Variable frequency of pulse hydraulic fracturing for improving permeability in coal seam

Variable frequency,a new pattern of pulse hydraulic fracturing,is presented for improving permeability in coal seam.A variable frequency pulse hydraulic fracturing testing system was built,the mould with triaxial loading was developed.Based on the monitor methods of pressure sensor and acoustic emission,the trials of two patterns of pulse hydraulic fracturing of single frequency and variable frequency were carried out,and at last fracturing mechanism was analyzed.The results show that the effect of variable frequency on fracture extension is better than that of single frequency based on the analysis of macroscopic figures and AE.And the shortage of single frequency is somewhat remedied when the frequency is variable.Under variable frequency,the pressure process can be divided into three stages:low frequency band,pressure stability band and high frequency band,and rupture pressure of the sample is smaller than that of the condition of single frequency.Based on the Miner fatigue theory,the effect of different loading sequences on sample rupture is discussed and the results show that it is better to select the sequence of low frequency at first and then high frequency.Our achievements can give a basis for the improvement and optimization of the pulse hydraulic fracturing technology.

CONTROL STRATEGY FOR ELECTRO-HYDRAULIC POSITION SERVO SYSTEM WITH GENERALIZED PULSE CODE MODULATION

A hybrid control strategy has been designed and developed for the electro-hydraulic posi-tion servo control system with generalized Pulse code modulation （GPCM）, which is suitable for the area where the work condition is poor and a large flow rate is required. It is difficult to control the GPCM system because the system is discrete. With consideration of the stability and speediness of the GPCM position servo control system, a control strategy is developed through the theoretical and ex-perimental analyses. The control strategy integrates the merits of Bang-Bang control, PID control and fuzzy control. With this hybrid control strategy, the electro hydraulic control system has good per-formances, and the servo control is carried out with GPCM through on-off valves.

正负脉冲电压驱动的电磁螺纹插装阀动态特性分析

提出了一种基于PWM技术的正负脉冲电压控制策略,用于提高锥阀式电磁螺纹插装阀启闭动态响应速度,使其满足数字液压技术的要求。在分析电磁螺纹插装阀结构和工作原理基础上,建立了电磁螺纹插装阀的数学模型,并在AMESim软件中搭建电磁螺纹插装阀及其测试系统的多物理场耦合建模,研究不同正负脉冲电压持续时间条件下电磁螺纹插装阀线圈电流、阀芯位移、电磁力的变化规律,确定了电磁螺纹插装阀响应速度最快时正负脉冲电压控制策略的最优控制参数。利用半实物仿真系统搭建SCV硬件在环测试实验台,对所提正负脉冲控制策略进行验证。实验表明,与常规电压控制策略相比,当正负脉冲电压控制策略中正负脉冲电压持续时间都为10 ms时,电磁螺纹插装阀的开启时间由30 ms缩短到13.5 ms,其关闭时间由139 ms缩短到14 ms。研究结果为电磁螺纹插装阀的高响应化和数字液压技术的发展提供参考。

低透气性煤层高压脉冲射流割缝-压裂增透技术应用研究

针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方案在瓦斯抽采效果方面显著优于其他方法,与普通抽采、高压脉冲射流割缝、高压水力压裂抽采瓦斯相比,其平均每日抽采瓦斯浓度分别提高了3.01倍、1.41倍和1.67倍;平均每日抽采瓦斯纯流量也相应提升了2.86倍、1.42倍和1.62倍。经过90 d的抽采,该方案的抽采影响半径达到了5.06 m,分别为普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂抽采方案的2.56倍、1.25倍和1.29倍;在抽采效果相同的条件下,钻孔施工时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了60%、32%和20%,瓦斯抽采达标所需时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了70%、50%和62%。高压脉冲射流割缝导向压裂技术对低透气性煤层瓦斯治理效果较为理想,可供类似矿井借鉴。

高流量脉冲作用下河流交汇区鱼类水力生境指标时空变化

干支流交汇区是鱼类生存栖息和洄游迁徙的重要场所,交汇区水文条件复杂,水流结构时空演替变化,将对鱼类水力生境指标变化产生直接影响。研究高流量脉冲条件下河道交汇区鱼类水力生境指标的变化特征,对河流生态系统保护具有重要意义。以长江与嘉陵江交汇区为例,采用三维水流数值模拟方法,分析鱼类水力生境指标时空分布与高流量脉冲过程的响应关系。结果表明:涨水过程干支流顶托作用增强,交汇区弯曲河道凹岸及河底深槽处出现最大流速,凸岸分离区回流区宽度减小;栖息地适宜度指数SH大于0.8的区域在深槽和边滩间移动,随涨水过程向河底及凸岸边壁偏移,随落水被压缩至凹岸深槽及边滩;高流量脉冲条件下,交汇区微生境适宜性面积A随涨落水呈先增大后减小的变化趋势,A峰值出现在高流量脉冲峰值附近。

PEMFC新型冷却流道的数值模拟

质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中,化学反应会产生大量的热量,需要通过高效的冷却设计来带走这些热量。为了使燃料电池的温度更加均匀并提升燃料电池的效率,设计了一种新型仿生叶脉形冷却流道,采用计算流体力学(CFD)方法,与平行冷却流道、蛇形冷却流道在冷却流场的最高温度、进出口温差、温度均匀性和压降特性等方面进行对比研究。研究结果表明:与传统的平行和蛇形冷却流道相比,在相同的冷却条件下,仿生叶脉形冷却流道温度均匀性最好。此外,虽然蛇形冷却流道的冷却性能优于平行流道,但会导致更高的压力损失。与两种传统流道相比,在相同的冷却条件下,仿生叶脉形冷却流道不仅冷却性能最好,最高温度值降低到346.6 K,其冷却板温度均匀性UT更好,而且进出口压力差最小,造成的压降损失更小。

清管过程排液喷发与超压瞬态模拟安全评估

针对清管过程中起伏地形管道水试压后清管器的不稳定运动,不仅影响管道稳定运行,严重时甚至会造成爆管事故的现象,文章介绍了清管器进入下倾管的4个过程,最后一个阶段出现气液喷发现象,结合流体质量和运动方程,清管器动力方程和气液喷发模型,提出了水试压后清管过程的瞬变水力模型,模拟管道流体流动状态、跟踪清管器运动状态,并预测管道的水力脉冲值,进行安全评估。模拟结果与两次清管爆管事故的数据基本一致,结果验证了所建立模型的正确性,计算结果可靠,可为现场制定清管方案提供可靠、有效的理论依据,有助于保障管道安全运行。

基于射流脉冲三通的桁架喷灌机水力性能试验

为了研究安装射流脉冲三通的桁架喷灌机与普通桁架喷灌机水力性能的差异,试验喷灌机搭载4个距地面高度1 m的Nelson D3000型折射式喷头,分别设置100、150、200 kPa 3种进口压力和3.0、3.5、4.0 m 3种喷头组合间距进行全因素组合试验。通过间距500 mm的5列9行雨量筒阵列集水,测试了安装射流脉冲三通喷灌机的定喷、行喷水量分布和安装普通三通的行喷水量分布。结果表明:定喷试验时,在100、150、200 kPa进口压力下,4 m喷头组合间距的克里斯琴森均匀系数Cu与分布均匀性系数Du均最高,分别大于90%和84%;行喷试验时,在100、150、200 kPa进口压力下,脉冲组的水深峰值比对照组分别降低了27.1%、27.9%、28.6%,克里斯琴森均匀系数Cu分别提升了17.1%、12.6%、3%,分布均匀性系数Du分别提升了24.2%、11.2%、9.5%。射流脉冲三通提供的脉冲流能够有效降低桁架喷灌机的峰值喷灌强度并提高水量分布均匀性。

液压波形器动态特性分析及波形控制方法研究

制动技术的发展对国防建设、航空航天技术研究以及农业工业技术的进一步发展都具有重大意义。基于液压节流耗能原理,建立描述波形器动态特性的非线性数学模型并进行数值仿真,同时对影响波形器性能的几个重要参数进行了讨论分析,探究如何通过有规律地对波形器参数进行调整,使所产生的波形幅值和脉宽符合冲击实验所需的脉冲波形要求并使末端平稳归零,以此来提高加速度波形的置信度。液压波形器的波形调节简单,实现了对波形器的多样化设计,可保证生产实际的需要。

水力脉冲在储层内传播及衰减性研究

为优化脉动注水参数,提高水力脉冲在储层中作用距离,减小脉冲衰减,开展了水力脉冲在储层内传播、衰减性研究,通过数值方程解析和Abaqus有限元分析,形成对水力脉冲在储层内传播、衰减性的认识,并指出水力脉冲有效作用范围。研究结果表明:脉冲频率和脉冲幅值对于脉冲压力幅值衰减影响较大,脉冲频率和幅值增加,衰减速度呈现加快趋势;储层渗透率和注入流体黏度对脉冲能量衰减影响较大,渗透率越低,其脉冲衰减越快,脉冲注水的效果要好于脉冲注高黏化学剂体系;为减小脉冲衰减、提高作用距离,应尽量减小脉冲频率(<1 Hz)、增加脉冲压力幅值,脉冲复合注入高黏化学剂时,尽量采用交替注入的方式。

高频脉冲雷达在水工混凝土质量检测中的应用

为提高输水工程中水工混凝土质量检测的可靠性与先进性,本文结合工程实例,采用高频脉冲雷达方法对输水工程中水工混凝土进行全过程检测,并系统阐述其检测方法与流程。结果表明,高频脉冲雷达方法质量检测误差均在允许偏差范围内,相比于传统探地雷达检测技术,抗干扰程度有明显改善。该研究成果对提高雷达波在水工混凝土质量检测精度具有参考价值。

High Speed On/Off Valve Control Hydraulic Propeller

The work-class remotely-operated-underwater-vehicles（ROVs） are mainly driven by hydraulic propulsion system,and the effeciency of hydraulic propulsion system is an important performance index of ROVs.However,the efficiency of traditional hydraulic propulsion system controlled by throttle valves is too low.Therefore,in this paper,for small and medium ROVs,a novel propulsion system with higher efficiency based on high speed on/off valve control hydraulic propeller is proposed.To solve the conflict between large flow rate and high frequency response performance,a two-stage high speed on/off valve-motor unit with large flow rate and high response speed simultaneously is developed.Through theoretical analysis,an effective fluctuation control method and a novel pulse-width-pulse-frequency-modulation（PWPFM） are introduced to solve the conflict among inherently fluctuation,valve dynamic performance and system efficiency.A simulation model is established to evaluate the system performance.To prove the advantage of system in energy saving,and test the dynamic control performance of high speed on/off valve control propeller,a test setup is developed and a series of comparative experiments is completed.The smimulation and experiment results show that the two-stage high speed on/off valve has an excellent dynamic response performance,and can be used to realize high accuracy speed control.The experiment results prove that the new propulsion system has much more advantages than the traditional throttle speed regulation system in energy saving.The lowest efficiency is more than 40%.The application results on a ROV indicate that the high speed on/off valve control propeller system has good dynamic and steady-state control performances.Its transient time is only about 1 s-1.5 s,and steady-state error is less than 5%.Meanwhile,the speed fluctuation is small,and the smooth propeller speed control effect is obtained.On the premise of good propeller speed control performance,the proposed high speed on/off valve control propeller can improve the effeciency of ROV propulsion system significantly,and provides another attractive ROV propulsion system choice for engineers.

Modeling, analysis, and screening of cyclic pressure pulsing with nitrogen in hydraulically fractured wells

Cyclic pressure pulsing with nitrogen is studied for hydraulically fractured wells in depleted reservoirs.A compositional simulation model is constructed to represent the hydraulic fractures through local-grid refinement.The process is analyzed from both operational and reservoir/hydraulic-fracture perspectives.Key sensitivity parameters for the operational component are chosen as the injection rate,lengths of injection and soaking periods and the economic rate limit to shut-in the well.For the reservoir/hydraulic fracturing components,reservoir permeability,hydraulic fracture permeability,effective thickness and half-length are used.These parameters are varied at five levels.A full-factorial experimental design is utilized to run 1250 cases.The study shows that within the ranges studied,the gas-injection process is applied successfully for a 20-year project period with net present values based on the incremental recoveries greater than zero.It is observed that the cycle rate limit,injection and soaking periods must be optimized to maximize the efficiency.The simulation results are used to develop a neural network based proxy model that can be used as a screening tool for the process.The proxy model is validated with blind-cases with a correlation coefficient of 0.96.

动态水压间歇脉冲喷灌喷洒水力性能研究

动态水压喷洒和基于脉冲宽度调制的间歇喷洒对喷头喷洒水力特性均有显著调节作用,为充分发挥动态水压和间歇喷洒的技术优势,本研究通过压缩空气储能调节同步实现动态水压和间歇脉冲喷洒,基于此开发出新型动态水压间歇脉冲喷灌装置,并对动态水压间歇脉冲喷洒条件下的喷灌水力性能指标进行了实测和计算。结果表明,动态水压间歇脉冲喷洒模式下,喷头工作压力呈“急速上升—波动下降—急速下降”三阶段变化趋势,喷头流量较恒压连续喷洒降低70.23%~82.77%;径向喷灌强度呈双峰型分布,峰值喷灌强度为连续喷洒下的12.7%~33%;喷洒水量分布均匀度较连续喷洒有小幅降低5.8%~14.1%,且可通过运行参数优化进一步提升;水滴对表层土壤的打击强度显著降低,动能强度峰值降幅50.6%~70.9%。研究结果表明动态水压间歇脉冲喷洒可灵活实现喷洒水力性能指标的同步提升,具有较大应用潜力。

飞机液压系统压力测试抗脉冲技术研究

为解决飞机液压系统压力测试过程中,由于脉冲压力作用,传感器易受到损坏的问题,开展抗压力脉冲技术研究。通过设计一种在传感器内部对脉冲进行缓冲分流的结构,进行分析计算及试验考核验证,结果表明:一种对脉冲进行缓冲分流的结构,可在不增加传感器尺寸、测试占用空间和压力密封环节的条件下,有效解决压力传感器受到脉冲压力易损坏的问题,满足GJB 3849《飞机液压作动筒、阀、压力容器脉冲试验要求和方法》规定的压力脉冲耐久性试验考核要求;通过对压力测试响应频率的影响进行分析及试验验证,表明该结构的传感器满足压力信号频率在300 Hz以下的飞机液压系统静态压力测试需求。

井下电动液压坐封工具研制与试验

传统桥塞作业采用火药爆炸坐封,存在火工品审批周期长和对专业作业队伍依赖大等问题,井下试井用的压力计悬挂器主要采用钢丝上提震击器的冲击力对其坐挂,对于超深井钢丝长冲击力难以施加。针对上述难题,研制了电动液压坐封工具,可对桥塞/悬挂器施加拉力,进行直接坐封,避免了以上难题。工具主要由电池仓、井下控制系统、电动液压驱动系统及执行机构组成,其中坐封驱动系统采用“电机+柱塞油泵+活塞”模式,可满足不同输出力的定制化需求;工具启停采用“定时执行”或“压力波指令执行”。坐封工具与桥塞/悬挂器连接后,利用钢丝下入到井筒指定位置,在接收到坐封指令后自动完成坐封。目前开发了外径99、88.9、54 mm三个系列的电动液压坐封工具,可应用于不同尺寸的桥塞、悬挂器等井下坐封作业。外径54 mm工具在MX-H212等井开展了现场试验,试验表明,工具能够对悬挂器进行可靠坐挂,平均吨位1.6 t,坐封效果良好,满足现场应用要求。

“槽型”驱动板对射流脉冲喷头水力性能的影响试验研究

为改善射流脉冲喷头的径向水量分布,基于射流脉冲喷头的“双驼峰”式水量分布以及挡水板结构的特点,创新了一种“槽型”驱动板结构,并进行了正交试验,得到一种新型结构的射流脉冲喷头.发现“槽型”驱动板的各结构因素对射流脉冲喷头喷灌均匀度影响的主次顺序及最优结构为内槽倾角13°、驱动板长度16 mm、槽宽3 mm、侧驱动板倾角17°、驱动板宽度11 mm.当进口压力为0.15,0.20,0.25,0.30 MPa时,开展了“槽型”射流脉冲喷头、原射流脉冲喷头与摇臂式喷头水力性能对比试验.试验结果表明:在0.15~0.30 MPa的进口压力下,新喷头进口流量相比原喷头进口流量减小0.12~0.17 m3/h,相比摇臂式喷头进口流量减小0.07~0.16 m3/h.“槽型”射流脉冲喷头喷灌均匀度比原射流脉冲喷头提高1.25%~7.43%,比摇臂式喷头高7.84%~14.42%.综合分析表明“槽型”驱动板结构设计合理,对射流脉冲喷头的喷灌均匀性改善显著.研究可为该型国产喷头后续研发和工程应用提供理论参考与数据支撑.

基于STM32的液压缸位移测量系统设计

针对在复杂环境下液压缸的位移测量问题,设计了一种基于STM32的位移测量系统,并分别对系统的机械结构设计、硬件设计和软件设计进行阐述。系统以磁性旋转编码器为核心传感器,能够适应恶劣的工业环境,具有良好的防震型和防尘性,以STM32单片机为控制核心,在满足测量精度的同时可以兼顾位移、速度、加速度的测量,简化了结构,节约了成本。搭建了实验平台进行实验,实验证明,在不同速度下所测得的液压缸工作位移相对误差保持在2%以内,最后对实验结果进行了分析。

射流脉冲喷头驱动板结构优化对喷头性能的影响研究

目前缺乏对射流脉冲喷头流道结构的整体优化和基于喷洒特点的驱动结构设计与研究。为解决这一问题,推动该型国产喷头产业化进程与后续系列喷头开发,对射流脉冲喷头进行了整体结构优化设计,并针对影响射流脉冲喷头转动和水量分布较大的驱动板结构进行了首创设计与试验研究,解决了驱动机构复杂,弹簧易腐蚀老化的缺陷。同时驱动板结构是影响射流脉冲喷头水力性能的关键因素之一,而当前缺少基于喷洒特点的驱动结构设计与研究,因此,采用四因素三水平水力性能试验与验证相结合的方法,提出“爪形”驱动板结构。正交试验结果表明:“爪形”驱动板各结构因素对射流脉冲喷头喷灌均匀度影响主次顺序为三角形挡板底宽、驱动板长度、驱动板倾角、驱动板宽度;最优结构为三角形挡板底宽7 mm、驱动板长度18 mm、驱动板倾角14°、驱动板宽度11 mm。

农村生活污水处理的脉冲生物滤池工艺改良与调试

脉冲生物滤池在江苏省农村生活污水处理中有着广泛的应用,但脉冲水箱故障导致生物滤池水力负荷过大是运维过程中普遍存在的问题。为此,本研究尝试取消脉冲水箱,通过时间控制开关和流量控制模块联合控制水力负荷的方式对生物滤池进行了改良,开展了进水时间分别控制为8、12、16、20 h工作模式的现场调试对比研究。结果表明,在进水水质COD_(Cr)、氨氮、TN、TP质量浓度分别为30~156、14.2~85.0、21.4~96.0、0.97~7.50 mg/L的情况下,相同容积负荷下改良型生物滤池在12 h工作模式下对COD_(Cr)、氨氮、TP的整体去除率最高,最高分别为63.0%、87.4%、53.4%,在16 h工作模式下对TN的整体去除率最高,最高为33.0%。12 h工作模式下进水COD_(Cr)、氨氮、TN和TP的容积负荷分别在0.3~0.5、0.05、0.06、0.005 kg/(m^(3)·d)以内,可保证COD_(Cr)、氨氮、TN、TP去除率在57.3%、65%、19.7%、43.8%以上,比原脉冲生物滤池平均去除率分别高23.8%、36.5%、9.6%、28.8%。8、12、16 h和20 h工作模式下,改良型生物滤池出水溶解氧平均质量浓度分别为4.7、5.5、3.8 mg/L和3.1 mg/L,表明12 h工作模式下复氧效果最好,COD_(Cr)、氨氮去除率最高。同时对改良型生物滤池在12 h工作模式下,氨氮平均质量浓度为50 mg/L时,水力负荷与COD_(Cr)、氨氮、TN污染物去除率之间的关系进行了研究,结果表明水力负荷控制在1~3 m^(3)/(m^(2)·d),COD_(Cr)、氨氮、TN去除率分别可达到62.4%、76.1%、20.7%以上。