车用35MPa玄武岩纤维增强复合材料气瓶自紧工艺研究

为了研究和分析玄武岩纤维增强金属内胆压力容器在自紧作用下的容器性能，以工作压力为35MPa的玄武岩纤维增强绕复合材料气瓶为研究对象，依据经典网格理论建立气瓶有限元模型，分析自紧工艺对玄武岩纤维增强复合材料气瓶应力大小及分布影响，根据《DOT-CFFC》标准，提出最佳自紧压力。研究表明：自紧后，玄武岩纤维增强复合气瓶纤维层在35MPa工作压力下的应力强度明显高于自紧前，气瓶纤维强度利用率大幅度提高；在60～80MPa工作压力下随着自紧压力增加，气瓶内衬的最大Von-Mises应力减小，内衬受力降低，纤维层最大Von-Mises应力增大，纤维增强作用提高；当自紧压力为64.89MPa时，气瓶的承载性能最佳，此时气瓶的内衬承载能力和纤维层利用率比自紧前分别提高了37.63%、33.22%；爆破压力下自紧压力不影响气瓶内衬和纤维层应力大小。该研究成果能大幅提高玄武岩复合材料气瓶的承载能力，有助于天然气汽车的应用推广。     

车用压缩天然气气瓶的研究概况

综述了车用压缩天然气(CNG)气瓶的研究理论和方法,对CNG气瓶失效机理进行分析,指出网格理论主要解决气瓶初步设计,运用有限元理论是分析和设计CNG气瓶的必然趋势和选择。研究表明,质量轻、成本低的全塑复合材料气瓶的研究受到广泛关注。同时应注重纤维编织法、纤维混杂法在复合材料气瓶上的应用,指出了开展车用气瓶安全防护研究的重要意义。     

基于数值模拟的层合板螺栓接头强度分析

基于渐进损伤分析方法,在有限元分析软件ABQUAS中建立了复合材料层合板螺栓连接的三维渐进损伤有限元模型,计算了不同干涉量接头强度的挤压强度。结果表明,较小的干涉量可以提高复合材料接头强度,且主要表现为对初始破坏强度的提升。     

高压气瓶水压爆破试验壳体破裂的力学分析

对2个同规格的高压气瓶进行强度理论计算和有限元静力学模拟分析计算,总结高压气瓶在进行水压爆破时壳体的应力分布规律,进而从力学角度研究高压气瓶的壳体破裂规律,此结果可为后续的结构设计和试验验证提供一定的理论依据。     

焊接气瓶裂纹的断裂力学分析

通过对低合金钢焊接高压气瓶焊接区裂纹进行的实验研究及其安全分析，确定了高压气瓶的损伤机理及临界裂纹尺寸。在此基础上，计算了气瓶的疲劳寿命，且其寿命与实物实验值吻合，因此可以说，带裂纹的气瓶在给定的设计条件下可以继续使用。     

高承压、低成本的车用35 MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶

为了提高压缩天然气(CNG)汽车的续驶里程,将CNG气瓶工作压力由20 MPa提高到35 MPa,同时采用高强度、低成本、储量丰富的新型缠绕纤维——玄武岩纤维来替代传统碳纤维和玻璃纤维,设计出车用35 MPa玄武岩纤维缠绕复合材料气瓶。通过薄膜理论和网格分析法计算出复合材料气瓶内衬和纤维缠绕层基本结构参数,利用ANSYS Workbench ACP模块建立1/2气瓶模型,数值模拟了气瓶在各种工况下的强度和稳定性。结果表明:(1)铝合金内衬在35 MPa工作压力下,最大应力位于封头和筒身的过渡段,其值为166.19 MPa,小于铝合金内衬屈服强度的60%即177.6 MPa;(2)环向缠绕层和螺旋缠绕层在爆破压力119 MPa下的最大应力分别为3 742.6 MPa和3 490.6 MPa,满足玄武岩增强纤维抗拉强度(3 000～4 840 MPa)的范围,符合DOT-CFFC铝合金内衬全缠绕复合材料气瓶的相关要求;(3)新型材料玄武岩纤维可以替代碳纤维和玻璃纤维缠绕在CNG气瓶上,能够满足气瓶的承压要求,安全可靠。结论认为,将目前常用的车用CNG气瓶工作压力由20 MPa提高到35 MPa可行,该研究成果有助于天然气汽车的应用推广。     

水平井压裂用桥塞锚定套管力学性能研究

针对常规卡瓦式桥塞在锚定过程中对套管的过度损伤问题，提出并设计了一种镶齿卡瓦桥塞，采用弹性力学厚壁筒理论及有限元方法，计算了套管抗内压强度、周向应变和周向伸长量，分析了桥塞锚定后卡瓦牙与套管内壁之间的接触应力以及吃入深度。分析结果表明：整个桥塞其余部件的应力水平都比较低，上卡瓦牙高侧产生了很大应力，达到硬质合金强度值；坐封后下卡瓦的第一排牙产生极大应力，下卡瓦牙周向均匀接触于套管内壁面，可有效坐封桥塞，且镶齿对套管表面应力影响较小。根据镶齿卡瓦进行了锚定套管的试验研究，试验模拟坐封后，卡瓦承压能力和坐封功能均较稳定，证明合金卡瓦结构设计合理。研究结果可为连续管钻水平井镶齿卡瓦桥塞的优化设计和推广使用提供理论和试验数据。     

低温绝热气瓶传热计算探讨

介绍了目前低温绝热气瓶结构和工艺的发展现状,对低温绝热气瓶热传递计算进行了研究分析,指出现有热传递计算方法存在的问题,并明确了低温绝热气瓶热传递计算的方法和具体要求,可为低温绝热气瓶设计及设计文件鉴定提供参考依据;通过分析低温绝热气瓶漏热量的影响因素,为制造厂改善低温绝热气瓶产品的绝热性能提供理论指导。     

均匀载荷下高密射孔参数对套管抗挤强度的影响

套管射孔后破坏了管体的一致性，其抗挤强度有一定的降低。射孔对套管抗挤强度的影响程度取决于多种因素。对N80铜级的高密射孔套管进行了研究，采用有限单元法建立了三维有限元模型，根据弹塑性力学理论，借助有限元软件，对高密射孔套管的抗挤强度进行了有限元分析，研究了不同孔密、孔径及相位对其抗挤强度的影响程度。结果表明：射孔套管的抗挤强度在相位一定时随孔径、孔密的增加而降低；在孔密、孔径一定的条件下，相位对其影响较大且不是单调函数。该结果为优化射孔设计提供了经济有效的方法。     

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车用压缩天然气（ＣＮＧ）储气瓶有全钢（ＮＧＶ２—１），或铝内衬加筒身段环向纤维增强复合材料气瓶（ＮＧＶ２—２），钢或铝内衬加外层整体纤维增强复合材料气瓶（ＮＧＶ２—３）和塑料内衬加纵环向纤维增强复合材料气瓶（ＮＧＶ２—４）４种类型。复合材料气瓶中，ＮＧＶ２—４复合材料气瓶代表未来压缩天然气储气装置的发展方向。文中介绍了这３种ＣＮＧ复合材料气瓶内衬和增强纤维的基本技术要求，复合材料气瓶的性能试验项目和鉴定检验规定。最后简要说明了西安向阳航天工业总公司开发研制的容量为３０、５０、９０、１１０、４００Ｌ５种规格的ＮＧＶ２—４复合材料气瓶的情况。另外，西安市１８路公共汽车上已安装试用了５０Ｌ和９０Ｌ的气瓶，成都市的夏利和奥拓出租车上也已安装使用了５０Ｌ的气瓶。从公共汽车和出租车所安装的气瓶的使用情况来看，气瓶状态良好，改装方便，易操作。     

英买7-19凝析气藏储层液相伤害评价

英买7-19凝析气藏为边水层状带油环凝析气藏,以一套井网衰竭式方式开采。为了研究不同液相介质对地层气相渗透率的影响,分析了凝析油、地层水、凝析水、完井液和压井液等对英买7-19凝析气藏储层的伤害。通过不同流体对岩心气相渗透率的伤害实验表明,反凝析伤害主要发生于反凝析初期（占70%）,而且渗透率愈低,其对储层气相有效渗透率伤害愈大,对应凝析油临界流动饱和度愈高;含水饱和度增加,地层水和凝析水对气相渗透率的伤害越大,渗透率愈低,伤害愈严重,相同含水饱和度下,凝析水对储层气相渗透率的伤害总是大于地层水;凝析油与束缚水共存时,其对储层气相渗透率伤害大于单一油、水介质的伤害,应密切注意油水共存带来的影响;岩心渗透率愈低,油水共存作用对岩心气相渗透率伤害愈大;YM7 H4井完井液和无机盐压井液对储层渗透率伤害较大,应进一步改进完善。该结论对高效开发英买7-19凝析气藏具有指导作用。     

车用天然气缠绕气瓶安全分析

发展天然气汽车符合国家节能与新能源汽车发展战略的要求,车用天然气缠绕气瓶是天然气汽车的重要专用装置。做好车用天然气缠绕气瓶的安全性分析,消除其安全隐患可为减少或杜绝车用气瓶发生重、特大安全事故提供保障。根据《车用压缩天然气钢质内胆环向缠绕气瓶》企业标准的有关规定,介绍了钢瓶的材料、设计、制造、力学性能试验和各种检测方法等,对车用天然气缠绕气瓶在设计、制造和使用中容易发生的安全隐患及原因进行了分析,并提出了相应的解决措施。     

气体钻井高效开发致密砂岩气藏

致密砂岩气是一类非常重要的非常规油气资源，但该类气藏岩石致密、孔喉细小、孔渗低、黏土矿物改造作用强、强亲水并且原始水饱和度低。钻井完井过程中该类气藏易受损害并难以解除，主要的储层损害类型包括固相堵塞、与液相侵入相关的敏感性损害和水锁损害、应力敏感性损害，其中液相损害的影响要大于固相侵入堵塞。采用常规的过平衡和欠平衡钻井技术由于严重的储层损害而普遍效率低，难以形成对该类气藏的有效勘探开发。理论和现场试验均表明，气体钻井技术是一种高效开发致密砂岩气藏的钻井技术，它不仅从根本上避免了钻井液钻井中由固、液相侵入引起的储层损害，有效保护了储层；还极大地提高了钻速，减少了钻井事故，缩短了建井周期。     

两缸天然气发动机工作均匀性分析

对一台火花点火式两缸天然气发动机进行了缸内示功图、进气压力波、空燃比、缸盖及活塞温度场和排放等项目的测试。试验和分析表明，两缸进气道中存在着明显的压力波动，波动程度取决于发动机工况。两缸混合气的质和量都不均匀，一缸空燃比偏浓，燃烧不完全，后燃倾向大；二缸空燃比较合适，燃烧过程较完善。两缸的尾气排放量相差不大。据此，可应用稀燃、快燃技术，以提高燃烧速度，改善燃烧过程；同时调整进气系统特性，将两缸混合气的质和量的不均匀性降到最低限度。     

低渗透致密气藏水基欠平衡钻井损害评价技术

低渗致密砂岩气藏具有孔喉细小、强亲水、裂缝发育等特点,在作业过程中易于受到损害,即使在欠平衡条件下,仍然具有一定的损害可能.在水基欠平衡钻井条件下,低渗致密砂岩气藏主要的损害方式为水锁和应力敏感.利用裂缝可视化测试系统、毛管流动孔隙结构仪等分析测试手段评价了低渗致密气藏的水锁和应力敏感损害.研究表明,低渗致密气藏在欠平衡条件下仍有很强的水锁损害可能,初始渗透率越低,水锁损害程度越大;有效应力一定时,欠压值越小,水锁损害程度越大,过小的欠压值不能起到保护储集层的作用;欠压值一定时,有效应力越大,水锁损害程度越大.目前对欠平衡条件下的水锁损害评价还处于摸索阶段,下一步工作的重点是储集层原地作业条件的真实模拟以及将室内实验结果应用于现场工程设计.图7表6参13     

火灾环境下CNG长管拖车气瓶不同结构泄压装置的响应规律

由于天然气在储运过程中存在着潜在的泄漏和爆炸风险,一旦发生事故就有可能造成人民生命财产的重大损失。因此国内外有关标准法规均要求安装泄压装置,以保证CNG气瓶在超温、超压工况下能安全泄放,降低事故风险。但由于国内外标准对泄压装置设计计算方法和计算公式不同,导致不同的泄压装置在火灾工况下的动作响应规律存在着差异。为此,针对不同结构型式、不同泄放面积的泄压装置,开展了大容积钢质无缝气瓶整体火烧工况的分析研究,以获取CNG长管拖车气瓶在受火工况下温度压力的变化规律,以及不同泄压装置在火烧环境下的响应规律。研究结果表明:(1)大容积钢质无缝气瓶按照API 521-2014、CGA S-1.1和GB 16918—1997设计的泄压装置均能够满足大容积钢制无缝气瓶整体受火安全泄放的要求,考虑到可能引起二次灾害的CNG气体,推荐使用API 521-2014或CGA S-1.1计算最小泄放面积;(2)在火焰被钢板隔绝的情况下,泄压装置的热传导受阻,单爆破片结构往往比爆破片+易熔合金的组合结构先动作;(3)大容积钢质无缝气瓶在火灾环境下,泄放装置开启后,气体温度变化规律受泄放面积的影响较大。结论认为,该研究成果可以为CNG长管拖车气瓶泄压装置的标准制订和选型提供技术支撑。     

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压缩天然气（CNG）储气瓶，是天然气汽车十分重要的部件。压缩天然气气瓶一般为钢制圆筒压力容器，但由于气瓶质量大，且易发生爆炸性事故而造成严重的后果。因此，复合式气瓶成为汽车用天然气瓶的一个重要发展方向。金属内胆外加复合材料缠绕的复合式压缩天然气瓶具有刚度大、气密性好、重量轻、成型工艺简单及生产成本低廉等优点。在力学分析的基础上，得出了复合式压缩天然气瓶的玻璃纤/环氧复合材料维缠绕层数，并结合浇注体力学性能、弹性粘贴层厚度及缠绕工艺的对比，最终研制出能满足使用要求的复合式天然气瓶。     

远郊区县的CNG瓶组供气管理运营模式

开发远郊区县的压缩天然气（CNG）市场是天然气生产和销售经营企业获取经济效益的新增长点。以北京远郊区县为例，分析了远郊区县的燃气市场需求，介绍了CNG瓶组供气的工艺原理。通过实例，比较了在远郊区县建设长输管线和CNG瓶组供气站的成本，建设CNG瓶组供气站更具有经济性。在较为全面地分析了目前在远郊区县建设CNG瓶组供气站所存在的规划不统一、安全隐患多、价格不统一等问题的基础上，提出了远郊区县CNG瓶组供气运行管理模式的建议：明确产权归属，综合考虑经济性、规模性以及与总体规划的统一性，在测算CNG运输成本基础上，设定一个合理的母站、子站价格浮动范围，对专业经营者重新审定资质，不断提高安全准入的门槛等。     

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盐城气田是江苏油田至今发现的储量最大的气田。该区上覆地层压力较高（上覆地层压力系数高达1．20），又不下技术套管，钻井液密度不能平衡地层压力，发生严重跨坍，损失时间长，最后不得已把钻井液密度提高，造成了大量漏失，对气层造成严重的损害（储层压力系数小于1），而且该区岩心、气层特性等资料都缺乏，如何利用有限的资料，快速预测气层损害机理和损害程度，采取有效保护气层技术，是非常关键的、必要的。文章通过对盐城地区气层的储层特征分析及实验研究，表明该气藏属低渗气藏，粘土矿物以绿泥石和伊利石为主、具有各层组渗流能力变化大、气层压力低等特性；初步探讨了该地区气层损害机理：含水饱和度较高、水敏性严重、水锁及液相聚集损害、入井液水锁严重、气藏应力敏感性较强；进行了气层保护技术的研究，提出了使用高抑制性的低界面张力型的水基钻井液、完井液及加速储层中入井流体的反排等预防措施；建议采用压裂和酸化对低渗气层改造，消除钻井及其它类型的损害。