突变流道内空化准周期特性研究

采用环路动态实验测量和数值模拟方法对突变流道内的空化过程进行了研究，通过不同位置空泡气相体积分数、压力波动和频谱规律分析考察了不同空化状态下的准周期演化特性，发现不同空化状态下频谱规律不尽相同。由云状空化过程中的气相体积分数和压力波动分析可知，流场内存在两类波动频率，分别以空泡团的低频脱落和微小空泡的高频再生、汇聚形式存在；同时发现不同空化状态下低频、高频变化规律的差异与空泡的形态和汇聚演化过程紧密相关。这种现象阐释了空化准周期演化过程的本质是微小空泡周期性生长后汇聚成团或直接脱落所导致的。     

基于分子动力学模拟的天然气水合物空蚀作用规律

固态流化法开采天然气水合物（以下简称水合物）过程中，空化射流对水合物软质泥沙具有很强的破坏作用，然而，目前针对水合物的空蚀作用规律尚不明晰。为此，基于Ⅰ型水合物的晶体架构建立了水合物空蚀破坏模型，采用分子动力学模拟软件MaterialsStudio建立不同微观赋存环境下的水合物模型，分析了空泡近壁溃灭形成的空蚀微环境对水合物分解的作用规律，并将其与常规降压开采法下的水合物分解过程进行对比，进而研究了不同空蚀微环境和微观赋存环境对水合物分解的影响。研究结果表明：(1)空蚀微环境能够有效加快水合物的分解，模拟条件下分解速率可达常规降压开采法的22.5倍；(2)空蚀微环境温度的升高对水合物空蚀分解起正向促进作用，作用效果较压力更为显著；(3)空蚀微环境在低温高压情况时会抑制水合物的分解，特定温度下存在分解速率最快的冲击压力值；(4)不同微观赋存环境下水合物的分解特征不同，水环境下的水合物分解效果优于甲烷气体环境，但空蚀作用能降低该影响。结论认为：基于分子动力学的水合物空蚀作用研究成果，能够为空化效应在开发水合物过程中的应用提供理论支撑和技术支持。     

井下低频振动解堵技术

1.低频振动对油层的作用效应 室内研究及实践表明,机械振动波通过地层,会引起各种各样的有利于油层流体向井底流动的效应。不同频率的波,作用机理有相似的方面,又有明显的差别。低频振动波在油层中的传播,及由此而引起的机械振动效应、空化效应和热效应,在某些频率下可以提高岩石的渗透率、     

振动采油机理的微观试验研究

振动采油机理的研究对于振动采油的可信性、可行性及其推广使用，具有重要意义。以自行设计加工的高频脉动压力伺服作为振源，利用真实岩心微观模型可见技术，研究了振动采油的降低残余油饱和度、解堵、除垢机理及其空化效应，观察到了振动条件下空化现象，残余油重新流动过程，微粒运移过程及垢层剥落现象。对这些现象、过程与振动参数之间的一些规律进行了定性分析。     

水力脉冲空化射流发生器参数优化试验研究

为优化水力脉冲空化射流发生器的参数,采用设计的试验模拟工具及相应的试验台架进行了室内试验。着重研究了叶轮叶片数量、排量对压力波动效果的影响。试验结果表明,随着排量的增加,经过水力脉冲空化射流发生器的流体平均压力增大,压力波动振幅增大;在试验条件下,排量为13.67L/s时,采用3片叶轮,平均压力为1.25MPa,产生的脉冲效果明显,压力波动振幅为1.1MPa。     

角形空化喷嘴内外流场的数值模拟

为研究角形空化喷嘴对空化射流空化效果的影响,建立了空化喷嘴内外流场的数学模型和物理模型。利用流体力学模拟软件FLUENT,采用混合模型、空化模型和RNGκ-ε湍流模型对角形空化喷嘴的空化射流内外流场进行了数值模拟。以射流流场中含气率分布为判断喷嘴产生空化效果的依据,分析了直柱段直径、入口压力、围压对射流空化效果的影响。模拟结果表明:相同喷嘴入口压力条件下,直柱段直径越大,射流空化效果越好;增大喷嘴入口压力可以提高射流空化效果,但围压的存在会抑制空化泡的产生,不利于提高空化效果。数值模拟结果可以为空化射流的产生提供指导。     

孔板型空化装置处理油田污水的初步试验研究

针对油田开采后期,污水成分复杂且各种常规水处理方法都有其局限性的问题,提出了水力空化技术用于污水处理的设想。利用空化的化学效应,采用4种不同结构的孔板,建立了水力空化污水处理系统,对油田现场污水水样进行了尝试性的试验研究。分析了相同作用时间下,各孔板结构的空化数以及入口压力对水样COD去除率的影响,结果表明,空化数为0.65～0.85时,污水COD的去除率较佳;当有效过流面积与管截面积的比值拉近0.12时,可以在较低的入口压力下得到相对较高的COD去除率;孔板装置对降低油田污水COD含量具有一定的促进作用,但去除率并不高。研究结果对分析水力空化技术作为油田污水辅助处理技术的可行性,具有一定的参考价值。     

非均相体系在微通道中的封堵性能研究

基于大庆油田天然岩心孔隙尺度分布特征建立了微通道模型，考虑非均相体系中的分散相和连续相的变形及流动特征，以相场法建立流动模型并用有限元方法求解，模拟了分散相颗粒在微通道内的生成，并实现了颗粒分选，研究了微观孔喉结构中匹配系数和孔喉比对颗粒封堵性能的影响。结果表明，颗粒在微观孔喉结构中发生弹性封堵时，孔喉入口处压力随颗粒运移通过而呈现周期性变化；颗粒与孔喉最佳匹配系数为［1.0，1.4），此区间内颗粒能够在孔喉入口处暂时封堵，变形运移通过孔喉后恢复原形；当孔隙直径相同时，匹配系数和孔喉比越大，颗粒通过压力越大；颗粒粒径越大，颗粒通过压力临界值越小。     

自振空化射流空泡动力学特征及溃灭强度影响因素

以空泡动力学分析为基础,考虑自振射流流场压力变化特性、空泡传热和传质规律,建立了空化气泡在自振射流流场中动态变化的计算模型,研究了空泡溃灭强度的影响因素。研究表明,空化射流破坏岩石的能力主要取决于空泡第1次溃灭的强度,空泡后续溃灭的强度显著降低。自振效应使空泡溃灭压力峰值及其持续时间增大,能大幅提高空泡溃灭强度。水力参数是空泡溃灭强度的主要影响因素:一定射流速度下,存在最优的围压值,使空泡溃灭强度达到最大;增大射流速度能提高空泡溃灭强度。流体物性对空泡溃灭强度的影响较小:溃灭强度随流体密度增大而降低,受流体黏度和表面张力的影响较小。研究结果有助于了解空化效应提高射流冲蚀性能的作用机理,提升自振空化射流技术的现场应用效果。图10参23     

波动注入水力压裂诱发微地震的力学机制及其对压裂效果的影响

水力压裂岩石裂缝的扩展诱发天然微地震。传统水力压裂区微地震引起的应力重新分布范围有限,小震级地震波的作用也有限,这些微地震不可能触发较远储层的地震,一定程度上限制了水力压裂改造效果。为此,提出了波动注入水力压裂诱发较大范围“微地震”的想法。根据流体力学理论建立了波动注入水力压裂井筒不稳定流动的压力振动模型,分析了人为诱发“微地震”的井底压力振动源和岩石损伤断裂机制;研究了波动注入水力压裂人为诱发的“微地震”震源特性和力学机制,分析了微地震对水力压裂效果的影响机制。分析结果表明,波动注入水力压裂人为诱发的微地震震源破裂信号频率随裂缝长度的增加而降低;对于断层和天然裂缝发育较多的储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制主要是储层中断层或天然裂缝的剪切滑移;对于非裂缝性储层,波动注入水力压裂导致岩石破裂诱发微地震的力学机制是人为地震效应和损伤—断裂效应。研究结果表明,波动注入水力压裂能够人为诱发“微地震”,增加储层的“微裂缝”,扩大自然微地震的波及面积,增强压裂作业的增产效果。     

参一强激励作用下的Spar平台非线性纵摇运动响应分析

考虑垂荡运动和波浪激励力矩的双重影响,建立Spar平台参一强联合激励下的纵摇运动方程。应用摄动法求得当垂荡频率与纵摇固有频率比接近2:1时纵摇方程的一阶近似解,并分析了方程零解与定常周期解的运动稳定性。以一座试验Spar平台为例,计算了该平台在长周期涌浪下纵摇运动的时域响应。     

适应南海海况的FPSO系泊系统设计与运动响应

为保障一艘多点系泊浮式生产储卸油装置（Floating Production Storage and Offloading,FPSO）在南海恶劣海况下的安全作业,设计外转塔式系泊系统,并对船体线型进行优化分析。基于三维势流理论,应用Wadam软件建立水动力计算模型,研究不同船型方案下的FPSO频域水动力性能,最终确定优选船型。通过时域耦合动力分析方法研究FPSO系泊船体在风、浪、流作用下的运动响应特性,对比船型优化前后的运动响应和系泊缆张力结果。计算结果表明,减小艉柱倾角、增大艏柱倾角能在一定程度上降低该型FPSO在南海的纵摇和垂荡运动响应,系泊系统设计满足船级社规范要求。     

基于可燃冰开发的深吃水半潜式平台水动力性能分析

以应用于1 500 m作业水深的深吃水半潜式平台为研究对象,通过水池模型试验对水动力性能进行深入研究,并且与某典型浅吃水半潜式平台进行对比。结果表明,深吃水半潜式平台纵摇、横摇和垂荡固有周期显著短于传统浅吃水平台,在波频范围内前者运动响应大幅减小,在作业海况下最大摇摆运动为1.54°、最大水平运动为13.12 m,具有良好的运动性能,能够满足深海可燃冰开发的工程需求。     

自升式钻井平台就位过程桩腿触底分析

研究自升式钻井平台在就位状态桩腿下放过程中的动力响应特性,针对桩腿下放平台漂浮状态,研究波浪载荷作用引起的平台动力响应。以某自升式平台为例,采用三维势流理论和Morison公式,运用SESAM软件,建立了精细的几何模型、面元模型以及Morison模型,在频域内计算了结构的波浪载荷和运动响应的传递函数,并对平台运动响应进行了短期统计预报,确定了平台可能发生触底的桩腿下放高度及海洋环境参数。     

从多相介质的角度看勘探地震与开发地震波动方程的差异

勘探地震以研究储液构造为目的,开发地震以研究储液构造细节及构造内流体储存特征为目的。本文在正确阐述地层压力物理概念的基础上,首先推导出具有普遍意义的二组分复合不均匀介质运动方程,在此基础上推导出勘探地震与开发地震的位移运动方程。两者的主要区别在于预应力项的不同,勘探地震的预应力是多相介质中弹性波传播中各种因素的综合效应所引起的等效阻尼力梯度对第二相介质做的“功”,开发地震的预应力是孔隙压力梯度对第二相介质做的“功”。     

锚泊油轮波浪诱导运动和最小安全水深

采用三维源汇法对油轮的波浪诱导运动进行了系列计算,考察了排水量从3.0万t至30.0万t的5艘油轮在浅水海域规则波下的船体运动响应,通过响应谱的统计分析,获得了各种海况条件下船底最大垂向运动幅值的统计值,并绘制了相应的曲线族,可用于确定油轮在不同海况与水深条件下所需的最小安全水深。     

水下软管系统运动响应试验

为了对海上粘接式输油软管设计进行适用性研究,从而掌握悬链锚腿式系泊（Catenary Anchor Leg Mooring,CALM）单点Lazy-wave（懒波型）和Steep-wave（陡波型）构型的水下软管系统适用的水深和环境条件,在海洋工程水池中分别对2种构型的软管进行运动响应试验。模拟静水与规则波环境条件,并对软管顶端进行强迫振荡,观察Lazy-wave和Steep-wave两种构型的水下软管系统的运动响应。试验结果表明：对于静水海况和规则波海况,2种构型的软管在顶端运动为周期运动时,各方向上的动态应变呈周期性变化且皆有高频成分;在规则波海况下二阶模态的振动幅值与静水相比均有所增加; Steep-wave构型比Lazy-wave构型更容易激发高阶模态。     

自升式平台举升状态运动响应试验研究

对自升式平台处于举升状态桩腿下放和提升过程时的运动响应进行了物理模型试验研究.针对目标海域实际海况分别研究了不同有效波高和波浪入射角度对平台运动响应的影响,所得结果可为自升式平台设计提供依据.     

弯曲连续管内流体运动机理与摩阻研究

井眼的弯曲直接影响连续管在井下的弯曲状态和连续管内流体的运动特性与摩阻。为此,分析了弯曲连续管内流体流动的运动机理,在此基础上根据流体力学原理建立了不同流体条件下弯曲连续管内流体摩阻计算模型。分析结果表明:弯曲连续管内流体的运动呈现断面环流和冲击波效应,这可能是引起弯曲连续管内流体复杂运动的力学机制;弯曲连续管内流体流动的断面环流和冲击波效应在一定程度上影响了连续管内流体的流态和摩阻;随着井眼曲率半径的减小和注入排量的增大,不同流体条件下弯曲连续管内流体的横向切力和摩阻随之增大;弯曲连续管内流体流动的横向切力和摩阻受弯曲段井眼曲率半径和注入排量的影响较大。研究结果可对弯曲井眼中连续管循环摩阻计算、受力分析和排量优选提供理论参考。     

弹性超大型浮体系泊动力响应特性

为深入了解浮体弹性对系泊张力的影响,基于有限元思想和集中质量法对浮体的系泊系统进行耦合分析,研究弹性浮体的运动响应和系泊缆张力,编制相关程序,将所得结果与相关试验结果进行对比,验证数值方法的准确性。以某弹性超大型浮体为例,建立相关数学模型,在规则波中计算得到不同浮体弹性模量和不同波浪频率下8根系泊缆的最大张力。研究表明：在波浪频率达到共振频率之前,最大系泊张力随着波浪频率和浮体弹性模量的增大而增大;在波浪频率超过共振频率之后,最大系泊张力随着波浪频率和浮体弹性模量的增加而减小。