立柱式钻井平台内孤立波载荷尺度效应研究

在海洋内孤立波作用下,立柱式钻井平台会产生大幅度的运动响应,影响钻井平台的作业效率与安全,其中平台内孤立波载荷的准确预测是关键。为此,以3类内孤立波理论(KdV、eKdV和MCC)的适用性条件为依据,通过构建两层流体中内孤立波对立柱式钻井平台强非线性作用的数值模拟方法,结合模型试验分析了立柱式钻井平台内孤立波载荷的尺度效应。结果表明,在大尺度条件下采用Morison公式和傅汝德-克雷洛夫公式分别计算内孤立波的水平力和垂向力仍然是可行的。此外,内孤立波载荷模型试验中,立柱式钻井平台内孤立波水平力及垂向力的尺度效应因流体黏性影响的不同而产生差异,受黏性影响较大的水平力尺度效应显著,而受黏性影响较弱的垂向力的尺度效应较弱,可以忽略。      

基于Fluent软件二维数值波浪水槽的研究

该文利用Fluent软件,采用VOF(流体体积)法,基于N-S方程和RNGΚ?ε湍流模型,通过C语言进行二次开发,模拟二维数值波浪水槽,并与理论结果对比验证数值水槽的准确程度,进而在数值波浪场中放置潜堤结构物,将模拟的数值结果与实测数据进行对比。试验结果验证了Fluent软件模拟二维数值波浪水槽及结构物的可行性与有效性,为深入研究数值波浪水槽内结构物的水动力特性奠定了基础。     

非均匀海流、表面波与内孤立波共同作用下钻井隔水管准静态分析

针对我国南海内孤立波活动频繁的实际情况,建立了非均匀海流、表面波和内孤立波联合作用下钻井隔水管的准静态分析模型,并分别采用Airy线性波理论和两层流的Kd V理论计算表面波和下凹型内孤立波的速度和加速度,利用有限差分离散和LU分解法求解钻井隔水管的静态微分方程。方法验证结果表明,本文方法与其他文献结果吻合较好,具有较高的可靠性。实例分析结果表明,表面波和内孤立波分别在相位角为12°和0°时对隔水管的准静态性能影响最大;内孤立波使上层流体中隔水管的横向偏移、弯矩、Von Mises应力大幅增加;在内孤立波波谷对应深度附近,隔水管弯矩呈"台阶状"突变,剪力呈"尖峰状"突变;内孤立波振幅越大、上下两层海水密度差越大,内孤立波对隔水管受力与变形的影响越剧烈。建议加强我国南海各油气区内海洋内孤立波的监测和预测,更好地指导海上钻井隔水管安全作业。     

基于FEPG的多场耦合渗流数值模拟方法

针对泥页岩孔隙内多场耦合作用下的渗流问题进行了系统研究。在Biot理论的基础上,建立了泥页岩孔隙内流体流-固-化耦合作用下的渗流计算模型;介绍了多场耦合作用下泥页岩孔隙内流体渗流的实验室模拟方法,给出了实验结果;在建立渗流计算模型的基础上,探索了利用FEPG方法对泥页岩孔隙内多场耦合作用下的渗流规律进行有限元数值模拟的方法;通过实验模拟和数值模拟两种手段对模型进行了验证。通过数值模拟结果与实验结果的对比可知,数值模拟的准确性非常好,从而验证了模型的正确性。模型深化了对泥页岩孔隙内多场耦合作用下渗流规律的认识,模型简单实用,参数易获取,且具有一定的工程实用价值。     

注水井井筒动态流体力学建模与工程仿真

为了研究注水井井筒工况下流体动态响应机理,基于流体力学微元分析和水力学经典理论,建立流体微元压力-流速关系模型,推导求解注水井井筒空间流体压力、流速的动态分布;结合中国某典型斜井生产数据,进行不同注入压力和不同注入量条件下井筒压力动态分布、油管流体传输延迟特性和衰减特性、井口压力波动下井筒压力幅值动态分布的数值模拟与分析。结果表明：井筒沿程压力损失与绝对压力值无关,设计波码通信编解码方案时无须考虑注入的绝对压力值;注入压力恒定时,井口注入流量越大,井筒沿程损失越大。流体波信号延时幅值主要取决于井筒的长度;管径越小,流体波信号衰减幅度越大。同井深下生成目标波码幅值（压差识别有效值）越高,为克服井筒沿程损失所需的井口压力波幅值越大。     

应用数字岩心和有效介质模型研究岩石弹性性质

基于三维数字岩心用有限元的方法计算了干岩样、完全饱和岩样和部分饱和岩样的弹性模量,并把数值模拟结果与理论和试验分别做了比较。结果表明,通过数值模拟得到岩石弹性模量-孔隙度关系与试验相符合,并且由数值模拟得到的流体替换对岩石弹性性质的影响与Gassmann理论相符合,数值模拟得到的部分饱和流体岩石的弹性模量与Gassmann-Wood(GW)理论也是符合的。同时把数值模拟结果与自洽理论和差分有效介质理论计算结果进行比较,发现没有一个理论计算结果能和试验结果符合,相反,数值模拟结果与试验数据基本符合。这表明了基于三维数字岩心预测岩石弹性性质的可靠性与精确性。     

大型柱状结构物波浪爬坡的数值波浪水池模拟

基于数值波浪水池技术,模拟单色波和双色波及其绕圆柱体波浪爬坡的现象。波浪采用源项造波法进行模拟。对偏微分方程的离散采用有限体积法(Finite Volume Method,FVM),对于自由液面的捕捉采用较为常用的流体体积法(Volume of Fluid Method,VOF)。将单色波和双色波的数值模拟结果与理论计算值进行比较,结果表明模拟的波浪结果较为精确,可以满足计算需要。波浪爬坡高度的计算结果与MARINTEK水池波浪爬坡模型值以及其他公开发表的数值模拟结果对比,结果表明与其他数值计算方法相比该计算方法更接近于试验结果。     

数字岩石物理学及测井解释应用概论

数字岩石物理学是岩石物理学的一个新分支。数字岩石物理包括数字岩心构建、数值模拟、综合分析3个部分。数字岩心构建是数字岩石物理学的基础,为数值模拟提供高分辨率模型。数值模拟是数字岩石物理学的核心,基于数字岩心模型,利用有限元法、随机游走法等数值算法计算岩石电学、声学、输运和核磁共振弛豫等岩石物理参数。对数值模拟结果综合分析,可以研究电流传导、弹性波传播、流体渗流、核磁共振弛豫等岩石物理的响应机理、响应特征,还可以分析不同微观因素的影响规律,以及为地层评价提供模型等。系统阐述了数字岩石物理学在致密砂岩、页岩、碳酸盐岩、干热岩等地层评价中的应用,总结了数字岩石物理学的应用场景和应用条件,并展望了未来发展前景。研究表明,作为宏观岩石物理参数与微观因素之间的桥梁,数字岩石物理学是兼具理论岩石物理与实验岩石物理元素的新手段,必将发挥更大作用。     

钻井液侵入对储层电阻率影响的数值模拟与实验研究

研究钻井液侵入地层的过程,可进一步确定地层水矿化度、地层电阻率和含水饱和度的径向分布,为储层识别和评价提供依据。采用数值模拟和物理实验相结合的方法,研究钻井液动态侵入条件下,地层电阻率与地层岩性、流体以及测井时间的关系。数值模拟方面,采用多孔介质两相渗流模型、不同矿化度流体对流传递模型和阿尔奇公式,计算不同条件下侵入剖面上电性和流体参数的径向分布特征;物理模拟方面,采用全直径长岩心测试系统进行实验,对钻井液固液相在不同物性岩心的侵入深度、侵入程度、侵入速度特征进行研究。理论模拟和实验结果吻合较好,该数值模拟方法能较好模拟钻井液动态侵入对储层电阻率影响。     

高温高压井下安全阀阀板优化研究

高温井下安全阀均采用金属材料制成,可用于350℃高温、高压水蒸汽及二氧化碳环境,为热采井的安全控制提供保障。受试验条件限制,通过试验研究阀板的性能,周期长,且费用较高。采用数值模拟方法,对阀板受流场影响进行了研究。在流体模拟计算过程中将湿蒸汽两相流理论与工程热物理中的流体热物性计算方法有机结合,解决了阀体内流体参数及温度场的计算问题,提高了计算精度和速度。根据优化结果,采用新的传动结构来调节阀板的开启和关闭压力,改变了动密封结构,提高了产品的使用寿命。     

埋地储罐结构设计与ANSYS数值模拟

文章总结了埋地储罐结构设计方法,分析了其受力特点,针对储罐的特殊工况提出了采用ANSYS软件进行数值模拟的方法。结合具体设计实例,介绍了在结构设计之后,利用ANSYS软件进行建模加载计算得出储罐在覆土外压作用下的变形及应力分布规律的方法。对比分析理论计算与数值模拟结果,验证了数值模拟结果的正确性,指出常规稳定性设计的不合理之处,说明了数值模拟作为储罐结构设计的参考和补充的必要性。     

内孤立波作用下深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学特性

中国南海内孤立波自然环境频发,内孤立波下深水锚泊平台-隔水管系统动力学失效风险高,为此建立了内孤立波下的深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学模型及分析方法,开发了深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学求解器,开展内孤立波下深水锚泊平台-隔水管耦合系统动力学特性分析,识别内孤立波下深水锚泊平台与隔水管系统的动力响应、耦合作用规律以及隔水管系统安全弱点。结果表明,在内孤立波作用下深水锚泊平台向内孤立波传播方向运动,当内孤立波波峰到达平台中心位置时锚泊平台的偏移达到最大,然后锚泊平台逐渐向初始平衡位置运动并最终趋于稳定;内孤立波促使隔水管系统顶部向内孤立波传播方向偏转,导致隔水管系统对锚泊平台运动产生一定的促进作用;当锚泊平台位移最大时隔水管系统关键参数响应值最大,但隔水管系统上球铰转角峰值时间有一定的滞后性,下挠性接头转角是内孤立波下的深水钻井隔水管系统安全弱点。     

内孤立波载荷作用下钻井船动力定位性能

采用自主编写的动力定位时域仿真程序,以某钻井船为例,对内孤立波载荷进行建模并进行时域仿真。将内孤立波纳入环境载荷中,得到船舶在内孤立波下的动力定位时域仿真结果。获得船舶的作业窗口区间为 。结合船舶运动响应与推进器功耗情况对船舶动力定位性能进行评估,并提出船舶遭遇内孤立波时的海上操作建议。     

热应力作用下LNG储罐外罐裂缝及失效时间分析

对于大型液化天然气储罐,内罐泄漏时,由于内外表面温差产生的巨大热应力对于外罐裂缝开展及储罐失效有非常重要的影响。为了获得外罐裂缝的开展规律以及储罐失效时间以便指导实际工程的设计与维护,利用传热学与弹塑性力学相关理论,提出了一种应力叠加方法,近似计算在内罐泄漏时外罐出现裂缝的内外温差,并且结合数值模拟结果进行对比分析,验证理论方法的准确性,确定裂缝开展规律,最终求得内罐从最不利泄漏点开始泄漏到外罐内侧混凝土开裂的储罐失效时间。结果表明:①内罐泄漏时,热应力巨大,不可忽略,热应力和其他荷载共同作用导致外罐产生大量裂缝,裂缝首先在外罐顶部内表面产生,并迅速向外表面开展,最终贯穿罐顶,导致储罐失效;②首次求得了储罐从内罐开始泄漏到外罐产生裂缝的最小时间,在此时间内采取有力措施及时处理,对控制事故发展、避免发生严重灾害具有重要意义。     

连续波脉冲器发生原理及参数影响规律研究

连续波脉冲器是随钻测量的核心部件。为了探讨连续波脉冲器压力波发生原理及参数影响规律,基于计算流体力学相关理论与方法,建立了连续波脉冲器流场数值仿真模型,仿真分析了连续波脉冲器的流场特征。仿真结果表明:转子周期性往复开关过程中,连续波脉冲器产生流量波和压力波,流量波上、下游相位相同,压力波上、下游相位相反;压力波幅值与脉冲器控制参数相关,幅值随频率与定转子间隙的增大而减小;压力波幅值与钻井水力参数相关,随流体排量和密度的增大而增大,流体黏度对幅值影响可以忽略。研究结果对连续波脉冲器的现场应用具有一定的理论指导作用。     

基于液体阻尼器的风机塔架减振特性

建立调频液体阻尼器(Tuned Liquid Damper, TLD)数值计算模型,利用OpenFOAM二相流动网格方法进行求解,并基于试验数据验证计算方法的有效性。分析TLD减振力与固有频率和激励频率的关系。建立Simapck与OpenFOAM耦合求解方法,对TLD在风机塔架上的布置数量、布置位置和固有频率对风机塔架减振效果的影响进行研究。计算结果表明,当TLD的固有频率等于塔架一阶振动频率且TLD布置在塔架顶端时,TLD的减振效果更好。     

浅谈畸形波的波形模拟

介绍了畸形波的概念和发生的机理,及两种畸形波波形模拟的方法,以Stocks五阶波的叠加来模拟畸形波,主要用于工程计算;用NLS方程建立深水单向波模型,求出符合畸形波特性的解,对畸形波进行数值模拟,适用于动力分析。     

复合电热化学聚能冲击波储层强化改造试验与评价

为了完善复合电热化学聚能冲击波技术的工艺参数优化及效果评价,首先进行了大尺寸混凝土岩样的复合电热化学聚能冲击试验,评价了该技术的冲击破岩效果和控制因素;然后建立了可实现强动载重复冲击的数值模型,进行了大尺寸岩样模拟试验;最后利用数值模型系统评价了冲击次数、峰值压力、岩石弹性模量和地应力对措施效果的敏感性,分析了各工艺参数对岩石裂缝数量及作用距离的影响规律,并预测了措施后的增产效果。试验结果表明:复合电热化学聚能冲击波技术可将常规电脉冲的脉冲宽度扩展约1.5倍,冲击峰值压力提高约3.0倍;岩样冲击6次后,产生4条宏观裂缝,模拟井眼周围产生不同程度的破碎。该研究结果为利用复合电热化学聚能冲击波技术的工程应用提供了理论指导。      

小型LNG运输船装船过程BOG产生量的计算

采用流程模拟软件稳态模块建立小型LNG运输船装船工艺BOG产生量的计算模型,研究LNG原料储罐操作压力、运输船储罐操作压力等因素对装船工艺BOG产生量的影响趋势。并利用流程模拟软件动态模块建立装船工艺的动态模型,模拟LNG运输船船舱储罐温度、压力、回气量等参数随装船时间的变化。模拟结果分析得出:LNG运输船船舱操作压力与LNG原料储罐操作压力的相对差值是决定是否产生BOG的关键参数;合理选择船舱储罐的操作压力,可同时实现LNG供应方和购买方双方共赢的效果。