部分饱和岩石的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟方法研究

在讨论地震波传播理论时,大部分情况下是把地震波看作弹性波.事实上,地下介质是非完全弹性介质,这使得传统的均匀、完全弹性介质理论受到了严重挑战.地震波在裂隙岩石中传播受裂隙系统和流体含量的影响较大,以往许多关于频变各向异性的理论大多局限于单相流体假设,但是几乎所有储层中通常被一种以上的流体部分饱和或完全饱和.本文在Chapman理论基础上,提出了基于部分饱和的黏弹性Chapman-Kelvin模型的正演模拟新方法,以提高对部分饱和岩石的黏弹性地震波频变各向异性的认识.该方法基于Chapman和Kelvin理论模型,计算了双相不混溶流体饱和裂隙岩石中的黏弹性波频变各向异性弹性系数的表达式,提出包含喷射流和斑块效应的统一地震波传播的黏弹性Chapman-Kelvin新模型.通过对新模型进行数值试验,讨论了无裂缝和存在裂缝两种情况下,含裂隙储层部分饱和岩石中耦合的喷射流和斑块效应对黏弹性介质频变各向异性的影响.试验结果反映出黏弹性介质下地震波频变各向异性的变化规律,验证了本文提出的新方法和新模型正确.本文将黏弹性介质各向异性与裂缝中的流体流动参数相联系,有利于提高对含裂缝储层部分饱和岩石的黏弹性波频变地震各向异性的认识,以及地震学与油藏工程的结合程度.

活性改性剂合成及其对环氧胶黏剂力学与界面粘接性能的影响

综合考虑环氧胶黏剂的施工性能、力学性能及与砂浆界面的粘接性能,利用三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPGE)与1,4-丁二醇(BDO),通过控制反应物物质的量比以及反应时间制备了四种低环氧值兼具高羟基含量的预聚体(PPM)。通过1H-NMR、盐酸-丙酮法及凝胶渗透色谱(GPC)对PPM进行了表征。进一步研究了PPM对改性环氧胶黏剂工作性能、固化力学性能、与水泥砂浆粘接强度以及表面性质的影响。结果显示:延长反应时间以及增加BDO用量使PPM的数均分子量更大、环氧值更低。四种PPM改性后,胶黏剂的放热峰值温度降低,可操作时间延长。同时,PPM使环氧固化物的延性显著增加。四种PPM改性后使环氧与水的接触角降低,固化物表面的极性组分升高。XPS分析表明,PPM使环氧固化物的羟基含量显著提高。最后,PPM使胶黏剂对湿砂浆基体的粘接强度提高了一倍以上。

考虑桩土间黏滑机制的桩基沉降动态特性研究

基于桩基运动控制方程,对荷载作用下的桩基沉降动态特性进行了研究。首先,考虑桩土间黏滞与滑动两种接触状态,建立了一种考虑侧阻软化及侧阻恢复的桩土相互作用模型;然后采用该模型及修正三折线模型分别模拟桩与桩侧土以及桩端土间的相互作用,结合有限差分法建立了考虑桩土间黏滑机制的桩基沉降分析方法;最后,基于建立的桩基受荷沉降分析方法,研究了桩基沉降的黏滑动态特性以及桩身的力学特性,并讨论了桩土相互作用模型中的参数对桩基沉降动态特性的影响。结果表明:当桩顶荷载接近桩基单级加载极限值,桩基沉降表现出黏滞位移与快速滑动位移交替的动态特性;桩身力学响应表现出加载路径相关性,与单级加载相比,分级加载时桩侧摩阻力能得到更好发挥,桩基极限承载力更高;提出的分析方法能够较好地模拟桩基静载试验沉降过程。

黏弹性聚合物驱渗流机理研究进展

聚合物驱已成为国内外化学驱中提高原油采收率主要方法之一,其在大庆油田的60年开发稳产中起到重要作用,在水驱基础上提高原油采收率达到约13%.聚合物驱主要机理为改善流度比,提高注入液的波及体积,从而提高驱油效率.近几年,聚合物溶液黏弹性能够进一步扩大其在多孔介质中的微观波及面积从而提高微观驱油效率的作用机理也逐渐被人们所认识.文章从聚合物溶液黏弹特性、聚合物驱微观可视化实验、岩心驱替实验及驱油机理理论研究4个方面进行了综合分析,对比论述了国内外关于黏弹性聚合物溶液渗流机理的研究现状、实验手段及方法,给出了聚合物溶液的黏弹性产生的法向应力能够进一步对水驱后残余油产生“拉”“拽”作用,从而使其比纯黏性流体进一步提高在多孔介质内的微观波及效率及驱油效率,明确了弹性湍流是产生表观增稠的本质,对提高驱油效率产生一定的正向影响.最后针对黏弹性聚合物驱渗流机理研究面临的问题及发展方向进行总结,弹性湍流产生的条件、黏弹性对不同尺寸孔隙内不同类型原油采收率的贡献及弹性与油藏润湿性的协同影响等机理成为未来研究的挑战与方向.论文的归纳能够为黏弹性聚合物溶液机理深入研究及矿场设计优选聚合物提供重要的参考.

稠油乳化黏度测量曲线与乳液特性的关系

稠油化学驱过程中降黏剂浓度对稠油乳化影响明显,通过测量不同浓度降黏剂的稠油乳状液黏度-时间曲线,以黏度、降黏率为指标分析了黏度曲线与乳液特性的关系。结果表明,当降黏剂的浓度远大于临界乳化浓度时,形成稳定O/W乳状液,黏度低、降黏率大于95%。当降黏剂的浓度大于临界乳化浓度时,形成O/W乳状液,而后随着表面活性剂向油相的迁移,油滴聚并、分层。当降黏剂的浓度与临界乳化浓度相当时,乳状液油O/W转化为W/O,黏度大幅度提高。当降黏剂的浓度小于临界乳化浓度时,只能形成W/O乳状液。

近断层脉冲型地震动下调谐黏滞质量阻尼器减震结构易损性分析

选择典型脉冲型近断层地震动记录分别对一安装有调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)、黏滞阻尼器(viscous damper, VD)和无阻尼器的6层3跨钢框架结构进行增量动力分析,进而基于增量动力分析结果得到3种结构不同损伤状态的易损性曲线。易损性分析结果对比表明:随着惯容单元的引入,减震结构可靠性显著提升;相较于相同阻尼的VD,TVMD可以更有效地提升结构的抗震性能,减小结构在不同损伤状态下的失效概率。随着质量比的增加,TVMD减震结构在不同损伤状态下的失效概率减小,TVMD对结构性能状态的提升不会随非线性的增加而减小,且在结构经历弹性、弹塑性直至倒塌的整个过程中减震控制性能发挥稳定。进一步选取3组不同脉冲周期的近断层地震动记录对三种结构进行时程分析,讨论TVMD在不同脉冲周期近断层地震动下的减震控制效果。结果表明,在近断层脉冲型地震动作用下,TVMD并不都会实现阻尼单元“阻尼增效”,阻尼器的性能发挥与地震动的特性有关。相较于VD,当T_1/T_p≥2时,TVMD可以更好地减少结构能量输入但其能量耗散效率低于VD,不能实现“阻尼增效”;当T_1/T_p <2时,TVMD可以减小结构残余位移,具有更优的减少能量输入和增大能量耗散效率的双重效应,体现了惯容的“阻尼增效”。

盐酸青藤碱诱导黏连性膝关节强直家兔成纤维细胞凋亡的机制研究

目的观察盐酸青藤碱对膝关节黏连强直的家兔成纤维细胞增殖和相关基因表达的影响,并进一步尝试探讨其对抗膝关节黏连强直的作用机制。方法以体外培养法培养成纤维细胞,并设对照组、盐酸青藤碱低中高浓度实验组。CCK-8法检测成纤维细胞增殖的情况;实时荧光定量聚合酶链反应(real-time quantitative PCR,RT-qPCR)法检测经过盐酸青藤碱处理后,成纤维细胞相关基因mRNA表达的改变,用ELISA法检测药物的作用对血清中炎症因子等水平的影响,蛋白质印迹法(Western blot)检测相关蛋白质的表达。结果盐酸青藤碱能降低成纤维细胞存活率,且随浓度升高存活率逐渐降低。盐酸青藤碱中各个组的效果均十分明显(P<0.05)。在相关基因的mRNA表达层面,与对照组比较,盐酸青藤碱各组炎症因子均显著下调(P<0.05),凋亡蛋白的表达量显著上升、Bcl-2的mRNA表达量下降(P<0.05),而PI3K/mTOR/AKT3信号通路分子的mRNA表达量均下降(P<0.05)。在蛋白质表达层面,与对照组相比较,中、高剂量盐酸青藤碱组血清中炎症因子IL-6、IL-8、IL-1β、TGF-β的水平均明显下调(P<0.05),凋亡蛋白cleaved-PARP、cleaved caspase-3/7及Bax的表达量均上调,并且与给药剂量成正相关,而抗凋亡蛋白Bcl-2、PI3K/AKT3/mTOR信号通路的表达量则与给药剂量成负相关。盐酸青藤碱对家兔膝关节成纤维细胞的存活表现为显著的抑制作用,作用机制或与下调炎症因子IL-6、IL-8、IL-1β的表达,并促进凋亡蛋白cleaved-PARP、cleaved caspase-3/7及Bax的表达,抑制Bcl-2的表达,抑制其下游PI3K/AKT3/mTOR信号通路的基因表达有关。结论盐酸青藤碱可抑制黏连性膝关节强直家兔膝关节成纤维细胞的炎症反应和加速成纤维细胞的凋亡,或可通过该机制为改善和治疗黏连性膝关节强直提供新的方法。

基于旋转黏度的SBS改性沥青黏温特性及流体行为分析

采用3种基质沥青制备相应的SBS改性沥青,测试了不同温度和剪切速率下的黏度。根据Andrada方程计算了6种沥青的黏流活化能(E_(a));根据幂律方程,分别计算了6种沥青的非牛顿指数(ζ)和稠度系数(μ),分析了改性沥青的流体特性以及黏度对剪切速率的依赖性。结果表明,Andrada方程能够较好地描述沥青及改性沥青的黏温关系,E_(a)能够反映黏度对温度的敏感性,SBS改性可以显著提升沥青的黏度,但不同改性沥青的温度敏感性存在差异。SBS改性沥青的ζ值均小于1,沥青由牛顿流体向非牛顿流体转化,不同类型沥青之间非牛顿性的相对强弱随温度的变化呈现出复杂性,稠度系数(μ)随温度的升高而减小。

超大粒径沥青混合料的黏弹特性及温度影响

为精准表征超大粒径沥青混合料(LSAM-50)柔性基层路面的动态黏弹力学响应,对LSAM-50进行动态模量试验,分析了温度对LSAM-50黏弹参数的影响,构建了基于广义对数Sigmoidal模型的黏弹参数主曲线以及基于广义Maxwell模型的黏弹性本构关系.结果表明:温度对LSAM-50黏弹参数的影响显著,温度升高后LSAM-50模量的变化由集料嵌挤力主导,动态模量与存储模量随着温度的升高逐渐降低后趋于稳定;由于LSAM-50具有更大的粒径和集料嵌挤力,其高温抗变形能力比AC-20和AC-13更强;可用广义Maxwell模型构建LSAM-50的黏弹本构关系,其相关性不低于0.99.

丙烯酸酯胶黏剂的刺激性及其防护

研究了第二代丙烯酸酯胶黏剂(SGA)对皮肤的刺激性,特别关注了其与变态反应性皮肤病的关系。实验探讨了不同材质手套对SGA的阻隔效果,发现一次性天然橡胶手套在接触胶黏剂后易发生溶胀,而加套一层一次性PE手套则能有效阻止胶黏剂的渗透和致敏成分透过。

分离多环芳烃用于超稠油掺稀降黏的研究

针对炼油厂催化裂化柴油大量过剩和芳烃含量过高等问题,结合稠油掺稀降黏开采掺稀比高、稀油资源紧缺的现状,从催化裂化柴油中萃取分离多环芳烃,用于超稠油掺稀降黏研究。对多环芳烃萃取进行正交试验,在筛选出的最佳操作条件(萃取温度为45℃、萃取时间为5 min、相分离时间为5.5 min和剂油体积比为1.4)下,多环芳烃产品收率为29.87%、芳烃质量分数高达99.07%。在掺稀比均为0.10时,多环芳烃和塔河稀油的掺稀降黏量率分别为94.20%和68.58%。拟合计算结果表明,多环芳烃用量仅为塔河稀油的16.32%时,即可达到塔河油田稠油掺稀降黏要求。以塔河油田稠油自喷井为例,当稠油含水率分别为0,30%和50%时,掺入多环芳烃相对掺入稀油的单井日产油增长率分别达到115.90%,84.57%,62.20%。

克拉玛依油砂沥青油溶性降黏剂的制备及性能评价

以甲基丙烯酸十八酯、N-苄基马来酰亚胺和丙烯酰胺为原料合成了针对于克拉玛依油砂沥青的新型油溶性共聚降粘剂。对单体配比、引发剂用量、反应温度等影响条件进行了优化,探究了降黏剂用量和温度等因素对降黏效果的影响。确定了该降黏剂的聚合反应条件为:聚合单体摩尔比为10∶4∶3,引发剂用量为单体总质量的1.0%,反应温度为85℃。在降黏剂添加量1000 mg·kg^(-1),反应温度50℃,反应时间60 min时降黏效果最好,在此条件下的降黏率为35.7%。

低黏原油辅助气体吞吐稠油开采技术室内实验和技术界限

稠油蒸汽吞吐后期及蒸汽驱的油汽比仅为0.1~0.2,能耗大、碳排量高等问题突出,针对该问题,可利用低黏原油辅助气体吞吐的开采方法来改善开发效果。通过室内模拟实验和油藏数值模拟,开展低黏原油辅助气体吞吐开采稠油的机理及油藏适应性研究,制订低黏原油辅助气体吞吐的技术界限。研究表明:低黏原油辅助气体吞吐开采机理主要为稀释降黏、溶解增压、扩大波及范围和乳化相变等作用,带油率(采出稠油与注入低黏原油的体积比)可达到1.00~3.00以上,且能耗低、产水少;低黏原油辅助气体吞吐适合开采普通稠油油藏和特稠油油藏,尤其适合深层、薄互层和小断块稠油油藏。该研究对稠油转换低黏原油辅助气体吞吐开发油藏筛选和工程设计具有指导意义。

油溶性降黏剂SVM的合成及降黏机理探究

以甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)、4-乙烯基苯甲酸(VBA)和顺丁烯二酸酐(MA)为单体,合成一种能有效降低新疆克拉玛依稠油黏度的油溶性降黏剂(SVM)。通过单因素实验得到SVM降黏率最高为60.55%,红外和核磁分析结果证明了SVM的成功合成。通过对加入降黏剂前后的稠油体系进行分子动力学模拟发现,降黏剂主要分散了稠油中沥青质组分;进一步通过SEM、EDS和AFM探究SVM对沥青质分散情况发现,SVM降黏剂能有效破坏沥青质致密的堆叠结构,抑制沥青质聚集。稠油体系模拟得到的氢键数目从98个/帧增长到143个/帧。实验和模拟结果表明,氢键数目变化协同苯环共轭能力的增强能有效破坏沥青质的聚集,降低稠油黏度。

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。

抗220℃高温两性离子聚合物降黏剂的制备与性能

针对当前高温高密度水基钻井液流变性调控难题,基于分子结构优化设计和单体优选,制备了新型抗高温两性离子聚合物降黏剂HP-THIN。通过正交实验与单因素实验相结合的方法,对HP-THIN的制备条件进行了优化。采用红外光谱仪、乌氏黏度计和热重分析仪等分别对HP-THIN的分子结构、热稳定性以及相对分子质量进行表征和测定,研究了HP-THIN在220℃超高温条件下对淡水浆、盐水浆、含钙浆和高密度复合盐水浆等不同类型钻井液基浆的降黏性能。在室温下,测试了HP-THIN对基浆黏土颗粒吸附能力、Zeta电位和粒径的影响,并与国内外同类产品(Polythin和xy-27)进行了对比。结果表明,合成降黏剂HP-THIN的反应温度为60℃,反应时间为3 h,引发剂用量和链转移剂用量均为反应单体总量的1%,单体总质量分数为30%;单体AM、AA、AMPS、PTM物质的量比为1.9∶7.5∶2.1∶1。该聚合物的分子结构中含有设计官能团,其黏均相对分子质量约为8211,且具有较好的热稳定性。220℃老化后,HP-THIN在最优加量(0.3%)下对淡水基浆、盐水基浆、含钙基浆和高密度复合盐水基浆的降黏率分别达86%、72%、73%和51%,HP-THIN对不同类型钻井液基浆的高温降黏效果均优于国内外同类产品,相对于xy-27和Polythin,降黏剂HP-THIN对基浆黏土吸附能力强、Zeta电位绝对值大、黏土颗粒尺寸小,可以更好地消除黏土颗粒间网状结构,降低钻井液黏度,具有良好的应用前景。

计及时变演化特征的硅泡沫垫层非线性黏弹性模型研究

基于黏弹性基本理论,引入材料非线性特征,考虑了材料加载、保载应力松弛历史、老化效应以及黏弹性模型各运动单元退化的差异性,并从两种老化机制出发,获得了老化硅泡沫垫层力学模型以及长时应力松弛硅泡沫垫层接续加载力学模型.模型机理清晰,能够反映材料服役历史信息及其对力学效应的影响.

Power-V诱导的钻柱黏滑振动特征分析

黏滑是石油钻井过程中影响钻井效率和井下钻柱安全的一种振动形式.垂直钻井系统Power-V在提供有效控斜力的同时,还会诱导钻柱黏滑振动.通过研究垂直钻井系统Power-V与井壁的接触作用及钻头与地层的相互作用模型,基于钻柱动力学有限元方法,深入分析Power-V的作用机理,研究其对扭转振动的影响,指出Power-V和井壁间的相互作用会导致钻柱与井壁的摩阻显著增加,进而引起摩阻扭矩的增大,诱导井下黏滑振动.实测振动数据证实,Power-V与井壁间的相互作用是引起钻柱黏滑振动的关键因素.这对于揭示黏滑振动的成因和更好地发挥Power-V的作用具有重要意义.

蔗糖改性小桐子蛋白胶黏剂性能研究

为改善常温氧化法制备的小桐子蛋白胶黏剂胶合性能,选用蔗糖为改性剂,在KMnO4氧化作用下使反应体系中额外补充的蔗糖羟基转化为更多的醛类物质,与蛋白质充分交联反应制备小桐子蛋白胶黏剂。优化工艺,通过动态热机械分析法(DMA)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对蛋白胶黏剂的热性能和结构进行分析。结果表明:随着蔗糖添加量的增加,小桐子蛋白胶黏剂的胶合性能呈现先增加后减小的变化趋势,且当蔗糖添加量为小桐子粉质量的20%时,以KMnO4为氧化剂,其添加量为12%、氧化时间12 min、pH值为7时,所制胶黏剂具有最优良的胶合性能,制备的胶合板干状剪切胶合强度、24 h冷水湿强度、3 h温水(63℃)湿强度分别达到1.63、0.81、0.84 MPa,符合国家标准中Ⅱ类胶合板的性能要求。

聚合物胶黏剂在陶质文物修复中的应用

陶质文物粘接修复是既古老又不断更新的课题。选择陶质文物胶黏剂需兼顾陶器与胶黏剂性能。陶器个体的差异存在于制作的各个阶段,包括陶坯黏土与非黏土组成差异,黏土中硅酸铝含量差异,以及烧成温度与烧成气氛差异等。中国古代陶器发展围绕陶坯组分和烧制温度的变化而种类繁多,粘接历史悠久。近30年陶器粘接更注重粘接性能检测和研究,汇总其间常用胶黏剂使用频次和基本性能具有指导意义,涉及聚合物胶黏剂的热塑性和热固性树脂胶黏剂,其线型结构和三维网络结构差异致使胶黏剂主要性能不同:热塑性胶黏剂抗拉强度较小,粘接后可逆;热固性胶黏剂反之。胶黏剂良好的粘接力学性能、耐久性和可逆性是选择合适陶质文物胶黏剂的必要条件;胶黏剂的固化时间、温度条件、收缩率等是影响粘接工艺的直接因素。需要兼顾多种因素,结合胶黏剂使用性能汇总,选择适合胶黏剂的同时做好粘接信息采集、阶段性粘接效果检测、坚持多学科合作等,才能促进胶黏剂应用研究的深入和进步。