Beneficial Applications and Deleterious Effects of Near-Infrared from Biological and Medical Perspectives

Over half of solar energy consists of near-infrared and a wide range of preventative mechanisms have been evolutionarily maintained in organisms to protect against effects of near-infrared. However, the biological effects of near-infrared have not been investigated in detail. Despite the essential requirement of a water-filter to imitate solar near-infrared filtered by atmospheric water, previous studies used near-infrared resources without a water-filter or a cooling system. With these methods, near-infrared energy is primarily absorbed in the superficial tissues, thus these approaches are unable to sufficiently evaluate the biological effects of solar near-infrared that reaches human tissue. We have elucidated that near-infrared (1100 - 1800 nm together with a water-filter that excludes wavelengths 1400 - 1500 nm) non-thermally affects the skin into the deeper tissues. The biological effects of near-infrared have both beneficial applications and deleterious effects. Near-infrared induces collagen and elastin stimulation, which achieves skin rejuvenation and skin tightening, and induces long-lasting vasodilation that may prevent vasospasm and be beneficial for ischemic disorders. Near-infrared also relaxes and weakens dystonic and hypertrophic muscles to reduce wrinkles and myalgia. Nearinfrared is an essential tool in cancer detection and imaging, and induces drastic non-thermal DNA damage of mitotic cells, which may be beneficial for treating cancer. Activation of stem cells by near-infrared may be useful in regenerative medicine. However, continuous near-infrared exposure induces photoaging and potentially photocarcinogenesis. Humans have protective mechanisms against near-infrared on multiple levels, including perspiration, blisters, vasodilation, hair, skin, adipose tissue, and cotton or wool clothing. Further protection should be considered, as biological effects of near-infrared are significant, and standard sunscreens and glasses cannot sufficiently block near-infrared. This paper reviews the effects of near-infrared and introduces the new findings of near-infrared from a biological point of view.

旋翼近水面效应影响因素

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响。对于直径0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果。

近井地带高含水饱和度对火驱开发效果影响的实验

火驱技术是注蒸汽开发后的有效接替技术,然而注蒸汽后近井地带储层形成的高含水饱和度对火驱的点火、火线推进和开采效果的影响尚未明确。利用燃烧管实验装置将高含水饱和度的油砂填充到注气端附近,以模拟近井地带储层的高含水饱和度,并研究了近井地带储层的高含水饱和度对火驱的点火、火线推进特征及开发效果的影响。结果表明:近井地带储层的含水饱和度高达91.7%时,依然可以实现成功点火,形成有效驱替。近井地带储层的水能起到蒸汽驱油作用,加快火线的推进速度,缩短油墙的形成时间,从而导致火驱受效时间提前,但也会降低火驱过程中的燃料消耗量和氧气利用率,导致火线前缘的燃烧效果变差和原油采收率的降低。研究成果可为蒸汽吞吐后转火驱技术的现场应用提供理论参考。

近水密度调堵球智能封堵可视化模拟实验设计及装置

近水密度调堵球注入工艺受井筒工作液密度、流体流速和井斜角等因素的影响,导致密度窗口调整精度低,进而造成调堵球的井筒坐封困难以及调堵措施有效率低。根据现场工况,研制了近水密度调堵球智能封堵可视化模拟实验装置,可准确模拟近水密度调堵球不同工况下的封堵率。实验结果表明:近水密度调堵球运移携带液体的最佳流速为12.20~15.70 L/min,单一密度调堵球封堵率较低,仅在水平井工况可实现60%~80%的封堵率;复合密度调堵球适用于不同井斜工况,炮眼封堵率可达到100%。该装置的模拟工况与现场施工工况符合度高,可为油田生产中注水、酸化等调堵措施的工艺参数设计提供指导。

高压水射流处理地层的机理及试验

介绍了高压水射流深穿透处理地层解堵的三种物理机理，即低频旋转水力波、高频振荡射流冲击波和空化噪声超声波。实验室测试了解堵工具的旋转速度特性、冲击压力特性和射流冲击压力随喷距的变化规律。结果表明，随着泵压的增加，解堵工具的旋转速度增大，射流对套管壁面及炮眼冲击力也随之增大。在泵压一定的条件下，随着喷距的增加，射流冲击压力逐渐减弱。在试验的泵压２０．０ＭＰａ条件下，射流压力作用深度可达６００ｍｍ以上。经辽河油田２３口油井现场试验表明，高压水射流深穿透解堵技术平均单井增油幅度达２０％～５０％，有效率９０％以上，有效期９０ｄ以上，是高含水期油田强化生产、增产增注、提高采收率的一种高效新技术。

不同退化程度草地土壤碳、氮对人工湖的时空响应

在不同退化草地上建造人工湖泊,可能会改善毗邻退化草地的生态环境,影响退化草地土壤中养分的流动,加快退化草地的修复。本研究分析了建造人工湖泊后3年内(2014–2016年)湖泊毗邻的不同退化程度草地土壤含水量及碳、氮含量在不同湖距(10、60、100、150、250和600 m)上的动态变化。结果表明,在建湖3年这个短时期内,不同退化草地土壤含水量和土壤养分(有机碳、全氮)形成了近湖效应,即近湖区土壤含水量和养分含量高。轻度、重度退化草地土壤含水量在建湖3年后差异性被削弱。上层土壤(0–10 cm)含水量、有机碳和全氮含量高于下层土壤(10–20 cm),重度退化草地养分低于轻度退化草地。2016年,距湖150 m处土壤全氮含量表现为重度退化草地(2.03 g·kg–1)小于轻度退化草地(2.78 g·kg–1)。2016年重度退化草地土壤距湖10、60、150和250 m处的有机碳含量分别增加了10%、44%、48%和54%;轻度退化草地土壤有机碳仅在距湖10 m处随年际的推移而增加了53%。综上,人工湖影响毗邻退化草地土壤中养分流动,尤其在距离上有显著的影响,并表现出一定的规律性。

裂隙水作用下近水平地层滑坡破坏机理研究

在近水平甚至反倾地层中发生滑坡的可能性较低,但在我国三峡库区万州区近水平的侏罗系地层中发育有大量的具缓倾角滑面的滑坡,对其成因机理研究具有重要意义。基于弹塑性力学的相关理论和摩尔库伦强度准则,将近水平地层滑坡进行模型简化,对后缘陡倾裂隙中充水导致滑面滑动的问题进行定量化研究。运用弹性力学方法,探讨后缘裂隙中不同充水高度时滑面的破坏情况,分析滑面破坏的动态演化过程,并针对近水平地层滑坡提出一种稳定性计算的方法,对近水平地层滑坡成因机理认识以及该类滑坡防治设计具有参考价值。

CO2近混相驱的关键科学问题与展望

CO2驱是一种具有广阔前景的提高油藏采收率的方法。自上世纪60年代以来,诸多学者对CO2驱进行研究,开展了多项室内实验和矿场试验。CO2注入对原油的影响非常复杂,主要包括:溶解、膨胀、降粘、扩散和传质等,各机制相互耦合、协同作用。原油组成不同,微观上各机理所起作用各异。另外,杂质气体的混入、水盾对油气体系的分隔以及孔隙尺度效应的存在,加剧了各微观机理作用机制的差异。本文综述了当前国内外CO2驱油现状,并结合油气勘探开发的实际需求,阐述了CO2驱油技术在油田推广应用的现状和问题。目前,对于CO2驱油的研究以及现场应用对最小混相压力过度关注,使得能否实现混相成了油田实施CO2驱油的决定因素。许多具有优势条件的油藏,仅仅因为无法达到最小混相压力而被否决。因此,针对工程实践更易实现的CO2近混相驱技术,提出了限制其发展的三大主控因素,探讨并展望了该技术未来的应用前景和发展方向。室内实验和矿场试验已充分证明了CO2近混相驱技术在改善油田开发效果方面的优势。较低的注入压力和操作成本,明显放宽了传统混相驱技术对我国普遍存在的储层条件、原油品质和气源匮乏等的限制。然而,近混相的定义并未完全统一,压力区间的确定方法仍属空白,典型特征和驱替机理尚未明确。实际应用过程中,"杂质气体混入"、"水盾阻隔"及"孔隙尺寸效应"对近混相的影响不可避免。非纯条件下产出气中CO2的浓度下限如何确定,油、气、水三相条件下的绕流、错流和马格朗尼流等不同形式的水盾阻隔效应如何表征,润湿性、孔隙分布和孔隙尺寸效应如何影响混相程度,各因素之间如何协同作用等诸多问题,亟待开展深入研究,以应对我国CO2近混相驱技术在推广和应用过程中的关键科学问题和随之而来的工程问题。

水控对冬小麦生长发育的影响

对限水条件下冬小麦的生长发育状况作了研究。结果表明：水分胁迫条件下植株生长受阻，绝对生长速率减慢，小麦生育后期绿叶面积迅速衰减，光合强度下降，早衰严重；研究发现，绿叶面积的稳定时间与灌水时间具有“临近效应”；穗下茎可作为土壤水分状况的良好指示性状。

特近层间距下分层掘进工作面水害防治技术研究

大柳塔煤矿活鸡兔井12煤复合区煤层厚度10 m,采用分层开采,上分层4 m厚度已回采完毕,在采空区低凹段存在大量积水,下分层巷道掘进期间存在水灾隐患。为了预防水灾事故,保证掘进安全,大柳塔煤矿采取超前研究确定上覆采空区积水区范围、施工钻孔有效泄放积水,加强排水系统管理并制定水害应急预案等综合技术手段,实现了工作面安全掘进。

Chemometric methods for extracting information from temperature-dependent near-infrared spectra

Temperature-dependent near-infrared(NIR) spectroscopy is a new technique for measuring the NIR spectra of a sample at different temperatures. Taking the advantage of the temperature effect, the technique has shown its potential in both quantitative and qualitative analysis. The technique has been proved to be powerful in determination of the analytes in complex samples,particularly in studying the functions of water in aqueous systems due to the significant effect of temperature on the NIR spectra of water. Because of the complicated interactions in the samples and the overlapping of the broad peaks in NIR spectra, it is difficult to extract the temperature-dependent information from the spectra. Chemometric methods, therefore, have been developed for improving the spectral resolution and extracting the temperature-induced spectral information. In this review, recent advances in the studies of chemometric methods and the applications in resolution, quantitative and structural analysis of temperature-dependent NIR spectra were summarized.

水力压裂微注测试“水击效应”分析法及应用

通过阿根廷San Jorge盆地水力压裂微注测试资料分析发现:分析停泵瞬间泵压曲线的“水击效应”,能够快速定性分析液体造缝缝宽、造缝空间情况及加砂的难易程度。与常规压力恢复测试及小型压裂测试方法相比,成本低、效率高、测试方法简单快捷。