浮体绳轮波浪发电系统研究

海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节.合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率.为提高波浪能利用率,降低波能转换装置成本,设计新型点吸收式波浪发电装置——浮体绳轮波浪发电系统.基于线性规则波理论及粘性阻尼理论,考虑浮体附加质量及附加阻尼影响,对浮体上升和下降阶段进行受力分析,分别得到了浮体上升和下降两个阶段的运动方程,推导出浮体完整的运动方程.利用数值计算得到浮体获取最优转换效率的阻尼系数C=10600N·s/m,然后通过水动力学频域及时域分析对数值计算结果进行了验证.理论分析及仿真过程为浮体绳轮波浪发电系统的研究和实际应用提供了理论基础.     

斜管组油水分离装置的结构优化研究

斜管组油水分离装置内的流场分布直接影响其除油效率,装置内流体压力的不均匀分布容易导致壳体出现应力集中现象。利用流体动力学仿真软件FLUENT对斜管组油水分离装置内的流场分布进行仿真模拟;研究入口流量对装置除油效率及其力学响应的影响,并与现场试验数据进行对比。结合Workbench流固耦合技术计算流体作用下装置的变形和应力分布。结果表明:适当降低入口流速,可大幅提高装置的除油效率,但对装置的力学响应影响不大;装置改进后其应力和位移分布得到明显改善,装置的除油效率也大幅度提高。     

油气井套管射孔有限元动态仿真

对油气井射孔作业中射孔弹发射和弹体挤进过程进行了动态有限元数值模拟和分析。弹丸挤进过程是一个高速冲击、大变形、带过盟配合的接触问题,以弹丸穿甲有限元模拟为基础,采用ANSYS软件的LS—DYNA模块对实体模型进行试算,运用Ls—Prepost模块进行瞬态分析,形成了一套弹丸完井射孔动态模拟方法。模拟结果与实际地面的打靶试验结果基本一致,从而验证了仿真方法的有效性。     

地下流固耦合理论的研究进展及应用

论述了涉及岩体 -流体相互作用的地下流固耦合理论的进展概况。重点讨论了在理论研究方面存在的几个主要问题 ,包括有效应力定律、理论模型描述、流固耦合程度及数值算法研究等。就该理论在石油开发领域注水引致的套管损坏及产层出砂问题的具体应用进行了简单的讨论。研究结果表明 ,进一步发展地下流固耦合理论对解决石油生产中的一系列地质力学问题有着重要的意义。     

崩滑岩体对埋地管线横向冲击作用的数值模拟

采用离散元软件3DEC对高速下落岩体冲击地面、引起埋地管道动力响应的过程进行数值模拟,考察影响管道表面土压力和管道变形的主要因素.结果表明:冲击荷载作用下管道表面土压力分布非常不均匀,靠近管道顶部的区域是主要影响区,冲击作用面积是主要影响区范围的决定性因素;落体质量和冲击速度是影响管道表面最大土压力的主要因素,落体对管道表面土压力沿纵向的影响范围大致为冲击作用半径的2倍;落体速度相同时,落体质量对管道变形的影响比冲击作用面积更显著;增大管道埋深可以减小管道的冲击变形量;与采用较硬的黏土作为管沟填充料相比,无黏性砂填充时冲击荷载更容易引起管道发生较大变形.     

热采过程中地层超孔隙压力与井眼应力的定量评价

基于连续介质力学理论，建立了热采蒸汽注入过程中地层超孔隙压力和有效应力定量评价的热-流-变形耦合数学模型，应用Galerkin有限元全隐式顺序迭代方案，建立了求解该类复杂耦合模型的有效数值解法。数值结果表明，当井筒加热速率为46．82℃／d时，低渗透页岩地层的最高超孔隙压力达13．8MPa，相应的页岩层径向有效应力和周向有效应力分别达到了14MPa和9MPa。因此，设计注入蒸汽加热速率的最佳方案应综合考虑页岩的热-流动力反应、地应力水平和套管强度等因素。     

热采过程中地层超孔隙压力与井眼应力的定量评价

基于连续介质力学理论,建立了热采蒸汽注入过程中地层超孔隙压力和有效应力定量评价的热-流-变形耦合数学模型,应用Galerkin有限元全隐式顺序迭代方案,建立了求解该类复杂耦合模型的有效数值解法.数值结果表明,当井筒加热速率为46.82℃/d时,低渗透页岩地层的最高超孔隙压力达13.8 MPa,相应的页岩层径向有效应力和周向有效应力分别达到了14MPa和9 MPa.因此,设计注入蒸汽加热速率的最佳方案应综合考虑页岩的热-流动力反应、地应力水平和套管强度等因素.     

岩石宏细观弹塑性损伤破坏对比研究

为了考虑岩石内细观局部塑性变形,基于应变空间理论导出岩石弹塑性损伤增量本构方程,提出了在计算程序中用破坏单元网格消去法清晰模拟裂纹扩展的方法,解决了有限元模拟裂纹的难题,分别从宏观尺度和细观尺度研究了岩石I型裂纹弹塑性损伤破坏问题。对比分析表明,宏观尺度研究I型裂纹扩展符合断裂力学理论分析;细观尺度研究岩石破坏过程能深入解释细观破坏机理,岩石宏观破坏直接与其内部的细观损伤破坏有关;三维数值模拟破坏过程比二维破坏更为复杂;大理岩偏三点弯曲梁弹塑性损伤破坏数值模拟得到的结果与试验结果较为吻合,验证了新建细观尺度模型模拟岩石破坏问题的合理性。     

基于流固耦合理论的疏松砂岩地层稳定性评价

疏松砂岩油藏开发过程中,井眼形成、各种高强度开采措施的应用极易导致近井壁区域地层发生应力扰动、产生膨胀/压实变形,造成油井出砂,严重时井壁坍塌破坏,影响油井生产.应用连续介质力学理论,综合考虑流体渗流、储层变形、破坏等因素,建立了流固耦合形式的地层稳定性评价模型,采用有限元数值模拟技术定量分析开发过程中近井壁区域储层变形、有效应力变化及相应渗透性能变化.结果表明:井眼曲率、生产压差对地层稳定有显著影响,生产过程中可根据储集层岩性确定临界生产压差,在保持地层稳定的基础上提高产能.     

阳极溶解型应力腐蚀点蚀演化的能量原理

作为一种不可逆的热力学过程,阳极溶解型应力腐蚀点蚀的演化受到表面能、体系应变能和电化学能的影响。基于能量学原理,对应力腐蚀点蚀演化过程中的能量问题进行研究,提出一种双变量半椭球模型描述点蚀的演化过程,推导点蚀形状参数在演化过程中的变化方程,并讨论远场应力等参数对点蚀形状参数以及体系能量变化的影响。结果表明:点蚀的形貌由初始的半球形状逐渐演化为半长椭球;点蚀的演化形貌为体系应变能与点蚀内表面的表面能共同竞争的结果,应变能加速点蚀形状参数的变化,而表面能则抵制点蚀的形状演化;远场应力对体系热力学势能的变化影响显著。