大功率超声波近井无机垢解堵的动力学机理

利用超声波在含流体储层多孔介质中传播的固/液耦合波动力学理论,大功率超声波解除近井带地层堵塞过程中,超声波在近井储层多孔介质中传播引起岩石骨架弹性形变、孔隙流体与骨架固体弹性错流和孔隙弹性变形引起流体挤压喷射流动等微观动力学特性;超声波作用引起储层多孔介质孔隙半径蠕动变化的动力学特征;超声波作用解除储层多孔介质中无机垢颗粒微观动力学特征;分析了大功率超声波作用下,近井带储层多孔介质中声能聚集引起岩石局部起裂的动力学特征.在此基础上,提出了大功率超声波解除无机结垢堵塞的无机垢体破碎作用、超声空化作用、超声摩擦作用、超声蠕动输运作用以及超声造缝作用等微观动力学机理.     

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析

弹性波作用下渗流多孔介质微粒运移分析是对目前静态流体或稳态多相渗流中微粒运移/捕集的补充,通过分析弹性波对微粒剥离运移捕集过程的影响,建立弹性波作用下微粒运移模型,得到对微粒运移效果和储层物性变化的影响规律。由推导得到的弹性波作用下微粒剥离临界速度可知,当微粒与孔喉半径的比值越小时弹性波导致的振荡附加力影响越大,临界速度与流体粘度、微粒/孔喉半径比成负相关,与基质胶结程度、结构力、微粒半径、微粒密度成正相关。弹性波作用下微粒运移模型需同时考虑多孔介质渗流速度的变化,此时微粒剥离释放速率增加,但随着波衰减和时间延长而降低,微粒在孔隙表面沉积滞留速率先上升后下降,喉道堵塞的速率有所上升,说明弹性波作用下微粒的剥离和悬浮能力增加,但亦增加了微粒在微细孔喉"架桥"堵塞的可能性。研究结论对岩石物理学和工业化波动处理涉及的储层物性研究具有一定指导意义。     

用超声波提高油气渗流速度的研究

在实验室条件下,用超声波对多孔岩样的渗流速度进行了实验室研究。结果表明,超声波可使油对多孔岩样的渗透率增加一倍以上,使空气对多孔岩样渗透率提高18％。多孔岩样被泥浆、泥浆处理剂、搬土、橡胶颗粒等杂质堵塞后,经超声波作用,能使岩样减少堵塞、疏通孔道、减轻污染,使油的渗透率恢复到原来的61～88％,停止超声波作用后,还有明显的滞后效果。     

应用超声分离微纳米颗粒的微型装置的设计与微制造

本文在对一种新的应用超声分离微纳米颗粒的微型装置进行设计并完成其微制造过程的基础上,分析了装置特性,重点研究了运用此装置进行微纳米颗粒分离时微粒的受力情况。文中首先给出了微粒在流体中受力的一维解析模型,讨论了影响作用于微粒的超声辐射力的因素,并通过有限元方法软件ANSYS对微型超声装置的振动模式及共振频率进行了研究,分析了微粒分离时装置中的声场与流场。在这些分析的基础上,计算得出了微型装置在不同工作模式下处于不同介质中的多种微粒的受力情况。     

基于流固耦合算法多孔介质的有限元建模分析

多孔介质流固耦合的研究已被广泛学者重视,在回顾国内外学者对流固耦合模型理论进展状况的基础上,主要介绍了多孔介质流固耦合的基础理论,以有限元分析软件ADINA为平台,考虑流固耦合分析算法,建立了多孔介质的三维有限元模型,通过分析计算得到了多孔介质在流固耦合作用下的变形情况.     

储层多孔介质中烃类液体非平衡吸附实验研究

油气体系在地层多孔介质中储集和渗流,与储层多孔介质形成一个相互作用的系统.由于储层岩石孔隙小、比表面大,部分流体将吸附于孔隙表面,形成吸附相,进而影响流体相态和渗流规律,尤其在低渗透多孔介质中,吸附现象更为严重.在分析研究多孔介质中液烃吸附特点的基础上,进行了真实岩心中三元烃类液体混合物的吸附实验研究.研究结果表明,对于低渗透储层,吸附的影响不能忽略.     

多孔介质内流体相态特征超声波探测研究进展

目前有关烃类流体相态的研究已较为成熟,能为油气田的高效开发提供相应的理论指导和技术支持。但研究成果大多忽略多孔介质对流体相态的影响。为此,在充分考虑流体与多孔介质相互作用的基础上,开展多孔介质内流体相态特征的研究十分必要。随着研究的不断深入,超声波探测技术不受压力温度限制、不改变流体成分、检测成本低、对人体无害等优点逐渐得到重视,并在多孔介质内相态研究领域逐渐得到了应用。在参考国内外相关文献资料的基础上,简述了超声波的探测机理,重点综述了超声波探测在多孔介质内天然气水合物、凝析油气相态特征研究的应用进展,并指出了目前存在的主要问题及今后的研究重点。     

悬浮颗粒在孔喉中的微观运移模拟研究

悬浮颗粒多孔介质微观运移模拟正逐渐成为颗粒堵塞机理研究和地层伤害评价的一种快速而有效的研究方法,基于颗粒离散元方法建立了一种悬浮颗粒在多孔介质中运移的微观孔隙模拟方法。通过拟合宏观力学参数生成了Antler天然砂岩骨架颗粒模型,建立了骨架颗粒流体耦合孔隙网络模拟方法,通过达西线性流验证了骨架颗粒流体耦合模型的正确性。之后在分析悬浮颗粒受力基础上,建立了耦合的悬浮颗粒侵入模型,模型考虑了侵入颗粒与流体、侵入颗粒与骨架颗粒的相互作用。模拟结果表明,在发生贯穿性堵塞时粒径小的悬浮颗粒造成更大地层伤害,初始孔隙度大的岩芯的渗透率降低幅度较大,因此在防止地层伤害注水方案设计时要针对具体地层的孔隙度和渗透率情况严格控制悬浮颗粒的粒径和浓度。     

乳状液在多孔介质中的微观渗流特征

通过自制的微观孔隙模型做乳状液渗流实验,观察、分析了乳状液在多孔介质中的渗流特性。结果表明：乳状液在多孔介质中的流动特性非常复杂,堵塞十分明显,堵塞的机理主要有单个乳状液分散相液滴引起的堵塞、分散液滴无序拥挤引起的堵塞和细小液滴在管壁吸附引起的堵塞3种;流速较高时,乳状液在孔隙介质中的流变性表现为剪切变稀非牛顿型,与进入模型前乳状液的流变性一致。该研究对乳状液堵水方案设计、三元复合驱技术及乳状液驱油技术具有指导意义。     

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

客货共线大跨度简支钢桁梁桥梁轨相互作用

以黄韩侯铁路上某156m大跨度简支钢桁梁桥为背景,采用理想弹塑性道床阻力模型,建立了轨-梁-墩一体化空间有限元模型,对钢桁梁桥上钢轨伸缩力、挠曲力、制动力以及断轨力分布规律进行了分析,探讨了相邻简支梁支座布置、桥墩顶纵向刚度、小阻力扣件布置等设计参数对钢轨纵向力的影响.研究表明:钢轨伸缩力为主要控制性荷载;相邻简支梁宜采用与钢桁梁相同方向的支座布置方式;随墩顶刚度的增加,钢桁梁桥上钢轨伸缩力和挠曲力增大,制动力减小;在钢桁梁桥上采用小阻力扣件即可以减小约36%的钢轨伸缩力.     

大跨径三塔缆索承重桥力学性能研究

分别建立了三塔缆索承重桥3种桥型的有限元计算模型,通过对比研究,给出了3种桥型的一些力学特性.进行主跨为1 400m的3种桥型方案试设计,论证了3种桥型的可行性,给出了三塔缆索承重桥的一些经济特性.对比了3种桥型的施工方法,论述了施工期间力学性能较佳的桥型.研究结果表明:协作桥的中塔主缆抗滑移稳定性较难满足设计要求;3种桥型索塔的轴力相近,而斜拉桥主梁的轴力很大,稳定性相对较差;斜拉桥扭弯频率比最大,比悬索桥大37%左右,比协作桥大8%左右;协作桥经济性能较佳,其单位面积造价比斜拉桥和悬索桥分别少29%和15%;悬索桥的施工工艺较为成熟,施工期间具有更好的稳定性.     

缆索承重桥的体系比选

从结构体系受力特点出发,将斜拉桥和悬索桥与其他各种双塔三跨缆索承重桥进行对比分析,并探讨在面对隧道竞争的情况下,不同跨径范围内结构体系的合理选择;比较了各种多塔缆索承重体系桥梁的力学与经济性能.分析表明,对于双塔三跨的缆索承重桥,主跨小于1100 m时,优先选择斜拉桥体系;超过1100 m时,悬索桥将面对其余缆索体系及隧道的竞争,可考虑锚碇和基础处水深及其他因素比较确定.     

传递矩阵法在浮桥动力响应分析中的应用

为了分析作用在浮桥上的移动荷载对浮桥连接接头动态响应的影响,选取带式浮桥和分置式浮桥2种桥型,将桥节和桥脚舟简化为刚体,连接接头用弹性铰来模拟。应用传递矩阵方法,建立了桥节、桥脚舟和连接接头的传递矩阵并组装成传递方程进行编程计算。分别对带式浮桥和分置式浮桥在不同荷载移动速度和不同连接接头刚度时的动态响应进行了计算,得到了2种浮桥跨中接头处的位移时间历程曲线和受力时间历程曲线。数值计算结果表明,随着荷载移动速度的增加和连接接头刚度的减小,浮桥的变形和连接接头处的受力都在增加。为了保障浮桥通载的安全性,应控制浮桥的通载速度和提高连接接头的刚度,以减小浮桥的变形和接头受力。     

超声波对CO2水合物生成过程的影响

CO2捕集、利用与封存（carbon capture utilization and storage, CCUS）是控制温室气体排放的重要途径之一,是实现碳达峰、碳中和目标的重要举措。为研究超声波对水合物法捕集CO2的作用效果,搭建了一套高压条件下超声波作用于CO2水合物生成实验装置。实验过程中超声参数设置为功率比70%、总作用时间8 min、每次作用时间8.0 s、间隙时间4.5 s。结果表明：超声可以大大促进CO2水合物的生成,其原因可能是超声能够增大气液界面传质系数、溶液过饱和度以及对溶液产生扰动并不断更新反应面积;在超声作用下,CO2水合物生长前期存在一个快速反应阶段,该阶段持续时间与驱动力成正比;此外,CO2水合物生成量和生长速率都与驱动力成正相关。     

基于梁轨相互作用的铁路桥梁徐变上拱限值

为研究铁路桥梁徐变上拱对于梁轨相互作用的影响,分别建立了三跨连续梁桥及简支梁桥的梁轨相互作用有限元模型,分析了徐变上拱对桥上无缝线路的钢轨附加应力、扣件上拔力、扣件剪切力以及列车走行性的影响.结果表明:徐变上拱值主要影响扣件上拔力和行车舒适度,而对钢轨附加应力的影响可以忽略;徐变拱跨比相同的梁桥所导致的钢轨应力、扣件上拔力及扣件剪切力峰值基本一致;对于该研究的主跨125 m的连续梁桥和跨径30 m的简支梁桥而言,徐变拱跨比的建议限值分别为1/2 500和1/2 000.     

曲率半径变化对曲线梁桥墩顶荷载特性影响分析

在现代化桥梁建设中,曲线梁桥应用越来越多,曲线梁桥由于"弯扭耦合"效应的存在使其墩顶的荷载特性受力比较复杂。以某曲线梁桥为例,运用Midas civil针对曲线梁桥分别从恒荷载、温度力、制动力、预应力、移动荷载等方面进行分析,得到各种荷载作用下曲线梁桥墩顶荷载分布情况,为后续曲线梁桥下部结构设计提供工程参考。     

既有连续钢桁梁桥加固后工作状态模拟

结合在役桥梁特点，依据桥粱实例，分析建立了既有连续钢桁梁桥加固前、后平面和空间计算模型。通过模型计算结果与实测资料对比分析，以及空间与平面模型计算结果的比较，表明空间计算模型为合理的工作模型。空间计算模型采用空间梁单元模拟桁架桥杆件，可以考虑弯曲次内力和结构空间受力行为，能够比较真实地实现连续桥梁的工作状态模拟。该模型为桥梁加固后安全寿命评估奠定了基础。     

FRP桥面板梁式桥动力性能的模拟分析

分别以FRP桥面板钢梁桥和FRP桥面板预应力混凝土梁桥作为研究对象,车辆模型选用空间振动模型,桥梁模型采用模态坐标法,通过轮轨接触处位移和力的协调条件建立方程,运用MATLAB的求解函数,计算车过桥的连续时间历程的车-桥耦合振动问题,并与相同条件下的混凝土桥面板梁桥的动力性能进行了对比,同时考察了路面粗糙度及车辆行驶速度对桥梁动力响应的影响.