的四级泛滥平原沉积较辫状河河漫沉积更加发育,辫状河心滩沉积中落淤层欠发育;(3)山西组上部山2-2亚段辫状河单一辫流带内砂体呈“河道-心滩”连续沉积,泥质不发育,砂体叠置程度高(多呈复合式叠置)、连通性好,优质储层多;(4)山西组中下部山1段和山2-1亚段三角洲平原沉积中,西部河道连片性好,砂体以复合式和侧拼式叠置样式为主,连通性和生产效果均较好,东部砂体多为孤立式和侧接式,砂体钻遇率低,单井产量差。

《碛砂藏》随函音义甾思韵考

《碛砂藏》的随函音义作于宋初,其中止摄开口精、庄组字改良切下字,比例超过90%(少数特殊情况除外),而且完全不作其他字的切下字,反映甾思韵已经独立。甾思韵的性质大概是舌尖元音,有?、?两个条件变体,分别出现在精、庄组声母之后。甾思韵进一步发展,则为《韵会》的赀字母韵,演变路径与《中原音韵》的支思韵不同。

干湿循环与加载先后顺序对砂泥岩混合料压缩特性的影响

为研究干湿循环与加载先后顺序对砂泥岩混合料压缩特性的影响,针对不同干湿循环次数、浸水时间和水温处置下的砂泥岩混合料,开展先干湿循环后加载、先加载后干湿循环的单向压缩试验。结果表明,两种试验方法所得砂泥岩混合料压缩量均随干湿循环次数增加、浸水时间增长、水温增高而增大;压缩量与干湿循环次数呈对数关系、与浸水时间呈幂函数关系、与水温呈线性关系,并推导出相应的压缩量计算公式;试验结果及理论分析均得出先干湿循环后加载的压缩量大于先加载后干湿循环的压缩量。

耐高温泡沫树脂低伤害均匀固砂技术

针对常规泡沫树脂体系耐温性较差和辽河油田疏松砂岩稠油油藏化学固砂储层伤害大与有效期短的问题,以环氧树脂、酚醛树脂、疏水纳米SiO_(2)、硅烷偶联剂等为原料制得纳米改性树脂基液,然后加入固化剂、乳化剂、起泡剂、稳泡剂等添加剂制得泡沫树脂固砂体系。评价了该体系的固化温度、固砂强度、渗透性能、耐温性能和非均质多层注入性能;研发了配套的泡沫发生器,形成了耐高温泡沫树脂低伤害均匀固砂技术,并在辽河油田进行了现场应用。结果表明,泡沫树脂固砂体系的最优配方为:20%~30%树脂基液+8%~12%酚醛胺类固化剂+0.3%乳化剂OP-10+0.5%起泡剂有机硅表面活性剂+0.1%固体稳泡剂纳米SiO_(2)+0.1%聚合物稳泡剂聚乙二醇+57%~71%清水。该体系的起泡体积约为发泡前的7倍、半衰期大于20 min,可在35℃以上固化,固化后耐温可达280℃,既具有低温固化的特点,又具有耐高温的特点。在不同温度下固化的泡沫树脂固结岩心的抗压强度达到5 MPa以上,固砂强度高,满足疏松砂岩固砂强度的要求。对用0.25~0.42 mm石英砂制得的固结岩心的固砂渗透率达到4.8μm2,优于常规树脂固砂剂(1.9μm~2)。在非均质多油层中可明显防止高渗透层突进,改善固砂剂注入剖面,实现均匀固砂。现场试验取得良好的防砂效果,验证了该技术可实现均匀固砂和低伤害特性。利用泡沫树脂流体特性实现非均质多油层均匀固砂,达到了提高化学固砂效果和防砂有效期的目的。

上砂下黏地层中桩-筒复合基础V-H承载特性

海上风机基础不仅受自重等竖向力V作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V-H组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V-H组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V-H承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明:桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在(0.4~0.7)Vult范围内变化。

泌阳凹陷下二门地区生长断层控砂作用研究

泌阳凹陷下二门地区油气资源丰富,油藏类型以断层-岩性油气藏为主,断裂特征与砂体展布的配置关系是该区油气勘探的主控因素。笔者综合3D地震、钻测井、岩心资料,以古近系核桃园组三段Ⅳ油组1小层(Eh3Ⅳ1)为例,通过精细构造解析、断层活动性定量分析和砂体展布特征刻画,从构造活动-沉积响应的角度分析生长断层对辫状河三角洲砂体展布的控制作用。结果表明,下二门地区主要发育一系列SW-NE转近E-W走向的北倾生长正断层,剖面形态呈阶梯状断层组合,各条断层沿走向活动性差异明显。研究区主要发育侯庄辫状河三角洲前缘亚相和前三角洲亚相,平面上来自北部的水下分流河道砂体在断层转换带或同一断层活动性较弱部位易通过,而在活动性较强部位受到限制或转向。垂向上,通过活动性较弱区域砂体垂向连续叠置、加厚发育,通过活动性较强区域砂体垂向间歇分散、减薄发育。该研究可为东部断陷盆地低序级生长断层发育区砂体展布规律认识和断层-岩性油气藏勘探开发提供一定借鉴。

钼焙砂焙烧过程中杂质的可溶性转化机理

钼焙砂中杂质的去除因酸洗的取消而成为企业面临的新挑战,在焙烧过程中杂质矿物能否转化为可溶离子对当前水洗除杂具有重要意义。采用激光粒度仪、X射线衍射(XRD)等传统方法对钼精矿的粒度、孔径、元素等进行了分析,结合矿物解离分析仪(MLA)和Factsage热力学软件研究了钼焙砂生产过程中杂质元素的赋存形态变化,探索了杂质矿物转变为可溶性离子的具体路径。结果表明,钼精矿和钼焙砂都存在纳米级孔隙,会阻碍水洗除杂。铝钾矿物作为主要的不可溶性杂质对高纯钼产品生产有较大影响,且多以较大分子量的碱性矿物形式存在。钼精矿在焙烧过程中,白云母、正长石等含K矿物可部分转化为K+、Al3+等可溶性离子,再经水洗去除。加湿提高了正长石在焙烧过程中向可溶性离子的转化程度,有利于洗涤过程中杂质的去除。

鄂尔多斯盆地本溪组碎屑障壁海岸砂体微相南北变化

在延长探区近1500口钻井资料的基础上,进行大量岩心和薄片观察以及砂厚和砂地比统计,探究鄂尔多斯盆地本溪组的砂体微相类型、平面形态和分布的沿岸变化及其控制因素。结果表明,延长气田本溪组总体均为中小潮差环境下的陆源碎屑障壁海岸沉积,但南部的甘泉—富县地区波浪作用较弱,形成了典型的障壁砂坝和障壁后沉积。北部延安—靖边南地区波浪作用较强,形成了改造障壁、浅滩和下切谷充填潮道3种主要微相砂体。障壁砂体呈平行岸线的带状或串珠状排列,近源和近岸分布;浅滩砂体呈多个分散的卵圆形远源远岸分布;潮道带砂体充填则受控于古地貌凹槽。该研究结果对延长气田和类似环境的储层识别和评价具有重要的指导意义。

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明:1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D_(50),远大于下剪切带9D_(50)和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D_(50)。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h_(t)/D_(50)与D_(50)的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D_(50)。研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据。