基于AUSMV算法的井筒气液两相流瞬态流动规律模拟研究

在深层油气藏钻进中,由于井筒与地层连通且安全密度窗口较窄,极易发生物质交换,导致溢流、漏失以及溢漏同存频发,进而引起井筒内的复杂多相流动。为了实现精确控压、确保井控安全,需要掌握各种工况条件下井筒多相流动规律。针对井筒内的复杂多相流动,基于漂移模型建立井筒气液两相流瞬态流动模型,并利用高计算精度的AUSMV格式进行求解。借助MATLAB软件,编程模拟气侵下井筒内的气液两相流动规律,分析气侵量、滑脱速度等参数对井底压力、井口套压、气体速度以及气体体积分数的影响。结果表明:气侵量越大,井底压力、井口套压越大,气体体积分数达到100%的速度越快,气体逆流现象越明显;滑脱速度越大,井底压力和井口套压达到稳定状态的时间越短,气体的运动速度越大,气体体积分数几乎不受滑脱速度的影响;流动参数对井口套压、井底压力和气体体积分数影响较小。该研究可以对精确计算关井后的相关压井参数起到一定的理论指导意义。     

大直径盾构隧道施工地表沉降分析研究

随着大直径盾构隧道施工技术的飞速发展,如何最大限度降低隧道施工对环境造成的影响已成为研究热点。依托实际工程,采用三维有限差分法对土压平衡盾构机的掘进过程进行数值模拟,对地表沉降变形进行分析,并结合现场实测,验证模型的正确性。研究表明,随着盾构机的推进,土体开始下沉,沉降量逐渐增加,当盾尾经过观测点时沉降量最大;横向剖面上地表沉降数值计算值和现场实测值曲线能用高斯函数进行拟合,且两者吻合良好;纵向剖面上,地表数值计算沉降曲线相对平滑,而现场实测曲线存在"上下"现象,但两条曲线可近似的认为具有相同的形状和最终值;支撑压力的变化对地表沉降的影响有限,而注浆压力对地表沉降的影响更为明显。     

基于天然气动态模型的电-气耦合网络稳定控制策略研究

随着终端能源系统的快速变革,天然气网络与电力网络的耦合程度日益增加,燃气机组可快速响应可再生能源出力的不确定性,同时也将引起天然气网络状况的巨大波动.因此,本文针对电-气耦合网络的相互作用,提出了有效的模型和方法对其进行动态分析.首先,对偏微分方程模型进行改进,使其能够有效反映天然气管道的端口特性.该线性模型显著地减小了传统模型的复杂度与计算量,更适用于电-气耦合网络的在线分析计算.在此基础上,计及压缩机的动态特性,提出了基于可变压缩比的电-气耦合网络稳定控制方法,保证电-气耦合网络的安全稳定运行.最后通过仿真算例,验证了所提模型的准确性和控制方法的有效性.     

低温蒸汽联合回热ORC系统变工况热效率的优化

为研究变工况下抽汽-乏汽联合回热系统的热力性能,建立热源与冷源变化的联合回热系统模型,对不同抽汽压力、不同回热器效能下系统热力性能随热源温度T_g与冷源温度T_0变化的规律进行分析,并在变工况下对不同回热循环系统的热力性能进行比较。结果表明:在不同抽汽压力与回热器效能下,系统净输出功、热效率均随热源温度升高不断增加,效率存在一最佳值;系统各热力性能随冷源温度增加则不断降低;在变工况下,当热源温度较高或冷源温度较低时增加抽汽回热、乏汽回热效果显著,在热源温度T_g=140℃,冷源温度T_0=10℃时,其热效率分别比其他三种循环(抽汽回热系统、乏汽回热系统、无回热系统)高1.03%、1.13%及2.78%,同时,热源与冷源温度增加,最佳抽汽压力增大,反之降低。     

一种表征煤储层压力与流体饱和度关系的数学模型

目前,针对生产过程中煤储层内部气、水两相渗流的研究尚薄弱,已建立的煤层气产能预测模型或产能分析方法中,一部分假设煤储层内部为单相渗流即单相水或单相气,一部分忽略流体饱和度和压力变化梯度,另一部分通过物质平衡方程建立平均地层压力与平均含水饱和度间关系,进而研究储层饱和度分布对气井产能的影响,但平均含水饱和度无法表征储层内部的饱和度分布.故现有模型均未考虑储层流体饱和度分布特征对气井产能的影响,导致现有产能模型预测值与实际煤层气井产出动态始终存在较大误差.鉴于此,根据气、水两相渗流微分方程,考虑应力敏感、基质收缩与气体解吸效应,建立了一种能够表征煤储层压力与流体饱和度间关系的数学模型.结合气、水两相相渗曲线与各生产时刻的储层压力分布曲线,提出迭代算法求解该模型,得到各生产时刻的流体饱和度分布规律.该模型的可靠性通过与商业数值模拟软件结果对比得到验证.该模型的提出填补了目前煤层气开发理论的空白,有助于准确计算气、水两相拟压力,为煤层气藏产能的准确预测奠定理论基础.     

应力腐蚀和压力溶解对双重孔隙岩体中THM耦合影响的有限元分析

引入裂隙开度的应力腐蚀和压力溶解模型,针对一个假设的位于非饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置库,拟定2种计算工况：（i）裂隙开度随应力腐蚀和压力溶解而变化（基岩的孔隙率亦是应力的函数）;（ii）裂隙开度和基岩的孔隙率均为常数,进行热-水-应力耦合的二维有限元分析,考察了岩体中的温度、裂隙开度的闭合速率、闭合量、孔（裂）隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布等情况.结果主要显示：应力腐蚀引起的闭合速率要高于压力溶解引起的闭合速率6个数量级,且2种因素产生的闭合速率随时间先增加后减少,并趋于稳定;随着时间的推移裂隙开度由初始值下降并趋于残余值,而粗糙面接触率亦由初始值上升并趋于其名义值;当考虑应力腐蚀和压力溶解时,近场的负裂隙水压力上升很高;2种工况的岩体中的应力量值及分布差别很小.     

气制动ABS电磁阀压力动态特性研究

为了解决ABS气动系统建模过程中采用一、二阶系统模型所出现的压力估计不精确和电磁阀动态特性过于简化等问题,基于某客车压力调节器,设计了ABS气压系统试验平台。通过改变电磁阀的控制信号对制动气室入口处的压力动态特性进行了测试分析;采用回归分析的方法对压力特性曲线进行了参数辨识;综合考虑气室初始压力、电磁阀开关滞后等影响因素建立了气压电磁阀的压力特性等效模型并进行了验证。试验与仿真结果吻合,表明所建立的模型和测试系统是有效的。     

乙醇燃料改质对HCCI燃烧特性的影响

为研究乙醇经过改质后，改质气浓度和改质气进入气缸相位对乙醇HCCI燃烧特性的影响，以一台改造的实验发动机上为模型，用CHEMKIN4．0软件进行模拟。模拟结果表明，乙醇经过改质后，改质气的主要组分为H2、CO、H2O和OH基；随着改质气浓度的增加，缸内压力升高，燃烧始点提前，缸内最高压力升高；随着改质气进入气缸相位逐渐接近上止点，HCCI燃烧始点逐渐推后，缸内的最高压力出现变化，改质气在上止点前14°CA进入气缸，缸内最高压力减小，改质气在上止点前12°CA进入气缸，缸内压力达到最大，随着改质气进入气缸相位逐渐减小，缸内最高压力逐渐减小。因此，在上止点前12°CA进入气缸是较优的相位。     

基于T-S模糊神经网络的淋水井筒温度预测分析

随着矿井开采深度的增加,矿井井底风流温度的预测分析对矿井生产具有重要意义。通过分析影响井底风温的主要因素:地面大气压力、入风温度、入风含湿量以及井筒深度,建立了一种新的T-S模糊神经网络模型,利用MATLAB模拟实现了对井筒的井底风温预测分析。通过实例验证了该方法的可行性,结果表明该方法相比BP神经网络收敛速度快,预测精度高,拟合能力强,符合现场工程应用的需要。     

沾化凹陷异常高压分布特征及其成因机制探讨

采用声波时差法计算沾化凹陷沙三、沙四段的地层压力。发现异常高压纵向上存在两个独立的异常高压系统,规模较大、持续活动强的断层往往是异常高压区的边界,并起到泄压的作用。平面上,以洼陷为中心形成异常高压区,向外逐渐过渡为正常压力带。从沙三上段至沙三四上段,异常高压范围经历了一个扩张-萎缩的旋回,沙三下段凹陷内异常高压分布面积达到最大。对沾化凹陷新生代沉降史及生排烃史的研究表明,较高的沉积速率及有机质生烃是沾化凹陷异常高压发育的主要因素。构造作用通过断层泄压、控制沉积速率及有机质展布起到对异常高压分布直接或间接的控制作用。     

温度、应力对含瓦斯煤渗透特性影响的实验研究

采用自主研发的温控三轴瓦斯渗透实验装置,以深部高地温矿井煤样为对象,研究了温度、围压和瓦斯压力等参数对煤体渗透特性的影响。采用控制变量法分析了不同条件下渗透率随孔隙压力、围压和温度的变化。实验温度范围30℃~50℃,应力3~5 MPa,瓦斯压力1~4.5 MPa。研究结果表明:在相同围压条件下,煤样渗透率随孔隙压力增大先减小后增大,变化曲线呈二次函数关系;实验温度范围内,煤样渗透率随着温度升高逐渐下降;渗透率随围压增大逐渐减小。     

掘进巷道压入式通风压能损失模拟研究

为了探究掘进巷道压能损失的一般性规律,针对掘进巷道支护、掘进交替进行的工作机制,以口孜东矿某掘进巷道为研究背景,在压入式通风射流有效射程内,随着掘进深度的延伸建立多个巷道模型,并分别进行数值模拟,通过分析大巷进风口和出风口的压能值,得出了大巷压能损失随巷道支护量及风筒出口到掘进面距离变化的规律。模拟计算结果表明,当巷道支护量不发生变化时,大巷压能损失随风筒出口到掘进面的距离线性变化;当巷道支护量和风筒出口到掘进面的距离都发生变化时,大巷压能损失整体趋势呈"台阶型"阶段线性变化,并且这种变化在风筒出口距掘进面2.3槡S(S为巷道断面积)附近最快。模拟结果基本符合现场测试规律,具有一定的现实指导意义。     

合成射流改善S形进气道流场特性的研究

S形进气道存在严重的流动分离及二次流现象,导致进气道出口总压恢复系数低、流场畸变严重.由于二次流的存在,进气道内流场三维性较强,常规的在展向或周向施加等量的控制针对性并不强,本文在矩形进气道模型上游弯道流动分离处不同展向位置施加等强度的合成射流控制,研究不同展向位置对控制效果的影响.首先对进气道内流动分离和二次流的相互作用进行了分析,发现在进气道展向不同位置二次流可能会抑制或加强流动分离,流动分离也会使二次涡加强,导致出口局部区域压力恢复非常低.在展向不同位置施加控制,可通过改善展向不同区域流动分离来产生不同旋转方向的流向旋流和二次流相互作用,降低二次流的强度,获得较高的总压恢复.     

页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85%,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95%;在宏孔(半径50 nm)中,贡献低于4.39%,可忽略;在介孔(2半径50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.     

考虑盐岩蠕变的盐穴储气库地表动态沉降量预测

将盐穴储气库地表沉降量计算分为造腔和存储两个阶段进行研究,考虑了盐岩蠕变性的影响,采用扩展形式的Gaussian曲线表示沉降区形状,建立了盐穴储气库地表动态沉降量计算模型,并推导出相应的地表动态沉降量计算公式.采用本文模型、Schober＆Sroka模型、Fokker模型和FLAC3D对某盐穴储气库地表动态沉降量进行了模拟计算,分析了盐穴储气库的造腔速率、内压、埋深、直径、高度和时间等因素对盐穴储气库地表动态沉降量的影响,并对比了计算结果.计算结果表明：本文模型考虑到盐岩蠕变性特征具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算精度要求;盐穴储气库地表动态沉降量随着造腔速率、埋深、直径、高度和时间增加而增加,随着内压增加而降低;内压、埋深、直径和时间对盐穴储气库地表动态沉降量影响比较显著,而造腔速率和高度对其影响不显著.     

CO_2固定-甲烷蒸汽重整一体化制氢：不同吸附剂的比较

针对固定床CO2固定-甲烷蒸汽重整一体化制氢过程建立二维非等温、非等压的气固异相模型,结合实验数据,比较了Li4SiO4,CaO,Li2ZrO3和水滑石（HTC）4种CO2吸收剂在重整过程中的作用,探讨了温度、压力、水碳比（S/C）对促进制氢效率的影响.模拟结果表明,在常压及550°C温度下,以Li4SiO4,CaO,HTC为吸收剂得到高于94%的H2浓度（干燥基）;500°C～600°C的温度范围内,初始CO2吸收速率：HTC〉CaO〉Li4SiO4〉Li2ZrO3;饱和速率：HTC〉CaO〉Li4SiO4〉Li2ZrO3;提高反应温度,CaO的吸收容量和吸收速率均增加,而Li4SiO4的吸收速率增加,容量变化不大.在550°C温度下,提高反应压力,＂预穿透＂阶段Li4SiO4,HTC,Li2ZrO3的促进效率增加.在S/C=2～4.5之间存在一个最佳值,此时Li4SiO4,CaO,Li2ZrO3和水滑石（HTC）的促进效率最大.     

非均质底水油藏水平井沿程水淹模型

地层非均质性和井筒压降是水平井沿程见水不均匀的两个重要影响因素.本文建立了底水油藏地层两相渗流与水平井井筒变质量流的耦合模型,并给出求解方法.保持井筒沿程平均渗透率和变异系数不变,构造不同的渗透率分布,并以此为基础,利用所建模型对井筒沿程产液剖面与渗透率剖面关系、井筒沿程含水率变化规律和水平井井口含水率变化规律进行分析.研究表明,由于井筒压降的作用,沿程渗透率分布对水平井含水率的变化有很大的影响,井筒沿程产液剖面与渗透率剖面相关性沿流体流动方向逐渐变差;在井口定产液量的条件下,高渗带与跟端距离越近,高渗带处产液量越来越大、水平井见水越早、井口含水率上升得越慢、开发效果越差.     

利用介质阻挡放电等离子体控制压气机叶栅端壁二次流

在压气机叶栅端壁20％,40％和60％弦长处布置了3组等离子体激励器．利用微型五孔压力探针测量了施加等离子体激励前后压气机叶栅尾迹的流场．测量结果表明3组激励器同时工作时对总压损失和流动阻塞改善的效果最好．各组等离子体激励器独立工作时,20％弦长处的等离子体激励能够最有效的改善流动阻塞;60％弦长处的激励对总压损失的改善比较好;而40％弦长处的激励则会恶化总压损失．总之在叶栅端壁施加等离子体激励对端壁二次流有较明显影响,激励位置是影响作用效果的关键因素．     

致密油气藏多段压裂水平井渗流模型研究

建立不同边界条件下的负表皮多段压裂水平井不稳定渗流模型,综合考虑压裂裂缝呈非等间距、非等半长、非等缝高、非等任意倾角的实际情况。利用源函数理论、三维特征值法和正交变换等现代数学分析方法对模型进行求解,获得三种外边界下的考虑井储和表皮影响的多段压裂水平井的井底压力动态响应解。最后,编程绘制标准的压力动态响应样版曲线,并对各参数进行敏感性分析。实例应用表明,该模型可以用作多段压裂水平井渗流特征研究及试井分析。     

高混凝土坝气幕隔震控制的模拟分析理论与试验验证

针对高坝动力灾变过程控制这一核心科学问题,首次提出高坝气幕隔震控制的液-气-固三相耦合建模理论和数值实现方法,给出三相强耦合-热力学状态-材料-接触/非接触双重非线性的复杂动力学问题的理论描述和气幕隔震高坝工程的动力灾变关键效应的全过程数值模拟;给出刚性坝-平面波简化情况的解析解.完成了高305m锦屏拱坝的地震灾变过程控制与非控制的对比模拟,结果与振动台实验相互印证,基本相符.提出整体式气室和变厚度优化气幕,发展了高坝控制优化方法.首次完成大型振动台拱坝隔震的模型实验并满足基本动力相似准则,实验数据合理可信,并与模型坝的动力模拟结果基本符合,为模拟理论方法提供了实验验证.数值模型与物理模型相结合的试验表明,动水压力削减可达70%以上,坝体第一/第三主应力峰值降低20%～30%以上,有效地提高了高坝工程的整体抗震能力,表明气幕减震是高混凝土坝防震控制的优先发展方向.