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。     

普光气田地层水启动压力梯度实验研究

针对现有的地层水启动压力梯度计算模型计算结果差异大的问题,选取四川盆地普光气田早三叠纪飞仙关组超深层碳酸盐岩储层标准岩心,开展了储层温度条件下的地层水启动压力梯度实验测试,根据实验测试结果建立了地层水启动压力梯度计算模型,对比分析了不同地层水启动压力梯度计算模型的计算结果,分析了影响地层水启动压力梯度的主要因素,以普光气田为例进行了实例计算和分析。结果表明:地层水启动压力梯度随渗透率的降低而增大,在渗透率相对较低时,地层水启动压力梯度随着渗透率的降低急剧增大;地层温度影响地层水黏度,从而改变地层水在细小孔道中流动时的非牛顿特征,进而影响地层水启动压力梯度的大小;储层渗透率和地层水黏度是影响地层水启动压力梯度大小的主要因素;普光气田Ⅱ、Ⅲ类储层地层水启动压力梯度较大,要准确描述气藏水侵规律,需考虑储层的地层水启动压力梯度。     

建筑信息模型在冻结凿井施工的关键应用

建筑信息模型(BIM)正逐步取代CAD成为工程领域的核心技术,其在建筑行业取得的良好效果,使矿建凿井等传统领域BIM的应用愈发迫切。通过调研近年来国内外BIM研究趋势、规范标准及技术工具,评价了中国现阶段的BIM应用特点和水平;根据冻结法凿井工程特点,制定了特色的项目级BIM应用流程,阐述了冻结工程应用的内容与障碍。依托真实工况,建立了冻结工程特色族库,完成了立井冻结工程3D模型。并进一步地在参数化建模布置,钻孔轨迹纠偏、进度控制管理三方面进行了探索与实践,效果良好,提高了工程效率,为相关工程推广应用BIM提供了参考。     

断纸面刀辊的加工方法分析与优化

针对机械加工中断纸面刀辊类零件在加工过程中容易产生变形的问题,对其进行了自身重力、切削力及切削热影响变形的分析,提出了一种变形明显较小的断纸面刀辊的加工方法.该方法基于断纸面刀辊工件的装夹、进给方式及支撑方式的确定来实现.主要是将断纸面刀辊左右两端用卡盘装夹,进给方式选用由左端至右端的反向车削方式,同时在左右两端之间添加可移动辅助支撑,辅助支撑可随加工过程的需要而移动.通过ABAQUS分析不同跨距和不同刚度下的变形情况,仿真比较了两辅助支撑与单辅助支撑下的位移变形,验证了单辅助支撑的断纸面刀辊加工方法可达到两辅助支撑的效果,且节省材料,降低成本.     

元坝气田超深层高含硫气井硫沉积预测

准确预测高含硫气井井筒硫沉积规律与沉积位置,避免管道堵塞、腐蚀穿孔等影响气井正常生产具有重要的意义。为进一步研究硫沉积机理,结合元坝气田元素硫的溶解度含量实验,建立硫溶解度预测模型;基于瞬时热传导、能量守恒定律以及多相流理论,分别建立超深高含硫气井温度场和压力场数学模型;进行多场耦合求解,获得超深高含硫气井井筒元素硫沉积预测模型,并对元坝气田气井进行实例分析。研究结果表明:元素硫溶解度随温度、压力的增加而增大;建立的井筒温度压力模型计算的压力误差小于1%,温度误差小于5%,精度较高;元素硫溶解度在井筒内呈非线性递减,井底最大,井口最小。研究成果可用于预测井筒硫溶解度分布以及硫析出井段,以及同类型气井井筒多相流压力计算,为含硫气井安全稳定生产奠定了基础。     

SUMT法在传动轴优化设计中的应用

惩罚函数(SUMT)法将一个约束优化问题转化为一系列无约束优化问题来求解,数值稳定性好,求解范围广。将其应用到某型号空心传动轴的重量最小化设计,以其各项使用性能和尺寸要求为约束条件,采用内点罚函数法建立优化设计的数学模型,通过迭代得到最优设计参数。结果表明：SUMT法收敛快、精度高,是求解机械优化设计问题的高效算法。     

COREX竖炉物料运动流型及瞬态特性的离散元模拟

基于离散单元数值计算方法,建立COREX竖炉内物料颗粒尺度运动行为的数学模型,研究炉内物料运动流型及其瞬态特性,特别是颗粒的瞬态速度和瞬态应力分布.模拟结果表明:COREX竖炉内存在三种类型的流动区域:活塞流区、准停滞区以及沟流区.炉内颗粒的瞬态速度分布表明炉内存在两种类型的速度波:装料过程引发的向下传播的速度波和底部排料引发的向上传播的速度波.COREX竖炉内颗粒法向应力随时间的变化较小,竖炉底部导流锥顶部存在较强的应力区,而无导流锥竖炉底部中心存在较强应力区,沟流区的应力较弱.     

气基竖炉炉顶煤气循环工艺的理论分析

针对竖炉生产中存在的煤气还原势化学能未能充分利用的问题,提出3种竖炉炉顶煤气循环新工艺(top gas recycling,TGR)。基于物料平衡和热平衡建立了竖炉的静态工艺模型,对其进行了数值求解模拟和分析。结果表明,对于提出的工艺TGR1、TGR2、TGR3,煤气需求量分别减少63.77%、57.13%、55.85%,显热需求也呈现出相同趋势;但对于循环竖炉工艺而言,循环煤气重整和升温需要额外耗能,从而系统总能耗分别上升了5.68%、7.27%、17.12%,其中,TGR1流程CO2排放量最低,较传统竖炉降低15.35%,TGR2、TGR3流程CO2排放量分别上升0.16%和3.15%。     

大直径扩底嵌岩桩抗拔承载性状试验与分析

为了了解大直径扩底嵌岩桩在高层建筑中的抗拔承载力及影响因素,以深圳某高度为660 m的超高层工程为背景,采用自平衡法对3根大直径扩底嵌岩抗拔桩进行加载试验。在试桩试验的基础上,建立了扩底抗拔嵌岩桩数值模型,并进行了三维有限差分数值计算及参数化分析,数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,表明建立的模型可以较好的模拟大直径扩底嵌岩桩的抗拔工作特性。同时讨论并分析了大直径扩底嵌岩抗拔桩的桩身轴力、桩身等直径段和扩底处侧摩阻力的分布特征,研究了扩大头周围岩体弹性模量、扩径比和扩底高度对抗拔承载力的影响。结果表明,扩径比的增大对大直径嵌岩桩的抗拔承载力影响较大,扩大头周围岩体弹性模量和扩底高度的影响相对较小。     

公路隧道竖井一集热棚一烟囱三段式自然通风节能模型及应用

为了降低公路隧道通风费用，实现隧道运营节能，自然风的利用是隧道通风发展的方向。但是由于自然风向随机，并且不能准确确定风量大小，隧道自然风的有效利用率低。为了加强公路隧道竖井自然通风的效果，控制竖井口自然风风向，实现隧道通风节能，设计了一种竖井-集热棚-烟囱的三段式自然风增强模型。利用数值模拟的方法，分析太阳能烟囱不同温度下，太阳能烟囱内部不同位置的温度、压力和风速分布情况，从而确定自然风向。结果表明：在太阳能烟囱的不同温度下，设计的三段式太阳能烟囱的通风量与集热棚-烟囱的温度差呈线性相关，并且环境温度越高，线性相关性越强。在环境温度低于15℃时，太阳能烟囱的风向保持向上，起到抽吸的作用。根据该模型的设计思想，陕西省雷家坡一号隧道建成了太阳能烟囱自然风通风系统，观测数据表明该通风系统可以补充隧道机械动力通风，为黄土高原及类似地形地区公路隧道的自然风利用提供借鉴意义。