A study of hydrate plug formation in a subsea natural gas pipeline using a novel high-pressure flow loop

The natural gas pipeline from Platform QKI8-1 in the southwest of Bohai Bay to the onshore processing facility is a subsea wet gas pipeline exposed to high pressure and low temperature for a long distance. Blockages in the pipeline occur occasionally. To maintain the natural gas flow in the pipeline, we proposed a method for analyzing blockages and ascribed them to the hydrate formation and agglomeration. A new high-pressure flow loop was developed to investigate hydrate plug formation and hydrate particle size, using a mixture of diesel oil, water, and natural gas as experimental fluids. The influences of pressure and initial flow rate were also studied. Experimental results indicated that when the flow rate was below 850 kg/h, gas hydrates would form and then plug the pipeline, even at a low water content （10%） of a water/oil emulsion. Furthermore, some practical suggestions were made for daily management of the subsea pipeline.

高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验研究

深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5~10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。

胜利油田油藏数值模拟技术新进展及发展方向

油藏数值模拟技术是油藏分析的重要手段,是油田开发人员编制开发方案、开展动态跟踪调整、进行提高油藏采收率研究等工作的有力工具。为明确胜利油田油藏数值模拟技术的未来发展方向,回顾了胜利油田60年以来油藏数值模拟应用技术和自主知识产权软件研发的发展历程,着重总结了“十三五”以来适配油田当前地质及开发特征的特高含水期精细油藏描述、低渗透油藏压驱开发、非均相复合驱、稠油油藏多元热复合驱、CO_(2)高压混相驱、页岩油大规模压裂整体开发等多个领域的数值模拟应用技术创新性进展;介绍了涵盖水驱、化学驱、微观、智能模拟等不同方向的多款胜利特色油藏数值模拟软件的研发及应用情况。最后指出在当前胜利油田的开发形势下,油藏数值模拟在精细程度、规模、效率和协作方式等方面面临着更大的挑战,油藏数值模拟需要进一步向一体化、并行化、智能化方向发展,为胜利油田开发提质增效提供技术支撑。

基于高水压射流的盾构泥饼切割试验研究

为解决高水压射流清理泥饼布置方式无依据等问题,研制泥饼压制设备和高水压射流装置,并以强风化泥质粉砂岩作为试验材料,开展高水压射流切割泥饼试验,研究射流压力、流量、传输介质等参数对泥饼切割宽度和深度的影响。主要结论有:1)随着冲刷距离的增大,泥饼切割宽度先增大然后逐渐减小至0,而切割深度则逐渐减小;2)射流压力相同的情况下,当流量从49.1 L/min增大至110.0 L/min时,高水压射流对泥饼的切割宽度增大,当流量从110.0 L/min增加至202.8 L/min时,切割宽度反而减小,切割深度则随着流量的增加而增大;3)射流流量相同的情况下,水压力越大,则切割宽度和深度也越大;4)在水中进行泥饼切割时,高水压射流对泥饼的作用以冲刷为主,难以产生有效的切割。

不同岩性高压水射流切缝机理研究

硬岩掘进机在高强度岩体中存在掘进速度低、滚刀磨损快等问题,高压水射流可在掌子面切缝以降低岩体完整性,从而提升滚刀破岩性能,探究高压水射流切割岩石机理是研究高压水射流辅助TBM掘进的重要一环。运用高压水射流数控平台分别对砂岩、大理岩和花岗岩进行了高压水射流切割试验,射流压力从150MPa增至300MPa。通过观察岩石表观损伤、测量切缝深度与宽度获得岩石宏观破坏特征,发现在高压水射流作用下砂岩表面主要以笔直切缝为主,大理岩表面产生连续破碎带,花岗岩表面则产生较大破碎坑,但破碎坑数量明显较少。通过破岩碎屑的筛分试验及射流切槽周边荧光裂纹显现分析岩石损伤特征,发现砂岩切缝形成主要以射流的侵蚀作用为主,颗粒间的胶结物被冲刷剥落,高压水射流的冲击作用不明显,切缝横截面处未发现微裂纹。2种强度更高的结晶岩同时受到高压水射流的侵蚀作用与冲击作用影响,大理岩主要发生穿晶破坏形成“长颈漏斗”形切槽,花岗岩则在水楔作用影响下发生更多沿晶破坏,最终形成较大破碎坑。

坚硬顶板高压磨料射流侧向切顶煤柱卸荷技术研究

针对坚硬顶板下临空巷道存在的高应力、大变形、难支护等问题,分析了磨料射流能量分布情况,研究了磨料颗粒及高压水射流的冲击破岩作用。基于“砌体梁”原理,建立不同岩性条件下的岩层周期破断力学模型,研究了巷道侧向切顶条件下上覆岩层断裂情况,采用数值模拟分析切顶前后煤柱应力变化情况,提出了磨料射流侧向切顶煤柱卸荷技术。现场试验结果表明,采用磨料射流切顶后巷道高度变形量减小38.7%,宽度变形量减小45.8%,巷道变形得到有效控制。同时,切顶后每日最大总能量降低85.5%,平均每日总能量降低82.6%。验证了磨料射流侧向切顶对坚硬顶板的弱化效果,为坚硬顶板弱化治理提供了一种新的技术手段。

高含量低透性近水平煤层控制性水力割缝技术

基于高压水射流割缝的技术原理和特点,针对云南省朱家湾煤矿煤层“硬度系数大、瓦斯含量高、低透气、抽放时间紧”的特点,结合矿井目前的实际采掘部署和生产情况,提出工作面“钻割一体化”的瓦斯治理增透措施,并在矿区内已经施工抽采钻孔的工作面开展试验研究.通过现场研究表明:采用“钻割一体化”增透技术,能有效提高煤层裂隙发育程度,改变和降低煤层原始应力和瓦斯含量,增大煤层瓦斯流动空间,成功消除煤层的突出危险性.试验数据显示,煤层在水力割缝后单孔瓦斯抽采量增加到原来的3.7倍,工作面抽采达标时间缩短一半,成功缓解了矿井采掘接替紧张的局面.该试验的成功,为本矿井及类似矿井的瓦斯治理提供依据和经验.

坚硬顶板气相切顶预裂卸压技术应用研究

坚硬顶板采场存在垮落困难或步距较大的问题,这导致矿压显现剧烈、围岩严重变形以及高成本低效返修等一系列难题。为了解决这些问题,利用气相切顶预裂卸压技术的高安全性和高效能等优势,综合实施“超前实施,联合治理”策略来控制采场围岩。基于对采场采动应力分区分析的研究,系统设计了气相切顶预裂卸压方案的具体参数,并成功地将其运用于现场。在实施过程中,通过使用高压注水和监测围岩变形等手段验证了气相切顶预裂卸压技术的良好效果。该研究成果为类似坚硬顶板条件下的采掘工程提供了宝贵经验。

一种高温高压井用小直径切割器设计及性能研究

针对高温高压小水眼油气井下管柱切割问题,设计了一种外径为Φ36 mm的小直径切割器,首次采用切割器两端同时起爆方式对钻杆进行切割,对其作用过程进行了仿真,并通过地面试验和井下试验对切割器的切割效果进行了验证。结果表明:该切割器能够在压力为95 MPa、温度为160℃的井下进行切割作业,实现对水眼大于等于Φ41 mm的多种规格钻杆的切割,且一次性切断钻杆,切割后切割装置接头无粘连、翻边小。本研究可为工程测井和油气资源的深层勘探开发提供技术支持。

大巷高位爆破切顶控制综采工作面采动压力方案研究

山西长榆河煤业在回采15号煤层时采动动压和采空区岩层移动均对东翼胶带大巷和东翼辅助运输大巷有较大的压力显现,出现顶板下沉、底鼓、两帮收敛、工字钢棚变形等现象。针对这一问题,为了保证该矿东采区15108工作面安全顺利开采,决定进行切顶卸压工程。通过分析研究,决定在东翼辅运大巷进行超深孔高位切顶爆破,并对关键层、爆破钻孔布置和参数等进行了研究设计。实践表明,设计的切顶爆破方案实施效果良好,工作面的回采动压被有效阻断,回采期间几乎没有压力显现。

高水充填留巷技术在综采工作面应用研究

为实现30505综采工作面回风巷高效安全留巷,针对回风巷顶板坚硬、采面矿压显现明显以及开采煤层瓦斯含量高、具有自燃发火倾向等问题,提出将高水充填留巷技术应用到30505回风巷留巷中,并通过切顶卸压方式为留巷段创造相对良好应力环境。对切顶卸压技术及高水充填留巷技术布置方案进行详细分析,并进行工程应用。现场应用后,30505回风巷留巷段围岩变形量及漏风量风均较小,取得较好留巷效果。

中小跨径、低高度连续箱梁体外预应力加固技术研究

结合某实际中小跨径、低高度连续桥梁结构,对其实施体外预应力加固。当体外索穿越墩顶横梁时,采用高压水切割技术从墩顶开槽的方式,不仅有效地增大体外索的有效高度、提高了体外索的有效性,而且作业空间不受限制,作业范围得到精确控制,作业时无振动,对钢筋(钢束)无损伤,有保护桥梁结构,效率高等优点。加固后桥梁结构扰度、应力改善明显,可为其他类似工程提供参考和借鉴。

大埋深综采煤层沿空留巷变形联合控制技术

为了解决大埋深综采煤层沿空留巷围岩变形问题,以梧桐庄煤矿182605工作面为工程背景,通过现场调研、理论分析与方案设计,提出了“巷道超前补强加固支护+切顶卸压爆破技术+高水材料沿空留巷巷旁支护”联合控制技术体系,并结合现场实测数据验证了该方案的可行性。工程实践表明:联合控制支护体系实施后,对巷道围岩的变形起到了有效控制作用,截止距离工作面开切眼293 m时,两帮移近量和顶底板移近量呈现先上升后逐渐减小,最终趋于平稳;受损单体液压点柱仅占比4.1%;该技术已成功实施沿空留巷640 m,巷道变形控制在允许变形范围内,整体留巷效果较好。

基于深度学习的高压水鱼片切段装置控制系统设计

为了实现鱼片的自动化、节能化切段操作,设计了一种基于深度学习的识别鱼片轮廓并规划切割路径的控制系统。使用深度学习模型对采集到的鱼片图像进行实例分割,根据识别结果规划切割路径,并由固定有高压水喷嘴的切割执行机构完成鱼片切段作业。目标检测试验中,在Mask R-CNN的基础上改进算法,加入Mosaic数据增强方法,主干网络使用ResNetXt50并加入注意力机制SKNet。改进后的模型检测精度达到98%,平均检测时间为0.058 s,相对于以ResNet50为主干网络的原模型,在检测时间仅增加0.001 s的基础上将检测精度提高了9.9%。鱼片切段试验中,平均切割合格率达到90%。研究表明,该系统可准确快速识别鱼片轮廓,高效完成鱼片切割作业,为未来向着智能化方向发展的水产品加工行业提供了新思路。

高含水期井下分层采油管柱封隔器压力测试技术创新

井下封隔器装置是油气井设备系统的关键部件。由于目前注水技术较差,导致压力测试结果难以达到预期效果。研究利用三维有限元分析确定数据状态,分析当采油管处于压裂状态下,不同管柱的压力分布状态,通过分层分析建立关注封隔压力预测模型,计算得出密闭空间内的环空压力、流体介质由于温度影响及外界压力影响的总体积变化,得出封隔器内环空压力。利用数值建立有限元分析模型,对高含水期井下分层采油管柱封隔器进行压力测试。实验结果表明,本文提出的高含水期井下分层采油管柱封隔器压力测试方法具有很强的测试能力,测试结果准确率高达99%,对于实际应用有积极的意义。

高压润梗水分控制系统的设计与应用

根据预先作用和空间分离的原理,利用现有蒸汽增压烟梗回潮机进料气锁转子的槽型结构,设计一套加水系统,在高压蒸汽回潮前,先进行一次加水回潮,以提高高压润梗出口水分。试验结果表明,高压润梗出口水分对梗丝的整丝率、碎丝率、填充值均有显著影响。以真龙品牌配方烟梗为原料,当高压润梗出口的烟梗水分提高至32.5%左右时,梗丝的填充值、整丝率、碎丝率等指标均有明显改善,且保留了高压润梗梗丝的内在品质。

大线速度下超高压水射流破岩试验研究

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%~82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%~85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%~42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%~85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。

基于微观孔喉结构的剩余油形成机理与动用界限研究

根据剩余油形成机理与动用界限提出相应开发策略,对改善高含水期开发效果具有重要意义。首先,利用岩心驱替实验与T2谱相结合方法,分析了高倍数驱替下剩余油在不同孔喉半径中的分布规律;然后建立大、小孔喉微观并联模型,应用伯肃叶流动方程,揭示了原油在小孔喉中的滞留机理及临界驱替压力梯度;最后将大、小孔喉转化成油藏尺度下的高、低渗流层,考虑启动压力梯度,采用迭代法确定了滞留剩余油动用技术界限。结果表明,随着驱替倍数的增加,半径大于50μm大孔喉中的原油不断驱出,水相逐渐变为连续相,明显干扰半径10~50μm小孔喉中的原油流动,从而小孔喉形成“注水绕流式”滞留剩余油;此时小孔喉平均半径为35μm,对应的临界驱替压力梯度为0.06 MPa/m;确定剩余油有效动用技术界限,随着驱替压力梯度增大,驱油效率增加速度先加快后变缓。渤海SZ油田高含水期采取水平井联合定向井分层系开发模式,驱替压力梯度提高1.8倍,采油速度提高0.8个百分点,水驱采收率提高16.8个百分点,极大改善开发效果,进一步发展和丰富陆相稠油油田高效开发理论。

地铁项目富水砂层高压旋喷桩技术应用研究

本文结合南京地铁五号线光华门站配套项目,在分析研究工程富水砂层地质和水文特点的基础上,深入研究了高压旋喷桩止水帷幕施工技术要点。并针对成桩质量问题,采取坑内袖珍阀导流和基坑外注浆加固的方法,有效解决了富水砂层地下水渗流问题。

用于钢丝绳芯输送带制样的高射水刀切割机研制

目前钢丝绳芯矿用输送带检测试样的制备较繁琐,主要靠人工制样,存在尺寸偏差、外形不稳定的瑕疵,给检测结果带来误差。本文用高射水刀进行钢丝绳芯输送带制样,结合检测标准对样品的尺寸及规格要求,研制了自动制样的高射水刀切割机。结果表明:通过五轴切割平台和样本训练修正后的斜度模型解决了钢丝绳切割面不垂直的问题。防飞溅平台设计减少了切割产生的有害物质,避免了对制样人员造成的伤害。