AE检测液固两相流室内模拟研究

 针对现有液固体系中固相含量检测方法上的缺陷,研发了液固两相流声发射检测系统,并进行室内评价试验。利用自行编写的系统软件,在实验室条件下提取不同砂粒的浓度和粒度信息进行试验。结果表明,在粒度不变条件下,砂粒声发射信号的功率谱幅值随砂粒浓度增加而增加;在浓度不变条件下,砂粒声发射信号的功率谱幅值随砂粒粒径增加而减小。     

基于气-砂两相流振动信号特征分析的砂粒检测

气-固两相流中固相信息的实时检测广泛应用于工业中的各个方面,特别是天然气开采过程中面临的出砂监测问题.为了丰富现有固相颗粒监测方法和技术,本文通过分析气-砂两相流流动撞击管壁激励的振动信号特征,开展气井出砂实时监测室内研究.本文利用加速度传感器感受砂粒撞击管壁的一次信号,随后通过信号调理、采集并转化为所需出砂信息.通过设计室内实验,对不同流速下的气流信号、不同携砂流速下的气-砂两相流信号、不同出砂率下的气-砂两相流信号进行时-频特征分析,结果表明14.0～18.0,kHz频段内气流信号幅值波动稳定且幅值较小,该频段为气井出砂监测的特征频段.进一步增加砂流量率,发现特征频段内的振动能量随含砂率的增加而增加,进一步验证了该出砂特征频段的有效性,并建立了气体流速与振动能量关系数学模型.本研究方法为后续较复杂的水-砂两相流、气-砂多相流流体中的固相检测研究奠定了良好的基础.     

起伏管内局部油水两相流流动特性实验研究

地形起伏成品油管道积水不仅降低管输效率、加速管道内壁腐蚀,其腐蚀产物还可引起干线设备堵塞,甚至 计划外停输。采用0# 柴油、自来水在内径50 mm 的地形起伏透明有机玻璃测试系统上对油流携带积水这一局部油水 两相流系统进行了实验研究,发现：随油流剪切作用的增大,积水逐渐呈界面光滑分层流、界面波动分层流以及界面乳 化分层流3 种形态;一旦积水全部进入上倾管段,其平均运动速度随油相表观速度增大而线性递增,其平均截面含率 随油相表观速度增大而线性递减;积水全部进入上倾管段时对应的油相表观速度随上倾倾角增大而增大,而积水量对 其影响较小。结果表明采用上游来流可以将积水携带出去。     

气固两相流速度及质量流量的静电测量法研究

介绍了一种气固两相流速度及质量流量的静电测量方法,实现了静电法在气固两相流速度及质量流量测量中的应用．通过特殊设计的静电传感器系统,利用气固两相流中固相微粒的荷电信号直接测量两相流的速度和质量流量．速度测量采用互相关分析的方法得到静电信号相移时间,计算出固相速度;通过实验确定静电传感器上静电信号电压有效值与已知两相流质量流量的关系,建立了系统电压一质量流量曲线．实验结果表明,静电测量方法可准确跟踪并测量气固两相流的固相速度,实现两相流的在线无损检测．     

基于声发射旋风分离器内颗粒粒度分析

采用声发射技术对旋风分离器内颗粒粒度进行分析,获得了声发射信号结构与分离器内气固两相运动行为的对应关系。选用0.4 mm、0.7 mm、1.5 mm和2 mm的活性炭颗粒进行实验,将采样得到声发射信号进行Daubechies二阶小波的1~9尺度分解,用R/S算法分别求取各个频段的Hurst指数。结果表明,声发射信号具有多尺度特征,依据hurst指数的不同,将其划分为微尺度、介尺度、宏尺度,分别反映颗粒间的无规则运动、主体流相对于系统运动或不同主体流之间的相互运动,整个系统相对于外界环境随时间的变化。在同一质量流量下,计算出各颗粒粒径对应的微尺度,介尺度分别所占总能量的比值。实验发现,固相颗粒粒径与其有很大的相关性;随着粒子尺寸的增大,微尺度信号所占的能量比率减少,介尺度能量所占的比率增加。声发射技术可用于旋风分离器内颗粒粒度的分析。     

振动信号分析用于出砂监测方法有效性研究

 海上稠油油田的适度出砂开采技术需要一种有效的实时出砂监测系统用以监测出砂信号,目前使用的出砂声测法和ER法都存在不同的问题。声测法目前主要用于气井和稀油油井出砂检测中,而ER法则存在寿命短、监测延迟等问题。因此,提出了可以利用流体中的砂粒撞击管壁产生的振动信号作为出砂监测的新思路。为了验证这一方法的有效性,在实验室内建立了一套用于模拟油井出砂的实验装置,系统中主要采用压电式加速度传感器接受砂粒撞击的振动信号,后期采用滤波、放大等动态信号的处理方法来处理;实验中利用高粘度的齿轮油模拟稠油流体,用柱塞泵、加热搅拌器来实现油井生产的出砂状况。实验采用60目砂样石英砂粒,室温下粘度为130mPa·s的稠油,实验过程中温度从室温逐渐增加,每5℃一个点,到70℃,含砂量从无砂加到0.8%,实验过程中通过不断搅拌保持砂粒在流体中的悬浮和均匀。通过对采集到的数据进行功率谱分析,试验结果表明,将振动信号用于出砂监测有效性很好。     

基于高频振动信号分析的稠油出砂量监测方法

针对海上稠油开发中的适度出砂监测问题,设计一种能够持续有效监测油井出砂的监测系统,并进行室内试验。利用专门设计的一次仪表对砂粒撞击产生的高频振动信号进行监测,在实验室条件下,进行不同出砂量条件下的黏度为130 mPa.s的原油出砂监测效果试验。采用编写的信号分析程序对监测的出砂信号进行时域、频域特征分析。结果表明,该系统能有效监测油流中含砂量的变化,随着含砂量的增加,出砂振动信号的方差值、均方根值、功率谱幅值等信号特征值均增大,且基本呈线性变化,试验结果验证了监测系统的可行性。     

基于声发射的活塞环缸套系统的摩擦润滑特性

由于活塞环-缸套系统摩擦润滑特性与缸套表面的声发射信号的关联性尚不明确。通过建立活塞环缸套润滑模型,对比研究摩擦力数值仿真结果与试验采集对发动机缸体表面声发射信号。根据冲程中部黏滞摩擦力、声发射信号和活塞速度的相关性,设计阈值-小波包降噪方法提取冲程中部声发射信号特征值。结果表明,冲程中部的声发射信号与系统黏滞摩擦力具有相关性,随发动机转速和润滑油动黏度的增大而增大。     

基于声发射的自振脉冲空化射流实验研究

为增加低渗透性能煤层气的采前预抽取量,提高深部煤层的开采效率,本文采用信号分析法从射流振荡状态研究自振脉冲空化射流特性。基于水声传感技术获取淹没环境中声发射信号,利用频谱分析法研究围压下自振脉冲空化射流冲击砂砖块产生的空化噪声,分析不同压力下随时间变化时主要破坏频率,通过声功率谱（PSD）及空化噪声能量变化探讨冲蚀效果。结果表明,钻孔率随钻孔时间增加而降低且孔深存在临界深度。水中射流脉动的频率范围为11.44 KHz-17.14 KHz,砂砖主要破碎频谱范围为38.74 KHz- 46.05 KHz。随冲蚀时间增大,声发射信号能量强度先增加后降低。此外,射流频谱分析和PSD方法对射流性质的研究提供新的思路及方法。     

基于声发射技术的液固体系颗粒粒径测量

基于声发射技术的颗粒测量方法具有非侵入、安装便利、可实时在线测量等优点.搭建了一套液固体系声发射信号测量装置,采用宽带声发射传感器和高速采集卡采集水-玻璃微珠的液固体系声发射信号.运用Welch算法计算3种粒径的玻璃微珠的功率谱估计,结果表明:不同粒径下,两相体系中玻璃微珠的质量浓度均和功率谱估计面积有良好的线性关系,且就粒径和质量浓度相较而言,颗粒粒径对功率谱估计的影响更大;利用FLUENT软件模拟计算出颗粒碰撞壁面的速度,通过对基于Hertz-Zener理论的预测频谱和实测信号功率谱估计的分析比较,采用最小二乘方法估算出玻璃微珠的粒径,其结果和实际平均粒径较为接近,表明该方法用于颗粒粒径测量的可行性和有效性.     

高压砾石充填防砂工艺参数优化设计方法研究

高压砾石充填防砂施工过程中砾石尺寸、携砂比、充填排量、携砂液黏度、筛管参数等是影响施工成败和防砂效果的主要因素.讨论了地层砂侵入砾石层的特性以及砾石层压降计算方法,用以评价其挡砂效果和对产能的影响;建立了砾石尺寸综合评价方法,用以优选最佳砾石尺寸;以水平射孔孔眼中砾石颗粒不发生沉积堵塞为目标,建立了给定携砂比、携砂液黏度条件下的最小临界排量计算方法,用以对施工参数进行组合优化设计;最后研究了绕丝筛管尺寸和管柱结构的设计.给出了一套高压砾石充填施工参数优化设计方法,用该方法对涩北气田涩49井进行了高压充填设计,施工后防砂效果较好,产能降低率11.6%,目前稳产在(4.7～5.0)×104m3/d.     

基于声发射技术的内燃机润滑油粘度状态非介入式检测研究

润滑油的粘度变化是影响缸套-活塞环间摩擦润滑状态的主要因素之一。为了实现润滑油粘度的非介入式检测,本文通过声发射技术对缸套-活塞环间摩擦润滑状态进行了检测分析,采用小波变换、阈值降噪等方法实现信号的处理,得到了润滑油粘度与摩擦所产生声发射信号的近似关系。结果表明：随着转速的升高,声发射信号的电压幅值明显增加,缸内摩擦明显增大;随着润滑油温度的上升,粘度减小,声发射电压信号幅值逐渐减小,缸内摩擦相应地减小,且具有较好的线性相关性,为润滑油的状态检测与及时更换提供了技术手段,同时证明了声发射技术作为一种缸套-活塞环摩擦研究手段的有效性。     

基于声发射的塔吊安全检测方法与实验研究

针对现有的塔吊安全检测技术存在抗干扰能力差,实时性不足的问题。提出一种基于声发射的塔吊安全检测方法。通过详细分析声发射波源在吊塔缺陷区域形成的信号特征,引入小波去噪技术去除检测中的电气干扰噪声、机械噪声、传播途径引起的畸变和衰减等干扰。运用参数分析和波形分析两种技术,识别缺陷区域信号特征。仿真实验结果表明,基于声发射的塔吊安全检测方法能够较好地去除干扰,采集到稳健性较好的去噪特征信号,对塔吊非安全区域的连续型和突变型损伤特征信号能较好地重构,满足应用需求。     

产水气井井筒携砂机制及携砂能力评价试验与应用

对垂直井筒不同水气比和含砂体积分数下的气水砂三相流动机制及气水携砂能力进行系统的试验研究。通过试验得到单相气体携砂和气水携砂临界流速与砂粒径的定量关系和规律。根据试验数据揭示的气液携砂机制,建立不产水和产水气井的临界携砂流速模型,用于预测给定生产条件下的携砂条件和携砂能力,并提出考虑井筒携砂的新型气井综合协调曲线用于实际气井工况分析和制度调整。结果表明:一旦气井见水,气井携砂能力将比不产水条件下严重降低,气体流速和水气比是控制携砂动态的主要因素;随着水气比从零开始升高,流型依次为无携砂现象的泥状流、具有携砂能力的环雾流、段塞流,以及其他相同水气比条件下的气水两相流型;气液两相流要达到携砂条件,气体流速必须达到携液流速,并且液相流速要达到基本的单相液体携砂条件。     

动液面深度检测中两个关键问题的研究进展

为了确保油田安全生产，满足提产增效的需求，实时检测井下动液面深度具有重要的意义。当采用声波法测量动液面深度时，需要解决套管内声速的计算和声波旅行时间的获取这两个关键问题。围绕该问题，本文归纳总结了近年来该领域取得的进展和成果，梳理了众多文献间的区别和联系。在此基础上，利用油田现场采集的声波信号对一些方法进行了复现。结果表明，对于不同环境的油井，上述方法存在明显的适应性差异。最后分析了当前研究的不足，并对两个关键问题的未来研究方向做出了展望。本文研究成果为特定环境下的井下声波信号处理提供了详细的解决方案，对于快速检索井下声波信号的处理方法有积极作用，具有一定的理论价值和重要的现实意义。     

油气井筒出砂理论技术新进展

油气井筒出砂问题不仅仅出现在石油和天然气的生产过程中，海域天然气水合物(以下简称水合物)的开采和枯竭油气藏型储气库的运行同样伴随出砂导致的各种不利因素的影响。主要针对国内油气井筒出砂的研究现状进行三个层面介绍，分别为出砂的理论研究(宏观研究和微观研究)、出砂预测方法和出砂防治措施(机械挡砂、化学固沙、携砂管理和综合防砂)。通过研究分析业界专家的出砂理论和实验结果，结合具体的案例对油气井筒出砂研究存在的问题进行了归纳和总结。认为目前油气井筒出砂亟需解决的技术重点在枯竭油气藏型储气库注采井方面，同时要推动出砂技术与智能技术的结合，针对异常地层和复杂井况形成成熟的应对措施，提升单井产量和开采效率。通过本文的介绍可为井筒出砂的发展趋势和研究提供理论基础。     

油层出砂机理研究

本文从砂粒的受力分析出发,讨论了重力、范氏力和双电层斥力对出砂的影响。提出了油层出砂的门限流速概念,对于合理地确定油井产能、保护油层有着一定的实际意义。