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作者：谢江锋江苏大学

学位级别：硕士

环形密封是泵等旋转流体机械中防止介质泄漏和提高机组效率的关键部件,在机械工程领域应用广泛。随着工质和运行参数不断提高,密封引起的系统稳定性问题愈发突出,阻旋栅密封技术是抑制密封流体激振力引起的转子失稳问题的重要方法之一... 详细信息

环形密封是泵等旋转流体机械中防止介质泄漏和提高机组效率的关键部件,在机械工程领域应用广泛。随着工质和运行参数不断提高,密封引起的系统稳定性问题愈发突出,阻旋栅密封技术是抑制密封流体激振力引起的转子失稳问题的重要方法之一。对于阻旋栅环形密封的优化研究,涉及多参数、多工况、多目标等问题,目前大多进行确定性的单点优化,少有多点优化。本文以阻旋栅环形密封为研究对象,针对多参数、多工况和多目标问题进行优化研究;借助数值模拟、正交、均匀试验设计、预测模型和多目标遗传算法进行优化设计研究,旨在提高其密封性能和转子运行的稳定性。本文的主要研究内容和结论有:1.首先,阐述了阻旋栅环形密封的国内外研究现状,提出了对其展开多工况、多目标优化设计研究的意义。介绍了计算流体力学理论与数值计算方法,并对阻旋栅环形密封动力特性理论模型进行了详细阐述,这为后续的研究提供了理论基础。2.其次,基于SST k-ω湍流模型,针对阻旋栅环形密封进行数值模拟计算,并与其试验结果对比,同时分析了阻旋栅的方形槽几何参数（长度l、高度h、厚度t和个数p）对密封静力和动力特性的影响。研究结果表明:（1）针对阻旋栅环形密封的静力特性研究,在环形密封进口处加装阻旋栅,会使环形密封进出口压差降低,抑制密封中流体激振力,泄漏量降低;会使泄漏流体的圆周速度方向发生改变,增大密封间隙的流动阻力,进口圆周速度降低,进而进口预旋比降低。（2）针对阻旋栅环形密封的动力特性研究,在环形密封进口处加装阻旋栅,会使环形密封的交叉刚度系数降低,主阻尼系数提高,进而降低涡动系数。（3）通过对比各参数对密封性能的影响,发现方形槽的长度和个数对密封静力和动力特性影响最大;增加方形槽长度,会使环形密封的泄漏量增加,增加方形槽个数,会使环形密封的泄漏量降低;增加方形槽的长度和个数,环形密封的进口预旋比降低,交叉刚度系数降低,主阻尼系数提高,进而降低涡动系数,这提高了转子运行的稳定性。3.再次,针对阻旋栅环形密封优化设计中多工况正交优化研究,以阻旋栅环形密封中的方形槽的长度l、高度h、厚度t和个数p为优化变量,以在工况为转速ω=2000rpm,4000rpm,6000rpm,8000rpm下的加权平均泄漏量和加权平均进口预旋比最低为优化目标,通过正交试验设计和极差分析法获得相应的最佳参数组合,即方案Opt 1和Opt 2,对比优化前后阻旋栅环形密封的静力和动力特性。研究结果表明:（1）针对泄漏量为优化目标的方案Opt 1,优化后环形密封的加权平均泄漏量降低了11.01%,加权平均进口预旋比却提高了12.2%;优化后的阻旋栅对环形密封的动力特性影响较小。（2）针对进口预旋比为优化目标的方案Opt 2,优化后环形密封的加权平均泄漏量降低了1.38%,加权平均进口预旋比降低了20.4%;在工况为进出口压差（35）P=2.07bar,偏心距e=102.87μm,转速ω=2000rpm,4000rpm,6000rpm,8000rpm下,优化后的环形密封的交叉刚度系数降幅为5.72%～10.15%,主阻尼系数增幅为7.67%～22.67%,进而降低了涡动系数,使得环形密封的密封性能在运行工况参数的变动区间内均得到改善。4.接着,针对阻旋栅环形密封优化设计中优化目标与优化参数间预测模型的建立,以阻旋栅环形密封中的方形槽的长度l、高度h、厚度t和个数p为优化变量,以工况为转速ω=2000rpm,4000rpm,6000rpm,8000rpm下的加权平均泄漏量和加权平均进口预旋比最低为优化目标,依据其个数和取值范围设计合适的混合均匀试验表,结合CFD数值模拟和不确定分析,构建了优化目标与参数间的预测模型,基于预测模型评价效果的基础上,对比分析了三种模型的预测能力。研究结果表明:BP神经网络预测模型预测精度更好,可将其作为下文寻优算法中的适度评价函数。5.最后,针对阻旋栅环形密封的多工况、多目标优化设计研究,将BP神经网络预测模型与多目标遗传算法组合,借助Matlab进行寻优操作,获得最优参数组合为l=6.985mm,h=7.458mm,t=3.954mm,p=40,即方案Opt 3,同时分析了优化前后环形密封的静力和动力特性。研究结果表明:（1）优化后环形密封的加权平均泄漏量降低了8.69%,加权平均进口预旋比降低了16.33%。（2）在进出口压差（35）P=2.07bar,偏心距e=102.87μm,转速ω=2000rpm,4000rpm,6000rpm,8000rpm工况下,优化后环形密封的交叉刚度系数降幅为8.11%～17.97%,主阻尼系数增幅为20.80%～35.94%,进而降低了涡动系数,使得环形密封的密封性能在运行工况参数的变动区间内均得到提升,优化效果显著。（3）通过不同优化方案（Opt 1,Opt 2,Opt 3

关键词：阻旋栅环形密封 CFD数值模拟多工况优化多目标优化多目标遗传算法

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船舶设备事故中的人为因素分析与控制研究

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2020年第10期 260-260,262页

作者：谢江锋中国船舶重工集团公司第七一五研究所浙江杭州311400

目前,随着经济的发展,我国的现代化发展也有了提高。时代经济发展在提升人们生活水平的同时,因为市场需求的增加,先进科学技术在生产和生活过程中的应用逐渐广泛,提升产业生产效率的同时,对于促进企业的健康可持续发展有积极性作用。在... 详细信息

目前,随着经济的发展,我国的现代化发展也有了提高。时代经济发展在提升人们生活水平的同时,因为市场需求的增加,先进科学技术在生产和生活过程中的应用逐渐广泛,提升产业生产效率的同时,对于促进企业的健康可持续发展有积极性作用。在本次研究过程中,立足与电气自动化技术分析,对电气自动化技术在船舶机械设备中的应用和应用趋势进行分析,为生产效率的提升提供基础的技术保障。

关键词：船舶设备事故人为因素分析控制研究

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影响船舶制造中焊接质量的因素及对策

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2020年第11期 240-241页

作者：谢江锋中国船舶重工集团公司第七一五研究所浙江杭州311400

船舶焊接技术是现代造船的关键技术,为了保证船舶的安全航行,在实际应用中有必要对船舶进行加固船舶技术应用控制,质量优化管理,从而保证船舶建造的整体质量因此,有必要加强研究。

关键词：船舶制造焊接质量影响因素对策

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侧钻小井眼固井顶替效率数值模拟

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科学技术与工程 2022年第1期22卷 120-128页

作者：谢江锋李建君白明娜段志锋中国石油长庆油田公司油气工艺研究院西安710021 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室西安710021

保证小井眼固井质量的关键是如何用固井液把环空中的钻井液及井壁泥饼顶替干净。小井眼本身井况的复杂性(如井眼不规则、套管偏心)、顶替液与被顶替液的流体性质以及固井施工参数都是影响小井眼固井顶替效率的主要因素,因此需要开展相... 详细信息

保证小井眼固井质量的关键是如何用固井液把环空中的钻井液及井壁泥饼顶替干净。小井眼本身井况的复杂性(如井眼不规则、套管偏心)、顶替液与被顶替液的流体性质以及固井施工参数都是影响小井眼固井顶替效率的主要因素,因此需要开展相关研究,以认识各因素对固井质量的影响规律,并对固井参数进行优化。首先,基于计算流体力学相关理论与方法,建立了侧钻小井眼固井顶替数值模型,分析了固井顶替过程中顶替液与被顶替液之间的两相界面变化特征,揭示了小井眼固井的顶替机理;其次,基于小井眼固井顶替数值模型,模拟了幂律流体在小井眼固井顶替过程中顶替界面的发展过程,得到了顶替界面长度与顶替效率随顶替时间的变化规律;最后,根据数值模拟结果分析了顶替液与被顶替液流性指数与稠度系数、顶替液与被顶替液之间的密度差、套管偏心度和固井顶替排量对顶替界面长度与顶替效率的影响规律。研究结果成功指导了长庆苏里格气田首口侧钻水平井固井施工。

关键词：侧钻小井眼固井顶替效率数值模拟

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超分子聚合物堵漏技术在长庆油田恶性漏失井的应用

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钻井液与完井液 2021年第6期38卷 705-714页

作者：艾磊宫臣兴谢江锋蒋官澄崔凯潇邓正强中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院中国石油长庆油田分公司低渗透油气田勘探开发国家工程实验室西安710018 油气资源与探测国家重点实验室石油工程教育部重点实验室中国石油大学(北京)北京102249

长7页岩油储层致密但流体流动性好,砂岩储层存在微米级孔隙,加上存在断层构造,导致钻进过程中渗透性漏失、裂缝性漏失甚至失返性漏失频发,常规堵漏材料无法满足钻井施工要求,造成非生产时间和成本大幅度增加,严重制约了勘探开发进程。... 详细信息

长7页岩油储层致密但流体流动性好,砂岩储层存在微米级孔隙,加上存在断层构造,导致钻进过程中渗透性漏失、裂缝性漏失甚至失返性漏失频发,常规堵漏材料无法满足钻井施工要求,造成非生产时间和成本大幅度增加,严重制约了勘探开发进程。借助超分子化学理论,通过合成优化配方,研发出了新型超分子聚合物防漏堵漏材料,并对其微观结构、剪切稀释性和恶性漏失承压堵漏能力进行了表征与测试。研究结果表明,超分子聚合物堵漏材料不仅具有优异的剪切稀释性和黏附能力,而且对两层钢珠床(钢珠直径8~10 mm)模拟的大孔隙性漏失和直缝板(缝宽2~6 mm)模拟的裂缝性漏失均具有较强的承压堵漏效果,承压达6 MPa。在长7页岩油区块典型恶性漏失井应用表明,超分子聚合物堵漏技术可以有效提高裂缝性漏层的承压能力,减少漏失量并降低综合堵漏成本,助力长7页岩油勘探开发,值得进一步研究和推广。

关键词：井漏裂缝性漏失超分子聚合物长7页岩油

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页岩夹煤层弱面水平井段定面射孔优化分析

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科学技术与工程 2019年第23期19卷 100-106页

作者：谢江锋马占国张秀玲胡景宏中国地质大学(北京)能源学院非常规天然气地质评价与开发工程北京市重点实验室北京100083 中国石油长庆油田公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家实验室西安710018 中国石油集团钻井工程技术研究院北京102200

在水平井压裂施工过程中,射孔参数的优化是降低储层破裂压力,提高油田经济效益最直接有效的方法。在地下储层中,弱面的存在增强了储层的非均质性,同时改变了射孔时的起裂压力。应用单一弱面强度理论,结合射孔完井下单孔眼最大主应力公式... 详细信息

在水平井压裂施工过程中,射孔参数的优化是降低储层破裂压力,提高油田经济效益最直接有效的方法。在地下储层中,弱面的存在增强了储层的非均质性,同时改变了射孔时的起裂压力。应用单一弱面强度理论,结合射孔完井下单孔眼最大主应力公式,推导出含弱面水平井段单孔眼最大主应力与弱面倾角的关系。并使用有限元分析软件ABAQUS,对9组不同角度弱面倾角水平井段进行定面射孔模拟分析,得到弱面倾角对孔眼最大主应力和最佳射孔密度的影响规律,对理论模型结果进行验证。结果表明:孔眼处最大主应力受弱面倾角控制,当弱面倾角βφ/2+45°时,随弱面倾角增大,孔眼处最大主应力先减小后增大,最佳射孔密度选用16孔/m;当弱面倾角β=φ/2+45°时,井筒将会沿着弱面发生破裂。对于含弱面水平井段的射孔提出优化方案,最大限度地降低地层破裂压力,该方法对实际生产具有一定的理论指导意义。

关键词：定面射孔弱面层理弱面倾角 ABAQUS 射孔优化

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宜川-黄龙区块裂缝性地层恶性漏失堵漏研究与实践

宜川-黄龙区块裂缝性地层恶性漏失堵漏研究与实践

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第33届全国天然气学术年会

作者：谢江锋段志锋吴学升宫臣兴中国石油长庆油田公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室

宜川-黄龙区块位于长庆油田鄂尔多斯盆地东部,井漏问题突出,严重制约油田降本增效和优快钻完井技术发展。通过岩样取芯电镜照片和X衍射分析,该区块地层岩石脆性大,裂缝发育。针对区块地层大型失返型漏失状况,通过优选水泥减轻支撑剂、... 详细信息

宜川-黄龙区块位于长庆油田鄂尔多斯盆地东部,井漏问题突出,严重制约油田降本增效和优快钻完井技术发展。通过岩样取芯电镜照片和X衍射分析,该区块地层岩石脆性大,裂缝发育。针对区块地层大型失返型漏失状况,通过优选水泥减轻支撑剂、有机交联剂、合成纤维及外掺材料等关键添加剂,形成可固化低密度堵漏工作液体系。室内评价表明,该体系对1mm～2mm裂缝可有效封堵,室内最高承压可达6.2MPa。现场试验2口井,均能一次堵漏成功,应用效果良好,表明低密度可固化堵漏浆体系在该区域适应性和广泛应用前景。

关键词：宜川-黄龙裂缝型漏失低密度可固化堵漏浆架桥堵漏承压堵漏

来源： cnki会议评论

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钻柱旋转条件下水平井岩屑床厚度计算模型研究

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钻采工艺 2023年第2期46卷 8-14页

作者：白明娜谢江锋陈海涌欧阳勇安锦涛张倩阚正玉中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院低渗透油气田勘探开发国家工程实验室中国石油长庆油田分公司工程技术管理部中国石油大学(北京)石油工程学院中国石油玉门油田分公司老君庙采油厂天津汇铸石油设备科技有限公司

水平段钻进过程中,井眼清洁效果不佳可导致摩阻扭矩增大、环空压耗激增、卡钻等井下复杂情况,严重制约水平段延伸能力。前人在相关研究中往往忽略或弱化了钻杆转速对水平段井眼清洁的影响,建立的相关理论模型未考虑钻杆旋转对环空流场... 详细信息

水平段钻进过程中,井眼清洁效果不佳可导致摩阻扭矩增大、环空压耗激增、卡钻等井下复杂情况,严重制约水平段延伸能力。前人在相关研究中往往忽略或弱化了钻杆转速对水平段井眼清洁的影响,建立的相关理论模型未考虑钻杆旋转对环空流场的影响。为探究钻杆转速和排量对岩屑运移的协同作用,文章通过对水平井钻杆旋转时的不同方向上的环空流场流体流速以及对岩屑颗粒的三维受力分析建立了钻柱旋转条件下的水平井岩屑床厚度计算模型。在水平段钻进过程中,由于重力作用,钻杆沉于环空低边,形成窄环空区域,模型计算结果表明该区域钻井液轴向流速慢,往往不足以达到岩屑启动的临界流速从而造成岩屑沉积,此时钻杆旋转导致的钻井液周向速度可将岩屑带入环空高边的高速流域从而达到携岩的效果。利用该模型对玛湖现场常用的7种环空尺寸进行了计算,推荐了不同井眼尺寸下的钻杆转速,通过实钻情况的对比分析证实了本模型的可靠性。该模型为指导水平井钻进提供了一定的理论基础。

关键词：水平井钻柱旋转岩屑运移岩屑床厚度钻进参数优选

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天环坳陷页岩气井井壁失稳机理及防塌钻井液技术研究与应用

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科学技术与工程 2022年第29期22卷 12791-12799页

作者：张矿生欧阳勇谢江锋陈志勇黄胜铭黄维安中国石油长庆油田公司油气工艺研究院西安710018 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室西安710018 中国石油长庆油田公司工程技术管理部西安710021 中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580

针对天环坳陷构造区块泥页岩地层井壁失稳问题,通过复杂地层矿物组成、微观构造、理化性质以及三轴应力实验综合分析,提出了“封堵+润滑”的双效协同井壁防塌对策。泥页岩微裂缝、微孔隙发育,地层岩样易水化膨胀以及岩心表面亲水性较差... 详细信息

针对天环坳陷构造区块泥页岩地层井壁失稳问题,通过复杂地层矿物组成、微观构造、理化性质以及三轴应力实验综合分析,提出了“封堵+润滑”的双效协同井壁防塌对策。泥页岩微裂缝、微孔隙发育,地层岩样易水化膨胀以及岩心表面亲水性较差是造成井壁失稳最主要的原因。通过加强地层封堵能力和降低水平段摩阻,可达到稳定井壁的目的。所构建的高效防塌钻井液体系抗NaCl能力为10%,抗CaCl_(2)能力为1.0%,抗劣土能力为10%,回收率为99.6%,对80~100目砂床侵入深度为8.4 mm,较现场水基钻井液渗透性封堵性能有明显提升,能够封住200μm和400μm模拟裂缝,承压能力达到5 MPa,抑制水化分散能力和裂缝性封堵能力优良。在现场应用过程中,水平段的平均井径扩大率低于6%,平均钻速达到4.7 m/h,钻井液体系的静滤失量控制在5 mL以下,在润滑防塌、井眼净化及储层保护方面都起到了很好的效果。研究结果表明,该防塌钻井液体系有效解决了天环坳陷构造区块钻井过程中出现的井壁失稳问题,节约了钻井成本,具有较好的推广前景。

关键词：天环坳陷井壁失稳防塌钻井液抑制封堵润滑防塌

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长庆油田致密气藏超长水平段水平井钻完井技术

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科学技术与工程 2023年第31期23卷 13332-13339页

作者：谢江锋段志锋欧阳勇解永刚吴学升蒙华军思代春中国石油长庆油田公司油气工艺研究院西安710021 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室西安710021

超长水平段水平井在致密气开发过程中,可以增加渗流面积,为致密气藏有效开发提供保障。针对超长水平井钻井过程中裸眼段长、井壁稳定性差、轨迹控制困难、水平段堵漏难度大和完井套管下入困难等技术难题,通过攻关井眼轨迹控制和优化技术... 详细信息

超长水平段水平井在致密气开发过程中,可以增加渗流面积,为致密气藏有效开发提供保障。针对超长水平井钻井过程中裸眼段长、井壁稳定性差、轨迹控制困难、水平段堵漏难度大和完井套管下入困难等技术难题,通过攻关井眼轨迹控制和优化技术,优选旋转导向工具,研发高性能水基钻井液,优化漂浮下套管技术,形成致密气超长水平段水平井钻完井技术。靖51-29H1井完钻井深8528 m,水平段长5256 m,创造亚太地区最长水平段记录。表明致密气藏超长水平段水平井钻井技术可满足长庆油田致密气田开发需求,也为中国其他超长水平段水平井钻井提供了参考依据。

关键词：致密气水平井超长水平段轨迹控制井眼清洁

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