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[博士论文] 刘树阳
能源与环境工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:CO2提高天然气采收率(CO2-EGR)技术因其同时实现天然气增产与CO2地质埋存的特性,近年来受到广泛关注。CO2与天然气混合体系热力学性质及驱替弥散特性显著影响CO2运移规律,对CO2封存效果、天然气采收率意义重大。CO2-EGR过程中CO2-CH4混合体系热力学性质、驱替机理及弥散特性成为影响CO2运移及天然气采收的关键科学问题。围绕上述问题,本文利用实验和模型方法,研究CO2-CH4二元体系密度特性,利用CT可视化方法,分析多孔介质内CO2-CH4混相驱替行为特征,原位测量混相驱替过程的弥散系数,探究CO2-CH4横向及纵向驱替的表观弥散特性,分析重力效应及多种因素对混相驱替弥散的作用机理,模拟研究注入参数对天然气采收率的影响,阐明CO2运移与天然气采收率变化规律,为CO2-EGR实施提供了数据及理论支持。本文主要研究内容如下:
  搭建高精度磁悬浮天平气体密度测量系统,系统获得气藏温压条件尤其临界区条件下广泛CO2浓度范围的CO2-CH4体系密度,探究了不同温度、压力及CO2浓度条件下密度变化规律。提出了CO2-CH4二元相互作用参数与CO2浓度的线性关系,改进PR方程和PC-SAFT模型,提高了密度预测精度,并评估了不同模型适用条件。
  基于微焦点X射线CT,开发了多孔介质内CO2-CH4驱替可视化及弥散原位测量方法,获取多种填砂岩心孔隙结构并定量描述了孔隙度分布规律,对填砂岩心内液态、超临界态CO2驱替CH4过程进行了原位可视化观测,证实该过程为混相驱替过程,并原位获取了混相驱替过程中的弥散系数,分析发现进出口效应会增大弥散系数14%~29%,探明了残余水溶解CO2而抑制弥散作用的影响机制。
  开展了填砂岩心内CO2横向及纵向驱替CH4实验研究,分析了表观弥散特性的变化规律,阐释了重力效应抑制纵向弥散并促进横向弥散的作用机理,探明了CO2注入参数、多孔介质孔渗特性、天然气杂质气体、地层深度等多因素对弥散特性的影响机制,发现实验中弥散过程处于对流与扩散共同主导区域,解析了弥散特性与对流、扩散关系,获取了填砂岩心弥散度,探明了多孔介质内CO2-CH4混相驱替弥散特性的变化规律。
  构建了均质与纵向非均质气藏模型,改进TOUGH2中热物性计算模块,开展CO2-CH4混相驱替模拟研究,探究地质条件下气藏内CO2与天然气之间的混相驱替规律。气藏尺度验证了重力效应抑制纵向驱替弥散的作用机理,分析不同开采时期CO2注入效果,获得了最佳注入时机及压力,为CO2-EGR的实施提供指导。
[博士论文] 苏晨亮
水工结构工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:海底管道作为海上油气资源开发的重要组成部分,被誉为海洋油气生产系统中的“生命线”。钢质管道腐蚀是不可避免的,腐蚀是管道破坏的主要因素之一。因此,开展腐蚀管道剩余强度的评估是保证管道安全运行的前提,也是对既有管道是否需要更换进行决策的依据,对于延长管道使用寿命,保障油气田的安全生产具有十分重要的意义。
  经过多年发展,各国规范提出了不同的轴向单点腐蚀管道失效压力评价方法。但是,实际腐蚀损伤的形成具有一定的随机性,管道腐蚀往往以不同缺陷尺寸的腐蚀群的形式存在,相邻腐蚀缺陷间相互作用对管道的破坏模式和失效压力具有非常重要的影响。针对目前多点群腐蚀管道在内压荷载作用下的破坏机理和失效压力缺乏明确地分析理论和评价方法的状态,本文采用全尺寸爆破试验和数值仿真相结合的研究手段,揭示了腐蚀缺陷间相互作用对管道爆破失效模式和失效压力的影响;通过双点腐蚀缺陷管道失效压力影响因素的敏感性研究,确定了缺陷间发生相互作用的最小距离,提出了内压荷载作用下的腐蚀缺陷间相互作用准则,并验证了该相互作用准则的有效性。本文主要工作包括:
  (1)采用大连理工大学研发的管道几何尺寸测量机,获取了管道直径、壁厚以及腐蚀缺陷剩余壁厚等相关数据。在此基础上,采用研发的复杂荷载试验机开展了轴向单点腐蚀管道在内压荷载作用下的爆破试验。研究了管道腐蚀深度、腐蚀长度等因素对缺陷管道的破坏模式和失效压力的影响。
  (2)建立了轴向单点腐蚀管道在内压荷载作用下的三维非线性有限元仿真模型,并通过试验验证了有限元模型的可靠性。给出了不同强度钢管道达到破坏时的应力失效准则。基于轴向单点腐蚀管道失效压力影响因素的敏感性研究,结合爆破试验和理论分析,提出了含有轴向腐蚀缺陷的中高强度管道钢失效压力的半理论半经验的简化计算公式。
  (3)仍使用复杂荷载试验机,以双点腐蚀缺陷的基本组合形式为基础,考虑不对称双点腐蚀缺陷管道情况,分别开展了轴向和环向双点腐蚀管道在内压荷载作用下的爆破试验。通过对爆破实测数据的分析,揭示了腐蚀缺陷间相互作用对管道反应过程和爆破失效模式的影响。
  (4)建立了双点腐蚀缺陷管道在内压荷载作用下的三维非线性有限元分析模型,并考虑轴向和环向不对称双点腐蚀缺陷管道计算工况,开展了腐蚀深度、腐蚀长度、腐蚀宽度以及腐蚀间距等因素对缺陷间相互作用的影响规律分析。根据对爆破试验和数值计算结果的分析,进一步发展了内压荷载作用下的腐蚀缺陷间相互作用准则。
[博士论文] 聂凡
能源化工 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:油砂作为一种非常规油气资源,在全球有着丰富的储量和广泛的分布。油砂的热解是油砂干馏、原位热采以及沥青精制等分离加工中重要的反应过程,其中,油气的生成是油砂热解的基本问题,也是相关技术研究和开发的关键问题。就此,本文选择印度尼西亚(IO)、菲律宾(PO)及中国新疆(XO)三种油砂,研究了油砂热解油气生成行为,具体研究工作如下:
  (1)利用索氏抽提、XRD、1H/13C NMR、XPS等方法,对三种油砂样品的组成结构进行了表征。三种油砂沥青质含量>8%,属于中等以上品位油砂。IO沥青质中含有较多的沥青烯组分,硫含量>6%,且65%以上为脂肪硫形态;其矿物质组成相对单一,主要为碳酸钙。PO和XO沥青质中沥青烯占比较小,硫含量较低,矿物组成相对复杂,粒径小于44μm的极细小矿物颗粒具有较高占比。通过沥青质平均结构计算发现,PO和XO沥青质芳香核缩合程度较小,脂肪取代基碳数较多;IO沥青质芳核以迫位缩合为主,芳核上取代基较多,取代基平均碳数较少。
  (2)利用TGA-MS及Py-EGA-MS,从挥发物释放角度研究了三种油砂及其沥青质组分的热解油气生成行为。由热失重和挥发物的释放过程,油砂热解油气的生成包括脱附主导阶段(<350℃)和裂解主导阶段(350~550℃),两个阶段的主要反应方式和油气组成有较大差异。油砂各有机组分存在相异的热解挥发物释放规律,不同油砂在两个阶段油气的产率主要由其有机质的组成决定,其中:脱附主导阶段生成的油气主要源自软沥青烯中的脂肪分,并在200~350℃有多环生物标志物等大分子化合物逸出;裂解主导阶段主要源自沥青烯和胶质,气体及轻质烃类(主要是烯烃和烷烃)在此阶段大量生成;油砂中芳香分在两个阶段均有明显挥发物的释放。在油气生成阶段,矿物质对挥发物的释放影响较小,沥青质各子组分在最终挥发物的形成过程中存在着相互作用。
  (3)在固定床热解装置上,研究了温度对IO和PO半焦中沥青质组成结构和热解油气组成影响,揭示了沥青质热解过程中的变化及热解产物的形成过程。实验发现,在脱附主导阶段,热作用脱除了沥青质中部分游离组分,并未严重破坏沥青质的主体结构。沥青烯等重质组分在低温阶段虽然没有大量油气的产生,但经弱键的断裂,一部分转变为软沥青烯组分,成为油气生成的前驱体。随着热解温度升高至裂解主导阶段,大量烷基侧链的断裂成为油气的主要来源,焦油和不凝气产量增加迅速。而另一部分沥青质则在热作用下,通过脱氢和缩合生成更重的组分,直至成焦留于热解残渣中。当温度>450℃后,焦油在产量和馏程上变化不大,500℃时,两种油砂热解得到的焦油产品占到了原油砂沥青质的80%左右。热解过程中,IO在300℃前仅有少量含硫化合物的逸出,油砂中的部分脂肪硫在热作用下转变为芳香硫;350~400℃间含硫化合物间大量逸出,500℃时,油砂中超过90%的硫以油气的形式从油砂颗粒中逸出,且主要以芳香含硫化合物存在于焦油中。
  (4)利用GC/MS和Py-GC/MS技术,研究了温度、加热速率对油砂热解产物产率及组成调控的作用。实验发现,油砂热解焦油是以脂肪链烃为主的复杂混合物,其组成与油砂沥青质的结构相关。油砂热解过程中,温度决定沥青质的分解程度;在相同终温下,加热速率的提高会缩短油砂微粒完成有机质热解所需的时间,但逸出的挥发物会进入更高温度的环境中。由于热稳定性的差异,油气各组分二次反应的程度有所不同,从而在链烃碳数分布、烯烃/烷烃比例、芳烃侧链长度以及杂原子的存在形式造成影响。其中,加热速率增大或热解温度的提高均会增强挥发物的二次裂解及脱氢反应,使得不饱和烃的占比增加。同时,升温速率的增加,脱附主导阶段和裂解主导阶段逐渐重叠,使得脱附出的大分子可进入高温区,裂解程度加深,生成更多小分子化合物。
  (5)利用TGA和固定床热解装置,对比研究了高比例氧化钙的加入对热解油气生成的影响。当氧化钙1∶1(质量比)添加后,IO的受热和热解挥发物的逸出受阻,油气生成阶段活化能从单独热解时的66~173kJ/mol提高到168~270kJ/mol,但随着热解温度的升高,这种抑制作用逐渐被削弱。在480℃下进行固定床热解,氧化钙表现出明显的脱水、脱碳和固硫作用,焦油产量与单独热解相比差异较小,但焦油中脂肪分和胶质的比例有所增加,而芳香分约减少10%。通过GC/MS分析,在脂肪分中的烯烃占比减少,而烷烃尤其是长链烷烃含量增加明显。芳烃中PAHs比例有所增加,而酸性化合物,如酚类和羧酸类,倾向于与氧化钙脱羟基反应,形成更多的酮和酯。
[硕士论文] 赵洁
建筑与土木工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:天然气水合物储量大、分布广、埋藏浅、能量密度大、燃烧清洁,被誉为是未来最具有应用前景的新能源之一。随着2017年5月中国南海神狐海域天然气水合物试开采成功,进一步加快了水合物商业化开采的步伐。天然气水合物的稳定性对温度波动很敏感,决定了水合物的导热系数作为基础资料在预测当今全球变暖、评估含水合物沉积物海底稳定性以及水合物资源勘探、开采、输运等方面的重要作用。
  制备高品质的水合物样品是水合物导热系数测量实验的关键,本研究利用压实冰粉合成甲烷水合物,压实冰粉和同温度下纯冰的导热系数对比结果表明用击样器压实冰粉能够有效地减少冰粉孔隙。冰粉合成甲烷水合物过程中,采用了充气和升温同时进行、温度振荡法和二次补压等措施以尽可能地提高冰粉转化率。利用Hot Disk热物性测试仪实验测量得到常压下TBAB水合物、高压下纯甲烷水合物以及天然海沙中甲烷水合物的导热系数,并进一步分析了温度、气相压力、水合物饱和度等因素对导热系数的影响,丰富了水合物导热系数数据库。通过大量的水合物热物性测量实验,完善了水合物热物性测试方法和流程,包括高品质水合物样品的制备、探头的选择、参数的设置、参数的调整依据以及测量结果的判别标准等。
  通过大量的实验模拟和理论分析,本文主要得到以下结论:(1)TBAB水合物的导热系数与温度呈负相关,TBAB溶液和水合物浆体的导热系数随初始质量分数的增大而减小、随温度的升高而增大;经典有效导热系数理论模型计算值和实验测量值的对比结果表明,对于初始w(TBAB)为20%的TBAB溶液生成的水合物浆体,常用的固、液模型并不能精确计算其有效导热系数。(2)含甲烷水合物天然海沙样品和纯甲烷水合物样品的导热系数与温度和气相压力的依赖关系相同,两种样品的导热系数与温度成正相关,气相压力对导热系数的影响很小。(3)对于天然海沙中含饱和、过饱和、未饱和甲烷水合物的样品,三种样品有效导热系数值呈现的规律是λ饱和>λ过饱和>λ未饱和;由于含饱和、过饱和、未饱和甲烷水合物天然海沙三种样品中的组分复杂并且各组分的含量、分布等存在差异,同一有效导热系数模型不能同时适用于模拟计算上述三种样品的有效导热系数。
[硕士论文] 王睿敏
控制理论与控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:能源对于我们人类社会当前生存和未来发展的重要性毋庸置疑,在任何国家和地区能源都有着最重要的战略地位。当今世界,在人类社会消费的能源中,石油牢牢占据着最重要的地位,而用来对石油资源进行先前勘探以及规模开发的装置就是石油钻机。它是成套的设备,作为一个联合机组,由众多的系统和配套的设备所组成。其中,动力系统设备为石油钻机的运行提供动力。由于永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻,与其它电机相比,永磁同步电机在结构方面的灵活性使其在驱动负载、精简设备方面有明显优势。除此之外,永磁同步电机还具有高功率密度、高效率、高可靠性等优点。因此本文将永磁同步电机作为石油钻机系统的动力设备,研究其控制策略。
  本文分析了石油钻机系统中绞车、钻井泵和转盘这三大工作机组的运行情况,之后对永磁同步电机的基本机构、常见分类和三大坐标系下的数学模型及三者之间的坐标变换进行介绍。对于三个坐标系间的坐标变换进行了详细的分析,并建立了dq坐标系下的数学模型,在此基础上建立了永磁同步电机的矢量控制模型。
  针对石油钻机过程具有的非线性、不确定性和时变的特点,将模型预测控制算法中的动态矩阵预测控制算法应用于永磁同步电机的速度环控制中,经过对被控对象的模型预测、对控制量的滚动优化和最后的反馈校正,最终实现对电机转速的控制,在Matlab/Simulink环境下建立模型进行仿真,并与传统的速度环PI控制进行对比,证明了基于动态矩阵预测控制的永磁同步电机系统在动态响应和鲁棒性方面的优越性。
  在分析石油钻机系统工作机组运行情况时,又考虑到钻机系统工作环境及工作状况的复杂性,当发生未知且不可预测的外部扰动或者模型失配较严重的情况时,会使整个系统的转速控制性能出现明显的下降,同时电机自身的参数也会发生变化,进而影响整个钻机系统的正常工作。因此针对复杂工况下的负载扰动、电机参数变化等问题,设计了基于扩展状态观测器的扰动前馈补偿装置,将动态矩阵预测控制和扩展状态观测器相结合。通过仿真分析对比,证明了具有扰动前馈补偿装置的动态矩阵预测控制具有更好的动态响应性能,并且在负载干扰下转速的稳定性更高,说明该控制策略更能匹配石油钻机系统在复杂工况下对于驱动电机的控制要求。
[硕士论文] 邓传奇
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:社会的高速发展和能源需求的提高,对绿色环保提出了新的要求。推动低碳生活,寻求清洁能源,优化能源结构已是刻不容缓。液态天然气LNG是一种热值和经济性较高的清洁能源,对环境污染很小。LNG动力船舶的使用大大降低了河流区域的水污染和空气污染,降低了燃料成本,具有很强的发展潜力。因此,对船用双层C型LNG储罐的分析研究具有重要价值。
  基于相关设计规范,对LNG储罐内主要结构和附件进行了设计、选取。建立储罐三维模型,在四种船舶航行工况下,利用有限元方法对储罐内罐体、外罐体、支撑结构和鞍座等主要部件进行了强度分析,确定了模型的危险区域,研究了内压和介质惯性力对各部件的影响。然后基于船级社相关规范,给出疲劳累积损伤的计算流程,通过公式计算和有限元分析得出各主要部件的疲劳累积损伤度,验证了LNG储罐主要部件的安全性。最后通过有限元软件ANSYS的CFX模块对液体介质晃动情况进行晃动模拟,研究船舶遭受向上颠簸工况时内罐气液分布情况和前封头处静压力变化情况,为储罐安全设计提供参考。
  以安全为目标的船用双层C型LNG储罐的研究,对主要部件进行了设计,为LNG动力船舶的广泛使用提供了理论支持。另外,多工况下的数值计算结果对其他LNG储罐的设计也有一定的参考价值,在天然气储运安全方面有其实用意义,为我国天然气领域的进一步拓展贡献了力量。
[硕士论文] 何青蓬
交通运输工程;道路与铁道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着橡胶沥青被广泛应用,其自身易离析、高黏度等缺陷日益突出。选用脱硫胶粉制备脱硫橡胶沥青,不仅可以改善普通橡胶沥青的不足,同时也可以提高沥青低温性能,但脱硫橡胶沥青在高温性能方面还存在明显不足,从而制约了其发展与应用。聚乙烯(PE)是一种性能良好的改性材料,尤其对沥青高温性能具有明显改善。综合考虑这两种改性材料的特点,选用脱硫胶粉和线型低密度聚乙烯(LLPE)作为改性剂,制备PE-脱硫橡胶复合改性沥青,确定了其组成及最佳制备工艺,并系统研究了该复合改性沥青及混合料的路用性能,进而探究了其复合改性机理。本文的主要内容如下:
  (1)、首先,选用壳牌70#基质沥青,通过控制单一变量的试验方法,分别研究两种改性剂掺量、粒径及制备工艺等主要因素对PE-脱硫橡胶复合改性沥青三大指标的影响规律,最终确定了复合改性制备工艺参数为:在剪切速率5000r/min,剪切温度170℃~180℃的条件下,先掺入基质沥青质量分数2.0%的聚乙烯高速剪切30min,再加入质量分数为18%的脱硫胶粉继续剪切45min,最终在160℃下发育45min至气泡消失,即制得PE-脱硫橡胶复合改性沥青样品。
  (2)、其次,从沥青的常规性能、流变性能及老化性能三方面对PE-脱硫橡胶复合改性沥青的性能进行了评价。结果表明,经脱硫胶粉与聚乙烯复合改性后的沥青不仅具备脱硫橡胶沥青良好的储存稳定性、低温柔韧性、低黏度和抗老化能力,同时其高温性能得到显著提升,高温抗变形能力明显增强。
  (3)、基于上述性能测试,本研究进一步从改性机理出发,采用一系列现代微观技术分析了脱硫胶粉、聚乙烯和沥青间的相互作用机理。荧光显微图像显示,在高温高速剪切作用下,脱硫胶粉与聚乙烯均匀分散在沥青中,并形成了以细小胶粉为核心聚乙烯分散在周围的结构形态;红外光谱(IR)表明,脱硫胶粉、聚乙烯与沥青间的作用机理既存在物理共混,又存在一定的化学改性,两种改性机理同时存在且随制备温度与时间而变化;差示扫描量热试验(DSC)表明,复合改性沥青具有良好的温度稳定性,其玻璃化转变温度指标印证了复合改性沥青良好的低温性能。
  (4)、最后,选取SMA-13和AC-13型级配进行沥青混合料配合比设计,分别确定了其最佳沥青用量,并通过高温车辙、低温小梁弯曲、浸水马歇尔及冻融劈裂试验来对混合料路用性能进行评价。结果表明,SMA-13和AC-13型沥青混合料均具有良好的高低温性能及水稳定性,满足规范使用要求,相比而言,复合改性沥青在SMA间断级配中性能表现更优。
[硕士论文] 范世平
交通运输工程;道路与铁道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:为了研究沥青混合料的断裂性能和宏观断裂后的自愈合性能,本文采用室内加载试验,通过应力强度因子K和J积分断裂韧度,分析带切缝沥青混合料半圆试件的断裂特性。并将愈合前和愈合后加载试验获得的抗弯拉强度比、断裂能比和JIC断裂韧度比定义为自愈合指数,通过自愈合指数表征沥青混合料断裂试件在不同温度烘箱中感应加热后的自愈合性能。并采用有限元软件,对沥青混合料半圆试件进行二维、三维力学响应分析。
  对沥青混合料抗裂性能的研究,重点是抗裂性能的试验方法和评价指标。现有沥青混合料抗裂性能的试验方法主要有劈裂试验(间接拉伸试验)、小梁弯曲试验,半圆弯曲试验和圆盘拉伸试验等。本文从试件制作、试验难易程度和评价指标等等角度对比分析,确定采用半圆弯曲试验(Semi-circular bending test,SCB)。
  对半圆试件进行二维和三维力学响应分析,半圆试件的拉应力主要分布在两支点之间,最大拉应力主要出现在试件底部中心处,并沿着直径和厚度方向减小;压应力主要分布在支点和荷载作用点处,并在半圆试件外周沿支点处形成一个拱形压力带;竖向位移沿荷载作用线成轴对称分析,并沿直径方向逐渐减小,沿厚度方向逐渐增大;在平面应力和平面应变假设下建立了直径100mm和直径150mm半圆试件的应力系数方程和位移系数方程,支点间距为0.8倍直径时半圆试件底部中点应力系数分别为4.899和4.835;并在平面应变假设下建立了带缺口半圆试件应力强度因子随切缝深度变化拟合方程。
  通过SCB试验研究了5种沥青混合料的抗裂性能。研究发现AC-20混合料和SMA-13混合料的抗弯拉强度、KIC值和JIC值大于AC-13混合料,表明粗级配设计的沥青混合料具有更好的抗裂性能;基于70#、SBS和复合改性沥青制备的AC-13混合料的KIC值和JIC值无显著差别,即低温时沥青对混合料抗裂性能的影响较小。
  将同一批断裂后的试件在一定环境中感应加热结果表明发生宏观断裂的沥青混合料可以发生自愈合,自愈合指数均小于1,说明愈合后沥青混合料性能并不能完全恢复;8h&100℃环境中愈合指数可达50%~80%。
  愈合温度和愈合时间对沥青混合料自愈合性能有促进作用,自愈合指数随着愈合温度和愈合时间的增加而加速增大;混合料在愈合过程中存在一个最佳愈合温度和最佳愈合时间,超过最佳愈合条件时,对愈合性能改善效果不显著,本研究中沥青混合料在特定时间和温度环境中的最佳愈合温度和最佳愈合时间分别为60℃和8h。
  沥青混合料自愈合指数随试件切缝深度的增加而减少。切缝深度可以间接表示愈合前损伤程度,切缝深度越深,表示开裂程度越大,自愈合能力越低。
  不同沥青、不同级配的沥青混合料自愈合性能不同,SBS制备的细级配沥青混合料自愈合性能最优,即SBS AC-13混合料自愈合性能最优,AC-20混合料自愈合性能最差,这主要是因混合料级配矿料粒径不同和沥青自愈合机理不同所致。
  根据毛细流动原理,可以建立自愈合指数与愈合时间的拟合关系,拟合相关系数R2普遍大于0.9。并根据沥青材料的时温转换效应,建立在同一愈合指数时愈合时间和愈合温度的关系。
[硕士论文] 唐博
交通运输工程;道路与铁道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:我国目前公路交通的重点已逐渐由新建向养护转移。预防性养护以微表处为代表,在国内应用广泛,但也逐渐暴露出两大问题:一是改性乳化沥青难以兼具优异的高低温性能,二是微表处施工中混合料易于出现混合料离析、松散、粘结力不够的问题,耐久性较差。
  为了制备兼具均衡高低温性能的改性乳化沥青,本文尝试利用岩沥青优异的高温性能和SBR优异的低温性能对乳化沥青进行复合改性。首先研究确定出基质乳化沥青的配方,为复合改性乳化沥青的制备奠定基础,然后分别采用边乳化边改性、先乳化后改性、先改性后乳化方式制备了岩沥青-SBR复合改性乳化沥青,对比效果差异,确定出以边乳化边改性最佳制备方式。在此基础上研究了岩沥青掺量对改性乳化沥青性能的影响,确定岩沥青的有效掺配范围在3%-4%,然后通过正交设计和原材料优选确定出最佳方案:岩沥青掺量3%、SBR胶乳掺量5%、乳化剂掺量3.7%,乳化时间35min。通过岩沥青和基质沥青种类优选,发现青川岩沥青的改性效果优于中东岩沥青,青川岩沥青和SK-70基质沥青配伍性最佳。
  针对微表处施工易出现离析、松散等问题,本文通过调整关键筛孔通过率,结合湿轮磨耗值和构造深度优选出级配A,并与中值级配B进行全面对比,分析了油石比对两种级配混合料性能的影响,发现优化级配A在耐磨性能、抗水损坏性能、粘聚力性能上优于中值级配B,在可拌和时间、抗车辙性能、抗滑性能上略低于中值级配B,但仍满足指南要求。研究了水泥掺量对微表处混合料的性能影响,确定了水泥最佳掺量为1.5%,最终确定出级配A混合料的最佳油石比为7%。
  对比了岩沥青-SBR复合改性乳化沥青、SBR改性乳化沥青、SBS改性乳化沥青及微表处混合料的性能。研究发现岩沥青-SBR复合改性乳化沥青综合性能更好,高温性能优于SBR改性乳化沥青,低温性能优于SBS改性乳化沥青。3%岩沥青的掺入对混合料耐磨性能提升不明显,但提高了混合料的水稳定性,同时对抗变形能力有一定提升。
  最后,结合重庆市忠县预防性养护工程进行了实体工程应用,施工及开放交通均未出现离析、剥落等问题,工程效果良好,社会效益显著。
[硕士论文] 渠润泽
交通运输工程;道路与铁道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:乳化沥青具有应用范围广,施工过程便捷,原料低廉易得,生产效率高,缩短工期等诸多优点,但一般乳化沥青仍有粘结强度低,抗剪强度差,稳定性不足等缺点,因此制约了其在高等级道路功能层中的应用。本文将水性环氧树脂乳液与乳化沥青通过混合乳化法制备水性环氧-乳化沥青复合改性材料,既能保持乳化沥青的优良性能,又具有水性环氧树脂的高粘结力,较好的水稳性能等特点。通过调试水性环氧树脂的类型与掺配量找到最适宜路面功能层应用的水性环氧乳化沥青配比,以满足中国的高等级公路甚至重载渠化交通的应用要求。
  本文首先从五种水性环氧树脂中,通过固化成膜试验、复合件抗拉强度试验初选出一种水性环氧树脂作为乳化沥青改性剂,同时提出改进后的水性环氧树脂固化强度测试的拉拔强度试验方法,并对其抗拉强度影响因素、全周期固化强度增长规律进行了研究,结果表明,RT双酚A型水性环氧树脂与聚酰胺固化剂按质量比5∶1配比,成膜状态均匀致密,完全固化后附着力抗拉强度达到0.89MPa。
  采用混合乳化法制备水性环氧-乳化沥青复合材料,通过微观形貌观察、固化成膜试验探究了水性环氧-阳离子乳化沥青的相容性,并对其在不同水性环氧掺量条件下进行基本性能测试,结果表明:40%水性环氧掺量下乳化沥青软化点提高26.3%,大幅提高了乳化沥青的高温稳定性能;30%~40%水性环氧掺量下的乳化沥青贮存时间在25分钟至45分钟之间,共混乳液成膜相容性好,无明显颗粒析出。
  通过测试乳化沥青在不同水性环氧掺量下的力学性能,结果表明:乳化沥青在40%水性环氧掺量时粘结强度最高;在固化强度形成过程中浸水,共混物表现出较强的粘结强度恢复能力;在潮湿基面应用条件下,水性环氧乳化沥青的复合件抗拉强度无法达到规范要求;通过水性环氧改性乳化沥青桥面防水粘结层工程实例应用,对现行施工工艺进行了改良总结。
  使用荧光显微镜观察水性环氧-乳化沥青的微观结构并结合共混物固化理论分析,结果显示:本文所述的水性环氧-乳化沥青为二相体系,沥青为连续相,环氧为分散相,固化后沥青与环氧相反转;45℃,60℃温度条件对于水性环氧乳化沥青的影响在于加速水分挥发,更快完成固化反应;水性环氧树脂掺量在40%到50%区间内能形成理想的交联成网格体型结构。
[硕士论文] 于圣涛
交通运输工程 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:石油储罐作为国家储备基地石油的储备主要储备器具,对其全球范围内油罐体积预估具有军事战略意义。同时,全球3/5的石油贸易主要依靠航海运输,为了便于石油的储备,大多数的石油储备基地将兴建于港口附近。因此,及时获取世界各地油罐预估体积,对中国船舶交通运输战略规划和航运经济发展有着深刻的影响。因为传统接触式的油罐体积测量方法,受测量条件的限制,只能适用于地区性地测量,不能满足全球范围内油罐体积测量需求,所以可借助高分辨率卫星遥感影像来求取石油储罐体积,从而达到测量世界各地油罐体积的目的。
  从高分辨率卫星影像中求取油罐体积,关键是如何从2维图像中有效地获得油罐的高度信息。经查阅国内外文献可知,求油罐的高度经常基于油罐的阴影提取方法。首先,本文根据阴影在HSV色彩空间模型的性质,利用光谱比技术,结合最大类间方差法、阴影面积阈值法以及数学形态学法提取得到油罐的阴影。之后,在油罐的阴影长度求取过程中,针对油罐的阴影形状类似月牙状的特点,根据本文设计的中位数法,计算出油罐的阴影长度反求出油罐高度,从而确定了精度较高的油罐的计算高度。最后,利用霍夫变换对图像中油罐顶部进行识别并计算出油罐半径长度以及油罐的体积。本文基于高分2号光学遥感影像进行油罐体积求取实验。实验结果证明,油罐的计算体积与实际的油罐体积的绝对误差范围在0.0416×104m3~0.3050×104m3之间,相对误差范围在0.38%~2.78%之间,取得精度较高的油罐的计算体积。
  本文通过高分辨率卫星遥感影像对石油储罐的高度和顶部半径进行了计算,在保证计算精度的前提下,可以方便、简单地从高分影像中求取石油储罐的估算体积。
[硕士论文] 曹其壮
地质工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:在油田开发后期,低序级断层对于剩余油分布的落实、注采之间矛盾的解决有重大的意义。低序级断层对薄储层能够起到较好的侧向封堵作用,在我国的大庆和胜利等油田的剩余油就是由低序级断层控制而富集的。从常规地震剖面上来看,断层主要为同相轴数目突然增多、减少、不连续或者形状突变,与此同时伴随异常波(绕射波、散射波等)的出现。因为受到地震资料信噪比、频带等影响,再利用前面所说的识别标志进行小断层解释,就会比较困难。而且在通常情况下钻井只有极小概率遇到低序级断层,由于其延伸范围有限,所以通过钻井与地层之间的对比等技术,对其倾向、倾角、走向等产状的确定也比较困难。
  当前国内外许多学者虽然研究产生了一系列的断层预测识别技术。但是由于传统的断层检测方法受噪声的影响较大,就很难精确预测识别到低序级断层。前人着重研究断层的识别方法,如相干体、边缘检测等技术,但是缺少对不同倾角、不同断距的断层地震响应特征进行系统的研究,这样就会使得低序级断层的检测识别缺乏有效的理论依据,让检测的可信度降低。
  本文首先研究基于压缩感知的基追踪算法、复数域非线性各向异性扩散滤波方法。利用基追踪反演获得高精度的反射系数剖面,提高剖面的纵向分辨率和横向连续性。然后分析了把Shock滤波器加入到复数域各向异性扩散项,复数域线性各向异性扩散滤波就由线性域发展到非线性域。复数域各向异性扩散滤波的实部和虚部反映不同的信息,实部可用于滤波、去噪,虚部可用于边缘(或小断层)检测。通过数值模拟和实际资料对复数域各向异性扩散滤波去噪能力进行了分析,着重应用了其虚部信息对断层进行检测。
  然后对体曲率属性、蚂蚁追踪技术、基追踪反演方法在断层识别中的效果进行了分析,这几种方法能够识别中尺度或地震资料信噪比较高的中小断层,但对低序级小断层识别存在困难。所以本文将体曲率属性、蚂蚁追踪技术、基追踪算法分别与复数域非线性各向异性扩散滤波结合应用于断层检测,对低序级断层进行有效识别。
  最后对复数域非线性各向异性扩散滤波、基追踪双极子反演、体曲率方法综合分析,几种方法相互补充、相互验证,有效地对低序级断层进行综合预测识别。
[硕士论文] 林磊
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带压作业系统是油田中起下油管不可或缺的系统,分布广,数量多,对于石油工艺而言,意义非常重大。它属于复杂型系统,与油管起下效率、环境污染度密切相关。现阶段,国内带压作业系统控制水平普遍较低,造成系统运行稳定性与效率、污染物排放量无法达到规范要求,一方面给石油工业发展带来阻碍,另一方面使环境与资源压力越来越沉重。
  为解决上述问题,本文以江苏盐城金巨石油机械制造有限公司油井带压作业系统为基础,配合PLC开发油井带压作业智能控制系统。主要研究工作如下:
  (1)智能控制系统控制模型的构建:在分析、研究现有油井带压作业系统的组成、油井带压作业工艺过程的基础上,对油井带压作业系统主要的控制回路进行研究,了解油井带压作业系统的控制对象、控制回路,根据智能控制的要求,选择合适的控制方案;
  (2)智能控制系统硬件设计研究:根据智能控制系统设计的要求,研究并设计控制系统的总体结构、控制系统的运行方式,根据控制系统结构和运行方式的要求,选择合适的硬件(PLC、PLC模块、传感器等);
  (3)智能控制系统软件设计研究:在分析、研究智能控制系统软件需求的基础上,对智能控制系统的程序进行研究设计,根据油井带压作业的控制要求,研究设计数据采集、数据过滤、PID运算、PID参数整定、电气控制等功能模块;
  (4)智能控制系统软件设计仿真:将控制程序导入PLC中,调试程序,并对算法调用效果进行仿真研究,模拟数据报警功能;
  (5)组态设计:应用组态系统设计方法,设计系统登陆界面和系统主界面,完成监控内容实时更新与显示,历史数据查询,数据报警等功能,最后调试系统。
  通过连续仿真和调试,本系统具备高效、节能、易于使用等优点,不但能提高系统综合效率,而且能缓解油井带压作业压力,实用价值十分显著。
[硕士论文] 徐晓峰
控制科学与工程 浙江理工大学 2018(学位年度)
摘要:加氢反应流出物空冷器(REAC)系统作为石化炼油工业中的关键设备之一,随着原油劣质化以及加氢工艺的广泛应用,长期以来面临着多相流腐蚀性介质的冲蚀作用,管束泄漏爆管事故频发,带来了巨大的安全隐患和经济损失。由于冲蚀机理复杂,影响因素繁多,尚没有成熟系统的冲蚀失效预测方法,因此通过合适的表征方法对管道冲蚀高风险区域进行精准预测的研究迫在眉睫。
  本文针对TJ石化酸水汽提装置典型的空冷系统出口配管弯管失效案例,结合多相流组成及运行工况,分析了出口配管弯管的冲蚀失效机理,提出了将水相分率、传质系数及最大剪切应力作为冲蚀表征预测的关键参数,采用Mixture多相流模型与SST k-ω湍流模型对进出口配管进行数值模拟,根据流动参数分布预测冲蚀高风险区域。结果表明:多相流介质中的NH4HS是引起管道冲蚀的主要腐蚀相,多相流介质存在较大的偏流,A-202C对应管束内流速、水相分率等流动参数相对较大;弯管8发生冲蚀的风险最高,其中水相分率、传质系数与最大剪切应力曲线峰值之间管段(55°≤α≤85°)为冲蚀高风险区域,对比失效报告与弯头解剖测厚数据,发现预测结果与实际失效位置基本符合。将表征预测方法应用于WH石化柴油加氢装置REAC系统出口配管,发现在进口配管存在偏流现象,流动参数较高的管束编号左右对称;分析各弯管流动参数分布,发现弯管3-2为冲蚀高风险管束,弯管2-1、2-3、3-1为冲蚀中高风险区域,弯管1-1、1-2、1-6、2-2、2-4为冲蚀中风险区域,弯管1-4、1-5、1-7为冲蚀中低风险区域,弯管1-3、1-8为冲蚀低风险区域;高风险弯管冲蚀最严重位置主要集中在60°≤β≤90°范围,其次为40°≤β≤60°区域,最后为10°≤β≤30°;提出三种应用于不同冲蚀风险的布点,根据评估结果制定测厚布点方案。
  本论文的创新性工作在于:在研究弯管冲蚀机理的基础上,针对腐蚀产物膜在多相流环境中的受力情况,通过三向应力分析解得最大剪切应力作为流体动力学冲刷的表征参数,通过表征预测方法对弯管冲蚀风险进行评估,将评估结果应用于石化行业REAC出口配管测厚布点方案,对以往的密集布点测厚方案进行了科学化改进。
[硕士论文] 许霖风一
控制工程 浙江理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国油气资源需求日益增长,国内石油后备资源严重不足,石化炼油企业对劣质进口原油的使用比率增加,使得炼油装置换热设备的腐蚀问题不断加重。此外,伴随人工智能、互联网的兴起,石化企业的信息化程度全面提高,其格式复杂、信息分散的异构系统中所采集的数据都在以爆炸式的速度增长。如何将数据分析应用于石化企业炼油装置的腐蚀预测,实现炼油换热系统的智能化在线监管和预警防护是两化融合的一个重要关注点。
  在此背景下,本文以石化企业炼油装置换热设备流动腐蚀问题为研究对象,开展了流动腐蚀预测及其状态监管方法研究,主要完成了以下几个方面的研究工作:
  (1)针对石化企业炼油设备运行过程状态数据非线性相关性高、数据维度大的特点,选择合适的数据驱动方法——随机权神经网络(Random Vector Functional Link,RVFL)作为基础算法,结合皮尔逊相关系数改进并提出了小规范权重内随机权神经网络模型(Small Normal Random Vector Functional Link,SNRVFL)。数据集测试表明该模型收敛速度较快,计算误差良好,相较于反馈神经网路(Back Propagation Neural Network,BPNN)模型和原始RVFL模型有更好的泛化能力和预测精度。
  (2)针对石化企业异构数据库系统信息存储格式繁杂、监控数据分散的问题,提出了B/S模式的流动腐蚀监管平台,完成了企业DCS、LIMS等异构数据系统的数据集成;利用所提出的流动腐蚀预测模型对大量数据进行分析,形成了独自的流动腐蚀特征参数数据库,结合经验与标准给出相应的告警信息与防护措施,实现了对炼油设备运行过程腐蚀状态的智能化监控。
  (3)将设计的流动腐蚀状态监管平台应用到舟山石化加氢精制装置的实时监管过程中,结果反馈表明所构建的模型能准确快速预测氯化铵的结晶温度,误差为5.51%,计算速度平均159ms;所设计开发的监管平台实现了流动腐蚀状态的在线实时监管,降低炼油换热设备的腐蚀风险,保障设备能长周期安稳运行。
  本文创新性在于建立了流动腐蚀预测的数据驱动模型,以数据为驱动对流动腐蚀进行预测,使石化企业大量搁置的数据信息得到了有效利用,为流动腐蚀关键特征参数提供了计算方法。嵌入数据驱动模型的状态监管平台实现了装置流程的实时监测、工艺模拟、腐蚀预测、超限报警等功能,为炼油设备的腐蚀防控和风险评估提供了操作平台和数据支撑。
[硕士论文] 杨帆
材料科学与工程;材料学 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:针对乳化沥青混合料初期强度低、成型时间长、高温稳定性较差等问题,本文基于水性环氧树脂具有高强度、耐候性和超强黏附能力,以自制水性环氧树脂为改性剂,制备水性环氧树脂改性乳化沥青,改善了乳化沥青黏附性差、高温稳定性差等缺点,研制了一种适用于沥青路面快速修补的新型冷补料。
  本文以E51环氧树脂与聚乙二醇4000(PEG4000)为原料,采用化学接枝法合成非离子型乳化剂,通过相反转法制备了水性环氧树脂并对乳液粒径、贮存稳定性、离心稳定性进行表征,确定了最佳乳化剂掺量;采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TG)分别对水性环氧树脂固化反应时间、固化物结构和热稳定性进行表征,确定了固化时间,水性环氧树脂固化物结构致密、高温稳定性好。
  采用一次冷混合方法制备水性环氧乳化沥青胶结料,通过拉拔试验确定了最佳制备工艺,储存稳定性试验、水煮法试验表明水性环氧乳化沥青相容性、与集料的黏附性良好;通过动态剪切流变仪(DSR)对胶结料高温流变性能进行表征,确定了其线性粘弹性范围,水性环氧树脂能够显著提高乳化沥青高温稳定性;利用热分析仪(DSC)、SEM和荧光显微镜分别对胶结料玻璃化温度(Tg)、微观结构进行表征,随着水性环氧树脂掺量的增加,胶结料Tg逐渐升高,最终形成环氧树脂为骨架、沥青穿插于骨架中的两相结构。
  以水性环氧乳化沥青为胶结料,选择AC-13级配进行冷补料配合比设计,根据马歇尔试验和失水率指标,确定了水性环氧乳化沥青冷补料最佳胶结料用量、总用水量、养生工艺和容留时间;对冷补料路用性能进行分析表明,随着水性环氧树脂掺量的增加,冷补料抗弯拉强度、弯曲应变在水性环氧树脂掺量为20%时取得最大值,高温性能、水稳定性显著提高。
  在最佳配合比条件下,以水泥为改性剂制各早强型冷补料,通过马歇尔试验确定了成型工艺。水泥的掺入能够加快乳化沥青破乳、冷补料内部水分挥发,减小容留时间,在室温养护条件下,早强型冷补料依然具有良好的水稳定性;室外修补试验表明,早强型冷补料强度形成较快,能够满足沥青路面快速修补要求。
[硕士论文] 邢鑫磊
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:陶瓷膜分离技术具有操作简便、耐酸碱性强、使用寿命长等突出优点,已在除石化外的多领域得到广泛应用。催化油浆是炼油装置排出的残渣油,含有约80%较高经济价值的可利用烃类物质,却因含有固杂及1%催化剂粉末,影响其二次产品的品质。本文为开拓陶瓷膜分离技术在石化领域的应用,提出催化油浆脱固的新方法,设计搭建了实验装置,进行了深入研究。主要工作如下:
  1.搭建了催化油浆陶瓷膜过滤技术实验装置,进行了催化油浆的过滤效果实验,研究了跨膜压差、操作温度以及杂质浓度对渗透率的影响。实验数据表明,陶瓷膜对杂质具有较强的滤除效果,可适应复杂的工作环境,过滤后的油浆可以达到再利用的要求。该实验为陶瓷膜技术的工业化奠定了基础。
  2.利用CFD软件FLUENT对膜管内轻质油流动的速度场和压力场进行了模拟分析。采用多孔介质模型模拟渗透过程,建立了膜管的模型,研究了膜管内流动与管道流趋势的一致性,以及压力的分布规律,为膜管的结构改进提供了依据。
  3.利用搭建的装置对被污染的膜管进行清洗实验,考察了陶瓷膜管过滤性能再生状况,验证了其可重复利用性。
  4.在大型乙醇胺液工艺装置侧线上进行中试试验,结果显示,加装陶瓷膜过滤装置,可以增强杂质滤除的效果,有效延长装置的使用寿命,表明该技术可以满足工业化要求。
[硕士论文] 马艳军
船舶与海洋工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:为了减轻柴油机SOx的排放,IMO(国际海事组织)明确要求船舶使用低硫燃油。但是脱硫导致燃油中减摩润滑物质的去除,使得低硫燃油的润滑性较差,导致燃油系统精密偶件的异常磨损。本文采用等离子体辅助高能球磨工艺制备表面修饰的石墨烯,将其作为燃油润滑添加剂以提高低硫燃油的减摩抗磨性能,并探究表面修饰石墨烯添加剂在低硫燃油中的分散性及其摩擦学性能。
  以CVD法制备的石墨烯为原材料,油酸为修饰剂,利用等离子体辅助高能球磨完成了石墨烯的表面修饰。对所制备的油酸修饰石墨烯进行SEM、TEM、XRD、Raman光谱、FT-IR红外光谱等分析,结果表明修饰后的石墨烯依然保持良好的片层结构,石墨烯的层数为3层、5层不等,石墨烯的片层间距由于油酸分子的插入而增大,油酸分子与石墨烯发生酯化反应嫁接到石墨烯表面,从而完成对石墨烯的表面修饰。修饰后的石墨烯在低硫燃油中有较稳定的分散性。
  以膨胀石墨为原材料,分别以油酸、低硫燃油为修饰剂,利用等离子体辅助高能球磨设备制备了表面修饰的石墨烯。经SEM、TEM、Raman光谱、FT-IR红外光谱等分析表明,所制备油酸修饰石墨烯层数为7层,燃油修饰石墨烯的层数为9层。燃油修饰石墨烯的片径更小且均匀,两种修饰剂由于长链烷烃嫁接到石墨的表面,均完成了对石墨烯的表面修饰。修饰后的石墨烯在低硫燃油中有较稳定的分散性。
  对上述三种石墨烯添加剂进行摩擦学测试。四球法摩擦学试验结果表明,表面修饰石墨烯的最佳添加量为0.003wt%,极压性能测试结果表明,燃油修饰石墨烯添加量为0.003wt%的复合油最大无卡咬负荷(PB值)较基础油提高了39%。盘销往复式摩擦学试验结果表明,三种石墨烯复合油的减摩抗磨性能较基础油均有提高,其中油酸修饰CVD石墨烯复合燃油的摩擦系数较基础油降低了65%,磨损体积降低了60%。对摩擦副表面能谱分析结果显示,复合燃油摩擦副表面C含量较基础油均有升高,这表明由于石墨烯超薄的片层结构和较大比表面积,使其易于进入摩擦副并吸附沉积在其表面,阻止了摩擦副的直接接触;此外,石墨烯层片间较小的范德瓦尔斯力使其易于剪切,以及石墨烯较低的表面粗糙度和较高的承载能力,使其具有很好的减摩抗磨作用。
  对基础油与石墨烯复合油进行理化性能测试,结果表明基础油与复合油中的硫含量均满足IMO对低硫燃油的使用要求;各油样的粘度、闪点均符合相应的国家标准;对热值的测试结果显示,复合油中石墨烯的加入不会影响油品的燃烧质量。通过喷油器雾化测试发现,石墨烯添加剂没有影响燃油的雾化效果,因此不会对燃烧造成不良影响。
[硕士论文] 王星
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:常压储罐是石油化工领域的重要生产设施,用于存储原油、成品油、各种危险化学品和化工原料。由于其规模大、储存介质易燃易爆,一旦发生事故,将会导致严重的经济、安全以及环境问题。本文针对储罐的完整性管理应用进行了一系列研究工作。
  (1)总结了完整性管理的实施步骤和管理流程,针对储罐的自身特点,提出了基于RBI的完整性管理办法,对风险计算、损伤识别和管理决策的内容进行了整理和分析,构建了常压储罐的完整性管理流程体系框架。
  (2)对储罐的损伤机理进行了研究分析,提出一种基于规则推理的损伤机理识别方法,并构建了损伤机理规则知识库,将筛选条件抽象成具体的规则,明确影响储罐损伤机理判别的特征因素,简化了识别步骤。利用Drools规则引擎搭建了常压储罐的损伤机理识别系统,给出了构建步骤和流程。
  (3)针对常压储罐的知识结构类型繁杂、数据增长速率快的特点,提出一种基于知识图谱的知识表示方法,这种表示方法能够很容易的实现数据模式的修改和数据的异构操作,适用于储罐的知识体系表达,能更全面的收集相关数据和信息,未来可以服务于储罐知识的智能化查询和推理,在管理决策上有积极的引导作用。
  (4)结合理论研究的基础,开发了基于B/S版本的储罐完整性管理系统,对系统架构、数据模型和功能设计进行了详细阐述,并结合实例对系统的应用进行说明。
[硕士论文] 石怡帆
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在天然气井的生产中后期,井底积液问题会随着时间延长逐渐变得严重,需要及时采取恰当的排液采气工艺来辅助气井排液,否则将造成死井。中国近几年从国外引入在井底安装涡流工具的排液采气工艺辅助气井生产,相比与常规的排液采气工艺,该工具具有结构简单、成本低、无污染、不改变管柱结构等优点,并且在国内外气田均取得了较好的现场试验效果。对于涡流工具的机理研究目前国内大多借助CFD流体模拟软件对流场进行模拟分析,但仅停留在涡流工具处于单一雾状流来流的稳态模拟,忽略了气井井筒内流体的实际流动情况和流态分布,导致对涡流工具的机理认识不清,并且对涡流工具在井下的安装位置尚不明确。本文将以流体力学、气液两相管流为理论,使用Fluent软件对垂直管内各流态流体经过涡流工具后的分布规律进行研究,解释了涡流工具的作用机理,确定涡流工具的适用范围,并对涡流工具的结构参数进行优化,最后确定涡流工具在井下的安装位置,为气井现场使用涡流工具提供理论依据。
  本文使用Fluent瞬态模拟方法对流体处于段塞流、搅动流和环状流时经过涡流工具前后的流场进行分析,结果表明,涡流工具的作用机理是对流体进行能量转化,将部分静压转化为动压,动压的增量用于提供流体切向速度,并且流体经过涡流工具后截面持液率降低,气体的携液能力提高。相比于段塞流和环状流,涡流工具在搅动流下使用效果最佳。在涡流工具的辅助下,可以降低27%的临界携液速度。
  根据目前涡流工具结构参数的取值范围,借助Fluent软件对涡流工具的螺旋角、槽宽和槽深进行结构参数优化,结果显示,当螺旋角为55°、槽深10mm、槽宽45mm时,流体经过涡流工具后消耗能量少、气液分离效果好且气体的携液能力强。
  针对某气田的3口气井,选择液膜模型对气井积液进行判断,并根据气井的生产数据借助Pipesim软件对井筒内不同深度下流体的特性参数进行模拟计算,并结合Owen垂直管内气液两相流流态图对井筒流态进行分析,从而确定3口气井对涡流工具的适用性以及涡流工具在井下的安装位置。
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