基于多臂结构抗高温高盐降滤失剂的合成及作用机制

以季戊四醇烯丙基醚为核心,合成具有多臂结构的超支化聚合物降滤失剂JHPAN,研究和分析JHPAN配制的钻井液在高温、高盐条件下的流变性能、降滤失性能和降滤失作用机制。结果表明:在加量(质量分数)为1.0%时,220℃老化前后,淡水浆的表观黏度分别为10.5和10.0 mPa·s,塑性黏度分别为9.0和11.0 mPa·s,动切力分别为1.5和1.0 Pa;在加量为1.0%时,220℃老化16 h后,饱和NaCl盐水浆的API滤失量和高温高压滤失量分别为11.8和25.5 mL;JHPAN的多臂结构中含有大量的吸附基团和抗温耐盐基团有助于钻井液高温、高盐环境下形成致密的泥饼,从而提升其降滤失效果。

“禹城式”矽卡岩型富铁矿的形成机制

山东省西北部齐河—禹城地区矽卡岩型富铁矿找矿工作取得了重大突破,有望成为继莱芜、金岭和济南之后又一个重要的富铁矿基地。与传统的矽卡岩型铁矿产于岩体与碳酸盐岩接触带不同的是,齐河—禹城地区李屯铁矿的矿体产于石炭系—二叠系含煤地层内,富铁矿体与围岩呈截然的接触关系,并且矿体附近的围岩发生了强烈的角岩化。针对这一现象,本文提出上覆的煤系极低的热导率使得含矿热液能够保持高温状态,发生长距离迁移而就位于远接触带的石炭系—二叠系中。李屯铁矿的形成可能是高温的岩浆流体与低温的大气降水混合,导致温度和盐度下降发生快速沉淀的结果。另外,近矿岩体普遍发生强烈的钠长石化,导致了闪长质岩石“铁的丢失”,为出溶高浓度富铁流体以及富铁矿的形成奠定了重要的物质基础。幔源“高分异”的闪长岩以及浅侵位时岩浆流体的出溶,也是邯邢式铁矿形成的先决条件。

“两性一度”指向下流体力学荣誉课程建设探索

文章根据“两性一度”标准,确定了流体力学荣誉课程在教学大纲重塑、教学方法创新、师资队伍建设、学生选拔和考核要求等方面的目标和原则,提出了以问题驱动为抓手、以基本概念为支点、以学习产出为导向、以虚拟仿真实践教学为拓展的荣誉课程特色。以连续方程四种形式及其与不同流动模型之间的关系为重点内容,以虚拟仿真平台中计算流体力学技术案例和现代流体测量技术进展综合性作业为典型,指出了“高阶性、创新性和挑战度”三标准在课程教学内容、虚拟教学平台和学生学习产出中的要求体现,相关探索可为工科流体力学荣誉课程及其他力学荣誉课程建设提供参考。

一种新型钾基磷酸盐无固相高密度封隔液

高温高密度封隔液是高温高压井完井关键技术之一,目前密度超过1.60 g/cm 3无固相盐水封隔液只有溴盐、锌盐或者甲酸铯溶液,溴盐毒性大,锌盐高温腐蚀性难以控制,而甲酸铯价格昂贵,难以满足高温高压井完井技术要求,开发针对高温高压井的新型无固相高密度清洁盐水封隔液势在必行。以磷酸三钾TKP为主剂并添加其他处理剂优化而成可溶性盐SW4,研发了一种新型钾基磷酸盐无固相高密度封隔液,测试了其密度调节能力、水溶液的流变性和流变模式、金属腐蚀性、高温稳定性、生物毒性等性能。结果表明,SW4封隔液常温条件下最大密度可达1.90 g/cm 3;随密度增大,其水溶液黏度上升,其流变模式为牛顿流体;密度1.85 g/cm 3的封隔液在150℃、7 d条件下对A3钢、N80钢、TN110Cr13S和TN110Cr13M钢的腐蚀速率均小于0.076 mm/a,N80钢在1.80 g/cm 3 SW4封隔液中的腐蚀性明显低于同等条件下的溴化钠、溴化钙和溴化锌,与甲酸铯相当;在同等加量条件下,SW4能够提供更多的K+,具有更优异的防膨性;高温稳定性强,能够满足高温高压井完井工况需求;生物毒性低,具有环境可接受性,可以满足作为无固相高密度封隔液加重剂的技术要求。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。

准噶尔盆地中部永进油田超深井井壁稳定钻井液技术

永进油田位于准噶尔盆地中部Ⅲ区块,储层为侏罗系西山窑组,油气埋藏深,地质构造复杂。前期勘探中采用四开制井身结构,随后调整为三开制,二开及以下地层钻进过程中复杂情况频发,井壁稳定性差,钻完井时效低,且前期已完钻井储层污染严重,制约了永进油田勘探与开发进程。为此,基于对该区超深井钻井液技术难点的分析,制定了相应的稳定井壁技术对策,据此针对二开长裸眼井段,研选聚胺强抑制钻井液体系;针对三开复杂地层,研选合成基强封堵钻井液体系。两种钻井液体系经过评价实验与现场应用,均获良好结果。评价实验结果表明,两种钻井液体系均具备较强的抑制性能、封堵性能,针对三开复杂地层的合成基强封堵钻井液体系兼具储层保护性能。两种钻井液体系在永进油田9口井的现场试验应用结果表明:(1)两种钻井液体系辅以现场施工工艺,所形成的超深井井壁稳定钻井液技术切实可行,能够保证应用井在二开长裸眼井段及三开复杂地层钻进过程中井壁稳定,起下钻通畅,中完及完井作业顺利;(2)对比前期完钻的8口井,应用超深井井壁稳定钻井液技术顺利完钻的9口井,井身质量明显提高,钻井、完井时效显著提升(平均钻井周期缩短69.61%,平均完井周期缩短65.29%,平均机械钻速提高80.88%),取得了良好的优快钻井效果;(3)钻井液对储层的污染性小,取得了良好的储层保护效果,应用井完井试油获得稳定高产工业油气流,首次实现了对永进油田油气储量的有效动用。结论认为,井壁稳定钻井液技术在永进油田超深井钻井中的成功应用,为该区块的后续勘探开发提供了有力保障,对其他区块超深井或存在井壁失稳问题井的钻井液技术研究亦有参考意义。

叶轮机械大规模CFD并行计算方法应用验证

针对叶轮机械全环模型在大规模数值模拟中的计算需求,结合叶片通道模型的周期性特征,提出了一种创新的分层几何区域分解方法。这种方法通过有效地分解计算任务,实现了在不同计算核心间的负载均衡,优化了并行计算效率。在具备300PFlops(每秒3×10^(17)次浮点计算)和200PFlops(每秒2×10^(17)次浮点计算)计算能力的高性能计算平台上,本方法能够在1~6 h内完成1.8亿网格规模的多级压气机全环求解。通过对多个典型叶轮机械的算例分析,全面验证了所提出并行方法的性能和计算精度。结果表明,各模型的计算结果与实验数据高度一致,计算误差不超过6%,确保了计算准确。在万核规模的计算任务中,所采用的并行计算方法能够实现线性加速,并行效率在90%以上,证明了其在大规模计算中的高效性。此外,本方法在国产高性能计算平台上同样表现出良好的可移植性和适应性,充分展示了其在不同硬件架构上的广泛适用性及有效性。

无轴泵喷叶片流激共振产生机理及其抑制

针对无轴泵喷异常高频梳状线谱噪声,本文研究了梳状线谱的产生原因及其噪声抑制特点。基于推进器实测噪声谱、振动谱梳状特征,初步定位梳状线谱与泵喷叶轮密切相关;进一步采用单向流固耦合分析方法,验证了无轴泵喷高频线谱来源于流激引起的叶轮面内2弯模态共振,并提出了一种在叶轮过流通道增设环筋以提高叶片支撑刚度的方案。流固耦合仿真及实测结果表明:带有环筋加强的泵喷叶轮对流激振动与噪声有明显抑制作用,梳状线谱噪声降幅达25.2~30.2 dB,且未向其他频段转移。

含添加剂双流体细水雾抑制瓦斯爆炸实验研究

针对主要威胁我国煤矿安全生产的瓦斯爆炸和燃烧事故等问题,尤其是在单一煤层综放工作面低位高抽巷内易形成瓦斯积聚,在开采过程中,又会出现顶板矸石垮落、矸石和支护金属材料撞击,很容易导致瓦斯爆炸。本文探究含添加剂双流体细水雾在瓦斯爆炸抑制方面的应用效果。基于搭建的含添加剂双流体细水雾抑制管道瓦斯爆炸实验平台,对比分析了不同惰性气体与细水雾相互作用对瓦斯爆炸的抑制规律和效果,含添加剂的瓦斯抑制机理,并研究了不同添加剂浓度、不同添加剂种类对瓦斯爆炸抑制效果的影响。探究发现细水雾分别与CO_(2)、N_(2)、He和Ar四种惰性气体作用,均对瓦斯爆炸有着协同增益的效果。对比分析了有无添加剂的细水雾对瓦斯爆炸的抑制效果,添加剂的加入明显能够提升抑制效果;添加剂的浓度及添加剂的种类对抑制瓦斯爆炸有一定影响,很大程度地减少了瓦斯爆炸的危害。本文研究为防治煤矿瓦斯爆炸提供了一项具有重要意义的主动抑爆新技术。

一种比例换向阀先导级用高速开关阀运动特性分析

为研究一种用于比例换向阀先导级的高速开关阀运动特性,通过编写UDF程序控制流体力、弹簧力和电磁力共同作用下的阀芯运动;通过动网格技术实现阀的流固耦合仿真,并获取阀芯精确的运动情况以及瞬态流场的变化。结果表明:编写的UDF程序能够精确地模拟实际工作时的阀芯运动状态,获得阀的开启时间为1.8 ms。该研究方法能够获得高速开关阀精确的运动特性,为高速开关阀产品的优化提供指导。

蔬菜膳食纤维基多菌群乳酸菌生物膜的制备、表征及其稳定性分析

试验采用自主设计的生物膜形成培养装置,以8种乳酸菌类益生菌为菌种,以MRS复合甘蓝、芹菜、黄瓜、冬瓜等4种蔬菜浆液为营养液,以营养液中的水不溶性蔬菜膳食纤维为载体,进行连续动态培养.结果表明,37℃培养7天时,形成的乳酸菌与蔬菜膳食纤维复合生物膜中的菌浓可达2.24×10^(12)CFU/g,显微表征和菌群结构分析结果表明,乳杆菌属和片球菌属均得到了富集.对获得的乳酸菌与蔬菜膳食纤维复合生物膜进行了贮存试验及模拟消化试验,结果显示25℃6个月后,活菌数仍在10^(6)CFU/g以上,模拟消化后活菌数保持在10^(12)CFU/g以上.本试验结果可为高菌浓益生菌发酵剂、益生菌包埋材料以及益生菌膳食补充剂等的开发提供理论依据及技术支撑.

一种抗超高温配位键合型低聚物降黏剂

针对高密度水基钻井液高温增稠引发的滤失量大、ECD与内耗高、流动性下降甚至完全丧失难题,在AAAMPS聚有机酸降黏剂分子中引入富含大量邻苯二酚基团的单宁酸,采用自由基聚合法研制了一种抗超高温配位键合型低聚物降黏剂AA-AMPS-TA,并通过正交实验明确了PAAT的最优合成条件。表征并评价了PAAT的降黏性能,结果表明:引入TA后,PAAT的红外光谱出现了源于酚羟基的分子内氢键吸收峰,且因其分子结构中引入了大量苯酚基团,显著提升了热稳定性,分解温度接近500℃;PAAT可降低低浓度膨润土浆和7%膨润土+8%高岭土的高浓度混合黏土浆黏度,在高密度水基钻井液体系中降黏率达26.5%,240℃热滚后降黏率达44.4%。采用Zeta电位与粒径分析验证了PAAT的吸附降黏机理,并在蓬深101井中现场应用,控制了井浆高温下黏度、切力增涨,降黏效果良好。

高等流体力学研究生专业核心课程课程思政建设探索与实践

针对高校研究生专业课程思政建设研究较为薄弱的突出问题,以高等流体力学研究生专业核心课程为例探讨研究生专业课程思政的总体实施思路、主要举措等,力求教授专业理论知识的同时,潜移默化地对研究生进行科学精神、严谨素质方面的培养,强化科研育人,研究生专业课程思政建设获得师生及同行的广泛认可。

高速轴向柱塞泵空化机制研究与优化

为降低高速轴向柱塞的空化程度,以某型号轴向柱塞泵为例,利用Pumplinx软件搭建CFD仿真模型,探究不同转速与不同吸油口压力对泵空化程度的影响,并结合MATLAB软件对离散的仿真结果进行拟合,得到转速、吸油口压力与吸油效率的变化规律曲线。研究结果表明:当柱塞腔内气体体积达到12%以上,柱塞泵吸油效率下降甚至无法吸油;通过提高吸油口压力可以有效降低柱塞腔的空化程度,提高柱塞泵吸油效率;为了保证泵在5000~6000 r/min下能够正常吸油且有较高的吸油效率,可以使吸油口压力值介于0.25~0.30 MPa之间,此时柱塞腔空化程度和吸油效率均达到相对稳定。

基于流固耦合共轨高压油管振动特性研究

为了研究流固耦合作用下共轨系统高压油管的振动特性,建立了高压油管的有限元模型。首先根据输液管道动力学方程,利用ANSYS软件分析管道附加流体质量下的湿模态特性;然后以均方根(root-mean-square)量化时程内的振动能量,研究流固耦合作用下管道不同弯头的振动响应,不同燃油脉动率、压力及激励频率对管道流致振动的影响,最后对比了共振频率下管道增设管夹前后的振动特性。结果表明:流固耦合下管道固有频率下降,在高阶模态下降率较明显,附加质量系数超0.13;不同弯头振动差异较大;振动能量与燃油脉动率呈正相关,与压力大小并无直接关系;接近自振频率下管道发生共振,振幅会急剧增大至超标;并且增设管夹后共振现象消失,振动能量下降率超90%。

喜马拉雅造山带聂拉木地区渐新世深熔作用的厘定

喜马拉雅新生代淡色花岗岩记录了地壳深熔作用和花岗岩侵位的地球化学和构造物理效应。与形成于增厚地壳条件下和伸展背景下的始新世和中新世花岗岩相比,渐新世花岗岩分布比较局限,且源区和形成机制还存在着较大的争议。位于喜马拉雅造山带中部的聂拉木地区,可见32.1Ma的含电气石黑云母的花岗岩、29.8Ma的含黑云母的花岗岩、26.6Ma的含电气石黑云母的伟晶花岗岩侵入到高喜马拉雅岩系上部。这三组渐新世花岗岩具有以下特征:(1)较高的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、K_(2)O和Na_(2)O,A/CNK>1.0;(2)Ba、Nb、Ta、Sr和Ti的负异常;(3)略微富集轻稀土,亏损中稀土和重稀土,高度变化的Eu异常和微弱的负Nd异常;(4)均一的初始Sr-Nd同位素比值,^(87)Sr/^(86)Sr(t)=0.7463~0.7471,ε_(Nd)(t)=-15.0~-14.6。此外,含电气石黑云母的花岗岩和含电气石黑云母的伟晶花岗岩具有较高的Sr和Ba,较低的Rb/Sr比值,其Rb/Sr比值与Ba和Sr含量都无相关性,表明其为富B流体参与高喜马拉雅变沉积岩含水部分熔融作用的产物。而含黑云母的花岗岩具有较低的Sr和Ba,较高的Rb/Sr比值,且其Rb/Sr比值与Ba和Sr含量显示明显的负相关关系,表明其为变沉积岩发生脱水熔融作用的产物。综合喜马拉雅造山带已有的研究成果,得出以下认识:渐新世花岗岩的源区从下地壳基性物质转变为中地壳变泥质岩,展示了源区向上迁移的过程,并经历了一期重要的岩浆热液交代作用;渐新世深熔作用记录了造山带从缩短增厚向伸展垮塌转换阶段深部地壳的响应,从而促使了高喜马拉雅岩系的折返。

高黏体系中纳米颗粒稳定气泡的形变及破裂行为

采用高速摄像机研究了微通道内高黏流体中纳米颗粒稳定的气泡在流动过程中的形态及其对下游对称Y型分岔口处气泡破裂的影响。在直通道内运动气泡呈现出弹状、哑铃状和手榴弹状3种形态,气泡的形态主要受分散相流率影响。Y型分岔口处气泡的破裂流型主要为部分阻塞破裂,吸附有纳米颗粒的气泡的破裂周期较常规气泡更大,其破裂周期之差ΔTb随毛细管数Ca变化呈现出3种不同的规律:当Ca>0.042时,ΔTb为正且与Ca呈正相关;当Ca<0.042时,存在ΔTb为正且与Ca呈负相关和ΔTb为负且与Ca呈正相关两种情况。此外,变形气泡在Y型分岔口处呈现非对称破裂行为,其破裂的非对称性与气泡的变形程度相关,当Ca大于临界毛细管数CaCr时气泡尾部直径减小的速度加快,从而加剧气泡的变形,气泡破裂的非对称性显著增大。研究表明,吸附纳米颗粒的气泡的CaCr值与无颗粒体系中气泡相同,但吸附有纳米颗粒的手榴弹状气泡的形变程度更大,破裂的非对称性也更明显。

深井超深井钻井液技术应用现状及发展展望

深井超深井最主要的难点是深部高温以及钻进距离长,成为限制其安全快速钻井最主要因素。文章根据深井超深井安全快速钻井对钻井液的核心需求,从抗高温钻井液技术的流变性调控、井壁稳定、防漏堵漏、降摩减阻4个方面分析了钻井液研发与应用中面临的难点,并对国内外抗高温钻井液技术、高温流变稳定技术、井壁强化钻井液技术、深井超深井防漏堵漏技术和抗高温钻井液润滑技术的现场应用及研究成果进行了综述。最后对国内钻井液技术研究领域存在的问题进行分析,并从基础理论研究、新型抗高温钻井液处理剂研发、油基钻井液防漏治漏等方面对深井超深井钻井液技术发展进行展望。

热流固耦合下不同载荷对光热熔盐泵转子运行稳定性的影响

光热电站熔盐泵转子系统由于其自身结构及外部载荷激励,在极端运行工况下难以维持运行稳定性。针对该问题建立有限元模型,分析了温度载荷、流场力载荷、离心力载荷等对熔盐泵转子的应力变形规律;设置4种不同轴段长度的转子模型,分析不同转子模态振型、固有频率以及临界转速等动力学特性。研究发现:转子结构中最大等效应力出现在首级叶轮叶片进口与前盖板交界处,最大变形出现在首级叶轮前盖板尾缘处,流场载荷与质量力载荷使应力与变形在叶轮上大致呈现中心对称分布,温度载荷使得叶轮产生较大的形变;对首级叶轮进行强度校核后,所选材料满足结构强度要求。模型转子的固有频率随中间轴段长度的增加而降低,湿态转子模型的固有频率略低于干态固有频率;其他转子的一阶临界转速均小于转子的设计转速,只有A9转子的临界转速满足±10%安全裕度,不易在运行过程中发生共振。研究结果对于该类型泵安全稳定运行以及在能源应用等领域具有重要的指导意义。

高温下水基钻井液核心组分微观行为分析

水基钻井液在高温下性能调控难度大,主要与核心胶体粒子的分散状态有关,而水基钻井液成分复杂,单一组分与多组分间受高温作用性能变化规律不同,对胶体粒子的分散状态均有影响。针对水基钻井液核心组分,通过高温高压流变性测试获得了膨润土胶体剪切应力-温度曲线,并测试了不同温度下胶体颗粒粒度分布,分析了黏土矿物胶体粒子在室温~220℃范围内的分散、絮凝与聚结状态及形成机制,同时利用SEM测试和黏土矿物晶层结构分析,从微观角度揭示了富含镁多孔纤维状黏土矿物胶体的高温稳定机理,此外,基于对高温热滚前后流变性和滤失量等性能变化的分析,从黏土矿物结构特征和聚合物断链、吸附特性等角度揭示膨润土/复配黏土矿物与聚合物类处理剂在高温下的互相作用机理,结合实验结果,明确了低浓度膨润土与海泡石复配胶体具有明显的高温稳定优势,为超高温水基钻井液的构建提供了理论支撑。