2020年细胞力学热点回眸

 概述了2020年细胞力学研究的热点和进展，探讨了细胞膜表面张力、细胞粘附力、细胞弹性模量、细胞与纳米颗粒相对刚度等对细胞生物学行为的影响及其在疾病诊疗中的应用。     

基于多材质复合管柱的裸眼井壁支撑工艺及应用

已完钻超深裸眼水平井侧钻技术是经济、高效开发油藏剩余油的主要手段之一，传统的磨铣钢套管开窗侧钻技术存在下入摩阻大、磨铣耗时长导致开窗失败等问题。为此，提出了基于多材质复合管柱的超深水平井裸眼井壁支撑工艺，结合中国西北油田已完钻超深裸眼水平井井况，首先，提出了基于“铝合金+碳钢”的多材质复合管柱组合及设计方法；其次，开展了基于管柱实物屈曲实验数据的管柱临界屈曲载荷计算模型适用性评价，并优选出了适合于“铝合金+碳钢”多材质复合管柱的屈曲临界载荷计算模型；最后，研究了综合考虑管柱扭矩、摩阻、刚性、井眼条件、管柱强度及材质的多材质复合管柱下入性分析方法，并利用下入性分析软件对西北油田顺北X1井、X2井、X3井、X4井复合管柱进行了下入可行性评价。该方法在X1井和X2井得到成功应用，进一步论证了该工艺现场应用的可行性。研究成果可为超深水平井裸眼井壁支撑的复合管柱设计和下入可行性评价提供理论参考。     

不同周围流速和电压下的绝缘子积污特性

为了研究绝缘子在不同电压下表现的积污特性，利用流体力学的相关知识和电场理论，建立了模拟风沙的多物理场仿真模型.研究结果表明，周围流动速度较小时，绝缘子两端的电压增大，积污质量发会有一定程度的增加，且积污与电场力的变化密切相关，结合静电场分析会更准确；周围流动速度较大时，即使电压增大，积污质量也不会发生太大的变化.     

火电厂空冷岛下架空线瓷复合绝缘子的应用

为解决火电厂空冷岛下布置的220 k V架空线耐张绝缘子串在空冷冲洗时的污闪问题,首次将纯瓷绝缘子更换为在高压输电线路上已广泛应用的悬式瓷复合绝缘子,有效增大了爬电距离,保证了绝缘子串的机械性能,避免了纯瓷绝缘子喷涂RTV需后期多次复涂且质量无法控制的缺点,提高了绝缘子串抗污闪能力。     

动载荷作用下铁磁性试件的磁记忆效应

研究地磁场环境中钢试件在动拉伸载荷作用下表面弱磁信号的变化以及磁记忆效应.分别进行弹性范围的等幅循环正弦加载和幅值递增至强度极限的正弦加载,对试件表面弱磁场法向分量与正弦加载的循环次数、幅值之间的关系进行了分析.结果表明,弹性加载中低频载荷的循环次数对磁信号增长的影响不明显,而幅值递增加载过程中,当幅值增大至塑性加载范围时,磁信号的变化趋势与弹性加载时相反,且信号绝对值显著增加,最终磁信号的分布在发生颈缩处出现梯度很大的过零.     

基于红外图像的绝缘子串自动提取和状态识别

为解决目前绝缘子低零值检测方法漏判率高、操作繁琐的问题,提出了一种新的绝缘子串红外图像中绝缘子盘面和铁帽区域自动提取方法和状态识别模型.首先将现场拍摄的绝缘子红外图像进行灰度化处理、去噪、二值化;然后从二值图像中提取反映绝缘子的特征点集合;通过特征点对二值图进行角度校正;最后通过区域提取中的特定算法提取出绝缘子的盘面和铁帽区域.通过提取该区域内的绝对温度、纹理和相对温差率作为绝缘子状态识别的特征集.将用电压分布法测得的绝缘子状态信息作为输出向量,通过训练得到优化的识别模型,用于绝缘子状态识别.该方法经过了220kV试验验证,证实了模型的有效性和实用性.     

二类油层中三元复合驱体系的损耗及有效作用距离

采用天然露头岩心进行驱油物理模拟,研究三元复合体系在地层中不同运移距离下的界面张力以及化学剂损失规律。结果表明:二类油层中复合体系的各组分损失严重,表面活性剂在运移前20%距离后即损失了80%,此时碱、聚合物的损失率也达到23%和12%;复合体系运移全程距离后表面活性剂、碱和聚合物的损失率分别达到了92%、42.8%和31%,损失量都较为显著。复合体系的化学剂主要损失在注入井附近地层中,且这部分损失主要为"无效损耗",对采收率的贡献值有限。化学剂的损失导致复合驱的驱油效果也逐步降低。复合体系的超低界面张力实际的有效作用距离仅为前20%距离,因而对提高采收率的贡献十分有限,而对20%井距之后的水驱残余油的进一步启动则是三元复合驱发展的潜力方向。     

液氮冷却煤变形-破坏-渗透率演化模型及数值分析

如何定量评估液氮冷却后煤储层的渗透率演化是液氮冷却增透煤储层技术的关键。为分析液氮注入煤后的变形、破坏和渗透率演化过程,将煤视作弹脆塑材料,其变形过程包括弹性变形、脆性跌落和残余塑性流动3个阶段,结合单元强度退化指数、扩容指数和Mohr-Column准则,建立了考虑围压对煤单元峰后力学行为影响的本构模型。根据煤岩单元变形过程,将煤岩单元渗透率演化分成2个阶段,即弹性压缩煤岩单元渗透率减小阶段及煤岩单元破坏后的渗透率增加阶段。分析了单元弹性变形、剪切破坏和拉破坏与渗透率之间的关系。煤岩单元弹性压缩和拉伸引起单元内孔隙空间的变化,进而影响单元渗透率;煤岩单元剪切破坏在单元内形成共轭剪切带,在剪切带内的流体流动服从平行板定律,给出了基于单元体应变的剪切带宽度和渗透率计算公式;煤岩单元拉破坏在单元体内形成"十"字型裂隙,在裂隙内的流动也服从平行板定律,给出了基于单元体应变的裂隙宽度和渗透率计算公式。结合热传导理论建立了液氮冷却煤层的温度-变形-破坏-渗透率演化模型,并在FLAC下利用Fish函数方法予以实现。数值算例研究了液氯注入辽宁王营子矿某煤层气抽放井后煤层的变形、破坏和渗透率演化过程。结果表明:1)煤受液氮冷却作用后发生体积收缩,越靠近钻孔温度梯度越大,收缩变形越大,温度拉应力越大,越容易破坏,形成拉破坏区。液氮注入冷却10d后的拉破坏区约0.65m宽。2)在拉破坏区,单元内形成了贯通的裂隙,单元体渗透率显著增长,液氮冷却10d的单元渗透率最大增长幅度可达1.97×105倍。3)远离钻孔区域,拉应力也使得煤的渗透率有所增加,增加幅度为1%~14%,远小于破坏区。4)随着冷却时间增加,破坏区域扩大,但增长速率逐渐减缓,这表明在工程实践中冷却时间过长,不一定能取得更好的冷裂效果。5)液氮冷裂的主要影响区域在1.0m左右,但实际工程中钻孔内压力、煤岩体内水的相变等对煤岩的实际变形和破坏也有很大影响,从而使得液氮冷裂的影响区域更大。6)模型能较好地反映液氮冷却煤体变形-破坏-渗透率演化过程,从而为评估液氮冷却煤岩增透效果提供一种简便、可行的方法。     

纤维铺放设备张力控制系统设计

针对纤维自动铺放设备中纤维张力控制要求和传统张力控制系统存在的问题,设计了重锤式张力控制系统。该系统将重锤作为张力控制缓冲环节,通过控制重锤位置间接控制张力。系统以运动控制器为控制核心,交流伺服电机为执行元件,激光位移传感器为检测元件。采用模糊PID作为重锤位置控制算法,以充分考虑重锤加速度对纤维张力的影响,避免张力波动。样机实验结果表明:该张力控制系统在有效避免铺放过程中的断线、松弛等问题的同时,其纤维张力的静差率和波动率均能满足工程实际要求。     

港西三区聚表二元驱中表面活性剂优化筛选

聚表二元驱是最具有发展潜力的三次采油技术,对其表面活性剂的优化筛选的研究有利于提高其驱油效果。针对大港油田港西三区,研究了4种不同类型的表面活性剂的二元体系对原油的界面张力性能、润湿性能、乳化性能、洗油性能,为现场优化筛选表面活性剂提供了依据。结果表明:KPS界面张力较小,但改变润湿性能力、乳化能力、洗油能力最强;DWS-3界面张力最低,改变润湿性能力、乳化能力、洗油能力较强;甜菜碱界面张力较小,改变润湿性的能力、乳化能、洗油能力较弱;十二烷基磺酸钠界面张力最大,且改变润湿性能力、乳化能力、洗油能力最弱;考虑到采出液破乳问题及经济效应,建议港西三区聚表二元驱采用表面活性剂DWS-3。