摘要：【目的】煤层气废弃井中水泥塞封堵质量是防止井内污染物泄漏的关键。现行煤层气废弃井处置标准中的注水泥塞方式为简单的泥浆泵注,该方法形成的水泥塞存在水泥颗粒团聚、气泡和微孔隙等问题,导致水泥塞强度降低,易失去密封性能。【方法】针对该问题,将振动技术应用于煤层气废弃井封堵作业中,通过专用工具带动管柱振动,依靠振动能量的传递,改变水泥浆流性以提高水泥塞封堵质量。基于Euler-Bernoulli梁理论及Hamilton变分原理,充分考虑非线性因素,建立了封堵作业中管柱-水泥浆系统三维非线性耦合振动控制模型,采用Lagrange函数和三次Hermite插值函数对管柱系统进行离散,利用Newmark-β法计算并分析了管柱在水泥浆条件下的振动特性;并搭建了机械振动试验测试平台,通过正交试验,研究了振动频率、振动时间以及振动幅值三因素在不同参数组合条件下对水泥石力学性能的影响,得到了最佳振动参数,并进一步研究了单因素对水泥石力学性能的影响规律。【结果和结论】结果表明:(1)考虑纵横耦合效应后,管柱自身由线性结构变为非线性结构,加载使其振动固有频率明显增大,并与振型一起实时变化,在一定时间后变化呈现周期性。(2)管柱长度与振动固有频率成反比,管柱越长其振动固有频率的变化量越小。(3)管柱-水泥浆耦合效应对振动固有频率的影响显著,在水泥浆存在的情况下,管柱系统的振动固有频率均降低,随着水泥浆密度的增加,管柱振动的固有频率降低。(4)机械振动可以使水泥浆体系更加均匀致密,表现为水泥石强度得到极大提升,当振动频率为15 Hz、振动时间为5 min,振动幅值为3 mm时,相比于未振动工况,水泥抗压强度提高38.45%、抗拉强度提高24.14%,胶结强度最大提高52.9%。研究结果可指导封堵工具振动参数的设计,为现场施工参数的确定提供参考,提高水泥浆性能以提高封堵质量,具有工程指导意义。

摘要：琼东南盆地属于中孔低渗储层,储层易发生水化、水锁等伤害。当前区块系列井所用深水钻井液侵入损害类型、机理不明,且传统的钻井液伤害评价方法误差大,不能直观地量化损害程度。因此设计了以钻井液污染实验、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)分析、计算机断层扫描(computed tomography,CT)结合的方式分析钻井液固相以及液相侵入损害储层的方法。结果表明,深水钻井液与地层水配伍性良好,储层水锁损害率处于19.8%~31.4%,液相侵入损害主要为水锁损害;岩心SEM扫描结果显示其孔隙连通性差,EDS测试结果中Ba^(2+)、Ca^(2+)含量较高,分析固相侵入损害主要由加重剂引起,且蒸馏水返排后岩心CT扫描结果显示孔隙度微幅上升表明固相堵塞很难通过自然返排的方式清除。于是通过研发降滤失剂和优选加重剂粒径配比的手段优化深水钻井液储层保护性能。根据理想充填理论,确定最佳配比为1000目CaCO_(3)、600目CaCO_(3)和200目CaCO_(3)的比例为5∶11∶9。优化后体系滤失量显著降低,固相颗粒中径在90μm左右,滤饼致密程度明显提高;渗透率恢复值提高12.1%~19.68%,对该区块钻井液储层保护性能优化具有指导意义。

摘要：针对某油田气提塔存在油路出口含硫量偏高的问题,根据气提相平衡理论,构建气提塔仿真模型,模拟气提塔运行工况,分析油气出口的压力、温度及流量参数,发现气提气超负荷造成气提气的流量特性与调节阀流量特性不匹配,无法将出口压力调至设计压力,塔内原料油的硫化氢组分无法被充分解吸,导致油路出口油品含硫量偏高。提出气提塔的气动调节阀改进方案,确定新阀的额定流量系数为650,公称直径为200mm。更换调节阀后,油路出口处的H2S流量从12.56×103mg/h降为1.91×103mg/h,脱硫效果得到显著提高。

摘要：[目的]碳捕集,利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术作为实现碳中和的重要手段,其中CO_(2)的安全高效输送是关键环节。超临界相CO_(2)管道输送已在国际上得到广泛应用,国内现已基本掌握了超临界CO_(2)管道稳态输送的工艺规律,但对于具有起伏地形的超临界CO_(2)管道放空作业的动态规律和安全风险认识尚不够深入。[方法]借助OLGA软件,建立具有起伏地形的超临界CO_(2)管道两端阀室放空物理模型,开展管道放空的动态模拟分析,揭示了放空过程中主管道内低温现象的物理本征,探讨了地形起伏超临界CO_(2)管道放空过程中的关键问题,特别关注了地形起伏对相态变化、低温风险及干冰生成的影响,提出了控制背压的安全放空方案。[结果]具有地形起伏超临界CO_(2)管道放空应尽量避免在高压、低温下进行;需设计适宜的放空管径和开度,以规避低温脆断、干冰生成等风险;所提出的放空方案在具体地形条件下表现良好,能有效解决主管道放空过程中低洼地段的极致低温问题,并对放空出口的危害较小。[结论]研究成果为地形起伏地区超临界CO_(2)管道的安全放空工艺设计与工程建设提供了理论支持,对工程实际应用具有参考价值,有助于保障CO_(2)管道的安全高效输送。

摘要：【目的】金属氢化物储氢反应器是固态储氢技术的核心部件,在金属氢化物进行可逆吸放氢反应过程中会发生大量热交换,从而导致反应器内部温度分布不均匀,影响反应器的储氢性能和使用寿命。因此,对金属氢化物储氢反应器进行有效的热管理,是提高其储氢效率和稳定性的关键技术之一。【方法】为研究国内外金属氢化物储氢反应器的热管理进展,通过文献调研的方式,概述了金属氢化物吸放氢反应原理,根据热量传递过程将储氢反应器的换热过程分为3个阶段:热量在储氢材料中的传递、储氢材料与储氢反应器壁面间的换热、储氢反应器壁面与外界的换热,并对提高不同阶段换热效率的热管理方法进行了分类。【结果】通过对各种热管理方法的换热性能进行分析,分别介绍了使用换热管、翅片、相变材料等不同热管理方法的研究进展,以吸放氢速率作为金属氢化物储氢反应器的重要指标,对比分析了不同热管理方法的优缺点,总结了现阶段仍存在的问题和挑战,并对金属氢化物储氢反应器热管理的未来发展方向进行了展望。【结论】不同的热管理方法有各自的优势和劣势,对不同规模和用途的金属氢化物储氢反应器有针对性地进行热管理方法的选择与优化,有利于设计出高效、紧凑的热管理系统,为固态储氢技术的规模化和工程化应用奠定基础。(图7,表1,参79)

摘要：【目的】滑坡是目前造成管道失效事故的主要地质灾害类型之一,滑坡区管道运行状态监测是亟需解决的难题。【方法】提出了一种基于SBAS-In SAR遥感技术的管道上方地表位移测量方法,实现了公里级范围管道地表位移毫米级高精度监测。基于管道中心线空间坐标数据以及管道几何特征数据,结合三次样条插值算法,提出了管道三维空间路由的重构方法。考虑管道真实路由与温度、压力等工艺载荷条件,采用空间管单元与非线性管土单元建立管道应力分析有限元模型,以遥感感知滑坡位移为准确边界条件,提出了滑坡段管道应力状态计算方法。【结果】通过陕京三线良乡—西沙屯某高风险滑坡区管段2021—2022年的应用实践表明,该计算方法得到的管道应力结果与分布式应变片监测结果最大相对误差不超过16%,经评估,该段管道目前处于安全状态。【结论】该方法结合了SBAS-In SAR技术与有限元分析方法,能够准确计算滑坡段管道的应力分布情况,可以有效实现滑坡段管道应力状态的空间重构与安全评价,对于提高滑坡段管道的安全性和可靠性具有指导意义,对于其他类似工程的监测和设计也具有参考价值,同时为未来地质灾害段管道安全状态的数字孪生体构建提供了技术基础。

摘要：相较于传统的水合物生成抑制方式,向管线中添加低剂量抑制剂的水合物风险控制策略,在深水多相集输领域防控水合物堵塞中具有显著的优势,备受国内外学术与工业界的青睐。阻聚剂是一种能在更为苛刻的高过冷度工况下,仍具有良好阻聚效果的低剂量抑制剂,可保证多相混输流体内生成的水合物以浆液呈现可输送状态。本文重点阐述了影响阻聚剂性能的关键因素,梳理了阻聚剂存在体系内水合物生成及流动的宏微观特性。总体而言,阻聚剂的性能受加剂量、含水率、矿化度、pH、溶液乳化状态及应用工况过冷度等综合因素的影响;添加阻聚剂体系的水合物浆液内水合物生成量稳定适中、流动性越好,油气水混输系统内发生水合物堵塞的风险越低,其流动安全的保障可靠性越高。基于上述研究,本文总结了阻聚剂对水合物的作用机理,并给出了未来深入开展阻聚剂研究的建议。

摘要：高铁采用交流供电,运行中其供电系统会对临近的埋地管道造成交流干扰,加速管道腐蚀,因此需要对交流干扰影响的管道进行缓解。本文运用数值模拟方法,对与高铁交叉并行的某管道进行交流干扰预测,研究了机车位置对干扰的影响,并进行了缓解方案的设计,形成了一套高铁交流干扰的缓解流程。研究得出:机车位于管道与高铁交叉点时,管道交流电流密度超出干扰评价指标,缓解方案设计为固态去耦合器加接地的方式,多次计算确定锌带敷设位置及数量,施加缓解方案后管道干扰达标,缓解效果经验证达到效果。

摘要：水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明:(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。

摘要：深井、超深井、大位移井等复杂油气井钻井过程中套管磨损严重,大大增加了套管失效风险。现场测量数据表明,某些井段的套管上存在多个磨损区域,磨损形状呈现出比经典“单月牙”形更加复杂的复合模式,常规方法难以准确预测套管失效风险。为此,在分析复合磨损模式与单月牙模式区别的基础上,基于室内实验与数值模拟分析,揭示了复合磨损套管在内压与外挤作用下的失效机理,得到套管剩余强度的主控因素及其作用规律,构建了磨损套管剩余强度智能预测模型,形成了磨损套管失效风险预测方法。研究结果表明:①套管磨损形状不仅是单月牙形,还会出现多月牙重叠、交叉和分离的复合磨损形状;②磨损套管的内压失效是一种强度失效,发生在磨损区套管壁中部的等效应力达到材料的屈服强度时,而外挤失效是一种稳定性失效,发生在套管截面形状的椭圆度达到临界值时;③磨损深度、径厚比和屈服强度是套管抗内压强度的主要影响因素,抗外挤强度除上述因素外还包括磨损宽度和分离角,设计如忽略套管磨损的影响,可能引发井筒完整性失效风险。结论认为,该方法在中国西北部某超深井进行了现场应用,预测精度在90%以上,吻合度较高,为油气勘探开发向深层、超深层发展提供了技术和安全保障。