考虑气液置换的压回法气井压井过程对井底压力的影响*

为在压回法气井压井计算中进一步贴合现场实际情况,提出新的压回法气井压井过程计算方法。在压井过程中,考虑压井液与侵入井筒的气体发生置换,导致井筒流体自上而下分布为液－气液２相－气－气液２相的实际问题,建立压井过程模型,并对井底压力的变化进行计算分析。结果表明:发生气液置换对压回法压井过程井底压力以及注入压力具有明显影响,考虑气液置换对井底压力的控制可更加精确,同时,气液置换越多,压回过程所需要的注入压力越大,易引起更加严重事故。因此,气液置换过程在压回法压井过程不可忽略。     

大落差原油管道投产充水过程研究

为了探究大落差管道充水投产过程中存在的不满流及低点超压问题,以中缅原油管道怒江跨越段为例（其最大高差达1 480 m）,基于OLGA多相流瞬态模拟方法,对大落差原油管道充水过程进行仿真研究,重点分析到达管道不同低点位置的最大速度、压力及相应持液率,得到不同输量条件下不同低点位置的水流速度、压力及持液率随时间变化规律。结果表明:当输量为900~2 000 m3/h时该管道中存在的段塞流概率降低57%,同时减少了管压波动以及对管道和设备的破坏,提高了管道输送效率。     

体积法压井现场试验研究

为了更加精细地描述体积法压井过程中井内气体的分布和运移规律,针对体积控制法压井开展了试验研究,通过在试验井井底注气的方式,模拟气侵并实施体积法压井;测量并分析压井过程中套压、立压、出口流量及注气速率等参数的变化规律。研究结果表明:体积法压井控制过程中,由于井筒内气侵气体以多个短气柱和弥散型气泡分布为主,在钻井液泄流过程中套压很难实现理想状态的稳定控制;井口出现气体并不代表气侵气体以气柱形式全部到达井口,通过气液混合泄流,可有效控制井底压力实现井底准恒压;当部分气体在井口形成气柱后,可提前启动置换流程,这种体积控制流程和置换流程结合的方式可有效降低地层破裂风险;置换流程中压井液的注入会产生井底附加压力,针对薄弱地层,需考虑此参数以降低风险。     

锅炉排汽消声器

有三种消声原理。即膨涨法,吸声法和吸声膨涨复合法。任何设备的通风管或阀门在排汽时都会使汽体增压,紊流就成为噪声源和传括噪声的媒介。汽流速度越大,其噪声级就越高。消声与减少汽流的速度有关。流量也是一个重要的参数,如果流量增加一倍,其噪声级就会增加3分贝。 膨涨消声器。这种类型的消声器或者是由一些连续的套管组成的,或者是由一些穿孔的同心套管组成的。这些套管可以引起压力损失,压力损失取决于套管入口处汽体的速度。在有蒸汽的情况下,两个套管之间的压力损失比例是1-1.83, 它与临界速度相符,其临界压力则只是根据汽体的热力…     

单液滴介观润湿行为理论模型与动态特征

为从介观尺度考察液滴在固体基面的铺展特性,基于格子玻尔兹曼方法(LBM),在D2Q9物理模型中,通过离散速度和作用力,建立单个液滴动态润湿二维模型;利用上述理论模型,结合解析解,验证模型准确性,进一步引入无量纲参数Bond数,表征重力与表面张力相对大小对液滴润湿轮廓的影响,定量分析气-液界面参数和壁面属性对接触角和铺展系数的影响特征。研究结果表明：终态接触角和铺展系数由固体基面固有润湿属性和表面力决定;势能和表面能的相互转化是液滴实现动态润湿的关键,介观尺度下液滴特征半径不大于25时,液滴越大,终态接触角越小,铺展系数越大,一旦超出区间临界值,终态接触角和铺展系数将趋于定值;固体基面属性越大,则亲水性越强,终态接触角越小,液滴越容易铺展;气-液界面属性的绝对值越大,则表面张力越小,铺展系数越大,润湿效果越好。     

基于瞬态特性的海底长输天然气管道泄漏规律研究

为研究海底输气管道瞬态泄漏规律,以渤海某输气管道为例,基于多相流瞬态软件OLGA研究泄漏孔径、输气量、泄漏位置等因素对泄漏过程的影响,提出基于瞬态特性的泄漏量计算方法,对不同响应方式下的泄漏量和直接经济损失进行预测。研究结果表明：泄漏过程可分为急速下降、缓慢下降及稳定3个阶段,泄漏速率呈现出指数下降趋势;泄漏孔径、输气量、泄漏点与入口距离等因素对泄漏速率、泄漏点压力、入口压力影响显著,泄漏背压对其几乎无影响;不同泄漏参数与泄漏孔径、输气量呈现不同的函数关系;当管道泄漏时间超过1 h,利用紧急关断方式可以大幅减少泄漏量和直接经济损失。研究结果可为油气泄漏事故应急处理、现场应急策略制定提供理论参考。     

矿井井筒提升设备绕流的数值模拟

基于经典的流体力学理论,建立罐笼绕流的二维RNGκ-ε湍流模型,分析其初始边界条件,并结合工程实际应用FLUENT计算流体动力学软件模拟罐笼运行时井筒内流场及压力场,得出井筒内流场及压力场的变化规律。研究结果表明:在罐笼运行期间,由于空间受限而引发活塞效应,井筒内压力发生瞬态变化,造成通风系统的压力波动,导致气流运动的动态改变,对通风系统稳定性有一定的影响。     

细水雾灭火技术在微重力环境下应用的可行性分析

针对细水雾灭火技术在载人航天器安全中应用的可行性,通过理论分析研究了微重力环境下液滴滞止距离与初始速度、粒径的关系,并利用Fluent模拟研究了水雾喷嘴雾场结构.理论分析结果表明,初始速度一定,水雾粒径越小,其滞止距离也越短;初始速度越大,其滞止距离越长.粒径小于50μm时,初始速度对滞止距离影响不大.数值模拟结果表明,微重力下的雾场分布与常重力下有明显差异,水雾主要集中在喷嘴附近,而且水雾蒸发速率较慢,液滴存活时间长.对比理论分析和模拟结果,模拟的迁移距离要小于理论值,这是因为理论分析中忽略了液滴的蒸发.为解决液滴滞止的问题,建议微重力环境下采取气体载运水雾的方式.     

多相流耦合水击模型在泄压阀压力精度设定中的应用

氮气式水击泄压阀的压力精度设定问题与油气管道系统能否安全运行紧密相关,为进一步提高泄压阀的设定压力精度,构建了油气水三相流耦合水击模型和阀芯运动力学模型;根据泄压阀的工作原理,对泄压阀阀芯的受力情况进行分析,建立水击压强、氮气压力、弹簧力之间的数学联系;实现了油气水三相流耦合水击模型和运动力学模型的融合。研究结果表明:构建的数学模型能准确地计算出符合实际工况的水击压强、氮气压力、弹簧力的理论数值;水击压强、氮气压力与弹簧力大小呈周期性变化;氮气压力与弹簧力设定数值的确定,可进一步提高泄压阀的设定压力精度。     

复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法,以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系,提出了非均匀地应力和内压联合作用下,沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法;建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法;根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值,利用蒙特卡洛法（MC）建立了完整的套管可靠度计算和评价方法;通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下,套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系;利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化;可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。     

注气条件对CO2置换驱替CH4影响的实验研究*

为研究不同注气压力与注气温度对CO2置换驱替煤层CH4的影响规律,利用Materials Studio分子动力学模拟软件,通过煤体在2元组分混合气体间的竞争吸附量、竞争吸附热及能量分布等变化规律,从微观研究煤吸附CH4与CO2之间的机理,并利用物理实验平台,选用3种高变质程度煤进行注CO2置换驱替CH4实验。结果表明:同一种变质程度煤,随着注气压力或注气温度的增大,置换率呈增长趋势、驱替比呈下降趋势、CO2突破时间变短;相同注气压力与注气温度时煤的变质程度越高,置换效率越大、驱替比越小、CO2突破时间越长。并且注气压力对于CO2置换驱替CH4的效果要优于注气温度。     

喷淋与火羽流相互作用的数值模拟

采用CFD软件FDS,对小室木垛火灾在喷淋情况下火羽流与喷淋的相互作用进行了数值模拟分析,重点比较了喷淋压力分别为0.05 MPa、0.1 MPa、0.2 MPa和无喷淋情况下木垛火源热释放速率的变化以及火羽流附近几个关键点的温度变化.结果表明,对于热释放速率为0.5 MW的木垛火源,压力为0.05 MPa和0.1 MPa的喷淋液滴无法穿透火羽流到达火源,对热释放速率影响很小;而压力为0.2 MPa的喷淋液滴则可穿透火羽流.在火源中心线竖向高度上,存在着喷淋与羽流相互作用的临界面.在临界面以上,温度沿竖向高度降低,喷淋动量大于羽流动量; 在临界面以下,温度沿竖向高度升高,羽流动量大于喷淋动量.在火源邻近位置的不同竖向高度上,存在着温度转折点.在转折点以下,温度沿竖向高度几乎不变或变化很小;在转折点以上,温度沿竖向高度升高.     

泄爆面特征参数对天然气爆炸超压峰值的影响规律

为揭示泄爆面特征参数对大尺度受限空间内天然气爆炸超压峰值结构的影响机制,基于典型房间特征,借助计算流体动力学技术研究不同泄爆面开启压力、开启时间以及泄压比等参数条件下室内天然气泄爆超压峰值结构的分布规律。研究结果表明:峰值Pb随开启压力和开启时间增加均呈线性增长趋势,而泄压比对Pb影响较小;峰值Pmfa与室内最大火焰面积有关,随开启压力、开启时间的增加和泄压比的减小,气体出流速度增大,进而产生更强的湍流,导致室内火焰面积和气体燃烧率增加,最终Pmfa增大;峰值Pext随泄压比增加呈快速降低趋势,同时开启压力和开启时间对Pext影响具有协同效应,共同促进Pext快速增加。     

Fluent模拟结合SF_6示踪法测定钻孔有效抽采半径

根据煤层瓦斯流动理论,通过Fluent软件建立钻孔抽采瓦斯流动模型,模拟出SF_6气体在瓦斯流场内的运动情况以及钻孔周围瓦斯压力下降的情况。使用SF_6气体示踪法进行现场测定,根据相似理论,把软件模拟结果与现场实测结果结合确定钻孔的抽采有效半径。并以屯兰矿做实证研究,为今后抽采钻孔及钻场的设计提供了理论和参考依据。     

随钻压力波在用于早期气侵检测时的扰动传播特性研究*

为了研究随钻测量装置（Measurement While Drilling,MWD）压力波信号在用于早期气侵检测时的扰动传播特性,基于油气井多相流流动理论,建立随钻压力波在环空气液两相流中的扰动传播模型,对多参数影响下的压力波传播与衰减特性进行模拟,并对压力波检测技术的现场应用效果进行分析。结果表明:含气率、角频率、系统压力、虚拟质量力、拖曳力和壁面剪切力的变化都会对压力波在环空气液两相流中的传播与衰减特性造成不同程度的影响;相比于常规的全烃量检测技术,压力波检测技术可以更早地检测到气侵的发生,可进一步提高油气井建井的安全性。     

泄压点火不同端管道内甲烷爆炸特性数值模拟

结合气体爆炸传播机理,利用FLACS软件对泄压点火不同端两种方式(泄压口通径为25 mm和泄压口完全开放)下甲烷的爆炸过程进行数值模拟,获得了5种体积分数甲烷的爆炸特性参数,分析得出:两种不同泄压方式下,10%,9.5%,11%体积分数的甲烷爆炸特性变化趋势接近,7%,8%的甲烷较前三者有所延迟;5种甲烷在管道中心处的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值都随甲烷体积分数的增大而逐渐上升,在10%时达到最大,继续增加甲烷体积分数则出现下降趋势,最大爆炸压力时间变化趋势与其相反;管道中心处的爆炸产物浓度随着甲烷体积分数的增大而增大,与泄压方式无关;增大管道泄压口面积有利于爆炸压力以及爆炸高温高压气体的释放,使得各体积分数甲烷的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、最大爆炸压力下降速率、温度峰值均下降,到达最大爆炸压力的时间均增大。     

改善热轧降尘效率的雾化参数分析*

为提高热轧工作区的雾化降尘效率,研究尘雾颗粒碰撞相关理论,以热轧产生的氧化铁皮粉尘为研究对象,建立基于雾滴粒径、雾滴速度和液体流量多个雾化参数的降尘效率计算模型;分析单一雾化参数对降尘效率的影响;通过实验,测得不同气液压力组合下的雾化参数,运用响应曲面法,分析多个雾化参数耦合对降尘效率的影响。结果表明:降尘效率随着雾滴粒径的减小、液体流量增大而提高,雾滴速度对其影响不明显;多因素耦合时,通过调节气液压力组合来控制降尘效率,结合高温环境对雾滴存活时间的影响分析,当气压0.3 MPa、液压0.5 MPa时,粒径为21～27 μm的粉尘沉降效果最佳,降尘效率达到90%以上,可有效解决热轧车间粉尘污染问题。     

大面积顶板失稳诱发空气冲击波灾害时程特性研究

采空区大面积顶板冒落可在瞬间产生破坏力极强的空气冲击波。介绍了空气冲击波的形成及危害形式,指出了传统冲击模型的缺陷,通过建立新的冲击模型,深入分析了空气冲击波从形成到消亡过程中的速度和能量变化特征,结合香炉山钨矿大面积采空区的实际情况,选取典型参数进行分析计算,结果表明:空气冲击波速度与冒落块体尺寸,顶板冒落的高度,可供逸出气体巷道的总断面积,巷道的通风阻力等因素有关;下落块体受压缩空气阻力作用,下降时间略微增加,整个冒落过程持续时间为2.89s,当下落时间为2.1s时,风速达到极值,为508.1m/s,冲击影响范围在距离事发空区的370m以内;块体下落的起始阶段受空气阻力较小,飓风速度急剧升高,下降中间阶段,飓风速度先是缓慢爬升,然后达到峰值,块体下降的后期受空气阻力作用最为明显,风速急剧下降,巷道内飓风流迅速趋于平缓;建议对香炉山钨矿采空区尽快实施充填,并采取疏堵结合、设置缓冲垫层、加强地压活动监测等措施降低冲击危险,减小冲击危害。     

基于实测数据的南京地铁换乘楼梯流量系统动力学分析

在实测数据的基础上,经过数据处理和分析,获得了地铁高峰运行期间换乘乘客在通道和楼梯口的速度-时间、密度-时间、流量-时间曲线。在所得统计曲线的基础上,根据系统动力学理论和方法,结合紧急疏散模型,用Vensim仿真软件建立了基于实测数据的地铁换乘系统动力学模型,并对仿真模拟后的数据进行分析,发现换乘楼梯流量随楼梯长度增加逐渐减小,并最终趋近2.5人/s;随楼梯宽度增加逐渐增大,并最终趋近5.1人/s。通过Origin软件拟合出两条曲线,并得出了流量与长度、宽度的定量关系。     

油水两相流弯管处安全分析

针对油水两相流经过弯管时的流向改变会导致流体速度和压力发生突变,造成发生静电事故和腐蚀事故风险上升 的不利影响,提出了RSM模型和Mixture模型相结合的安全分析方法。该方法对不同入口速度和含水率的油水两相流进行 数值模拟,并用Origin软件拟合了进口最大允许流速与管径及含水率的经验关系。结果表明,在含水率和入口速度一定 时,随着管径的增加,弯管处的最大速度呈现逐渐减小的趋势:当管径和入口速度一定时,随着含水率的增加,弯管处 的最大速度也逐渐减小。最大压力出现在弯管外拱壁处,最小压力出现在弯管内侧拱壁处。在实际生产中,增加弯管下 游直管段内侧壁的壁厚,可有效防止空化腐蚀所造成的危害;通过含水率来确定安全流速,可有效降低静电事故的风险 。