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基于IRML-STAMP的舰船加油系统风险因素识别方法

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安全与环境工程 2024年第2期31卷 51-61,99页

作者：胡婕胡瑾秋胡靖王松波肖尚蕊徐康凯石建成中国船舶集团有限公司系统工程研究院北京100094 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

为研究舰船加油系统遭受外界干扰后的系统功能状态变化情况和系统自身恢复能力,基于IRML-STAMP方法对舰船加油系统风险因素进行识别,定量评估舰船加油系统动态弹性,并与基于传统STAMP方法的评估结果进行比较。结果表明:利用基于IRML-ST... 详细信息

为研究舰船加油系统遭受外界干扰后的系统功能状态变化情况和系统自身恢复能力,基于IRML-STAMP方法对舰船加油系统风险因素进行识别,定量评估舰船加油系统动态弹性,并与基于传统STAMP方法的评估结果进行比较。结果表明:利用基于IRML-STAMP的舰船加油系统风险因素识别方法可以精确找出失效后导致舰船加油系统动态弹性损失最多的STAMP模型的关键节点;以舰船加油系统加油作业设定故障场景为例,压力表等仪表是该系统的关键节点,压力表等仪表故障中断后,系统动态弹性大幅下降0.161;当故障传播路径中不包含关键节点时,系统动态弹性最大,当干扰出现在关键节点时,系统动态弹性最小,差值为0.101;与传统STAMP方法相比,IRML-STAMP方法评估结果可以准确定位系统风险,提高系统动态弹性。该研究结果可以帮助提高舰船加油系统的抗干扰性,对现场舰船加油系统的风险因素识别具有指导意义。

关键词：舰船加油系统风险因素识别动态弹性定量评估故障传播 IRML-STAMP方法

基于卷积神经网络的气井油管液位下方气体泄漏声波检测

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应用声学 2024年

作者：马凡凡樊建春杨云朋丁建敏房奕霖中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室中国石油集团安全环保技术研究院有限公司中国石油大学(北京)人工智能学院

气井油管泄漏问题一直普遍存在于油气生产中。针对油管液位下方泄漏声波特性不明、识别困难的问题，建立了基于声波和卷积神经网络的气井油管液位下方泄漏检测方法。首先搭建了可视化的油管泄漏模拟试验装置，进行了典型工况下的泄漏声... 详细信息

气井油管泄漏问题一直普遍存在于油气生产中。针对油管液位下方泄漏声波特性不明、识别困难的问题，建立了基于声波和卷积神经网络的气井油管液位下方泄漏检测方法。首先搭建了可视化的油管泄漏模拟试验装置，进行了典型工况下的泄漏声波检测试验，然后在时频域内分析了液位下方泄漏的声波信号，最后利用自主搭建的卷积神经网络模型用于油管泄漏检测，将声波信号经过短时傅里叶变换获取的时频图作为模型的输入进行模型参数训练。结果表明，液位下方泄漏声波均方根值和绝对均值随着泄漏流量、液位深度的增加而增大，液位下方泄漏声波时频谱明显区别于其他工况，所提模型泄漏识别准确率可达99.33%，与基于极限学习机，支持向量机的识别模型相比较，所提模型识别准确率更高，验证了所提方法的有效性。

关键词：气井油管液位下方泄漏卷积神经网络泄漏识别声波

海洋平台结构损伤涡流热成像检测激励线圈设计

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电子测量与仪器学报 2024年第1期38卷 195-202页

作者：孙小茹郑文培张来斌中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249

海上平台作为海上石油开发的重要设施,处在海水浸泡、冲击等恶劣环境中,很容易出现损伤,影响其安全性。管节点作为高应力集中的部位是海上平台结构中更易产生损伤的地方,因此对管节点进行检测十分重要,为适应海上平台管节点这种特殊结... 详细信息

海上平台作为海上石油开发的重要设施,处在海水浸泡、冲击等恶劣环境中,很容易出现损伤,影响其安全性。管节点作为高应力集中的部位是海上平台结构中更易产生损伤的地方,因此对管节点进行检测十分重要,为适应海上平台管节点这种特殊结构的损伤检测,利用涡流热成像技术,考虑管节点结构、在管节点表面感应出的涡流分布情况等因素,设计出了圆台形线圈、三角形线圈、扁平双线圈三种形式的线圈,并通过COMSOL、SolidWorks完成了相应的仿真模拟,为了符合实验室需求,又构建出了等比例待测工件及线圈的实际模型,通过实验模拟、MATLAB数据处理验证了仿真模拟的准确性及所设计线圈的有效性。结果表明,扁平双线圈对海上平台管节点的加热效果更佳,能够用于对其损伤缺陷的检测。

关键词：海上平台管节点涡流热成像检测技术激励线圈

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水下井口吸力桩极限贯入深度研究

中国海上油气 2024年第2期36卷 185-194页

作者：李舒展杨进朱国倞黄熠张珣万宏宇中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国海油南海油气能源院士工作站海南海口570312 中海石油(中国)有限公司湛江分公司广东湛江524000

井口吸力桩表层建井技术在天然气水合物开采、边际油田开发、军事航道区水下开发等领域具有良好应用前景,但在井口吸力桩安装过程中存在贯入不到位导致水下井口出泥过高引发钻井工况复杂载荷下水下井口失稳难题,有必要开展极限贯入深度... 详细信息

井口吸力桩表层建井技术在天然气水合物开采、边际油田开发、军事航道区水下开发等领域具有良好应用前景,但在井口吸力桩安装过程中存在贯入不到位导致水下井口出泥过高引发钻井工况复杂载荷下水下井口失稳难题,有必要开展极限贯入深度研究。基于井口吸力桩贯入阶段力学模型,考虑沉贯阻力和极限吸力,建立了井口吸力桩极限贯入深度模型。结合南海西部X井位工程实例,开展了井口吸力桩表层建井设计,计算了直径为6 m的井口吸力桩贯入过程中的阻力,给出了井口吸力桩极限吸力设计参数。计算结果表明:在南海西部X井位安装井口吸力桩,其极限吸力的主要限制因素为临界吸力和水泵吸力;极限贯入深度主要受土质类型和强度、临界吸力的影响,强度高和渗透性好的土体会导致极限贯入深度减小;X井位井口吸力桩极限贯入深度为26.75 m。本文极限贯入深度的计算分析可为井口吸力桩的设计和现场施工提供技术参考。

关键词：水下井口吸力桩贯入深度极限吸力

基于共旋坐标法的钢悬链线立管管土作用数值分析

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中国海上油气 2024年第1期36卷 163-175页

作者：王树江顾继俊黄俊高磊贾纪川黄晨陈磊磊中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102200 新疆工程学院安全科学与工程学院新疆乌鲁木齐830000 中海油研究总院有限责任公司北京100028

为分析钢悬链立管(SCR)在顶部浮体小范围垂降、侧向漂移运动下的立管触地段垂向、侧向管土作用,将立管初始贯入海床及侧向移动过程作为准静态问题,在共旋坐标框架内建立三维有限梁单元模型,并耦合p-y加载曲线模拟立管初始贯入海床过程,... 详细信息

为分析钢悬链立管(SCR)在顶部浮体小范围垂降、侧向漂移运动下的立管触地段垂向、侧向管土作用,将立管初始贯入海床及侧向移动过程作为准静态问题,在共旋坐标框架内建立三维有限梁单元模型,并耦合p-y加载曲线模拟立管初始贯入海床过程,并对比了线性、双线性及非线性管土模型在计算管土响应上的差异,分析了立管顶部水平牵引载荷、海流作用及土体抗剪强度对立管触地段垂向管土作用的影响,进一步研究了浮体小范围漂移工况下的侧向牵引力、土体特性参数对立管触地段侧向、垂向组合的管土作用影响。结果表明:在共旋坐标框架下,非线性管土模型对立管贯入海床的响应模拟更准确;顶部水平牵引力及海流流速增大,均会导致立管贯入海床深度及垂向土阻力减小;土体抗剪强度增大导致立管贯入深度减小但垂向及侧向土阻力增大;顶部浮体侧向牵引力增大致使立管触地段的侧向位移及土阻力增大,但垂向土阻力减小;侧向摩擦系数的增大可显著提高立管触地段的侧向稳定性。本文所述共旋坐标法利用刚体与变形解耦的特性高效求解了立管全局运动及触地段的管土作用,为立管与海床作用研究提供了参考。

关键词：钢悬链立管共旋坐标法管土作用贯入深度土阻力牵引力土体参数

LNG低温复合软管疲劳特性及参数化分析研究

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海洋工程 2024年第3期42卷 95-106页

作者：张玉熊红祥程子云崔腾飞张飞凡方加瑜中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国船舶集团有限公司第七一一研究所上海201108

LNG低温复合软管具有强度高、重量轻、柔韧性好等优点,可以满足恶劣海况下LNG的输送需求,但其结构复杂,且面临多种耦合载荷作用下的疲劳失效问题。首先建立了LNG低温复合软管的有限元模型,研究了复合软管在弯曲和内压载荷下的力学响应... 详细信息

LNG低温复合软管具有强度高、重量轻、柔韧性好等优点,可以满足恶劣海况下LNG的输送需求,但其结构复杂,且面临多种耦合载荷作用下的疲劳失效问题。首先建立了LNG低温复合软管的有限元模型,研究了复合软管在弯曲和内压载荷下的力学响应和弯曲疲劳寿命特性;然后改变螺旋钢丝直径、预紧间距、导程和纤维层数及摩擦系数等参数,对软管的弯曲疲劳寿命进行了参数化分析。结果表明预紧间距、导程和纤维层数对复合软管的疲劳损伤影响显著:预紧间距增大时,复合软管疲劳损伤先增大后减小;导程减小或者层数增加时,复合软管的疲劳损伤会明显减小。摩擦系数对疲劳损伤几乎没有影响。研究成果可为低温复合软管的结构设计提供理论参考。

关键词： LNG低温复合软管强度分析参数化分析疲劳分析

跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展特征试验研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 737-749页

作者：李浩哲姜在炳范宗洋庞涛刘修刚煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点... 详细信息

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程,采用相似材料制作煤岩组合体试件,开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验,分别结合数字散斑技术、声发射监测技术,捕捉裂缝的动态扩展特征,分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明:三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层,裂缝在界面处未转向,增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低;真三轴水力压裂试验条件下,由于煤层塑性强,顶板内裂缝高度、长度均大于煤层,顶板内声发射事件比例高于煤层;在裂缝穿层扩展的前提下,增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长,提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度,但是易导致缝高失控、缝长降低,提出采用变排量压裂施工,初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层,随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸;多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象,部分裂缝可能无法穿层扩展。研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑。

关键词：煤岩界面穿层压裂动态扩展数字散斑声发射

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气井环空液面下泄漏声场模拟

石油机械 2024年第6期52卷 64-69页

作者：房奕霖樊建春杨云朋马凡凡中国石油大学(北京)人工智能学院中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室中国石油安全环保技术研究院

气井油套管环空液面下泄漏声波的产生及传播机理一直备受关注。为研究液面下泄漏声波声源特性,建立了井下油套管环空泄漏物理模型,联合STAR-CCM+软件对环空液面下气体泄漏状态进行了流场及声场的仿真分析,得到了泄漏流场的压力和相态云... 详细信息

气井油套管环空液面下泄漏声波的产生及传播机理一直备受关注。为研究液面下泄漏声波声源特性,建立了井下油套管环空泄漏物理模型,联合STAR-CCM+软件对环空液面下气体泄漏状态进行了流场及声场的仿真分析,得到了泄漏流场的压力和相态云图及不同泄漏孔径、泄漏位置和泄漏速度下的声压频率曲线。研究结果表明:随着泄漏速度升高,泄漏气流冲击管壁且液面震荡剧烈,液面下泄漏声源主要以四极子声源为主;液面上泄漏声源主要由液面震荡破裂及液面下四极子声源共同产生,泄漏声波能量的主要频率分布在0~100 Hz区间;在单一变量条件下,泄漏声压级随泄漏孔径、泄漏速度及泄漏位置距底部距离的增大而增大。研究结果可为在井口应用声波法检测液面下泄漏奠定理论基础。

关键词：气井油管泄漏液面下泄漏声波气液两相流声场流场

大位移井岩屑床厚度预测模型与现场应用:以CH1-1-XX井钻井为例

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科学技术与工程 2024年第9期24卷 3654-3662页

作者：吴文兵刘涛谢伦张勇肖东苏俊霖钟杰中国石油大学(华东)石油工程学院青岛266580 中国石油海洋工程有限公司钻井分公司天津300451 中国石油海洋工程有限公司渤星公司天津300451 西南石油大学石油与天然气工程学院成都610500

大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效。现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,... 详细信息

大位移井钻井过程中,岩屑极易在斜井段及水平段环空底部积聚成床,导致憋泵、卡钻等事故,严重影响钻井施工安全和钻井时效。现有的岩屑运移及岩屑床清除模型均针对标准圆球状岩屑,与实钻中返出的岩屑形状差异较大,导致模型应用范围受限,无法提供更准确的现场指导。为探究大位移井非标准圆球状岩屑运移规律,通过可视化岩屑运移实验与计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟结合的方法,建立了一套大位移井岩屑床厚度预测经验模型,并在CH1-1-XX井开展了现场应用,对不同开次下的钻进参数进行了优化,取得了良好效果。结果表明:利用模型预测岩屑床厚度并进行钻进工艺参数优化后,一开与二开钻井时最高岩屑床厚度分别为40.6 mm和33.9 mm,均低于同井深处的岩屑床厚度安全线,表明井眼清洁程度高,无憋卡风险。建立的岩屑床厚度预测经验模型对提高大位移井井眼净化效率,保障大位移井安全高效钻进具有重要意义。

关键词：大位移井岩屑床厚度可视化实验数值模拟钻进参数优化