串联网式过滤器泥沙拦截效果试验研究

为了探究泵前、后串联网式过滤器在实际灌溉工程中的分级过滤特性并提高滤网拦沙率,对3种进水含沙量、4种滤网孔径和3种颗粒级配条件下串联网式过滤器的过滤性能开展了正交试验和全试验。结果表明:增大含沙量会加速过滤器滤网堵塞,使部分大于滤网孔径的泥沙颗粒通过滤网;随着进水粗颗粒泥沙的增多,一级过滤效果越明显;不同滤网孔径条件下各粒组出水沙中值粒径和最大粒径变化率范围分别在5.1%~13.0%、1.7%~17.6%之间;通过极差分析和方差分析探究拦沙率对各因素的敏感度,其主次顺序为滤网孔径、颗粒级配、含沙量;当进水沙中值粒径为0.50 mm、含沙量为0.20 g/L时,泵后过滤器滤网孔径较优组合为0.25 mm×0.16 mm;拦沙量与各级滤网孔径有关,选择滤网孔径为(0.49~0.78)d 50的泵前过滤器和(0.32~0.50)d 50的泵后过滤器进行过滤,有利于提高过滤器拦沙率,延长其使用寿命。

纱网沙障研究进展

沙障在流动沙地治理和植被恢复中发挥了重要作用,而纱网沙障具有材质轻、韧性好、抗拉力强、使用寿命长等优点。本文综述了自1989年以来有关纱网沙障材料选择、设置方式、防风固沙作用及植被恢复成效等研究成果,并提出了纱网沙障未来发展趋势。

基于STL模型的砂型表面网格重构算法

为解决通用模拟软件对STL模型生成表面网格时存在局部网格稀疏的问题,本文提出了一种基于STL模型的砂型表面网格重构算法。该算法对生成的表面网格进行特征边界以及表面网格内部加密,可有效解决表面网格密度低、质量不高的问题。基于ProCAST模拟软件进行实例仿真,其结果验证了经表面网格重构后的STL网格模型模拟仿真的可行性。

通许深部煤层气测试压裂技术探索及应用

通许区块山西组发育深部煤层,与浅层煤层气相比含气量高、游离气丰富,割理裂隙发育,压裂施工过程中滤失大、易形成短缝、加砂困难。前期采用浅层煤层气常规压裂技术压裂施工压力高,加砂困难,压后效果不理想。针对深部煤层储层特征及改造难点,开展了深部煤层气压前注入压降和原地应力测试,获取煤层参数,为压裂设计参数优化提供依据;同时,通过室内实验、数值模拟研究,探索试验了饱填砂压裂技术。现场A井山1煤层采用“大排量、大规模、饱填砂”体积压裂设计思路完成压裂施工,施工排量最高20 m 3/min,入地液量4315 m 3,加砂量347 m 3,是常规压裂加砂强度的7倍,压后最高日产气量7299 m 3,累计产气量71509 m 3,效果显著。该技术的试验成功,为深部煤层气压裂提供了技术指导。

桩周局部冲刷三维数值模拟

用数值模拟手段研究桩周冲刷越来越引起人们的重视。基于OpenFOAM开源CFD软件,采用VOF方法处理自由水面,通过动网格技术考虑床面地形随时间的变化,构建起桩周局部冲刷的动态三维数学模型。其中,通过改进沙滑模型以修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成的模拟失真,同时克服数值计算的不稳定性。计算结果和水槽实验资料对比分析,二者符合较好。

适度出砂开采标准金属网布优质筛管防砂参数设计实验研究

利用自行研制的全尺寸大型出砂模拟实验装置,测定了不同防砂参数下利用标准金属网布优质筛管(以下简称筛管)防砂后的流量、压降及出砂量,分析了筛管防砂参数与油井产能、出砂量的关系,并建立了适度出砂条件下筛管防砂参数设计图版。研究结果表明:当依据海上油田传统防砂设计要求出砂量控制在0.3‰以内时,要求筛管防砂参数不大于0.88d50(粒度中值);适度出砂开采时允许出砂量控制在0.5‰以内,此时筛管防砂参数可放大到不大于1.27d50;相对于传统防砂设计,本文防砂参数设计可提高油井产能30%以上。该研究成果目前已成功应用于NB35-2油田。

床面上短圆柱体局部冲刷三维数值模拟

床面上短柱体局部冲刷的机理复杂,运用三维有限体积法,对其局部冲刷情况进行了模拟。采用k-ε紊流数值模型,计算柱体周围的紊动流场,利用经验公式计算该时刻的推移质输沙率,运用动网格技术,处理床面地形随时间的变化。推移质计算充分考虑了床面坡度和流向对推移质输沙率和临界起动剪切力的综合影响。改进沙滑模型,修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成模拟的失真,同时克服数值计算的不稳定性。计算结果和水槽试验资料对比分析,二者符合较好。该模型可以用于海底结构物如桥墩、管道、丁坝等的局部冲刷的数值模拟计算。

饱和砂土局部变形带模拟的有限元数值实现

基于有限变形理论,推导了Newton-Raphson迭代算法在k+1步增量表达的矩阵形式,实现了饱和砂土变形局部化的有限元数值计算,得到了饱和砂土发生局部化变形的准则。基于Galerkin方法,得到了位移场和应力场的空间离散化矩阵方程;由土体局部变形带的连续性条件,引入第1切线算子,推导出了砂土等颗粒状媒介发生局部化变形的必要条件。基于此核心算法,编制了有限元计算程序,模拟了饱和砂土在不排水条件下平面压缩过程中剪切带的形成与发展;通过比较分析,研究了有限元网格粗细对于土体局部变形带的影响,结果表明,网格粗细的病态依赖只是微小的,它只与变形条带的宽度有关,对于土体所表现出来的其他力学特性没有影响。

一种新型振动网孔式雾化器的设计

介绍了新型振动式网孔雾化器的结构和工作原理,并根据压电耦合有限元分析理论对这种雾化器进行了有限元的仿真分析。利用ANSYS软件中的模态分析、谐响应分析和瞬态分析模块,分析了雾化器主要尺寸对结构振动的影响,为雾化器的优化设计提供一种参考。

砾石充填金属网筛管冲蚀模拟试验研究

为避免水源井中砂粒对金属网筛管的冲蚀破坏,采用后混式磨料射流冲蚀试验装置,进行砾石充填加砂条件下筛管的冲蚀试验装置安装连接及试验方案设计,对金属网筛管进行两种不同粒径陶粒充填加砂模拟试验研究。试验结果表明:在无充填情况下,随着含砂质量分数的增加,流体冲蚀射穿的时间缩短,当含砂质量分数较高时,冲蚀损坏的时间变化幅度减小;随充填的陶粒粒径增大,砾石充填层渗流能力增强,筛管挡砂层和砾石充填层堵塞的非均匀程度减弱;对于砾石充填的筛管,当入罐喷射流体达到一定速度时,流体可扰动砾石充填层,筛管堵塞越严重,扰动掺混形成的磨粒射流冲蚀破坏能力越强;当井下筛管部分孔被堵塞后,地层流体会集中于某几个流通的炮眼向筛管内流动,形成高速磨料射流,对筛管造成冲蚀破坏。研究结果对筛管砾石充填防砂设计及延长筛管使用寿命具有重要意义。

新疆农村装配式轻钢-沙漠砂轻骨料混凝土剪力墙抗震性能

为研究新疆农村装配式轻钢-沙漠砂轻骨料混凝土剪力墙结构墙肢中钢丝替代钢筋的可行性,以及检验各墙肢在水平地震作用下的抗震性能和破坏形态是否符合预期的多道抗震设防工作目标,对2个边缘墙、2个窗间墙、1个窗下墙及1个普通钢筋混凝土剪力墙试件进行拟静力试验,对比分析各试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性、耗能能力和承载能力。结果表明:边缘墙、窗间墙及普通钢筋混凝土剪力墙试件发生延性的压弯破坏,窗下墙试件发生脆性的剪切破坏;窗间墙与普通剪力墙在配筋率相同的条件下抗震性能指标接近,剪力墙中钢丝可代替钢筋;经比较,边缘墙试件极限位移角、延性系数、黏滞阻尼系数值最大,分别为1/50、3.37和0.163,其抗震性能最优,窗间墙试件次之,窗下墙最差,符合预期的工作目标;边缘墙、窗间墙可按偏心受压构件的正截面计算理论计算其水平受荷承载力。

沙障地表形态衍化数值模拟方法研究

提出了一个风沙相互作用数值模型,该模型以概率统计理论为基础,通过计算不同地表风速下沙粒的风蚀与沉积概率来实现风-沙相互作用过程,最后通过动网格技术,改变下边界节点坐标,实现沙床表面的起伏变化。数值计算与野外沙障凹坑的测量结果对比表明,沙障内地表形态的数值计算结果与实测地表形态较为接近,凹坑最低点位置向下风向一侧移动,误差最大位置为凹坑的最低点处,t=4 d时,平均绝对误差为17.86%,随着积沙增加,误差逐渐减小,t=8 d时,平均绝对误差为8.52%。所提模型无论从定性还是从定量上,都与野外测量结果较为一致,可以正确模拟沙障地表的发展过程。

新型低渗储层CO_(2)增稠剂的静态悬砂性能及悬砂机理分析

合成了一类高效CO_(2)硅氧烷增稠剂NBC,以环己烷配制超临界CO_(2)压裂液体系,分析了硅氧烷增稠剂含量、体系温度、增稠剂侧链分数及支撑剂粒径对支撑剂在CO_(2)压裂液的静态悬砂影响。实验表明,NBC含量2%、35℃、18 MPa和100 s^(-1),可使超临界CO_(2)压裂液黏度达1.22 mPa·s,远大于二甲基硅油PDMS增稠的CO_(2)压裂液的黏度0.53 mPa·s。NBC增稠剂含量、支链分数及较小支撑剂粒径利于提高CO_(2)压裂液的支撑剂颗粒悬砂,而静态悬砂随温度升高和支撑剂粒径增大而减弱,压裂液黏度和颗粒性质成为显著影响超临界CO_(2)压裂液静态悬砂的根本原因,并以分子模拟技术从分子角度研究了超临界CO_(2)压裂液静态悬砂机理。

二元地基基坑降水井周滤网反滤效果试验研究

试验研究了三组干密度不同的二元地基粉砂土在四种不同滤网结构下的反滤效果,其中四种滤网结构分别为(1)无滤网、(2)80目单层滤网结构、(3)120目单层滤网结构、(4)一层80目和一层120目滤网组合结构。试验结果表明:土体的渗透系数受滤网目数的影响,滤网目数越大或孔径越小,土体中的渗透性越低,土中的水越难以排出;滤网对粉砂土拦截效果随滤网孔径的减小而越发显著,滤网目数越大,粘连于滤网上的粉砂土越多,穿透滤网随水流而出的粉砂量越少。试验结果为二元地基管井降水中滤网的选取提供了思路和建议。

筛网式滤砂管挡砂效果室内试验

为了提高筛网式滤砂管防砂效果,研究如何优选挡砂层(密纹网)提高防砂效果。采用多点测压岩心流动出砂试验装置,系统研究了筛网式滤砂管挡砂层(密纹网)层数、排列角度、放置顺序以及地层砂非均质性、细粉砂(粒径小于0.05mm)质量分数等对挡砂精度和防砂效果的影响。研究结果表明,均质性地层砂密纹网挡砂精度ω≤0.8d50、非均质性地层砂密纹网的挡砂精度ω≤0.65d50时,采出液中的含砂量小于0.03%。通过对影响筛网式滤砂管挡砂精度的技术参数评价与优化,为提高疏松砂岩油藏筛网式滤砂管的防砂效果提供了理论依据。

弱胶结油藏拟三维出砂预测模型及方法

根据有效应力定律和连续介质力学理论,建立了应力场和渗流场耦合作用的弱胶结油藏拟三维出砂预测模型,并应用顺序Galerkin有限元进行了求解。对复杂地质区域网格自动剖分、地层变形或破坏、液化砂运移、出砂动态预测等问题进行了数值模拟研究。结果表明:随着地层破坏和出砂,炮眼和井筒周围应力会重新分布;地层参数的变化受出砂和应力作用的复杂影响;出砂量是一个波动变化的过程——这一现象与现场和室内的观测是基本一致的。研究证明了该模型的可靠性,初步解决了弱胶结砂岩油藏的出砂预测数值模拟问题。

单层金属网布筛网冲蚀磨损规律试验研究

为了明确防砂筛管井下工作时的冲蚀磨损规律,采用自制喷射冲蚀试验装置开展了金属网布筛网堵塞和未堵塞两种工况下的冲蚀磨损规律试验研究。利用失质量法分析了固相质量分数(0.3%、0.5%和0.8%)、过流流速(1.5、4.0和6.0 m/s)、颗粒粒径(20、54和74μm)等因素对金属网布筛网冲蚀速率的影响。研究结果表明:未堵塞工况下,筛网质量损失随固相质量分数、过流流速和颗粒粒径的增大而增大,且单、双层筛网变化规律一致;在不完全堵塞工况下,筛网质量损失随着流量呈指数增长;在完全堵塞工况下,保持筛网出入口压差恒定,筛网平衡流量随压差的增大而减小,质量损失随压差的增大而增大;此外,筛网电镜结果表明未堵塞工况下筛网受到冲蚀磨损远小于堵塞工况,这是因为在堵塞工况下,筛网纬丝之间的间隙被粒子堵塞造成筛网局部过流速度急剧升高,加速了筛网的局部冲蚀磨损。研究结果可以为油田完井过程中防砂措施的制订提供参考。

2种沙障内积砂粒径特征及其空间格局观测研究

土壤粒径分布是研究其沙化的重要物理指标之一,通过研究沙障方格内不同方位砂粒粒径特征对其微地貌蚀积状况进行分析,确定粒度特征对地貌形态的指示作用,为选取适宜沙障类型提供技术保障。在腾格里沙漠西缘流动沙丘布设的植物纤维网和土工编织袋沙障内不同区域取样并利用马尔文激光粒度仪测定砂粒径,对比分析障内与障间不同区域沙物质粒配组成、粒配曲线等参数特征。结果表明:土工编织袋沙障内截留砂粒作用强于纤维网沙障,即前者阻沙效果更优于后者。2种沙障内部方格砂粒含量在西方位比其余方位多18%~23%,表明在西方位为弱风蚀或强堆积。土工编织袋沙障方格中东和南方位砂粒含量比其余方位少8%~26%,即东方和南方位为风蚀区。土工编织袋沙障中部砂粒含量沿主风向逐渐提高,表示沙障内砂粒沉积增多;而纤维网沙障方格中变化不明显。在纤维网沙障区砂粒组分沿主风向逐渐减少,粒度组分与自然沙丘状态差异不显著(P<0.05),指示其沙障阻沙作用较弱。土工编织袋沙障砂粒组分集中在中南部,且跃移质组分分选性中部相比南北部较差,表明其砂粒组分在沙障内主风向下风区沉积较多。处于中线两侧纤维网沙障西侧比土工编织袋沙障东侧细砂和中砂含量高24%以上,而粗砂和极粗砂含量低近43%。

旋转网筒过滤器转速变化规律及影响因素研究

为了探索网筒转动对延缓过滤器堵塞问题的影响以及转速的影响因素,分别在不同流量和含沙量条件下进行室内物理模型试验,分析了转速随过滤时间的变化规律及其影响因素。试验结果表明:浑水条件下转速随流量的增大幅度低于清水条件,含沙量对网筒转速有重要影响;网筒转速随流量的增大而增大,流量增大的初始时刻网筒转速加快,网筒转动持续时间延长;相反,网筒转速随含沙量的增大而减小,含沙量越大,初始时刻网筒转速越低,网筒转速下降越快,网筒停止转动时间提前。分析认为,进水流量和含沙量的共同作用导致了网筒转速的变化。通过对过滤池内泥沙质量对比分析可知,网筒转动有利于延缓堵塞、提高过滤效率。因此,在实际工程中可以考虑利用网筒转动来达到延缓堵塞的目的。

多层滤网机械防砂完井筛管动态腐蚀试验研究

针对机械防砂筛管腐蚀寿命预测方法尚未形成的问题,采用防砂筛管动态腐蚀评价系统,模拟南海某高温高压气藏条件,对多层滤网机械防砂完井筛管的基管、挡砂介质和外保护罩组件进行了动态腐蚀试验评价,使用平均腐蚀速率评价法对腐蚀性能进行数据分析和评价,建立了多层滤网机械防砂完井筛管腐蚀寿命预测方法。研究结果表明:在CO2分压1.5 MPa、温度160℃及Cl^-质量浓度6400 mg/L的气水腐蚀环境中,筛管不同组件的腐蚀速率有较大差别,基管的腐蚀速率最大,外保护罩次之,两者均为中度腐蚀,挡砂介质腐蚀速率最小,为轻度腐蚀;当CO2分压在0.0~5.0 MPa内增大时,腐蚀速率增长缓慢,当CO2分压超过5.0 MPa后,腐蚀速率随分压增长迅速;虽然挡砂介质腐蚀速度最慢,但由于其较细的金属丝交错结构,导致其寿命最短;CO2分压在1.5~14.5 MPa范围内,筛管总体寿命为5~24 a,平均为10~15 a。研究结果可为高温高压气藏机械防砂完井筛管的寿命预测提供参考。