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多层非线性局部感受野极限学习机方法用于录井气体分析

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 157-169页

作者：李忠兵袁章雨梁海波谌贵辉蒋川东西南石油大学电气信息学院成都610500 西南石油大学机电工程学院成都610500

随着我国能源需求的不断提升以及钻探环境的日益复杂化,开展高精度的烷烃类气体浓度检测对于提高油气勘探效率具有重要意义。光谱录井技术具有烃类气体检测快速、准确等优势,已成为石油勘探过程中备受关注的研究热点。针对录井气体红外... 详细信息

随着我国能源需求的不断提升以及钻探环境的日益复杂化,开展高精度的烷烃类气体浓度检测对于提高油气勘探效率具有重要意义。光谱录井技术具有烃类气体检测快速、准确等优势,已成为石油勘探过程中备受关注的研究热点。针对录井气体红外光谱由于饱和吸收、噪声干扰、基线漂移等方面引起的非线性问题,提出了多层非线性局部感受野极限学习机(NM-LRF-ELM)模型。该模型将一维光谱数据转换为二维矩阵格式,利用局部感受野的数据处理方式在输入与隐藏层之间实现非线性特征提取。同时,引入改进的T-sigmoid激活函数,并在全连接层后加入dropout层来降低模型的过拟合风险。模型的特征提取与定量分析呈一体化结构,直接输出定量分析预测值。采集了两组共407个混合烷烃气体样本的红外光谱作为实验数据集,进行定量分析实验。实验结果表明,相较于滑动窗口类与灰狼优化定量分析模型,该模型的训练时间显著减少了90%以上。即使在同系物的非线性干扰下,模型的预测精度仍低于系统误差。因此,提出的方法有助于在现场环境变化复杂的情况下,降低未知气体的非线性干扰,提高对目标气体的红外光谱检测精度。

关键词：气测录井红外光谱定量分析局部感受野极限学习机

钻井液流变性对转盘钻井钻柱耦合振动抑制的参数影响研究

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机械工程学报 2024年第5期60卷 183-195页

作者：陈益丽柳军梁爽西南石油大学机电工程学院成都610500 成都大学机械工程学院成都610106

当钻头钻进时,环空内的钻井液因混合大量岩屑会表现出较强的非牛顿流变性,对钻柱振动行为产生较大影响。采用Hamilton变分原理建立了转盘钻井钻柱纵-横-扭耦合(Axial-lateral-torsional coupling,ALTC)非线性动力学模型,模型充分考虑了... 详细信息

当钻头钻进时,环空内的钻井液因混合大量岩屑会表现出较强的非牛顿流变性,对钻柱振动行为产生较大影响。采用Hamilton变分原理建立了转盘钻井钻柱纵-横-扭耦合(Axial-lateral-torsional coupling,ALTC)非线性动力学模型,模型充分考虑了钻柱结构阻尼、钻井液非牛顿流变阻尼、钻头-岩石互作用及钻柱-井壁接触等因素的影响。提出一种瑞利阻尼矩阵计算方法,采用纵、横、扭、纵-横、横-扭、纵-扭阻尼矩阵联合求得纵-横-扭耦合阻尼矩阵,实现了在钻柱ALTC振动阻尼中考虑钻井液的影响。采用有限元法结合Newmark-β法实现了系统非线性振动模型的离散及求解,并借助现场实测数据验证了模型的有效性。利用模型探究了钻井液流变参数对钻柱ALTC振动响应的影响机理,结果表明:较大的钻井液屈服应力和稠度系数(τ_(Hy)=7,k=5),及较小的幂律指数(n=0.2)可更好地抑制钻柱系统纵向振动,降低跳钻风险;较大的钻井液屈服应力和稠度系数(τ_(Hy)=7,k=5),幂律指数n=0.8可更好地抑制钻柱系统横向振动,保持井眼直径;较大的稠度系数和幂律指数(k=5,n≥0.8)可更好抑制钻柱系统粘滑振动,提高机械钻速。研究结果可为优化钻柱及钻井液参数,降低钻柱有害振动,提高钻井效率提供理论支撑。

关键词：转盘钻井钻柱振动耦合振动钻井液流变性粘滑振动

融合NSGA-II和CSA的多目标车间调度

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计算机工程与应用 2024年第4期60卷 315-323页

作者：杨青席珍珍葛亮林星宇邢志超西南石油大学电气信息学院成都610500 西南石油大学机电工程学院成都610500

针对在灵活车间系统中调度作业和自动引导车(automated guide vehicle,AGV)的同时调度问题,考虑在有限多个AGV和加工机台的情况下,以最小化最大完工时间、单个AGV搬运消耗时间及所有AGV搬运总消耗时间为目标函数,设计融合NSGA-II(non-do... 详细信息

针对在灵活车间系统中调度作业和自动引导车(automated guide vehicle,AGV)的同时调度问题,考虑在有限多个AGV和加工机台的情况下,以最小化最大完工时间、单个AGV搬运消耗时间及所有AGV搬运总消耗时间为目标函数,设计融合NSGA-II(non-dominated sorting genetic algorithms)和克隆选择(clonal selection algorithm,CSA)的改进算法INGCSA来解决此类问题。采用工件、加工机台和AGV三部分编码;引入非支配排序和目标函数值大小排序后总得分进行种群分层,从而有效地保留优秀个体;针对克隆后的种群,对不同等级的种群采取不同的变异概率,并对染色体进行内部交换与均匀交叉混合交换的基因重组,有效地提高了种群的多样性与防止陷入局部最优。通过三组对比实验,验证了该算法在探索最优解时,具有运行时间短、稳定性高和收敛性好等优点。

关键词： NSGA-II 克隆选择算法任务调度运输调度自动引导车(AGV)

基于局域牵引供电自愈的电气化铁路光储应急保障供电系统及分层管控方法

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电网技术 2024年

作者：邓文丽蒋林戴朝华西南石油大学电气信息学院西南石油大学工程训练中心西南交通大学电气工程学院

为提升牵引供电系统故障时的应急支撑与自救援能力，提出了一种基于局域牵引供电自愈的电气化铁路光储应急保障供电系统及分层管控方法。首先，构建了包含地面应急环节和车载应急环节的车地一体化协同响应架构；在此基础上设计了系统应... 详细信息

为提升牵引供电系统故障时的应急支撑与自救援能力，提出了一种基于局域牵引供电自愈的电气化铁路光储应急保障供电系统及分层管控方法。首先，构建了包含地面应急环节和车载应急环节的车地一体化协同响应架构；在此基础上设计了系统应急运行分层管控方法，在系统层中建立了故障特征驱动的应急能量管理策略，匹配执行不同场景下各环节应急能量分摊计算，在器件层中针对核心变流环节，提出了基于比例谐振型双模式切换的应急孤岛协同控制和线性自抗扰电压控制，灵活切换3类不同应急响应控制形式进行故障区段牵引受电状态快速恢复，通过对系统总合扰动动态评估和实时补偿来支撑不确定性因素作用下系统的动态稳定；最后，通过典型场景、方案对比、控制性能分析等，对所提方案的牵引应急响应特性及运行适应性进行了多角度验证分析。结果表明：所提方案能够为牵引供电系统提供独立于外部电网和变电所的应急保障电源，不同故障类型中实现局域牵引供电状态自愈及站间可用光/储/制动电能有序管理，主动支撑失电区段列车执行应急自牵引行为，可极大降低常规系统应急能力不足造成的潜在风险损失。

关键词：电气化铁路牵引供电应急保障光伏发电储能自牵引

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利用时域叠加的声学成像法定位埋地PE管道

声学学报 2024年第3期49卷 569-576页

作者：葛亮何建高艳肖小汀吴佳晔王甜西南石油大学机电工程学院成都610500 中国科学院声学研究所北京100190 西南石油大学电气信息学院成都610500

针对现有埋地管道探测技术难以确定聚乙烯(PE)管道埋深且通常对管线走向的探测误差较大的问题,提出了优化的时域叠加声学成像法。利用该方法对仿真信号进行直达波与表面波消除、反射波提取和成像定位处理,验证了方法的可行性。最后,对埋... 详细信息

针对现有埋地管道探测技术难以确定聚乙烯(PE)管道埋深且通常对管线走向的探测误差较大的问题,提出了优化的时域叠加声学成像法。利用该方法对仿真信号进行直达波与表面波消除、反射波提取和成像定位处理,验证了方法的可行性。最后,对埋深0.4 m和1.0 m的PE管进行定位测试实验,最大管线平面定位误差分别为0.179 m和0.240 m,说明该方法基本满足较好埋地条件PE管道探测的需求。

关键词：管线定位聚乙烯管道声学成像时域叠加

偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流运动速度与颗粒分布的试验研究

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山地学报 2024年第3期42卷 389-400页

作者：樊晓一夏贵平温翔徐奕梓刘浩南西南石油大学土木工程与测绘学院西南石油大学工程安全评估与防护研究院西南石油大学机电工程学院

滑坡-碎屑流在行进中受到侧向地形约束与挤压，运动方向发生偏转，侧蚀、侧向冲击或掩埋原低风险分区内的建筑结构。偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流致灾参数分布演化特征及过程，包括运动速度、堆积分布、颗粒分选等的分析与反演是有效... 详细信息

滑坡-碎屑流在行进中受到侧向地形约束与挤压，运动方向发生偏转，侧蚀、侧向冲击或掩埋原低风险分区内的建筑结构。偏转地形约束条件下滑坡-碎屑流致灾参数分布演化特征及过程，包括运动速度、堆积分布、颗粒分选等的分析与反演是有效防控此类地质灾害的前提与基础。前期滑坡-碎屑流模型试验较少考虑其在受地形偏转作用影响下的运动特征，结果与实际观测不符。本文以典型滑坡碎屑流为原型，改进模型试验装置，采用物理模型试验，探究偏转点前后碎屑流运动速度和颗粒分布变化。研究结果表明：（1）碎屑流的运动速度在偏转点显著下降，并在偏转点后急剧增加并达到峰值，呈现出急加速、波动加速、地形偏转作用导致的速度剧烈下降、运动堆积区的逐渐下降、堆积停滞区的快速下降五个变化阶段。（2）滑坡碎屑流最大堆积厚度位于偏转点之后。（3）碎屑流大、小颗粒在堆积体表层、下层的质量占比分别为50.7%、65.1%，呈现明显的颗粒分选特征。在沿碎屑流运动的纵向和横向方向上，不同粒径的质量占比在偏转点附近与初始状态一致。沿纵向方向上，大颗粒质量占比呈现短距离减小分布，而后随运动距离的增加，质量占比增大，由初始状态的28.3%增大到49.6%；而小颗粒的质量占比则呈现先增加后减小的分布特征，由初始状态的44.0%减小到23.5%；在横向方向上，两侧大颗粒的质量占比大于中部，而小颗粒则相反。研究结果可以为受偏转地形作用的滑坡-碎屑流致灾参数演化和灾害防御提供参考。

关键词：偏转地形滑坡-碎屑流模型试验运动速度颗粒分布

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LNG接收站温室气体甲烷逸散特征与量化

安全与环境学报 2024年

作者：李长俊张洋贾文龙贾平杨张财功陈宇恒西南石油大学石油与天然气工程学院

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）接收站内有大量的法兰、阀门、开口管、连接件等设备，设备内输送的LNG介质与外界环境温差大，其密封点处容易发生老化变形而引发甲烷泄漏，从而造成环境污染。目前，国内外缺少对LNG接收站设... 详细信息

液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）接收站内有大量的法兰、阀门、开口管、连接件等设备，设备内输送的LNG介质与外界环境温差大，其密封点处容易发生老化变形而引发甲烷泄漏，从而造成环境污染。目前，国内外缺少对LNG接收站设备甲烷逸散浓度与甲烷逸散速率检测及排放量的核算方法，难以准确地对LNG接收站甲烷逸散排放量进行核算。研究对LNG接收站高压泵区、管廊区、罐区等12个检测区域，3 243个设备的甲烷逸散浓度进行检测，明确了4类设备及12个区域的泄漏概率，量化了甲烷排放速率，构建了甲烷排放因子，修正了将甲烷逸散浓度换算为甲烷逸散速率的相关方程。结果显示，LNG接收站检测到252个泄漏点，占设备数总量的8%，主要集中在蒸发气（Boil Off Gas，BOG）压缩区、卸船区、高压泵区和罐区。LNG接收站场总排放量为5 756.21 kg/a，其中1.17%的设备贡献了约89%的排放量。相较于天然气输气站和压气站，LNG接收站的泄漏概率更大。研究成果为量化LNG接收站设备密封点排放总量及甲烷减排措施的制定提供了参考。

关键词：环境工程学液化天然气(LNG)接收站甲烷泄漏逸散浓度排放速率换算方法

EH690高强钢的CCT曲线测定与相变动力学分析

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材料热处理学报 2024年

作者：沈新康陈成邵永波高旭东西南石油大学土木工程与测绘学院西南石油大学机电工程学院

采用Gleeble-3500C热力模拟试验机研究了EH690海洋工程用高强钢在不同升温和冷却过程中的相变行为。采用切线法、金相法和硬度法分析了连续冷却过程中EH690高强钢的组织转变规律。结果表明：升温速率增大会使得EH690高强钢奥氏体相变开... 详细信息

采用Gleeble-3500C热力模拟试验机研究了EH690海洋工程用高强钢在不同升温和冷却过程中的相变行为。采用切线法、金相法和硬度法分析了连续冷却过程中EH690高强钢的组织转变规律。结果表明：升温速率增大会使得EH690高强钢奥氏体相变开始和结束温度点升高，升温速率增大至一定范围后影响逐渐减小；缓慢冷却时(≤0.1 ℃），奥氏体主要发生铁素体转变并伴有少量贝氏体相形成；冷却速率介于0.5～5 ℃/s时，主要发生贝氏体相变；快速冷却时(≥10 ℃/s)主要发生马氏体相变。最后采用杠杆定律对热膨胀曲线进行线性回归分析，得到了用于描述奥氏体相变过程的Kamamoto模型和马氏体相变过程的Koistinen-Marburger（K-M）模型的动力学参数。

关键词： EH690高强钢相变行为显微组织 Kamamoto模型 Koistinen-Marburger模型

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多失效模式与变量相关的管道失效概率预测

中国安全科学学报 2024年第5期34卷 36-43页

作者：李长俊曾江浩杨帆西南石油大学石油与天然气工程学院四川成都610500

针对腐蚀管道多失效模式相互竞争、变量非独立的特点以及小失效概率预测效率低的问题,提出一种基于子集模拟法(SS)的腐蚀管道时变失效概率预测方法。基于泄漏与爆裂失效的极限状态函数,考虑泄漏与爆裂失效的竞争关系,构建管道竞争失效... 详细信息

针对腐蚀管道多失效模式相互竞争、变量非独立的特点以及小失效概率预测效率低的问题,提出一种基于子集模拟法(SS)的腐蚀管道时变失效概率预测方法。基于泄漏与爆裂失效的极限状态函数,考虑泄漏与爆裂失效的竞争关系,构建管道竞争失效概率预测模型;使用Nataf转换方法描述模拟样本中缺陷深度与长度的相关性,提出考虑失效模式竞争性、变量相关性的腐蚀管道失效概率求解方法,并采用蒙特卡罗模拟(MCS)验证该方法;应用上述方法,探究缺陷深度和长度的弱相关性(相关系数0~0.3)对管道服役15年内失效概率的影响。结果表明:失效概率大于10-6时,使用该方法的计算结果与MCS计算结果基本相同,计算效率高于MCS,且可预测概率水平为10-12的极小概率事件;管道服役15年内,缺陷变量相关系数越大,管道爆裂失效概率越大,越早到达爆裂失效概率阈值年限;而随着相关系数的增大,泄漏失效概率越小,越晚达到泄漏失效概率阈值年限;在预测后期,相关系数增大对2种失效概率的影响均减弱。

关键词：失效模式变量相关失效概率腐蚀管道子集模拟(SS) Nataf转换