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[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] 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] 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] 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] 李蒙
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:钻井泵不仅是往复泵中重要的重要的泵类机械,而且在石油、天然气开采中,具有钻机的心脏的地位。随着石油开采难度的不断加大,对钻井泵性能要求也在不断提高。要求钻井泵具有大排量、大功率、尺寸小、质量轻以及使用可靠、寿命长等优点。由于往复泵行业的专业性和复杂性,往复泵设计通常采用类比法。因往复泵设计的粗放性,使已定型往复泵运行最佳工况与泵的预期设计工况存在较大偏差,不能发挥往复泵的最佳性能,导致往复泵运行效率低,寿命短。
  本课题以某已定型钻井泵为研究对象,将传统设计方法和虚拟样机技术相结合,运用到钻井泵设计中。采用SolidWorks软件建立钻井泵三维模型,将钻井泵三维模型导入到分析软件ADAMS中,建立钻井泵多刚体系统动力学模型;利用往复泵设计相关的理论知识,计算钻井泵关键部件参数,结合液压软件AMESim建立钻井泵液压模型;将钻井泵动力学模型和液压模型通过Adams软件和AMESim软件之间的接口,进行全系统机液耦合仿真,模拟钻井泵实际运行状态。
  通过对钻井泵的虚拟样机测试,研究1关键部件的动力学参数——吸排液阀位移动态特性、速度动态特性;2柱塞工作腔内的压力曲线和排出压力曲线、吸排液阀的流量曲线、总流量特性曲线和钻井泵容积效率等目标参数;3通过改变钻井泵转速和结构参数,测量钻井泵出口处的流量,计算并分析钻井泵转速和结构参数的变化对钻井泵性能的影响。
  课题的研究改进了钻井泵传统的设计方法,不仅提高了泵的设计精度和效率,降低钻井泵的研发周期和成本,而且有利于发挥泵的最佳性能,对泵的运行效率和使用寿命的改善起到了借鉴的作用。
[硕士论文] 陈长沙
软件工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:在实际石化装备工业运行过程中,监控其运行的传感器往往会采集到大量包含状态信息与故障特征的重要信息,可以用于装备的状态监测与故障诊断。当前设备运行的状态变化会时刻影响信号的相关特征参数,根据相关特征参数的分布情况可以间接掌握设备的当前运动状态。因此,状态监测与故障诊断成功与否的前提和关键在于如何从强干扰的机械状态信号中提炼出绝对有用、能够客观评价和判断诊断对象的状态特征。在实际工业现场中,往往存在大量背景干扰噪声、多种未知的机械结构源信号相互耦合以及传感器数目小于源信号数目等多种因素,加之传感器拾取的观测信号的传输过程未知,传感器获取的观测信号往往都是所有可能因素影响以及信号混杂后的结果,因此,难以直接获取有价值的故障特征信息。为了能够准确、高效地提取故障源目标信号,前提必须尽可能地将背景噪声和其他干扰信号进行抑制或排除。
  针对上述问题,本论文面对石化行业装备运行过程中故障诊断存在的问题,以石化装备轴承智能故障诊断系统为切入点,首先展开石化装备故障诊断系统的需求分析,多角度剖析确定系统总体的逻辑框架。然后通过分析石化装备滚动轴承智能故障诊断中数据采集的技术及实现过程,结合数据驱动的思想及优点,分别对石化装备滚动轴承智能故障诊断系统的逻辑框架的三个层面:即数据预处理、数据驱动下基于人工智能的故障诊断、数据驱动下基于统计方法估计盲源分离信号的故障诊断进行分析研究。论文的主要工作及创新之处如下:
  1、数据驱动下改进小波分析的滚动轴承故障信号降噪。基于传统小波阈值降噪原理,提出一种新的改进小波阈值除噪的方法,设计衡量各个尺度下小波系数的标准差估计指标,并基于此构造一种新的自适应的阈值过滤函数,实现对采集信号的过滤去噪预处理,模拟仿真及实例仿真验证均表明其降噪有效性。
  2、数据驱动下耦合交互的滚动轴承复合故障解耦诊断。针对复合故障数据耦合交互特点,首先引入线性判别分析理论,将数据进行解耦映射,采用数据驱动下BP神经网络诊断方法进行解耦模式辨识,考虑到复合故障数据耦合程度较高,提出利用核函数作用下的线性判别分析解耦,进一步采用极限学习机进行模式辨识,将模型进行对比验证其改进的有效性。
  3、数据驱动下滚动轴承复合故障盲源分离辨识与诊断。对于降噪后的复合故障数据,设计盲源分离方法进行分离,引入实际系统误差及观测误差,进一步引入总体最小二乘方法对分离的信号进行优化估计,设计实验仿真验证算法分离辨识信号的能力。
[硕士论文] 江明旭
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国油气输送网络建设的快速发展,在长直运输管道稳步建设的同时,短距离复杂管网的建设速度亦在不断加快。对短距离复杂管网的泄漏检测需求也在提高。但由于管网结构复杂,泄漏信号在管网内传播路径混乱,现有的管道泄漏检测方法并不能直接适用,因此需要一种能够对短距离复杂管网行之有效的泄漏检测方法。
  本文通过对短距离复杂管网结构特点以及国内外现有泄漏检测方法在短距离复杂管网应用中存在的问题进行分析阐述,提出一种基于多压力传感器方向判别结合互相关法声波泄漏定位的泄漏检测方法;在基于声波传感器检测出异常信号的前提下,判断压力异常信号的传播方向,确定泄漏发生的管段;在此基础上,通过管段两端检测到的声波异常信号的延时互相关计算,结合泄漏声波信号在介质中的传播声速和管段长度,确定泄漏位置。依据该方法设计短距离复杂管网泄漏监测系统,研发了以STM32微处理器为核心的数据采集装置并编写相应的数据采集、处理、传输程序,实现多路信号的实时同步采样、数据打包以及基于USB虚拟串行接口的数据传输,同时在服务器上编写管网泄漏监控程序实现数据接收、数据库存储、波形实时显示以及调用泄漏检测定位算法进行泄漏诊断和定位,并将泄漏报警结果记录存储、报警显示。
  在实验室条件下设计并搭建管网泄漏监测实验测试平台,并在平台上进行模拟泄漏测试实验。实验结果表明:本文采用的泄漏检测方法稳定有效,设计的系统运行稳定、可靠,能够及时发现泄漏并准确确定泄漏位置。从而为短距离复杂管网的泄漏检测、定位提供了一种有效的监测手段。
[硕士论文] 聂晨光
交通运输工程 重庆交通大学 2017(学位年度)
摘要:特立尼达湖沥青(Trinidad Lake Asphalt)是一种产自于南美洲特立尼达的天然湖沥青,简称TLA,其中含有33%~38%的灰分。人们对TLA的认识主要在其改性沥青优异的路用性能上,对所含灰分在改性沥青中所起到的作用以及灰分对沥青混合料性能的影响还未充分认识。因此,本文以安徽省进行开展TLA在高速公路上应用研究为支撑,并结合泗许高速公路的TLA改性沥青试验路段为依托工程,从以下四个方面进行了相关研究:
  1、从湖沥青中进行灰分提取,然后按照8.9%,10.7%,11.7%,14.2%和17.8%掺配比例添加到中海70基质沥青中,分别进行改性沥青的三大指标试验、粘度试验和老化试验,以此来分析不同掺量的灰分对基质沥青的改性效果。通过试验发现,掺配范围在10.7%~14.2%之间时灰分的改性效果最好。
  2、在高温下采用动态剪切流变仪与低温下采用弯曲梁流变仪两种仪器,对不同填料(矿粉、灰分)制成的沥青胶浆进行高温动态剪切试验和低温弯曲梁流变试验,发现灰分有吸附增韧作用,使得灰分沥青胶浆生成了更加稳定的体系,从而使其高温性能更好;同时灰分沥青胶浆的柔性最小,抵抗变形能力也就最差,表明灰分的掺入降低了沥青胶浆的低温性能。
  3、通过对试验路中面层AC-20C沥青混合料矿料的配比得到了修正后的级配1,最佳沥青用量为4.2%,之后根据级配曲线图规定出两个对比的级配,通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、车辙试验来研究灰分对沥青混合料性能的影响。
  4、分析TLA改性沥青灰分沉降规律并对施工进行建议。通过对TLA改性沥青灰分的沉降机理进行分析以及结合灰分的施工控制指标,确定TLA改性沥青的灰分控制范围为11.5%~18%。最后,在泗许高速公路施工中,提出减少灰分沉降的施工建议。
[硕士论文] 张志猛
建筑与土木工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着天然气需求量的逐年增长,天然气供应与需求存在不均衡的矛盾日益突显,为了使稳定的供气与不稳定的需求趋于平衡,长期以来主要采用天然气储备的措施来解决这一矛盾。即用储气设施将用气低峰时期输气系统富余的气量储存起来,在用气高峰时抽出,用以补充供气量进行调峰;或在气源中断、输气系统停输时将天然气抽出,用以保证连续供气。天然气储运是实现天然气利用不可或缺的重要环节,已成为天然气工业中一个重要的技术领域。
  天然气调峰设施主要包括:高压管道、LNG液化接收站、地下储气库(枯竭油气藏、含水地层、地下盐穴、废弃矿坑)等方式。盐穴地下储气库是利用地下较厚的盐层,采用人工方式在盐层中制造洞穴,形成储存空间来存储天然气。由于盐穴储气库类似于密封容器,具有潜在的高供应能力的优点,故特别适合于作为短期调峰型储气库使用。
  本文通过参与建设的“港华金坛盐穴储气库”项目,从投资方方案选择的技术经济分析、工程建设实施情况、工程试运行等方面进行投资方工程投资控制的经济分析,对建设大型储气设施的技术经济分析及实施过程管理做系统研究。
  首先,阐述项目投资方案设计的重要性,从市场需求、目标定位及储气方式分析储气设施规模,拟定投资方案。论证投资方对项目投资方案的要求,总结出该类项目投资方项目投资选择的方法。
  其次,就拟定的项目投资方案进行对比分析,结合建设环境、投资成本及区域发展确定项目投资方案,并对方案进行技术经济可行性分析,讨论项目的可行性,归纳了该类项目可行性研究的内容及方法。
  最后,从项目前期筹备、工程施工管理、工程试运行及评价三个方面进行投资方在项目管理上的研究,总结了投资方在此类项目上的控制流程、措施及规范程序。
[硕士论文] 白亚昊
化学工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国环境污染问题越来越受人们的重视,而环境问题与汽车尾气的排放密不可分。相对于汽油发动机,柴油发动机具有效率高、清洁、节能等优点,因此,无论从环保还是节能来看,柴油的使用量将会大增,人们对柴油的质量要求也越来越高,其中对环保有重大影响的硫含量受到严格的控制。但是,随着低硫柴油的推广,许多国家出现了燃油泵系统中各零部件短时间内快速磨损失效的案例,这是由于低硫柴油抗磨性能不足导致的。添加具有润滑作用的添加剂是提高低硫柴油润滑性能的主要手段。润滑性添加剂一般是一些极性物质,将这些物质加入到柴油中,可在不影响其余性能的前提下提高柴油的润滑性,具有经济、便捷且立竿见影的特点。
  目前,国内外学者对柴油润滑性能的检测方法开展了大量的研究工作,如高频往复试验机法、四球机模拟评价法、全尺寸发动机油泵模拟试验研究等,但这些方法一般需要的试验仪器比较笨重、昂贵,时间较长,试验过程也比较繁琐。因此,通过提取柴油中少量对柴油润滑性能有较大贡献的极性杂环化合物组分,利用介电特性法开发一种实时的快速检测柴油润滑性的新方法对保证柴油润滑性能具有重要意义。
  通常评价介电特性的主要参数是介质损耗以及介电常数,此外还有电容值和电阻率。本实验选取炼油厂生产的未加抗磨剂的加氢精制柴油为研究对象,测定其组成及不同温度下的介电特性。结果表明,加氢精制柴油的介质损耗和介电常数值较小,且随温度的变化有一定的规律性。介质损耗对温度的变化很敏感,伴随温度的增加呈现指数式增大;电阻率是按反比例指数函数伴随温度的增加而减小;介电常数和电容值与温度间存在着良好的线性关系。
  为了探究抗磨剂含量对介电特性的影响,配制不同抗磨剂浓度的柴油样品,并测定其介电特性,探讨两者的相关性。结果发现,随着抗磨剂的增加,介质损耗、介电常数和电容值不断增大,电阻率不断减小。抗磨剂含量在(0~100) mg/kg时对介电特性的影响不大,在(100~450) mg/kg时介电特性开始大幅度的变化。其中介质损耗、电容值和电阻率随抗磨剂含量的变化较为混乱,而介电常数对抗磨剂含量相关性较好。
  最后为了研究柴油介电特性与其润滑性的相关性,测定不同抗磨剂浓度样品的润滑性(校正磨斑直径),并与其介电特性进行拟合,结果表明,介电常数与校正磨斑直径的相关性是最好的。通过对使用公式模型直接计算值与测定值比较,线性拟合非常好,因此可认为通过对柴油介电常数的测定,可以用于柴油校正磨斑直径的测量。同时也为进一步开发快速检测柴油润滑性的方法提供有利依据。
[博士论文] 刘闯
固体力学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:水力压裂是非常规油气田有效开采的重要技术手段。由于现场施工和储层地质条件的复杂性,压裂所产生的部分人工裂缝对产量贡献较小,增产效果不理想。因此,需要对压裂相关问题进行深入研究,优化施工参数。由于目前测量和实验手段的局限性,数值模拟是水力压裂研究的重要技术手段。本文采用二维水力裂缝数值模型,研究了大排量施工对复杂裂缝形成的影响、不同压裂方式下裂缝间距优化、多缝同时压裂裂缝形态控制、复杂裂缝形态形成条件等重要工程实际问题,主要包括:
  (1)基于扩展有限元法,建立了水力裂缝扩展流固耦合模型,提出采用低应力差区域预测复杂裂缝分布的方法。研究了压裂过程中地应力大小和复杂裂缝区域的变化。计算了单缝和多缝压裂,排量对复杂裂缝区域的影响。结果发现,不同压裂方式下,大排量施工均能有效扩大复杂裂缝区域。参数敏感性分析指出,大排量施工对低脆性岩石所产生的复杂裂缝区域影响较小,初始地应力差是形成复杂裂缝的关键因素,裂缝的张开宽度与应力干扰程度取决于最小地应力;低渗透率储层裂缝所产生的应力干扰更大,有助于产生复杂裂缝。顺序压裂时由于应力干扰程度随着裂缝条数不断增加,后续裂缝所产生的复杂裂缝区域也在不断扩大。多缝顺序压裂大排量所引起的复杂裂缝区域扩大的效果远好于单缝压裂。
  (2)水平井多段压裂的裂缝间距是施工中重要的可控参数。采用水力裂缝扩展流固耦合模型,模拟顺序压裂和同时压裂过程中,裂缝的形态和复杂裂缝区域的变化。计算发现,多缝顺序压裂,缝间应力干扰使得裂缝沿一侧发生偏转。减小裂缝间距,复杂裂缝区域扩大。而间距过小会导致部分裂缝在起裂和偏转的拐点位置发生闭合,无法加砂。缝间距优化综合考虑了复杂裂缝区域大小以及裂缝宽度能否加砂这两个因素。对同时压裂最优间距的计算发现,最优间距受弹性模量的影响较小,随地应力差的增大而减小。
  对于水平井交替压裂方法,本文采用二维数值模型计算了支撑裂缝对周围地应力场的影响范围,并模拟了交替压裂过程。用地应力的方向预测压裂所产生的应力释放缝的分布。通过计算不同阶段压裂应力释放缝的分布角度,得到了所能形成的复杂裂缝的范围。计算结果显示,复杂裂缝区域面积随着裂缝间距的变化有一个峰值,与此对应的间距为最优裂缝间距。参数影响分析显示,最优间距随着地应力差的增加而降低,随着净压力的增加而增加。支撑剂的铺置对地应力分布以及最优间距有显著影响。
  (3)水平井同时压裂中,裂缝间应力干扰作用使得裂缝发生偏转的同时,扩展长度和宽度也会受到抑制。本文基于扩展有限元法建立了多孔介质裂缝同时起裂的数值计算模型,模型考虑了压裂过程中各裂缝压裂液注入流量的动态分配。研究了地质参数和施工参数对裂缝几何形态的影响。研究发现,地应力差是裂缝形态的控制因素,地应力差不同,中间裂缝起裂扩展会受到抑制或在注入点位置发生闭合;地应力差较大时,减小排量和增大孔眼摩阻有助于促进中间裂缝扩展。通过对可控因素调节,建立了对裂缝形态的控制的方法。
  (4)复杂裂缝形态的模拟对页岩气开采具有重要意义。本文采用基于有限元法的复杂裂缝网络模型(GEOS),研究不同地质参数对裂缝扩展的影响。计算结果发现,地应力和天然裂缝是复杂裂缝形成的控制因素。平行分布的天然裂缝,人工裂缝往往沿着天然裂缝的方向扩展,且裂缝形态单一,无法形成复杂裂缝。垂直相交分布的天然裂缝有助于人工裂缝分叉,形成复杂裂缝。人工裂缝扩展的形态不仅与地应力差有关,还受地应力的绝对大小影响。地应力或地应力差较大时,会抑制人工裂缝分叉和扩展,难以形成复杂裂缝。
  本文所提出的数值模型、分析方法和研究结果,可以为非常规油气藏水力压裂施工设计提供一定的参考,以优化施工参数,提高产量。
[博士论文] 劳立明
机械电子工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:有杆抽油系统在油田采油中占主导地位,是油田能耗的主要组成部分,其运行效率一直备受关注。采用传统游梁式抽油机是有杆抽油系统效率低下的重要原因。受限于游梁抽油机曲柄摇杆的非线性传动方式,尽管出现了各种改进型游梁抽油机,其驱动功率不平衡、电机负载率低、效率低下、工作参数调整困难、体积大质量重等一系列缺点一直存在,并限制了其通过长冲程低冲次运行提高有杆抽油系统效率的能力。因此一系列无游梁式抽油机得到了研发与应用。本文针对提高有杆抽油系统运行效率的目标,尝试将直驱电液技术应用其中,研发了线性平衡驱动的液压抽油机,研究了直驱电液系统的悬点提升位移跟踪控制,并基于井下系统工作动态提出了有杆抽油系统节能运行控制策略,实现了原油开采的节能增效。这些研究为有杆抽油系统效率提升与直驱电液系统应用研究提供了支撑,具有重要的实际应用与学术研究价值。
  本文根据采油悬点载荷的特点,从驱动速度平衡与驱动力平衡角度分析了减小抽油机装机功率、提高电机负荷率进而提高抽油机效率的方法,并由此设计了平衡效果好的直驱电液抽油机。为实现仅可获带噪声位移量测信号且受未知干扰的直驱电液抽油机悬点提升跟踪控制,本文研究了量测噪声环境下的系统状态观测与未知干扰估计方法,进而设计了带干扰补偿的自适应切换增益滑模控制器。在连续时间滑模控制器的基础上,考虑工业控制器的采样控制特性,设计了位移跟踪离散时间滑模控制器。
  在研究高效直驱电液抽油机与悬点提升控制的基础上,进一步研究了有杆抽油系统的节能运行控制。建立了包括抽油杆柱和抽油泵在内的井下系统动态仿真模型,分析比较了不同浮力处理方法在抽油杆柱动态模型中的效果,求解了基于等摩擦功原理的抽油杆柱波动方程粘性阻尼系数。利用井下系统模型仿真比较了油井含气量与悬点运动对抽油泵工况与悬点载荷的影响。进一步考虑油层供油动态,仿真分析了不同采油冲次下油井产油量与系统能耗效率的变化。最终提出了基于抽油泵充满度控制的采油节能控制策略,并设计了由悬点功图求解井下泵充满度的方法。
  论文的主要结构如下:
  第一章,论述了有杆抽油系统节能增效的研究背景及意义,概述了有杆采油系统的工作原理、国内外采油效率研究现状以及液压抽油机的研发现状,并介绍了直驱电液技术的相关研究进展,最后提出了课题的主要研究内容。
  第二章,介绍了直驱电液抽油机的设计、仿真分析与样机功能性试验。给出了本课题液压抽油机的载荷与冲程冲次等主要性能指标。设计了悬点提升曲线及液压驱动与功率平衡方案,并对带气体蓄能的直驱电液系统方案进行了具体设计与器件选型。仿真验证了所设计液压抽油机的性能,并对样机进行了轻载挂重的连续运行试验与传动效率分析。
  第三章,针对直驱电液抽油机仅位移可测且带随机噪声,存在系统参数不确定性及未知负载力扰动下的悬点提升位移跟踪问题,设计了连续时间滑模控制器。结合电机矢量控制与液压动态建立了直驱电液系统的动态模型。比较了基于滑模观测器、跟踪微分器与Kalman扩张观测器的状态观测与干扰估计效果。设计了基于理想切换增益的切换增益自适应律。仿真与实验比较了控制算法的性能。
  第四章,研究了直驱电液抽油机悬点提升采样控制时的离散滑模控制器。讨论了离散滑模趋近律问题,分析了准滑模带宽与干扰补偿误差的关系,研究了给定降维系统性能下的滑模面设计方法。分析了前步干扰补偿可能导致的系统不稳定,并提出在滑模控制器输出与系统输入间引入一阶输入滤波器,分析了引入输入滤波器后系统的稳定性判断方法。
  第五章,建立了包括三维定向井抽油杆柱与抽油泵在内的井下系统联合仿真模型,给出了其数值求解方法,并利用仿真模型比较了油层含气量和不同悬点运动曲线对采油作业的影响。讨论了抽油杆柱动态模型中不同浮力处理方法的影响与效果,以及基于等摩擦功求解了的其等效粘性阻尼系数。
  第六章,研究了供采匹配问题,提出了有杆抽油系统节能控制策略。联合油井流入动态与井下系统模型仿真了不同冲次时的供采平衡状态。分析了冲次提高对油井产油量与井下系统效率的影响。提出了维持一定泵充满度的采油效率优化控制策略。对优化控制策略中的抽油泵充满度判断问题,研究了基于泵端位移-载荷曲线一阶、二阶导数的判断方法。
  第七章,对本文的主要研究工作和结论进行了总结归纳,阐述了本文的创新点,并对下步研究工作进行了展望。
[博士论文] 于开春
地质学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:大庆长垣扶杨油层位于白垩系下统泉头组,渗透率一般在0.5~2.0mD,属于低孔特低渗砂岩油藏。本文主要立足松辽盆地大庆长垣高台子油田M区块扶杨油层超前注水开发试验区,从超前注水的地质适应性入手,对区块超前注水的技术界限进行了研究,评价了超前注水的开发效果,提出了开发调整对策。通过研究应用,取得了以下成果和认识:
  (1)特低渗透砂岩油层超前注水技术界限研究主要考虑以下几点:合理的井网井距、合理井底压力、合理地层压力保持水平。合理井距一般为200~300m;采油井的井底流压不宜低于原始饱和压力的70.0%;超前注水地层压力保持水平与原油流度成反比。
  (2)高台子油田M区块扶杨油层天然裂缝不发育、孔隙度小、渗透率特低,喉道半径小,渗流阻力大,压力传导速度慢,启动压力梯度大,具有较强应力敏感性,适用超前注水技术。但储层为中等偏弱~强水敏,超前注水过程中应有针对性地优化超前注水工艺。
  (3)通过渗流力学、数值模拟和生产动态评价研究,确定了高台子油田扶杨油层超前注水技术注采参数界限:单位厚度超前注水量150m3,超前注水倍数为0.02PV~0.04PV,超前超注时间60-80天;合理注采比为1.6;合理采液速度为3.0%,合理呆油速度为1.2%。
  (4)油藏工程方法确定M区块扶杨油层超前注水技术注采井网界限:最佳井网密度为27.0口/km2,井距小于350m,排距小于150m。区块实际井距300m,排距80m,井网密度37.93口/km2。实际注采井网对砂体的适应性较好,但排距偏小,井网密度偏大,经济效益差。剩余储量开发时可以根据砂体发育规模,将排距扩大到100-150m。
  (5)M区块扶杨油层注水井目前井口注水压力16.72MPa,有一定的提压空间;目前阶段油井平均流压2.74MPa,低于合理井底流压;目前阶段地层压力18.17MPa,低于合理地层压力。说明尽管区块采用超前注水技术,但油水井之间仍没有完全建立有效的驱动关系。需要对区块采取对策,改善油水井间注采连通关系,保持超前注水开发效果。
  论文提出的M区块超前注水技术界限,可以适用于大庆长垣扶杨油层和天然裂缝不发育、原油粘度高、流度低、低孔特低渗透砂岩油层。
[硕士论文] 杨凯
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:利用清洁可再生的生物质气化费托合成(FT)加氢裂化制备航空煤油(Bio-Jet fuel)部分代替传统化石能源,对缓解能源危机和生态保护具有重要意义。本文以玉米秆为生物质原料,利用Aspen Plus软件对Bio-Jet fuel工艺进行建模,基于(炯)分析理论和生命周期法对Bio-Jet fuel工艺副产品水蒸气供热和发电、蜡循环利用三种方案的热力性能、环境影响和经济性能进行了评价。
  首先,利用Aspen Plus软件对Bio-Jet fuel系统进行了模拟和热力学(炯)分析,研究了操作参数变化对系统的影响,结果表明:(1)系统(炯)损失主要在气化子系统中,而合成气提质子系统(炯)损较小,过程不可逆(炯)损是系统(炯)损的主要来源,内部(炯)损率为88.3%,生物质大分子结构改变是造成不可逆(炯)损的主要原因。(2)所有操作参数中水蒸气与生物质质量配比(S/B)对系统(炯)效率影响最大,气化合成气H2与CO摩尔比(H2/CO)在1.95~2.0为宜,增大合成温度和压力可提高系统航空煤油产率和(炯)效率。(3)对于玉米秆气化FT加氢裂化制取航空煤油系统,推荐的操作参数:气化温度和压力750℃,0.1~0.2MPa,S/B0.4~0.5,合成温度和压力240℃,1.5~2.0MPa。此时,航空煤油产率最大可达到85.3kg/t,系统(炯)效率为54.3%。(4)方案二将副产品水蒸气进行发电,系统(炯)效率下降;方案三副产品蜡循环利用,可提高航空煤油产率,并降低最佳S/B。
  其次,基于生命周期的环境影响(炯)分析理论,对Bio-Jet fuel系统的三个方案进行了资源消耗和环境影响评价,结果显示:(1)三个方案的资源利用率分别为17.21%、12.72%和15.97%,供热系统资源利用率高于供热系统;可再生性指标分别为0.72、1.53和0.67,供热系统为不可再生系统,而供电系统属于可再生系统;三个方案的环境性指标分别为1.75、4.48、1.63,即蜡循环不利于生命周期航空煤油生产的资源-环境性能;方案一资源利用率较高,但环境性较差,方案二的资源利用率较低,但环境性能较好。(2)火电是方案一不可再生资源累积(炯)消耗的主要来源,比重为8.06%,化肥农药和原油是方案二不可再生资源累积(炯)的主要来源;污染物消除(炯)主要来源于化石燃料使用产生的CO2排放,其次来源于生物质种植阶段大量的农业污水排放。(4)方案一和方案二的综合敏感性分析表明:降低原料消耗率是提高系统资源性的主要途径;原材料使用和污染物处理带来的间接化石能源使用是制约系统环境性能提高的主要因素。
  最后,将生命周期评价(LCA)和(炯)经济成本平衡方程结合,提出以单位(炯)经济成本、产品单位(炯)经济收益和成本利润率三个指标对Bio-Jet fuel系统进行生命周期(炯)经济分析,结果表明:(1)方案一和方案二的环境成本分别为708.90¥/t、356.63¥/t,环境成本占总生产成本比重分别为6.2%和3.9%,方案二环境性能较好。(2)考虑环境成本,两个方案的产品单位(炯)经济成本分别为0.105¥/MJ和0.106¥/MJ,产品单位(炯)经济收益分别为0.050¥/MJ和0.056¥/MJ,成本利润率分别为48.5%和53.2%,方案二经济性更好。(3)通过对产品单位(炯)经济成本的敏感性分析可知,对系统产品单位(炯)经济成本影响最大的是生产阶段的固定投资和生物质价格,航空煤油价格主要影响产品单位(炯)经济收益的主要因素。
[硕士论文] 靳洁
应用化学 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:随着环保法规的日益严格,燃料油脱硫已成为世界各国急需解决的问题。传统脱硫技术可有效地脱除燃料油中易于脱除的硫化物,而对噻吩及其衍生物类难脱除的硫化物脱除困难,且反应条件苛刻,易降低油品的辛烷值,影响汽油的使用性能。吸附脱硫技术作为一种深度脱硫手段,操作条件温和、设备投资少、能耗低、简单易行、吸附剂易于再生且不会改变油品的辛烷值,因此在深度脱硫领域中成为研究的热点与重点之一。金属有机骨架材料(MOFs)是新的多孔材料,具有比表面积大、孔隙率高和孔尺寸可调等特点在吸附脱硫领域得到了广泛的关注。
  论文以Cu2+为金属中心,均苯三甲酸为配体合成得到HKUST-1。GO-s为购买的氧化石墨烯粉末,GO-h为氧化石墨烯悬浮液,并两种类型的氧化石墨烯(GO-s和GO-h)负载于HKUST-1上,考察其对噻吩吸附性能影响。通过傅里叶红外(FT-IR)、广角-X射线衍射仪(XRD)、N2-吸附脱附仪、拉曼谱图、扫描电镜(SEM)等手段对样品进行表征。通过静态吸附实验考察石墨烯负载量为1%~9%的HKGO-s和HKGO-h对噻吩的脱除性能。实验结果表明当负载量为5%时,吸附剂吸附脱噻吩性能最优,且HKGO-h(5%)吸附脱噻吩效果优于HKGO-s(5%)。当HKUST-1单独吸附噻吩和单独吸附正辛烷时,HKUST-1对噻吩的作用力比正辛烷强。因此在噻吩和正辛烷模拟油中,HKUST-1吸附噻吩效果明显。当HKGO-h(5%)和HKGO-s(5%)同时单独吸附噻吩时,HKGO-h(5%)与噻吩结合力更强。结果表明,噻吩分子很有可能存在于HKGO-h(5%)的孔道内(表面作用强),而HKGO-s(5%)中的噻吩则在孔隙中(远离表面)。这也是HKGO-h(5%)比HKGO-s(5%)吸附脱除噻吩硫效果更好的原因。
  以Cr3+为金属中心,对苯二甲酸(H2BDC)为配体合成MIL-53(Cr)。以MIL-53(Cr)为载体负载离子液体[Bmim][PF6],制备出MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6]复合物。通过傅里叶红外(FT-IR)、广角-X射线衍射仪(XRD)和N2-吸附脱附仪对样品进行表征。通过静态实验考察不同处理方法制得的MIL-53(Cr)吸附剂对噻吩硫的吸附性,发现在300℃下氮气吹扫,热处理过的MIL-53(Cr)(ht van)吸附效果最优,因此采用此方式处理MIL-53(Cr)。通过静态和动态吸附评价实验,考察[Bmim][PF6]负载量为10%、30%和40%时,MIL-53(Cr)、MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6](10%)、MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6](30%)和MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6](40%)对噻吩的吸附性能变化。结果显示,负载[Bmim][PF6]后的复合材料与纯的MIL-53(Cr)相比,吸附脱除噻吩性能提高了。按照脱除噻吩硫量由大到小顺序为:MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6](10%)>MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6](30%)>MIL-53(Cr)@[Bmim][PF6](40%)>MIL-53(Cr)。并且得出结论[Bmim][PF6]最佳负载量为10%。
  以Cu2+为金属中心,均苯三甲酸(H3BTC)为有机配体合成[(CH3)NH2]3[(Cu4Cl)3-(BTC)8]9DMA(BTC=1,3,5-均苯三甲酸,DMA=N,N-二甲基乙酰胺),简称Cu-DMA。以Cu-DMA为载体负载离子液体[Bmim][PF6],制备出Cu-DMA@[Bmim][PF6]。通过傅里叶红外(IR)、广角-X衍射仪(XRD)和N2-吸附脱附仪等手段对样品进行表征。通过静态吸附和动态吸附评价实验证明,[Bmim][PF6]负载到Cu-DMA上后,复合材料的脱除噻吩硫的能力得到提高。根据吸附曲线,按照复合材料脱除噻吩硫量由高到低顺序为:Cu-DMA@[Bmim][PF6](10%)>Cu-DMA@[Bmim][PF6](30%)>Cu-DMA> Cu-DMA@{Bmim][PF6](40%)。以上结果表明,离子液体含量并非越高越好。当负载量为40%时,过多的离子液体导致Cu-DMA内大部分孔道堵塞,以至于吸附量低于纯Cu-DMA。当负载量为10%时,吸附脱除噻吩硫效果最好,作为优化Cu-DMA的最佳负载量。
[硕士论文] 张婷
化学工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:燃料油中硫化物燃烧生成的SOx是导致环境污染的原因之一,我国于2017年1月全国供应国Ⅴ标准的车用汽油和柴油,要求硫含量<10ppm。传统加氢脱硫技术(HDS)操作条件苛刻,吸附脱硫技术具有操作条件温和、成本低和选择性高等优点,是脱硫研究的热点之一。据文献报道,π络合吸附机理中Cu+具有较高的活性,目前Cu+改性的吸附剂大多是在惰性气氛中将Cu2+高温自还原成Cu+,Cu+含量相对较低。本文主要以SBA-15为载体,在相对低的还原温度下制备了Cu+改性的吸附剂,并考察其吸附噻吩(TP)、苯并噻吩(BT)和二苯并噻吩(DBT)的性能,主要包括以下内容。
  采用两步水热晶化法合成Cu(Ⅱ)/SBA-15,再以稀水合肼溶液为还原剂,将SBA-15上的Cu2+还原成Cu+,制备出Cu(Ⅰ)/SBA-15吸附剂。考察了还原温度分别为20、30、40和50℃对Cu(Ⅰ)/SBA-15(X)(X表示还原温度)性能的影响,并通过XRD、N2吸附-脱附、TEM、XPS、Uv-vis和H2-TPR对样品进行了表征。广角XRD表明,还原温度为20、30℃时未出现Cu2O衍射峰,还原温度为40℃时出现了极微弱的Cu2O衍射峰,50℃时出现了明显的Cu2O衍射峰。40℃还原时TEM图上未观测到明显的颗粒物,50℃还原时TEM图上有明显的颗粒物的聚集。XPS分析表明还原温度为20、30、40和50℃时,Cu+的比例分别为62.13%、66.51%、80.77%和36.23%。由此可见,还原温度对Cu+在SBA-15表面上的状态有重要影响。吸附平衡实验表明,Cu(Ⅰ)/SBA-15(X)对TP吸附性能的强弱顺序为:Cu(Ⅰ)/SBA-15(40)>Cu(Ⅰ)/SBA-15(30)>Cu(Ⅰ)/SBA-15(20)>Cu(Ⅰ)/SBA-15(50)>Cu(Ⅱ)/SBA-15。Langmuir模型对实验数据拟合结果表明Cu(Ⅰ)/SBA-15对TP的最大吸附量Qe分别为22.35、24.52、28.03和15.42mg/g。
  以浸渍法首先制备,再以氮气和乙烯的混合气为还原气,将CuCl2还原成CuCl制备出CuCl/SBA-15,考察还原温度分别为120、150、180、200和220℃时对CuCl2的还原效果,并通过XRD、N2吸附-脱附、TEM、和XPS对CuCl/SBA-15(X)(X表示还原温度)进行了表征。XRD表明,CuCl的衍射峰随着还原温度的升高逐渐减弱。TEM表明,还原温度从150℃升高到200℃时,SBA-15上CuCl的颗粒不断减小,220℃观测到明显的团聚物,可能是高温导致的乙烯积碳。 XPS分析表明,还原温度为120、150、180、200和220℃时,Cu+比例分别达到了60.22、66.51、81.38、85.70和84.59%,说明还原温度对CuCl在SBA-15表面上的分散性和Cu+比例有着重要的影响。静态吸附实验表明,CuCl/SBA-15对不同硫化物吸附能力的强弱顺序为DBT>BT>TP。吸附平衡实验表明,CuCl/S BA-15(X)对TP、BT和DBT的吸附容量的大小顺序均为:CuCl/SBA-15(200)>CuCl/SBA-15(180)>CuCl/SBA-15(150)>CuCl/SBA-15(120)>CuCl/SB A-15(220)。Langmuir模型对实验数据拟合,发现CuCl/ SBA-15(200)对TP、BT和DBT的最大吸附量Qm分别达到40.83、56.10和81.23mg/g。再生实验发现,经过3次循环再生后,CuCl/SBA-15(200)对DBT的吸附量下降了约9.8%,表明CuCl/SBA-15(200)具有良好的稳定性。
  为了进一步提高吸附的稳定性,采用浸渍法制备出CuCl2·2H2O、Ce(NO3)3·6H2O改性的介孔分子筛Ce/Cu/SBA-15,以氮气和乙烯的混合气为还原气将Cu2+还原成Cu+,制备出Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15,还原温度分别为120、150、180和200℃时制备的吸附剂标记为Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(X)(X表示还原温度),通过XRD、N2吸附-脱附、TEM和XPS对Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(X)进行表征。XRD表明,还原温度从120℃升高到180℃时,CuCl的衍射峰逐渐减弱,180℃时未出现CuCl的衍射峰;200℃时又出现微弱的CuCl衍射峰,可能是由于Ce的流失导致的。TEM表明,还原温度从150℃升高到180℃时,CuCl在SBA-15上的颗粒度逐渐减小,200℃时颗粒度变大,出现微弱的团聚现象,与XRD结果一致。XPS分析表明,还原温度为120、150、180和200℃时, Cu+比例分别达到62.72、70.02、78.39和57.60%。说明还原温度对Cu+在SBA-15上的分散性和Cu+的比例有着重要的影响。静态吸附实验表明,Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(X)对吸附DBT吸附性能的强弱顺序为:Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(180)>Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(150)>Ce/Cu(Ⅰ)/ SBA-15(120)>Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(200)。吸附平衡实验表明,Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(180)对TP、BT和DBT吸附能力的强弱顺序为:DBT>BT>TP。Langmuir模型对实验数据拟合结果表明,Ce/Cu(Ⅰ)/SB A-15(180)对TP、BT和DBT的最大吸附量Qm依次为44.58、59.77和84.82mg/g。与CuCl/SBA-15(200)对TP、BT和DBT的相比,最大吸附量Qm依次增加了3.75、3.67和3.59mg/g。
  以CuCl/SBA-15(180)和Ce/Cu(Ⅰ)/SB A-15(180)为吸附剂,在含500ppmS的TP、BT和DBT的模拟油中加入10 wt%甲苯进行了竞争吸附实验。在加入10 wt%的甲苯后,CuCl/SBA-15(180)对TP、BT和DBT的平衡吸附量分别下降了11.09、10.99和7.87%,Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(180)对TP、BT和DBT的平衡吸附量分别下降了5.51、5.42和3.01%,说明Ce的加入提高了吸附剂的稳定性和对硫化物的选择性。再生实验发现,在再生3次后,Ce/Cu(Ⅰ)/SBA-15(180)对DBT的吸附量降低了6.2%。
[硕士论文] 李伟
化学工艺 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:摩擦磨损普遍存在于自然界中,给我们的生活和生产带来了巨大损失。润滑油是降低摩擦,减少磨损,延长机件寿命最为常见的润滑材料。为了提高润滑油的润滑性能,通常是在基础油中加入各种减摩、抗磨的添加剂。氧化石墨烯(GO)具有独特的二维片层结构,由于拥有超低的摩擦系数和超强的硬度特性,而且强的耐腐蚀和优异的抗氧化性能,成为了近年来摩擦学领域研究的热点材料之一。然而,GO要想实际应用于润滑油中作为减摩和抗磨添加剂使用,首先需要解决其在油介质中的分散性和透明性技术难题。
  本文主要探讨了(1) GO的尺寸与摩擦学性能构效关系;(2)GO表面改性技术开发及其分散性、透明性和摩擦学性能研究;(3)硼酸盐/GO纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究。
  通过控制Hummer法的氧化温度成功实现了GO的尺寸控制,分别合成出平均尺寸为25μm,22μm和18μm的GO-20,GO-27和GO-35三种纳米片。运用XRD、SEM、FT-IR、EDS、AFM等表征手段对三种GO纳米片进行了表征。结果发现,随着氧化温度的升高,GO纳米片的尺寸逐渐减小,并且发现C/O也随之减少。摩擦性能测试结果表明,GO35基油的摩擦系数相比于GO20基油和GO27基油分别降低18.5%和8.5%,而磨痕直径分别降低11.3%和5.2%。证明GO纳米片的尺寸越小,C/O比越低,其减摩和抗磨性能越好,这是由于C/O低的GO纳米片表面含有更丰富的活性基团,有利于其在油介质中的分散性。
  为了改善GO在油介质中的分散性和透明性,我们采用可生物降解的油酸二乙醇酰胺硼酸酯(ODAB)作为改性剂,成功实现了ODAB键合改性GO技术。运用FT-IR、XRD、UV-vis、Raman、TEM和XPS等一系列表征揭示了改性GO的结构,证明了ODAB是通过脱水缩合生成酰胺的方式成功接支到了GO纳米片表面。研究了改性GO在基础油中的分散性、和透明性,并考察了其摩擦性能。结果表明,改性后的GO纳米片在基础油中实现了高度分散,表现出优异的透明性,而且磨痕直径和平均摩擦系数相比于基础油分别下降了约42.0%和38.4%,展现出MGO优异的减摩和抗磨性能。
  为了进一步提升GO的摩擦学性能,我们通过一种液相超声混合剥离技术分别制备了硼酸钙(CB),硼酸镧(LB)和硼酸锌(ZB)与GO的纳米复合物。考察了物理砂磨,传统油酸(OA)改性及油酸二乙醇酰胺(OD)改性对复合物在油中分散性的影响。运用XRD、SEM、FT-IR、Raman、 UV-vis、TEM、TGA、EDS等一系列表征揭示了复合材料的结构形貌。结果表明,CB/GO基油,OA-LB/GO基油和OD-ZB/GO基油相比于500 SN基础油,它的平均摩擦系数分别下降了46.6%,30.8%和48.2%,而磨痕直径分别减小了37.5%,44.3%和37.6%。这证明了复合材料出色的协同减摩抗磨作用。
[硕士论文] 韩昱晨
机械工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:钻井岩屑是指石油钻井过程中地下岩石被钻头破碎后,随钻井液被带到地面上的岩石碎块,钻井岩屑根据地形地层的不同,形态形状往往差距较大,由于可以直接反映井下状况,是地质录井中重要的地质资料。
  钻井岩屑根据颗粒大小分为泥岩、砂岩,泥岩成岩性差,易溶于水;钻井岩屑颗粒直径分布在0.16mm-8mm之间,对于一般取样泵会造成磨损;目前常用的分离设备入钻井液振动筛其筛网寿命一般在10-40天,难以满足录井自动化的要求,所以,长期以来国内外采用人工捞取的方法,工作强度大,效率低,已无法满足快速钻井的需求,影响录井行业自动化的发展。
  为了实现录井自动化,根据钻井岩屑全自动清洗设备研制项目的要求,通过钻井岩屑自动取样系统关键技术的理论分析和计算,研制了钻井岩屑自动取样系统。该系统主要由取样泵、钻井岩屑固液分离设备、回用泵组成,其特点是采用机动方式从高架槽中抽取含有岩屑的钻井液,采用专利技术的分离设备分离后,钻井液返回泥浆池循环使用,设备可靠性强,得到的岩屑易清洗,岩屑的代表性强,反映的地质剖面连贯性强;系统与录井平台系统对接,实现闭环控制,满足了自动化录井岩屑对颗粒直径和重量的要求。
  本系统于2016年7月在青海油田狮45井、东德3井进行试验验证,性能指标达到设计要求,具有一定的实用价值。
[硕士论文] 林鹏
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:本文选用油酸、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)分别作为修饰剂,利用等离子辅助球磨技术制备了表面修饰硼酸钙添加剂。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、同步热分析仪等方法对其进行形貌观察及结构表征,并探究其在高碱性润滑油中的分散性和摩擦学性能。
  对所制备的硼酸钙添加剂进行扫描电镜观察发现,油酸修饰后的硼酸钙粒径在50nm-300nm之间,而CTAB修饰的硼酸钙一次颗粒平均粒径只有50nm左右,球磨后的粉体聚集成大约500nm左右的团聚体。X射线衍射分析表明,等离子辅助球磨快速细化了硼酸钙的晶粒尺寸,但没有使硼酸钙的晶型结构发生改变。红外光谱及同步热分析表明,等离子辅助球磨促使油酸和CTAB发生断键,产生亚甲基-CH2活性基团与原始硼酸钙粉体表面发生聚合。
  重力沉降实验发现,原始硼酸钙添加到高碱性润滑油后,3天后出现明显的沉淀分层现象;油酸修饰硼酸钙及CTAB修饰硼酸钙在高碱性润滑油中经历后100天仍基本保持稳定,未出现明显分层现象。这表明油酸及CTAB对硼酸钙形成了良好的表面修饰,使粉体表面改性为亲油性。理化性能测试结果表明,在保持高碱性润滑油粘度、闪点及倾点基本不变的情况下,油酸修饰硼酸钙复合油碱值提升31.16%,CTAB修饰硼酸钙复合油碱值提升33.43%。这对于减少金属清净剂的使用,降低金属灰分具有重要意义。
  对两种表面修饰硼酸钙添加剂复配的高碱性润滑油进行摩擦学性能测试,结果表明随着载荷增大,纳米硼酸钙复合油的摩擦系数逐渐减低,并且在试验过程中摩擦系数保持平稳,磨损体积也随着载荷增加呈现下降趋势。对摩擦副表面进行电子能谱测试,发现摩擦副表面含有B、Ca、O等元素,这说明纳米硼酸钙添加剂在摩擦力的剪切作用下铺展成膜,覆盖到摩擦副表面,对摩擦副表面起到减摩修复作用。相对于油酸修饰硼酸钙,CTAB修饰硼酸钙的减摩抗磨效果更佳,这是因为CTAB修饰硼酸钙的粒径更小,随着载荷增大,在摩擦力的剪切作用下,硼酸钙易于分散展开,使得CTAB修饰硼酸钙在摩擦副表面铺展更易于成膜。对所调配的复合油用硫酸进行酸化处理,模拟在船用柴油机酸性工况下,测试硼酸钙添加剂的减摩抗磨性能,结果发现:纳米硼酸钙添加剂同样具有良好的减摩抗磨能力,但由于硫酸与清狰剂胶团中的碳酸钙及纳米硼酸钙添加剂发生化学反应生成硫酸钙,混杂在硼酸钙沉积膜表面,影响摩擦副表面覆盖膜强度,硼酸钙保护膜容易开裂剥落。
[硕士论文] 刘雨
信号与信息处理 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国油田数字化逐步向智能化不断迈进,基于物联网的油气生产监控系统已成为各大油田智能化建设的主要趋势。数字化与智能化油田井场生产监控的关键是井场数据采集、传输及控制,其核心是井场远程终端设备(RTU,Remote Terminal Unit)。因此,研制油井智能RTU在数字化与智能化油田监控具有重要的现实意义和应用价值。
  针对数字化与智能化油田井场监控技术特点,结合辽河油田数字化井场监控系统项目要求,对油田井场生产工艺与井场监测设备以及数字化井场监控系统进行分析,确定油井智能RTU功能需求与技术指标。研制以ARM嵌入式系统为核心的RTU,智能RTU具有主从站工作模式,通过 ZigBee实现主从 RTU多井自组网。硬件上,采用STM32F407ZET6、ZigBee与以太网通信模块,进行采集与控制电路、通信电路以及数据存储电路设计。软件上,采用移植UC/OS-II操作系统,开发下行任务、上行任务、PC通信任务、数据存储任务及智能报警及控制任务等子程序,实现 A11-GRM协议的多端口通信。最后,进行智能RTU的软硬件调试与运行测试,完成了智能RTU的应用功能与效果分析。
  实际应用表明,油井智能RTU能够准确采集油井仪表数据并传输至生产监控中心,实现了主从RTU多井自组网及A11-GRM协议的多端口通信,并支持故障报警及控制,在数字化与智能化油田井场监控系统中发挥重要作用。
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