压裂液技术及其高压流变性研究进展

压裂液在水力压裂工作中起着至关重要作用,其性能将直接影响压裂施工成败和增产效果。本文分析比较了不同压裂液体系的优缺点及应用现状,重点阐述了水基压裂液的高压流变特征,指出了纳米材料改善水基压裂液流变性质及其非氧化破胶方法,为提高水基压裂液工作效率及回收再利用提供新思路。

康复机器人与智能辅助系统的研究进展

我国正面临日益严重的老龄化问题和数量庞大的残疾人群,康复机器人与智能辅助系统的研究开发和应用有望为解决养老、失能辅助和康复问题提供部分技术手段.康复机器人与智能辅助系统涉及医学、信息、机械、电子、材料、力学等多个学科领域,其研究与开发也面临诸多挑战和困难,本文从"康复机器人及多种康复训练模式"、"智能辅助系统与生机电技术"、"康复与辅助相关的多模态传感与控制方法"、"外骨骼和可穿戴系统、智能假肢与人机安全性"等方面介绍和讨论康复机器人和智能辅助系统的问题和研究进展,以期为未来康复机器人和智能辅助系统的研究与开发提供些许借鉴.

面向人机融合的智能动力下肢假肢研究现状与挑战

智能动力下肢假肢在残疾人生活中起着越来越重要的作用.解决人-智能假肢-环境融合中的关键科学问题是实现假肢穿戴者安全、流畅运动的必要条件.本文针对此问题,综述了面向人机融合的智能动力下肢假肢研究,包括智能动力下肢假肢的仿生结构和控制方法、人体运动意图识别、复杂环境下的人-智能假肢融合、以及用于下肢假肢的感知替代和反馈,深入探讨了智能动力下肢假肢人机融合研究中所面临的挑战和问题,最后,本文对该领域的未来发展方向进行了展望和总结.

微裂缝发育储层分段压裂水平井裂缝参数预测

目前对微裂缝发育储层实施水平井分段压裂改造后的裂缝监测手段普遍存在监测精度低、成本高、现场实施难度大等缺点,亟需找到一种方便、快捷、现场适用的解释手段和方法。基于微裂缝发育储层多段压裂水平井三线性渗流规律,建立了多段压裂水平井渗流模型,进行Laplace变换,推导得到微裂缝发育储层多段压裂水平井不同特征流动段产量公式,并利用现场油井日常生产数据,分析产量变化曲线不同特征段的特点,求解得到了微裂缝发育储层多段压裂水平井裂缝参数(人工裂缝长度、人工裂缝导流能力和天然微裂缝区渗透率)。将模型计算得到的裂缝参数分别与3口水平井的现场微地震监测解释结果进行对比,验证了模型的正确性。研究结果表明:模型计算人工裂缝导流能力与真实值相对误差为1.9%,模型计算人工裂缝长度与微地震监测解释结果基本一致。该方法解释出的多段压裂水平井压后裂缝参数多、方便快捷、准确性高、局限性小,适合油田现场大规模推广应用,对微裂缝发育储层多段压裂压后效果评价、指导增产设计具有重要意义。

基于大数据群体性事件网络化防控研究

群体性事件的多发或可演变为全局性的恶性危机,它将严重危害社会稳定,甚至危及国家安全。相比事件发生后的应急补救,对于群体初期言论与行为发展态势的动态监控和政策疏导,能积极有效地调节矛盾、化解冲突,防控危机于萌芽之中。以构建针对群体性事件涌现的大数据防控网络化平台为研究目标,本文提出:(1)通过大数据采集和防控等级设定,快速确定具有特定言论与行为的问题群体,设置防控个体并建立混合群体的初始网络化动态模型;(2)根据数据挖掘技术和自组织系统理论,模拟仿真防控个体在混合群体意识与行为自组织涌现重构过程中的防控作用,并优化网络化动态模型的防控结构;(3)将网络化动态模型纳入以互联网和物联网为基础的大数据防控网络化平台,解决群体性事件涌现的网络化平台整体协同防控的组织优化问题。研究结果对于利用大数据网络探索群体性事件涌现的机理,对于维护国家安全与社会稳定防控措施的评价,具有理论和实际意义。

微泡沫直径与地层孔隙直径的匹配关系

将气液两相流通过填砂管制备一种气泡直径主要分布于10～100μm的微泡沫,通过微观实验研究气液比和填砂管渗透率对微泡沫直径的影响,揭示微泡沫封堵机制。采用多测压点人造岩心模拟多孔介质研究微泡沫对地层起封堵作用时微泡沫直径与地层孔隙直径的匹配关系。结果表明:通过调节气液比、填砂管渗透率可实现微泡沫平均气泡直径12. 39～99. 31μm可调;当微泡沫平均气泡直径与岩心平均孔隙直径比为1. 45～2. 16时,微泡沫兼具较好的注入性及深部封堵能力,此时微泡沫直径与岩心孔隙直径相匹配,通过调节微泡沫平均气泡直径,可使微泡沫与渗透率为0. 02～10. 9μm2的地层匹配;微泡沫主要通过气泡叠加作用在高渗区域形成暂堵带,后续流动的微泡沫以"弹性变形"或"直接通过"的方式流入低渗区域,少量气泡以"纹理状"结构占据小孔隙处形成封堵;随着气液比增加,微泡沫气泡数量增加,在孔隙处由间歇性的封堵方式向持续的封堵方式转变,微泡沫封堵能力和可变形性增强,气液比为1时的封堵能力最强。

致密砂岩储层压裂有限离散元分析

利用传统数值模拟方法评价致密砂岩储层压裂效果时,存在裂缝不能交叉的问题。有限离散元(FDEM)法结合了有限元和离散元的优点,能够将有限元建立的连续性材料模型转变为离散元的非连续性材料模型,可模拟储层岩石的变形、破裂和裂缝的萌生及扩展,可解决该问题。基于某致密油气藏的地质资料,运用有限离散元方法研究水平地应力差和压裂液黏度对水力压裂裂缝形态的影响。结果表明:水平地应力差为0～8 MPa时,随地应力差的增大,缝长呈现先增大后减小的趋势,平均缝宽会不断增大;压裂液黏度为40～120 mPa·s时,缝长会随黏度的增大先增大后减小,平均缝宽则会先减小后增大。通过真三轴水力压裂物理模拟实验对数值模型进行了验证,数值计算结果与实验结果吻合良好,证明了该模型的适用性。该研究成果可为致密油气藏开发提供技术指导。

转向压裂用可降解纤维优选及现场应用

针对纤维暂堵转向压裂工艺中可降解纤维种类多、效果差异大等问题,利用自主设计的暂堵评价实验装置,优选转向压裂用可降解纤维,并通过室内模拟实验综合评价3种纤维的分散悬浮性、悬砂性、降解性和封堵性。结果表明:纤维质量分数越高,其分散性越差,悬浮性越好,加入质量分数为0.2%的纤维,携砂液携砂能力可提高50%以上; 3种纤维的降解率均可超过90%,降解速度可满足施工需求;质量分数为1.0%时,2种柔软且表面粗糙的纤维(J-2、J-3纤维)可成功封堵模拟裂缝,且暂堵层最高承压为5.2MPa;基于性能与成本因素,优选J-3纤维用于现场施工的暂堵和携砂阶段。实例应用表明,纤维暂堵转向压裂后日产油量约为邻近常规压裂井的1.92～2.55倍,取得了较好的改造效果。该研究对纤维暂堵转向压裂技术的应用和优化具有一定的指导作用。

裂缝性油藏压裂井产能敏感因素评价方法研究

运用BP人工神经网络原理,以累计产量为目标值,提出了一种压裂井产能评价的新方法。以X区块裂缝性致密砂岩油藏为例,建立了油井压裂后产能敏感因素评价模型,通过对微小扰动引起的训练误差的研究,分析了产能对孔渗参数、裂缝参数、施工参数等因素的敏感程度,并提出了针对性的增产措施。研究表明:X区块油井产能对压裂施工参数更为敏感,施工加砂困难与裂缝纵向穿透率低是制约压裂改造效果的主要原因,长水平段水平井有利于油层的综合开发。新评价方法对优化油藏压裂施工参数和改善油井生产能力提供了一定的理论依据。

微泡沫与普通泡沫注入性及调剖能力对比

针对普通泡沫注入性差、运移性弱的问题,将气体和起泡剂溶液同时注入填砂管发泡器制备出一种气泡微细的微泡沫体系。通过多测压点长填砂管和并联填砂管对比了微泡沫和普通泡沫注入性和调剖能力的差异,并借助微观非均质模型对比研究了微泡沫和普通泡沫的封堵机制及改善微观非均质能力。微观驱替实验表明,由于微泡沫气泡直径小于高渗区域孔喉直径,气泡受孔喉的约束较小,主要通过多个气泡叠加作用在高渗区域孔喉处形成堆积封堵,后续气泡以"直接通过"或"弹性变形"的方式流入低渗区域,少量气泡以"气泡陷入"方式封堵小孔喉,但高渗区域堆积的微泡沫易被冲散,导致其封堵强度较弱,调剖作用有限。与微泡沫相比,普通泡沫的平均气泡直径大于高渗孔喉直径,气泡通过孔喉时的流动阻力较大,封堵能力较强,气泡主要通过"弹性变形"和"液膜分异"作用进入孔喉。相同泡沫注入量条件下,普通泡沫微观调剖效果更好。微泡沫在填砂管沿程产生的压差分布较为均匀,其注入性和深部封堵能力优于普通泡沫,但其封堵高渗通道能力及耐水冲洗能力较弱,调剖能力弱于普通泡沫。

渤海湾盆地沾化凹陷页岩微观孔隙特征实验研究

页岩的微观孔隙结构是影响页岩油气富集与渗流机理的关键。利用氩离子抛光扫描电镜、低温CO_2吸附、低温N_2吸附、高压压汞及核磁共振等实验方法,对沾化凹陷沙河街组陆相页岩的微观孔隙特征进行了研究。页岩主要发育有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔和微裂缝等6类孔隙。其中微孔、中孔和宏孔均有发育,微孔比表面积约占总比表面积的61.52%,提供了页岩油气吸附的主要空间,而中孔和宏孔则提供了大部分孔体积,分别占比49.99%和41.19%,对页岩油气的储集和运移起主要作用;页岩孔隙度为4.08%～7.04%,有效孔隙度为0.11%～0.64%,孔隙连通性差。

基于通信拓扑的社会集群仿真研究展望

群体性事件和网络群体性事件均有社会集群性质,既危害社会稳定又危及国家安全。在技术上,互联网便利的通信方式,极大地助长了社会现实空间、特别是网络虚拟空间社会集群的频繁发生。首先,本文根据群体系统自组织理论,在若干相同或相似因素的驱动下,分析基于通信的社会个体交互形成的特殊群体,并在其集群演化过程中所具有特定的行为特征和时空特征;其次,通过群体通信拓扑关系的深度优先遍历,模拟并揭示社会集群演化过程中的聚集、螺旋和分叉等现象;最后,分别采用社会集群模拟的时空数据挖掘和通信拓扑结构的图挖掘,说明社会集群中的个体和群体在现实空间和虚拟空间的互动作用和演化机制。模拟社会集群的演化过程并分析其时空特征,有助于拆解社会集群的演化,为建立社会集群引发的群体性事件和网络群体性事件的防控性预案,提供理论依据。

黄土塬地区CO2驱油封存泄漏土壤监测体系研究

为保障鄂尔多斯盆地黄土塬地区CO2驱油封存项目的安全开展,通过对CO2驱油封存技术和黄土塬地区地形地貌及土壤环境特点进行综合分析,辨识了黄土塬地区CO2驱油封存过程中CO2泄漏在土壤中的空间运移特征,探究了土壤环境参数的变化规律,总结了土壤不同环境指标和土壤层位下适宜的CO2泄漏监测方法,建立了一套适用于黄土塬地区特点的全时空、立体化、多参数的CO2驱油封存泄漏土壤监测体系。结果表明:黄土塬地区CO2驱油封存过程中CO2泄漏易受其地形地貌及土壤特点的影响,具有明显的纵向易反渗、横向多源化的空间运移特征以及土壤环境指标响应程度夏季高、冬季低的时间响应特征,所建立的监测体系对该地区土壤环境特点及CO2泄漏特征具有一定的适应性,可为其他复杂地区土壤CO2泄漏监测提供指导。

基于深度学习的细胞力反演新方法及其应用研究

目的细胞与胞外基质相互作用产生的牵引力/生长力与细胞的黏附、迁移等一系列活动均密切相关,实现对细胞牵引力/生长力的准确定量表征具有重要的生理、病理学意义。牵引力显微镜是一种目前被广泛应用于细胞牵引力/生长力测定的表征方法,其根据胞外基质中荧光标记物的位置变化确定位移场的分布,进而结合相应的力学模型以实现对细胞力的反演。

湍流预混燃烧中的非各向同性速度统计与涡面结构

尽管统计局部各向同性假设已广泛用于湍流理论和建模,但湍流预混火焰的局部释热会令附近流体密度与黏性发生突变,进而使湍流流场呈现非各向同性统计。我们将涡面场方法推广于湍流预混燃烧,用于表征非各向同性涡面结构。发现未燃侧的小尺度缠绕扭曲涡管在火焰区受到热膨胀的拉伸作用,在已燃侧融合为大尺度块状结构。结合拟涡能输运方程和雷诺应力Lumley三角形,分析发现从未燃侧到已燃侧速度场非各向同性程度逐步增加,且涡面几何结构的变化与速度场局部非各向同性统计高度相关。

乙二醇氧化在不同电位区间下的电极负载量的优化

由于近年来在电化学能源转化、存储及高附加值化学品电合成上的兴趣,设计与制备电催化剂受到越来越多的关注。活性是电催化剂关键参数之一,但观测到的活性会受到催化剂负载量的影响。本工作中,我们采用Co_(3)O_(4)/石墨纸(Co_(3)O_(4)/GPE)电极作为电极模型,通过循环伏安法和计时电位法展示Co_(3)O_(4)的负载量是如何影响乙二醇在碱性溶液(KOH)中氧化的。基于对氧化还原峰和双电层电容的分析可以得出增加催化剂负载量可以增加电化学活性位点数,也可以在低的氧化电位下促进乙二醇氧化,但在高的电位下并没有明显的促进作用。这个结果提供了对有机小分子电催化剂负载量优化的一些思考。

煤层气增产改造技术发展现状与趋势

基于国内外煤层气增产改造技术发展历程的追溯,立足于压裂液体系、完井技术、压裂配套工具和气井管理方法4个方面,详细剖析了煤层气产业所取得的突出进展与形成的主体工艺。结合中国煤层气增产技术发展现状,提出了裂缝非线性动态扩展机理、地应力场反演与重定向理论、压裂液的流变调控和微地震数据噪声甄别等6项亟需攻关的科学问题,展望了中国煤层气增产技术的发展趋势:(1)多井联动的工厂化钻完井模式;(2)活性水为主体的多元化压裂液体系;(3)多岩性协同开发的合层压裂作业模式;(4)暂堵转向相结合的重复压裂技术;(5)先进高效的钻完井配套设备;(6)智能化的数据管理与远程决策系统。以期对攻克煤层气规模化开发的技术屏障,促进产业的智能化、一体化、配套化、经济化和持续化发展有所裨益。

基于4D打印技术的水陆两栖机器人运动功能转换及控制

传统水陆两栖机器人的推进结构通常是将陆上推进结构与水上推进结构进行叠加,导致了现有水陆两栖机器人的机械结构较为复杂,增大了控制的难度。基于4D打印技术设计并制备了一种由轮毂和具有热变形响应性质桨叶结构单元组成的轮桨复合推进结构。该结构可通过热刺激变形响应实现水陆运动功能转换,有效地降低了水陆两栖机器人推进结构的复杂度。此外,还分析了几何参数和输入功率对桨叶结构变形响应速率的影响,实现了桨叶结构的可控变形,从而降低了水陆两栖机器人运动控制的难度。原型机试验结果表明,利用4D打印技术制备的水陆两栖机器人在降低了结构复杂度与控制难度的同时,可以实现水陆运动功能转换及控制。

基于非接触式电容传感的人体运动意图识别

人体运动意图的准确可靠识别是人机共融中的关键问题之一。针对现有研究中的局限和不足,提出了全新的非接触式电容传感方法。该方法以金属电极不接触皮肤的方式测量肌肉收缩信号。介绍了电容传感的原理,分析了基于该方法测量肌肉收缩形状变化的机理。分别介绍了非接触式电容传感方法在小腿智能动力假肢控制和上肢运动识别中的应用。针对下肢智能假肢控制,提出了基于非接触式电容传感的运动模态以及模态切换的识别。为了进一步提高系统的可穿戴性,提出了基于柔性可延展液态金属电极的电容传感系统并进行了初步的试验验证;针对上肢运动识别,首先介绍了用于腕关节离散运动模式的识别研究,其次介绍了基于电容传感对连续握力的识别和估计,证实了电容传感这一全新方法在上肢运动识别中的可行性。未来会在穿戴式机器人控制以及协作性机器人模仿学习中对电容传感方法进行更深入的研究。

机动车源对细颗粒物的贡献估算方法综述

近年来,随着机动车保有量的增加,机动车源成为导致大气颗粒物污染的主要源类之一.机动车源对大气细颗粒物(PM_(2.5))的浓度贡献,以及如何准确评估机动车源贡献是目前亟需解答的问题.本研究在调研已有文献研究的基础上,总结了目前机动车源贡献评估的主要方法,包括基于源清单信息的方法、受体模型法、化学传输模型法、混合源解析方法等,阐释了各种方法的原理与应用,评述了各种源解析方法的优势与存在的问题;此外,总结了国内不同城市(尤其是北京市)机动车源对细颗粒物的贡献,指出了定量机动车源贡献中面临的挑战与尚待解决的问题.