摘要：中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

摘要：[目的]漂浮软管是海上输送原油的关键设备,其运行的可靠性及安全性对原油外输的效率影响非常大。由于海洋环境、作业船舶及软管自身长度等因素的影响,外输软管会出现不同的水动力响应,增大原油输送中的风险。[方法]采用数值模拟方法,对悬链浮筒式系统(Catenary AnchorLeg Mooring,CALM)系统外输漂浮软管进行动力响应分析及优化设计研究,以单点系泊系统中漂浮软管为研究对象,利用OrcaFlex软件建立穿梭油轮-漂浮软管-浮筒的耦合响应模型,对漂浮软管总长、浮筒与穿梭油轮的间距、艏管连接角度、艉管连接角度等影响软管动力响应的因素进行分析,考虑最小化软管的有效张力及曲率,优化软管设计变量。[结果]随着软管总长的增加及浮筒与穿梭油轮的间距缩小,漂浮软管的最大有效张力先减小后增加,而弯矩及曲率一直增加;随着艏管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大,而随着艉管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大再减小,弯矩及曲率变化趋势各有不同。选择合适的软管总长、浮筒与穿梭油轮的间距、艏艉管连接角度对外输软管动力响应优化十分重要。随后采用遗传算法对漂浮软管构型进行优化,以最小化软管的有效张力及曲率为目标进行多目标优化设计,得出软管动力响应最优配置方案。[结论]研究结果可为外输软管的整体设计与构型优化提供工程指导。(图10,表5,参20)

摘要：针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微波天线的结构参数对储层内平均电场强度的影响,优化了微波天线的结构参数;并针对优化后的结构参数,分析了不同微波参数下微波加热10 h后储层的升温效果。模拟结果表明:微波天线的最优结构参数为槽口形状为椭圆形槽口,槽口周期长度为187 mm,长轴为50 mm,短轴为11 mm,槽口角度为19°;微波频率为1.5 GHz、微波输入功率为3 kW时,微波加热10 h后水合物储层半径1 m范围内的平均温度为10.43℃,升高约5℃。所设计的微波加热能量补充装置能为水合物的分解提供驱动力。研究结果可使微波加热技术应用在水合物开采中,为天然气水合物的高效开发提供了一种新的方案。

摘要：井口吸力桩表层建井技术在天然气水合物开采、边际油田开发、军事航道区水下开发等领域具有良好应用前景,但在井口吸力桩安装过程中存在贯入不到位导致水下井口出泥过高引发钻井工况复杂载荷下水下井口失稳难题,有必要开展极限贯入深度研究。基于井口吸力桩贯入阶段力学模型,考虑沉贯阻力和极限吸力,建立了井口吸力桩极限贯入深度模型。结合南海西部X井位工程实例,开展了井口吸力桩表层建井设计,计算了直径为6 m的井口吸力桩贯入过程中的阻力,给出了井口吸力桩极限吸力设计参数。计算结果表明:在南海西部X井位安装井口吸力桩,其极限吸力的主要限制因素为临界吸力和水泵吸力;极限贯入深度主要受土质类型和强度、临界吸力的影响,强度高和渗透性好的土体会导致极限贯入深度减小;X井位井口吸力桩极限贯入深度为26.75 m。本文极限贯入深度的计算分析可为井口吸力桩的设计和现场施工提供技术参考。

摘要：注采模式优选对缓解厚油层层内矛盾,提高纵向波及效率具有重要意义。目前尚未形成油水井同时部分打开的井间解析渗流模型,无法支撑厚油层波及特征的研究。为此,采用保角变换方法,将油水井同时部分打开剖面地层依次变换为圆形边界偏心裂缝井地层、单位圆形边界两分支裂缝井地层、注水井全部打开采油井部分打开剖面地层,之后重复上述变换,将注水井全部打开采油井部分打开剖面地层变换为油水井全部打开剖面地层,从而将原始二维渗流过程变换为一维渗流过程,实现了不同注采模式下厚油层层内压力及流线分布的解析计算。与精细数值模拟方法的对比表明,该方法对不同井距/厚度比的情形均可获得较高计算精度。利用该方法,开展了注采模式对纵向波及特征的研究。结果表明:对于底注高采模式,注水井顶部为主力注入层段,注水井顶部1/3的井段控制超过1/2的地层,使超过2/3的采油井段受效;注水对地层的波及主要作用于注水突破前的阶段。在相同的打开厚度下,底注高采的注水突破最晚、波及效率最高,底注中采、中注高采次之,高注高采、底注底采注水突破最早、波及效率最低。采油井的打开厚度越大,注水突破时间越短,但注水突破时的波及系数增大,应综合考虑注水突破时间和波及系数两方面的因素,优选最佳打开厚度。

摘要：针对防弯器设计时几何结构参数多,需同时考虑刚度、寿命及质量,设计过程复杂,难以快速获得最优结构方案等问题,建立动态缆整体动力响应分析模型及防弯器有限元分析模型,以质量和疲劳寿命为优化目标,将其主要几何参数作为变量,利用BP神经网络算法实现几何参数与疲劳寿命之间的全局化映射,建立防弯器疲劳寿命预测模型,并通过多目标粒子群优化算法得到考虑寿命与质量的最优结构方案。结果表明,优化后防弯器质量和疲劳寿命有一定的提升,形成了浮式风机动态缆防弯器快速优化设计方法。研究成果可为海洋工程结构与装备的优化设计提供理论指导。

摘要：时空插值可以捕获时空数据中的依赖关系,估计地理现象随时间的几何和属性数据变化。现有的时空插值方法大多未同时考虑数据的长期时间相关性以及全局空间信息,本文结合长短时记忆网络LSTM (Long Short Term Memory)与数据的空间特性构建了时空插值模型:(1)模型利用空间层剔除弱相关性的信息,提取相关性更强的空间信息输入LSTM网络;(2)由于传统人工神经网络ANN (Artificial Neural Network)模型无法考虑时间对插值的影响以及单向LSTM模型仅能考虑过去时刻对当前时刻的影响而不能利用未来时刻的信息,本文使用双向LSTM模型BiLSTM(Bi-directional LSTM)体现时间相关性;(3)为了有效提取全局空间特征并保留BiLSTM双向建模的优势,本文将自注意力机制引入BiLSTM中,构建了融合自注意力的双向LSTM插值模型SL-BiLSTM-SA (BiLSTM Model Fused with Spatial Layer-Self attention)。在实验设计阶段,模型被应用于山东省PM2.5浓度数据集进行插值效果研究,并与其它模型进行性能比较。实验表明,SL-BiLSTM-SA模型有着更低的误差度量,相较时空普通克里金STOK (Spatio-Temporal Ordinary Kriging)和遗传算法优化的时空克里金GA-STK (Genetic Algorithm-optimized Spatio-Temporal Kriging)精度分别提高了39.83%、36.63%,且能较准确地预测高值和低值。本文融合空间信息,结合BiLSTM和Self-attention构建了时空插值模型,扩展了时空数据的插值手段,为时空数据分析提供了一定的理论和方法支撑。

摘要：渤海油田水平井高效开发面临防砂难度大和高含水突出等问题,且无人平台的推广增加了生产井远程监控的需求。针对当前的生产需求,研发了一种水平裸眼井分舱防砂与智能分采完井技术。引入旁通隔离封隔器设计了一趟多舱砾石充填管柱,旁通隔离封隔器双重封隔可有效防止层间窜流,为智能分采提供良好的井筒环境;重新设计智能分采管柱产液流动通道,将液控智能滑套优化到顶部封隔器以上位置,以降低现场作业难度,减少作业成本;采用节点分析法分析智能分采管柱的作用机理。该技术在渤海油田S井进行现场试验,试验结果表明:该井分舱砾石充填效率100%,智能滑套顺利实现中心平台远程控制;投产至今未出砂,日产油108 m^(3),超配产10%,实现了增储上产的目的。所得结果可为海上油田水平祼眼井分层开发提供新思路,为祼眼井控水技术提供新途径,为智能油田规模化建设提供新方式。

摘要：针对于天然气水合物能源试采过程中出砂导致试采作业被迫终止的问题,在水合物第2次试采工作经验和层内加固、防砂理论的基础上,进行了水合物层骨架重构的低温早强胶凝材料体系构建研究。该研究对比了嘉华G级、超细水泥和早强水泥的低温早期强度和长期长度、粒径分布,基于满足层内加固骨架重构孔隙尺寸,进行了低温早强胶凝材料组分设计,以水泥浆流动度、早强性及成本为目标,尽可能提高固结体的早期强度,为后续增渗提供更多强度下降空间。通过研究超细油井水泥与嘉华G级水泥的配比、早强剂优选及加量优化,构建出了低温早强胶凝材料体系,该体系在15℃水浴下24 h抗压强度可达到12.86 MPa,具有良好的流动性、稠化时间和失水可控性,相较于文献的低温早强水泥浆体系具有更好的增渗高强特性。该研究为后续研究水合物层内骨架重构高渗透、高强度的工作液体系奠定了材料基础。

摘要：针对海上平台电驱往复式天然气压缩机橇工艺机理分析映射难、运行监测不够全面、智能化运维水平较低等问题,创建了一套基于HYSYS机理模型的整橇数字孪生系统。设计了数字孪生系统驱动方法,为HYSYS机理模型的输入参数采集和计算结果映射,以及系统的数据循环传输和功能执行提供理论基础。针对整体建模较为复杂的整橇天然气2级压缩流程进行了简化,并以此为基础进行了HYSYS软件仿真模型构建,将HYSYS模型冷却水流量的仿真计算结果与设备设计性能参数进行分析对比,验证了模型的映射性能。基于MySQL数据库和MATLAB编程构建了HYSYS与数据库的通信接口。搭建了数字孪生系统可视化软件操作平台,配套了硬件系统并进行了功能验证和有效性、实时性测试。研究结果表明:基于HYSYS机理模型的整橇数字孪生系统可实时有效地实现天然气2级压缩流程较为全面的状态参数计算、在线监测和工艺机理分析映射。