双水相聚合物乳液的制备及减阻性能

以丙烯酰胺(AM)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为原料,采用水分散聚合法,制备双水相聚合物(NPAM)。相对分子量为380万,粒子分布集中,且粒径小,平均粒径为182.7 nm。室内评价聚合物的减阻效果,其在清水中减阻率达到80%,在10%的盐水中减阻率达到77%。黏弹性能分析,NPAM的抗应变能力较强。双水相聚合物可用作减阻剂,为油气田压裂作业提供优秀的减阻性能。

单体高速船截流板减阻的浅水特性分析

[目的]为探究水深对截流板减阻效果及最佳减阻高度的影响,基于RANS方程组数值求解的方法,对加装不同高度截流板的单体高速船进行深浅水绕流场数值模拟。[方法]首先,以DTMB 5415光体高速船为研究对象进行数值方法的有效性验证与不确定度分析;然后,对不同截流板高度与水深工况下的某高速单体船进行绕流场数值模拟;最后,基于数值结果分析不同工况的阻力、航态及流场特性。[结果]研究表明,截流板的减阻效果存在明显的浅水效应;最佳减阻高度随水深变化基本不变,截流板对纵倾角度的降低也基本不随水深的变化而改变;截流板有一定降低船后兴波的作用,但随着水深的减小,该作用效果会减弱。[结论]所做研究对截流板在浅水中的应用具有一定的参考价值。

水平管内高黏油水环输送减阻特性分析

随着人们对于石油资源需求的日益加深,常规原油逐渐枯竭。稠油的使用会成为一种趋势,世界稠油地质储量丰富,占全球石油剩余储量的70%,具有巨大的开发潜力和广阔的市场前景,但稠油自身具有黏度高、分子量大、流动性差的特点,这些性质为稠油的输送带来了极大的困难与挑战。因此,加快我国稠油输送技术及相关理论的研究创新是适应未来趋势变化的客观要求,是经济有效地开发输送稠油资源的必然选择。本文采用水环输送法对稠油水平管流减阻,用以探究水环包裹下的稠油水平管流阻力特性,分析入口含水率(5%~80%)、油(0.65~1.57m^(3)/h)、水(0.09~2.13m^(3)/h)相流量对于水环润滑减阻效果以及稠油流型的影响,自主设计水环输送稠油实验环道,引入有效粗糙度k*,建立环状流压降预测修正模型,分析讨论流型特征及形成环状流时的油水流量范围,结果表明:在一定条件下形成的水环能够有效地对稠油输送进行减阻;水环可以有效润滑管壁;修正后的压降预测模型与实验值对比相对误差介于±10%,RMSE=0.02,水环输送压降仅占纯油输送压降的0.01~0.24;油相流量较高时应注意水相流量,避免过大导致输油效率η以及减阻率DR下降。

聚丙烯酰胺对高黏油-水环状流流动特性的影响

针对稠油水环输送的水环流动改进问题,提出稠油流动边界层在聚丙烯酰胺(PAM)水环作用下的模拟实验方法,基于自主研发设计的室内油-水两相流可视化环道实验装置,采用500#白油模拟旅大稠油,实验研究了稠油-水环状流外环水相中添加PAM前后的流型特征与阻力特性,评价了PAM对水环润滑的协同减阻效果,分析了PAM对水环流动稳定性的作用机理。实验结果表明:PAM对稠油-水环状流的流型特征与阻力特性均有显著影响,使环状流的分布区域缩小,其缩减区域转变为分层流和塞状流,当其为分层流时减阻作用丧失;当油相表观流速为0.23~0.90m/s时,PAM减阻率随含水率增加先迅速增大后缓慢减小,在测试范围内最高达35%。研究结果可为稠油水环输送工艺优化提供理论指导和技术支持,也可为稠油管输流动改进提供新理念与新方法。

浅水环境水体底部湍流对船舶气泡减阻效果影响的实验研究

为了解外部湍流流场对气泡减阻效果的影响,通过平板实验的方式,对不同水深的浅水环境进行模拟实验。通过粒子测速仪(PIV)观测平板气泡流场,结合平板在水流中的受力变化,研究不同水深湍流流场对于气泡减阻效果的影响。结果表明,气泡减阻机理之一是通过湍流抑制减阻,在非浅水环境和浅水环境下,减阻效果不同,且喷气量在浅水环境中对气泡减阻起着关键作用。

富水砂层长距离顶管减阻泥浆性能研究

结合富水砂层顶管摩阻力特性以及高分子聚合物的作用机理,通过实验得到了如下优选泥浆配方:8%安信AX一级钠基膨润土+0.3%纯碱+0.25%聚丙烯酸钠+91.45%水。实验结果表明,该配比的泥浆在具有高黏度的同时,还具有很好的流动性和分散性,并且滤失量较小,综合性能最优。泥浆的表观黏度相比优化前提高了65%,滤失量相比现场取样泥浆降低了57%,满足现场砂土地层顶管的减阻泥浆性能要求。

稠油输送抗乳化减阻剂的优化

采用宏/微观测试手段分析了旅大油田稠油采出液乳化致稠的主要影响因素,比选评价可有效抑制油水乳化的抗乳化减阻剂复配体系;依据稠油现场集输设计方案,采用动态流变学测试方法,模拟稠油-水乳状液加剂前后表观黏度的变化规律,并利用OLGA软件计算油水液加剂前后管输流动摩阻,评价复配体系的抗乳化效率及减阻效果。结果表明:温度和含水率是影响稠油乳化的主要因素;在稠油采出液中加入200 mg/L的复配抗乳化体系(m(AP9901)∶m(TA1031)=2∶1),可有效抑制油水乳化,降低油水界面张力,还可促进W/O型乳状液破乳析水,显著降低油水混输流动摩阻,减阻率可达66.87%。

国内外页岩气压裂液技术现状与发展趋势

研究了国内外近年来发展的页岩气压裂液技术,分析了降阻剂及压裂液配方的研究进展,提出了页岩气压裂液的重点发展方向。结果表明:①页岩气压裂液均以聚丙烯酰胺及其衍生物为降阻剂,并根据不同需求添加其他添加剂形成压裂液体系;②为满足压裂返排液回用需求,在降阻剂分子结构中引入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)等耐盐基团或疏水单体以提升压裂液耐盐性已成为国内外共识,研究热点集中在疏水缔合型聚丙烯酰胺降阻剂方面;③黏度可调的变黏滑溜水已成为页岩气压裂液的主流,变黏方式主要是通过改变降阻剂浓度以及引入交联组分来实现,满足高强度加砂和处理裂缝发育复杂等要求;④中高黏滑溜水携砂以弹性为主,形成的砂堤形状与注入参数相关,提升压裂液黏度有助于降低支撑剂沉降速率;⑤利用超分子结构强度携砂和结构强度降阻是解决滑溜水低摩阻与高携砂性能难以兼顾的有效途径,但低黏压裂液结构强度的增大是否影响体积压裂缝网的复杂程度还需研究;⑥将矿石浮选技术引入压裂过程中,对支撑剂表面改性实现气悬浮,从而使低黏滑溜水具备高携砂性能是近期研究热点,而如何将支撑剂表面改性剂直接用于压裂液是今后发展方向。总结的页岩气压裂液技术进展和提出的发展方向对于新型页岩气压裂液的研发和应用有重要的指导意义。

储层改造用滑溜水压裂液性能研究进展

综述了储层改造用滑溜水压裂液体系的发展状况,总结了不同种类滑溜水压裂用减阻剂,包括天然高分子、粉剂型合成高分子、乳液型合成高分子、表面活性剂等类型,分析了伪塑、黏弹、有效滑移和湍流抑制等4种滑溜水减阻假说机理,探讨了不同类型的摩阻方程,指出了聚合物微观结构和流变性质对携砂性能的影响,根据滑溜水压裂液体系工艺复杂、影响因素较多等方面,指出了下一步机理研究和产品研发的方向。

瓦斯抽采水环真空泵减阻节能新方法与应用

水环真空泵是瓦斯等易燃易爆气体安全输送的主要动力设备,其性能对煤矿瓦斯抽采效果至关重要。针对现有水环真空泵运行能耗高、效率低的问题,基于水环泵工作原理与能耗损失过程,提出了水环真空泵减阻节能新方法,阐释了高分子减阻液的黏弹性特性对泵内气液两相流场流动的影响机制。构建了水环真空泵性能测试系统,揭示了减阻剂类型、浓度及泵转速等参数对节能效果的影响规律,优选出适用于水环真空泵内高湍流强度、高剪切作用下的高分子减阻剂。此外,搭建了适用于煤矿瓦斯抽采泵站运行工况下的水环泵节能提效系统,介绍了减阻液配补一体化装置、泵内定量供水装置、水环真空泵节能运行监控系统等关键设备功能及技术工艺流程,并进行了现场工程试验。结果表明:随减阻液浓度增加,节能率增大,吸气流量略增,发现最佳节能效果的减阻液质量浓度为4.5 g/L;随吸气压力增加,节能率呈二次函数关系增大,但气量增加率随之降低;泵转速增大,轴功率快速增加,节能率越明显。通过在淮南矿业集团张集煤矿东风井瓦斯抽采泵站现场应用表明:该系统可大幅降低水环真空泵的运行能耗,在抽采负压不变的条件下,泵节能率达21.1%,进一步通过成本-效益分析得净节能率为18.2%,节能效益显著,有效缓解了瓦斯抽采系统能耗大的问题。

连续混配耐盐型压裂液的性能评价

制备了一种缔合聚合物型耐盐速溶减阻剂(MRFF),并搭配小分子阳离子防膨剂(RF-03)和油水双亲润湿剂(DE-01)组成滑溜水压裂体系。室内实验评价结果表明,MRFF溶解速度快,在质量分数0.8%时,5 min增黏速率达96.8%;在8.5×10^(4)mg/L盐水中仍具有黏度,盐水中的减阻率为70.5%;滑溜水压裂体系配伍性良好,满足连续混配要求。物理模型实验结果表明,该压裂破胶液的岩心渗透率恢复可达90.85%,提高采收率为26.86%。

基于风浪平衡域理论的浅水情形拖曳系数研究

拖曳系数是计算海面风应力的重要参量,合理可靠的拖曳系数对于提高海洋与大气模式的预报能力极为重要。本文使用沿岸海域浅水情形下长时间大范围的浮标观测数据,基于风浪平衡域理论反推拖曳系数,围绕水深对拖曳系数的影响进行探究。数据结果表明,海浪的谱峰周期与拖曳系数之间有着紧密关联,水深不是影响拖曳系数的直接因素,海浪的谱宽度应是拖曳系数的直接影响因素。本文的研究结果对于合理地解释参数化拖曳系数具有重要的引导意义。

基于CFD水环发生器结构优化研究

水环输送在稠油输送方面表现出非常好的应用前景。本文提出一种单入口形式的稠油水环发生器,运用Solidworks对水环发生器物理模型进行重新设计和优化,设计出三种不同间隙单入口水环发生器,基于计算流体动力学(CFD)方法进行数值模拟研究。研究结果表明,单入口稠油水环发生器在间隙尺寸为1.3 mm时产生的水环有着较高的稳定性、维持时间最长,使水环输送的效果达到最佳。水环发生器间隙尺寸的增大,影响环状水层,进而影响压降数值。保持进口油流速度不变,适当降低进口水流速度,可以提高水环输送稠油效率。研究结果为稠油水环输送提供了一种研究方法,对实际工程有一定参考价值。

空间效应视角下黄河流域水资源尾效分析

基于空间效应视角探究黄河流域水资源尾效,分析水资源约束对黄河流域经济增长的影响程度,在水资源趋紧和高质量发展背景下,为黄河流域水资源合理配置和利用提出建议。通过构建水资源尾效模型,运用空间面板杜宾模型,结合2005—2019年黄河流域98个地级市的面板数据,对黄河流域发展中可能存在的水资源尾效进行研究,测算水资源尾效的直接效应和溢出效应。研究结果表明:城市发展中生产要素投入与经济产出之间在地理位置上呈现显著的空间相关性,相邻城市之间的投入与产出存在联系;水资源对经济增长存在空间尾效,直接效应与溢出效应的影响程度呈现差异性;从流域整体层面来看,水资源对其经济增长产生负向尾效作用。黄河流域各城市要转变发展方式和理念,转换经济增长动力,发挥中心城市作用,加强邻近城市联动发展与区域合作,基于黄河流域全域视角推动水资源合理配置与利用。

基于“匹配-制约”视角的西北地区水资源利用状态评估

从“匹配-制约”视角出发,运用基尼系数、不均衡指数、水资源增长阻尼模型及标准差椭圆对2009-2019年西北地区水资源利用状态进行评估.结果表明, 2009-2019年甘肃、新疆水资源利用与经济发展的匹配状态远差于陕西、青海和宁夏.大部分城市的匹配状态较好,有70.59%的城市匹配状态呈提升趋势,总体而言水资源利用与经济发展匹配状态呈现“东南高西北低”的分布格局.研究期间,西北地区水资源增长阻尼呈现“N”形变化. 5省平均制约作用为新疆>甘肃>宁夏>青海>陕西.高制约类型城市逐渐占据主导地位,西北地区城市经济发展受水资源的制约作用愈发严重并呈现“西北高东南低”的格局. 4类水资源利用状态分区中,Ⅰ、Ⅳ区水资源配置相对较好,但Ⅳ区水资源制约作用显著.Ⅱ、Ⅲ区不仅存在水资源利用与经济发展失衡问题,水资源制约作用也较强.

适合致密砂砾岩储层的多功能滑溜水压裂液体系研制与评价

针对致密砂砾岩油藏采用常规水基压裂液施工效果较差的问题,室内实验以多功能纳米乳液减阻剂DZR-3为主要处理剂,结合复合表面活性剂FHR-1和杀菌剂SYR,研制了一种适合致密砂砾岩储层的多功能滑溜水压裂液体系,并对其综合性能进行了评价。实验结果表明:多功能滑溜水压裂液体系的基本性能指标均能满足标准;体系的耐温抗盐性能和抗剪切性能较好;体系对致密砂砾岩岩心的基质渗透率损害率低于10%,明显低于常规瓜尔胶和滑溜水压裂液;体系还具有较好的渗吸驱油效果,在地层温度条件下对砂砾岩岩心的自发渗吸驱油效率可以达到30.8%,驱油效果明显优于常规瓜尔胶和滑溜水压裂液。现场应用结果表明,SL-X井压裂施工后的产油量明显高于使用常规瓜尔胶和滑溜水压裂液的邻井,实现了压裂后油井增产的目的。该成果为致密砂砾岩储层的高效压裂开发提供了技术支持。

高浓度水煤浆管道气膜减阻两相流模拟及代理辅助优化

为解决高浓度水煤浆管道输送阻力大的问题,提出在水煤浆管道中通入气体,采用气膜减阻以降低管道的阻力损失。针对宾汉非牛顿流体水煤浆,基于流体体积(VOF)多相流模型,通过数值模拟研究分析了加气管关键参数对管道阻力系数的影响,并结合遗传聚合响应面模型与二次拉格朗日非线性规划(NLPQL)算法进行代理辅助优化。结果表明:在水煤浆管道中通入气体能够有效降低壁面剪切应力,气体速度与加气管直径对管道阻力系数影响较为显著,并且提升气体速度与增大加气管直径能够降低阻力系数,而管道阻力系数基本不受加气管道角度影响。优化以阻力系数最小化为目标函数,得出一组加气管参数,优化后管道阻力系数降低了0.0207,减阻率增加了16.90%,研究结果为高浓度水煤浆管道加气减阻机理及结构优化提供了理论指导。

致密油藏暂堵强化注水吞吐及暂堵分流数学模型研究

为了提高压裂改造规模较小、裂缝网络渗透率较低、储量丰富压裂段的采收率,提出暂堵强化注水吞吐工艺,即通过在注水吞吐的注入阶段注入暂堵剂溶液扩大注入水的波及面积,从而改善多轮次后水平井注水吞吐开发效果。首先通过并联不同开度造缝岩心,对比分析注水吞吐和暂堵强化注水吞吐对不同开度造缝岩心样品原油的动用程度;之后,在暂堵剂滤饼封堵特性实验的基础上,建立考虑井筒变质量流的水平井暂堵分流数学模型并分析暂堵剂质量浓度和注入速度对分流效率的影响。研究结果表明,暂堵强化注水吞吐使得大、小开度造缝岩心样品采收率分别提高了3.46%和1.71%,可有效改善注水吞吐开发效果;根据通过暂堵剂滤饼的压降与注入时间的关系确定滤饼阻力系数为1.13×10^(8)m^(-2);暂堵剂质量浓度越高,注入速度越高,分流效率越高。

滑溜水压裂液中减阻剂的制备及特性研究

采用反相微乳液法制备了一种用于滑溜水压裂液中的水溶性减阻剂,对减阻剂的粒径大小分布、重均分子量、降阻率和悬砂能力进行了测试。结果表明,减阻剂粒径小,分布窄,分子量高[Mw=(2.08±0.65)×107g/mol],具备高分子减阻的特性;向清水中加入0.05%的减阻率,减阻率可达55%,并且具有一定的携砂能力。因此,该减阻剂的应用能很好的降低压裂施工摩阻、减小泵功、适当提高砂比,有助于非常规低渗储层的开采。

刚性植物条件下静水中粗颗粒泥沙沉速研究

为了探求水生植物对泥沙沉速的影响,本文在总结泥沙颗粒在水体中沉降的影响因素及阻力系数规律的基础上,在静水中设置不同直径、不同排列密度的不锈钢圆柱细杆模拟水体中不带分叉的刚性植物,分别测定粒径为0.1cm^0.45cm的沙粒沉速,并与没有植物条件下的沉速进行对比。研究结果发现,在试验粒径范围内,含植物水体中泥沙沉速随泥沙粒径、植物密度增大而减小,通过修正阻力系数,推导出考虑植物杆径及植物密度排列的泥沙沉速公式。