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基于3D视觉的锌合金锭激光标刻机器人关键技术研究

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基于3D视觉的锌合金锭激光标刻机器人关键技术研究

作者：董兵强兰州理工大学

学位级别：硕士

产品信息标识是实现制造业信息化的关键技术。锌合金锭是有色金属铸造行业的重要产品,具有离散制造的特点,由于生产环境恶劣、模具老化等原因,锌合金锭标刻面表面粗糙,且存在凹坑、凸起等情况,传统标刻技术难以实现且保证标刻成像可识... 详细信息

产品信息标识是实现制造业信息化的关键技术。锌合金锭是有色金属铸造行业的重要产品,具有离散制造的特点,由于生产环境恶劣、模具老化等原因,锌合金锭标刻面表面粗糙,且存在凹坑、凸起等情况,传统标刻技术难以实现且保证标刻成像可识读。激光直接部件标刻技术是近年来兴起的产品信息标识技术,具有零耗材、非接触、低能耗等优势,逐渐应用于制造行业。将激光标刻技术应用于锌合金锭产品信息标识存在较多难题,主要包括:锌合金锭位姿不固定,标刻面空间坐标难以定位;激光标刻工艺参数设定困难;锌合金锭标刻面粗糙且存在缺陷,标签标刻成像可识读性难以保证。针对以上问题,本文结合激光标刻技术、机器人技术和三维点云技术,对关键技术进行研究,提供激光标刻平台解决方案。主要研究内容如下:(1)根据锌合金锭实际标刻需求,分析锌合金锭标刻的应用场景,明确锌合金锭信息标刻的主要难点,确定研发激光标刻平台的必要性及可行性。(2)提出针对锌合金锭的机器人激光标刻平台总体设计方案,设计激光标刻平台整体结构以及相关机械结构,对其进行三维设计及部件组装,对主要组件进行有限元分析,检验机械结构的相关参数。(3)提出基于3D视觉的标刻面空间坐标定位及找正对焦方案,针对锌合金锭位姿及标刻面表面情况,设计基于三维点云的标刻面提取及定位算法,得出标刻面标刻位置三维空间坐标,通过找正对焦算法对激光器进行找正对焦。(4)分析激光标刻工艺参数,对有相关性的工艺参数进行单因素实验,并建立回归预测模型,通过正交实验完成模型参数拟合,确定激光标刻工艺参数与标刻成像灰度值的相关性方程。(5)对机器人进行手眼标定,以满足复杂场景的应用需求,设计并研发激光标刻平台控制系统,对激光标刻平台试验样机进行实际标刻试验,分析产品信息标签标刻结果。

关键词：锌合金锭三维点云视觉伺服激光标刻技术手眼标定

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页岩储层保护用O/W纳米乳液的制备

化工学报 2015年第11期66卷 4565-4571页

作者：邱正松董兵强钟汉毅王伟吉赵欣宋丁丁罗洋中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 大庆油田采油六厂黑龙江大庆163000

针对钻井液滤液侵入页岩储层极易导致严重的水敏损害及液相圈闭损害问题,采用两步稀释法研备出粒径极小、分散性好且长期稳定的页岩储层保护用水包油(O/W)纳米乳液。选取Gemini季铵盐型表面活性剂GTN、Tween80与正丁醇三者复配作为表面... 详细信息

针对钻井液滤液侵入页岩储层极易导致严重的水敏损害及液相圈闭损害问题,采用两步稀释法研备出粒径极小、分散性好且长期稳定的页岩储层保护用水包油(O/W)纳米乳液。选取Gemini季铵盐型表面活性剂GTN、Tween80与正丁醇三者复配作为表面活性剂组分(记为S+A),通过室内实验研究了水相中Na Cl质量分数对Na Cl溶液/(S+A)/正辛烷体系微乳液特性的影响,考察了微乳液相转变温度(PIT)、制备方法及其微观构型等因素对采用两步稀释法制备的纳米乳液粒径的影响,同时对纳米乳液体系的失稳机理进行研究。结果表明,Na Cl溶液/(S+A)/正辛烷体系微乳液中Na Cl的加入可以显著提高表面活性剂组分的乳化效率,改变微乳液微观构型,使PIT显著降低;当剂油体积比(Ros)为7:3时,通过调节双连续微乳液的PIT接近实验乳化温度,采用两步稀释法制备的O/W纳米乳液粒径最小且分布范围最窄;Na Cl溶液/(S+A)/正辛烷体系纳米乳液主要失稳机理为奥氏熟化;纳米乳液具有良好的储层保护作用。

关键词：纳米乳液微乳液表面活性剂奥氏熟化界面张力石油

页岩储层温敏型P(NIPAm-co-AA)/nano-SiO_2复合封堵剂的制备及特性

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石油学报 2015年第3期36卷 378-384页

作者：王伟吉邱正松钟汉毅黄维安赵欣董兵强暴丹中国石油大学石油工程学院山东青岛266580

页岩具有极低的渗透率和极小的孔喉尺寸,传统封堵剂难以在页岩表面形成有效的泥饼阻止液相侵入,只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉,阻止液相侵入地层,维持井壁稳定,保护储层。采用硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2进行超声表面改性,引入乙烯... 详细信息

页岩具有极低的渗透率和极小的孔喉尺寸,传统封堵剂难以在页岩表面形成有效的泥饼阻止液相侵入,只有纳米级颗粒才能封堵页岩的孔喉,阻止液相侵入地层,维持井壁稳定,保护储层。采用硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2进行超声表面改性,引入乙烯基功能基团,80℃下使其与温敏性单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)、亲水性单体丙烯酸(AA)共聚,通过调节NIPAm、AA摩尔比制得不同最低共溶温度(LCST)值的温敏型P(NIPAm-co-AA)/nano-SiO2复合封堵剂,并用红外光谱、透射电镜和热重分析对产物进行表征。通过透光率测试研究了其温度响应行为,通过下志留统龙马溪组岩样的压力传递实验研究了其封堵性能。结果表明,P(NIPAm-co-AA)/nano-SiO2温度响应行为灵敏,存在明显的LCST值,随亲水性单体AA含量的增加,其LCST值不断升高;温度在LCST值以上,该封堵剂同时发挥物理封堵和化学抑制双重作用,阻缓压力传递效果显著,封堵后页岩表面呈疏水性,完全阻隔了水的传递。

关键词：纳米封堵剂页岩气井壁稳定温敏型智能高分子钻井液

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钻井液用微乳液润滑剂NE的研究与应用

钻井液与完井液 2018年第3期35卷 54-59页

作者：董兵强邱正松邓智张华莲康远波页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心重庆地质矿产研究院重庆400042 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室重庆地质矿产研究院重庆400042 中国石油大学(华东) 山东青岛266580

当前钻井液用液体润滑剂存在抗温性能差、制备工艺复杂、起泡率及荧光级别高等难题,制约了水平井钻井井眼的有效延伸,降低了钻井效率。结合胶体与界面化学基础理论,以液态石蜡、Span80及Tween80等为原料,研发出一种微乳液润滑剂NE,并通... 详细信息

当前钻井液用液体润滑剂存在抗温性能差、制备工艺复杂、起泡率及荧光级别高等难题,制约了水平井钻井井眼的有效延伸,降低了钻井效率。结合胶体与界面化学基础理论,以液态石蜡、Span80及Tween80等为原料,研发出一种微乳液润滑剂NE,并通过室内实验评价了其性能,分析了其主要润滑机理。研究结果表明,NE稀释后形成的纳米液滴呈正电性,平均粒径在187~258 nm之间;加入2.0%NE后膨润土浆的润滑系数降低率为83.8%,泥饼黏附系数降低率为74.2%;NE可抗160℃高温,耐温性良好,荧光级别为2级,起泡率低,与钻井液配伍性良好;基于吸附作用与纳米效应,NE可良好地吸附在矿物与金属钻具表面,大幅提高润滑效率。现场应用结果表明,NE可大幅降低钻柱扭矩与摩阻,减少卡钻事故发生频率,满足水平井段钻井液润滑性的技术要求。

关键词：钻井液润滑剂微乳液纳米

抗高温低聚物KGDP的研制及在深井钻井中的应用

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西安石油大学学报（自然科学版） 2015年第3期30卷 72-76,10页

作者：黄维安贾江鸿李树皎赵国权钟汉毅邱正松董兵强中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院山东东营257017 中国石油长城钻探工程公司北京100101 塔里木石油勘探开发指挥部第二勘探公司泥浆技术服务公司新疆库尔勒841000

基于分子结构优化设计和单体优选,合成了抗高温抗盐低分子量聚合物KGDP,评价了其分子链热稳定性和在水基钻井液基浆中的抗温抗盐降黏效果,并将其应用于我国目前井底温度最高的2口深井——胜科1(236℃)和泌深1井(241℃)中。结果表明:新... 详细信息

基于分子结构优化设计和单体优选,合成了抗高温抗盐低分子量聚合物KGDP,评价了其分子链热稳定性和在水基钻井液基浆中的抗温抗盐降黏效果,并将其应用于我国目前井底温度最高的2口深井——胜科1(236℃)和泌深1井(241℃)中。结果表明:新研制的低分子量聚合物KGDP分子链热稳定性强,热解温度在330℃以上;在水基钻井液基浆中的抗温能力达240℃以上,降黏效果优于国内外同类降黏剂;在胜科1井的超高温、高矿化度、高固相含量的苛刻条件下以及泌深1井241℃的极高温度下发挥了流型调节作用,有效控制了钻井液的黏度、切力,确保了这两口超高温深井的顺利施工。

关键词：抗高温低聚物水基钻井液降黏剂高温高压流变性胜科1井泌深1井

页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律

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天然气工业 2018年第5期38卷 61-70页

作者：潘林华张烨程礼军陆朝晖康远波贺培董兵强页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心、重庆地质矿产研究院 400042 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室、重庆地质矿产研究院

为了研究页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律,构建了大尺度复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验系统,测试了次裂缝角度、注入排量、加砂浓度、支撑剂粒径、压裂液黏度等对支撑剂运移与展布的影响,研究了主/次裂缝中支撑剂的... 详细信息

为了研究页岩储层体积压裂复杂裂缝支撑剂的运移与展布规律,构建了大尺度复杂裂缝支撑剂运移与展布评价实验系统,测试了次裂缝角度、注入排量、加砂浓度、支撑剂粒径、压裂液黏度等对支撑剂运移与展布的影响,研究了主/次裂缝中支撑剂的运移与展布规律。结果表明:(1)裂缝中流体流态随裂缝支撑高度增加逐步由层流向紊流转变;(2)支撑剂在裂缝中的运移方式主要包括悬浮运移和滑移运动;(3)分支前主裂缝的支撑剂展布形态与次裂缝角度、注入排量、加砂浓度和支撑剂粒径等参数相关,其中注入排量为最主要的影响因素;(4)分支后主裂缝的支撑剂质量比与次裂缝角度、注入排量、液体黏度、加砂浓度和支撑剂粒径呈正比,同次裂缝与主裂缝的流量比呈反比;(5)分支后次裂缝的支撑剂质量比与注入排量、次裂缝与主裂缝的流量比、压裂液黏度呈正比,与次裂缝角度、加砂浓度和支撑剂粒径呈反比;(6)分支后主裂缝的砂堤前缘角度同加砂浓度、支撑剂粒径、次裂缝与主裂缝的流量比呈正比,与次裂缝角度、注入排量和压裂液黏度呈反比;(7)次裂缝的砂堤前缘角度同次裂缝角度、加砂浓度与支撑剂粒径呈正比,和注入排量、压裂液黏度、次裂缝与主裂缝的流量比呈反比。结论认为,该研究成果可以为页岩储层体积压裂支撑剂的优选和压裂方案设计提供理论支撑。

关键词：页岩储集层体积压裂复杂裂缝支撑剂运移与展布规律实验室试验系统

新型页岩气储层保护剂SDME-2的制备及特性

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石油化工高等学校学报 2015年第6期28卷 61-65,79页

作者：董兵强邱正松王伟吉钟汉毅宋丁丁中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

页岩气钻探开采过程中,钻井液滤液侵入页岩储层易导致严重的水敏损害和液相圈闭,严重影响了页岩气地层钻井安全及页岩气产能。针对页岩气储层特性及储层损害主要因素,基于纳米乳液制备理论及页岩储层保护基本原理,利用Gemini季铵盐型表... 详细信息

页岩气钻探开采过程中,钻井液滤液侵入页岩储层易导致严重的水敏损害和液相圈闭,严重影响了页岩气地层钻井安全及页岩气产能。针对页岩气储层特性及储层损害主要因素,基于纳米乳液制备理论及页岩储层保护基本原理,利用Gemini季铵盐型表面活性剂GTN、Tween80、正戊醇和正辛烷作为主要原料,制备出了纳米乳液储层保护剂SDME-2。性能评价结果表明,SDME-2具有超低的界面张力,可使页岩表面由水湿转变成中性润湿,显著降低岩心残余水饱和度,提高超低渗页岩岩心渗透率恢复值,降低储层水锁伤害;可显著降低页岩对甲烷的吸附量,有利于甲烷分子的低压解吸。以纳米乳液SDME-2作为储层保护剂,构建了页岩气储层保护水基钻井液。性能评价结果表明,该钻井液流变性良好,抑制性强,具有优良的储层保护性能。

关键词：纳米乳液储层保护页岩气水基钻井液

临兴区块致密砂岩气储层损害机理及钻井液优化

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钻井液与完井液 2018年第6期35卷 65-70页

作者：董兵强邱正松陆朝晖张烨邓智孙泽宁张伟页岩气勘探开发国家地方联合工程研究中心.重庆地质矿产研究院重庆401120 国土资源部页岩气资源勘查重点实验室.重庆地质矿产研究院重庆400042 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 中联煤层气有限责任公司北京100011 中海油服油田化学研究院河北燕郊065201

致密砂岩气储层钻井过程中,钻井液入侵将造成严重的储层伤害难题。通过岩心分析技术、岩心流动实验等系统分析了临兴区块致密砂岩气储层主要损害机理,统计并分析了现场钻井液存在的技术难题,并优化出具有良好性能的致密砂岩气储层保护... 详细信息

致密砂岩气储层钻井过程中,钻井液入侵将造成严重的储层伤害难题。通过岩心分析技术、岩心流动实验等系统分析了临兴区块致密砂岩气储层主要损害机理,统计并分析了现场钻井液存在的技术难题,并优化出具有良好性能的致密砂岩气储层保护钻井液。研究结果表明,临兴区块致密砂岩气储层岩石具有中-粗砂状结构,胶结致密,孔喉细小,含敏感性黏土矿物,储层潜在严重的水锁伤害与中等偏强的水敏性及应力敏感性损害(临界压力为7.0 MPa),潜在中等偏弱的速敏性(临界流速为0.75 mL/min)、盐敏性(临界矿化度为7500 mg/L)、碱敏性(临界pH值为10.0)及土酸敏感性损害;临兴区块主要存在储层损害、钻井液漏失、井眼垮塌、摩阻扭矩大与井眼清洁等钻井液技术难题。优化出的钻井液封堵性能良好,滤液表面张力低(23.3 mN·m-1),能减少固相侵入,削弱水锁效应,提高岩石渗透率恢复值至91.3%,具有良好的储层保护性能。现场应用结果表明,该储层保护钻井液完全满足复杂井段或水平井段钻进的钻井液技术要求。

关键词：致密砂岩气储层伤害钻井液临兴区块纳米乳液

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微纳米封堵技术研究及应用

钻井液与完井液 2015年第2期32卷 6-10,97页

作者：邱正松王伟吉董兵强王洪伟暴丹中国石油大学石油工程学院山东青岛中海油田服务股份有限公司油田化学事业部天津

KL3-2油田开发井中东营组下段和沙河街组泥页岩易剥落掉块,导致严重的井下复杂情况。通过X射线衍射、扫描电镜、孔径分布测试、理化性能分析、岩样浸泡实验、岩样自吸水实验等,分析了该地层井壁失稳机理。结果表明：该地层脆性矿物含量... 详细信息

KL3-2油田开发井中东营组下段和沙河街组泥页岩易剥落掉块,导致严重的井下复杂情况。通过X射线衍射、扫描电镜、孔径分布测试、理化性能分析、岩样浸泡实验、岩样自吸水实验等,分析了该地层井壁失稳机理。结果表明：该地层脆性矿物含量高达60%以上,膨胀性黏土矿物含量低,基质微孔隙、微裂缝、层理发育,属于典型的硬脆性泥页岩。钻井液滤液在毛细管力和压差作用下沿微裂缝侵入地层内部,微裂缝、微裂隙的延伸、扩展是泥页岩地层井壁失稳的主要原因。钻井液技术对策为加强微孔、微裂缝的封堵,加强抑制,研选了微纳米封堵剂HSM和页岩抑制剂胺基硅醇HAS,构建了防塌钻井液体系。评价表明,该体系能够有效地封堵泥页岩微孔、微裂缝,阻缓压力传递。现场应用表明,微纳米封堵钻井液能显著改善滤饼质量,降低滤失量,大大减少了钻井液滤液由于压差作用侵入地层,防止由其引起微裂缝、微裂隙延伸、扩展而导致井壁不稳定和各种井下复杂情况的发生。

关键词：井壁稳定硬脆性泥页岩微纳米封堵胺基硅醇防榻钻井液