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深水天然气水合物储层钻井多物理场耦合数值分析

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中国造船 2024年第3期 175-186页

作者：赵珂刘磊廖波王金堂陈龙桥孙金声中国石油大学(华东)石油工程学院中国石油集团海洋工程有限公司中国石油集团工程技术研究院有限公司

在深水天然气水合物储层钻井过程中，钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化，引起水合物分解，造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质，建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型，... 详细信息

在深水天然气水合物储层钻井过程中，钻井液易侵入储层导致井筒内温度和压力变化，引起水合物分解，造成井壁失稳。考虑钻井液作用下的水合物解离和井筒-储层传热传质，建立了深水天然气水合物储层多孔介质非稳态传热多场全耦合模型，并进行数值分析。结果表明，当钻井液侵入后，水合物储层的温度和压力呈现不同程度的上升，沿地层方向的温度变化率为0.618 K/m，压力变化率为0.39 MPa/m。水合物饱和度沿地层向下逐渐降低，平均变化率为0.06m-1。水合物分解导致井筒周围力学强度下降，等效塑性应变增加，20h后井筒周围塑性应变达到90%，井筒失稳风险增加。因此，在水合物储层钻井过程中，应降低钻井液温度，或进行井筒-储层传热和传质屏蔽，以实现安全高效钻井。

关键词：天然气水合物钻井液侵入井筒-储层耦合多物理场耦合井壁稳定

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基于FCE-SPH的海上溢油扩散模拟方法

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：连远锋高浛钊魏昊天纪连恩董绍华石油数据挖掘北京市重点实验室中国石油大学(北京)计算机科学与技术系中国石油大学(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

针对现有的海面原油泄漏模拟方法无法呈现符合物理过程的溢油风化扩散效果及模拟速度过慢问题，首先给出一种不混溶Cahn-Hilliard两相流乳化光滑粒子流体动力学扩散模拟方法FCE-SPH，结合脉动风场描述海上溢油的混合和乳化分解过程; ... 详细信息

针对现有的海面原油泄漏模拟方法无法呈现符合物理过程的溢油风化扩散效果及模拟速度过慢问题，首先给出一种不混溶Cahn-Hilliard两相流乳化光滑粒子流体动力学扩散模拟方法FCE-SPH，结合脉动风场描述海上溢油的混合和乳化分解过程; 然后设计一个两相流物理感知深度强化学习偏置图注意力网络OTF-DRL，以加速流体模拟仿真，通过异构偏置图注意力模块，增强网络获取粒子特征的表达能力. 在不同的工况条件下，分别对原油在海上泄漏扩散物理过程和油品风化过程进行分析，实验结果表明，所提方法可以真实反映海上溢油扩散现象， OTF-DRL模拟计算时间缩短49.63%.

关键词：油水两相流深度强化学习光滑粒子流体动力学原油泄漏模拟偏置注意力

超深井自动控制压井室内物理模拟试验及结果分析

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石油钻探技术 2024年第2期52卷 31-37页

作者：李军杨宏伟陈旺龙震宇张更中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油大学(北京)克拉玛依校区新疆克拉玛依834000

现有超深井溢流压井技术依靠手动控制节流管汇,响应速度慢,井筒压力波动大,容易引发二次溢流、漏失等复杂情况,而自动控制压井技术可实现钻井时溢流压井作业稳定控制。为此,设计了比例–积分–微分(PID)与位移双层协同反馈的自动控制方... 详细信息

现有超深井溢流压井技术依靠手动控制节流管汇,响应速度慢,井筒压力波动大,容易引发二次溢流、漏失等复杂情况,而自动控制压井技术可实现钻井时溢流压井作业稳定控制。为此,设计了比例–积分–微分(PID)与位移双层协同反馈的自动控制方法,开发了超深井自动控制压井系统,建立了自动控制压井物理模拟试验装置,开展了恒定目标压力、连续变化目标压力、压力突变干扰等条件下的自动控制压井试验。试验结果表明,自动控制压井系统能够在30 s左右完成节流阀开度的调节,节流压力波动范围小于0.02 MPa,与手动控制压井相比,自动控制压井系统具有良好的稳定性、准确性、反应速度和抗干扰能力。研究结果为超深井复杂地层安全压井提供了理论依据。

关键词：超深井溢流 PID控制自动控制压井物理模拟

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智慧地热田技术研究现状和发展趋势

石油勘探与开发 2024年

作者：李根生宋先知石宇王高升黄中伟中国石油大学(北京)石油工程学院西南交通大学地球科学与工程学院

针对地热开发中智能化技术应用面临的关键难题，构建了地热开发智能化应用场景，总结并分析了各场景下智能化技术研究现状和存在的挑战，提出智慧地热田系统构建方案。智慧地热田是地热开发工程与人工智能等先进技术的有机融合。目前智... 详细信息

针对地热开发中智能化技术应用面临的关键难题，构建了地热开发智能化应用场景，总结并分析了各场景下智能化技术研究现状和存在的挑战，提出智慧地热田系统构建方案。智慧地热田是地热开发工程与人工智能等先进技术的有机融合。目前智慧地热田技术尚处在探索阶段，在热储智能表征、热储动态智能仿真、开发方案智能优化和地热开发智慧管理等应用场景下开展了探索应用，但仍面临计算成本高、实时响应困难、结果多解且模型依赖性强、动态多约束实时优化难度大以及多源数据深度融合等诸多难题。由此提出智慧地热田系统的构建方案：智慧地热田系统由全量数据库、智能表征、智能仿真和智能优化调控等模块构成，不同模块之间通过数据传递、模型交互建立联系。下一阶段需着力于智慧地热田系统各模块基础理论和关键技术攻关，加快地热开发利用全生命周期智能化转型，促进地热资源智能、稳定、长效、最优、安全生产。

关键词：智慧地热田热储智能开发应用场景智能表征智能仿真智能优化

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厚油层注采模式对纵向波及特征影响研究

油气地质与采收率 2024年第2期31卷 148-154页

作者：童凯军李长勇姜俊帅姜汉桥李俊键中国海洋石油国际有限公司北京100008 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

注采模式优选对缓解厚油层层内矛盾,提高纵向波及效率具有重要意义。目前尚未形成油水井同时部分打开的井间解析渗流模型,无法支撑厚油层波及特征的研究。为此,采用保角变换方法,将油水井同时部分打开剖面地层依次变换为圆形边界偏心裂... 详细信息

注采模式优选对缓解厚油层层内矛盾,提高纵向波及效率具有重要意义。目前尚未形成油水井同时部分打开的井间解析渗流模型,无法支撑厚油层波及特征的研究。为此,采用保角变换方法,将油水井同时部分打开剖面地层依次变换为圆形边界偏心裂缝井地层、单位圆形边界两分支裂缝井地层、注水井全部打开采油井部分打开剖面地层,之后重复上述变换,将注水井全部打开采油井部分打开剖面地层变换为油水井全部打开剖面地层,从而将原始二维渗流过程变换为一维渗流过程,实现了不同注采模式下厚油层层内压力及流线分布的解析计算。与精细数值模拟方法的对比表明,该方法对不同井距/厚度比的情形均可获得较高计算精度。利用该方法,开展了注采模式对纵向波及特征的研究。结果表明:对于底注高采模式,注水井顶部为主力注入层段,注水井顶部1/3的井段控制超过1/2的地层,使超过2/3的采油井段受效;注水对地层的波及主要作用于注水突破前的阶段。在相同的打开厚度下,底注高采的注水突破最晚、波及效率最高,底注中采、中注高采次之,高注高采、底注底采注水突破最早、波及效率最低。采油井的打开厚度越大,注水突破时间越短,但注水突破时的波及系数增大,应综合考虑注水突破时间和波及系数两方面的因素,优选最佳打开厚度。

关键词：厚油层部分打开井注采模式保角变换纵向波及

基于等效结构应力法的高强钢焊接结构低温主S-N曲线

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船舶力学 2024年第4期28卷 571-581页

作者：高杰鞠晓臣左照坤赵欣欣段梦兰中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 机械工业仪器仪表综合技术经济研究所北京100055 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验... 详细信息

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验对该方法进行了验证。在此基础上,结合大量的高强钢焊接结构试验结果,将温度敏感因子c引入到低温疲劳主S-N曲线的推导中,首次建立了基于低温金属焊接结构的主S-N曲线,并对文献中的疲劳S-N试验数据和ASME中的修正方法进行了对比和验证。结果表明,等效结构应力法能够较准确地计算出焊缝疲劳S-N曲线,推导出的金属焊接结构低温主S-N曲线与试验曲线吻合较好,能够满足低温地区工程要求,可为高强钢焊接结构在北极地区低温环境中的广泛应用提供理论指导。该方法可以为金属焊接结构的低温疲劳研究节省大量的成本,减少非标准试验操作造成的不必要的误差。这对北极海洋工程设备的设计、安全运行和疲劳评估具有重要意义。

关键词：等效结构应力法焊接结构低温主S-N曲线温度敏感系数

基于VC-SVM与粒子群算法的卡钻智能预测方法

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石油机械 2024年

作者：刘子豪宋先知朱硕叶山林张诚恺马宝东祝兆鹏中国石油大学(北京)石油工程学院中石油江汉机械研究所有限公司中国石油大学(北京)机械与储运工程学院

在油气钻探过程中，由于井下条件复杂、地层认识不清等因素，导致卡钻事故频发，严重制约钻井效率，目前国内外学者所研究的卡钻预测方法在准确性、时效性及迁移性等方面仍存在不足。本文提出了一种融合集成学习思想与智能优化算法的卡... 详细信息

在油气钻探过程中，由于井下条件复杂、地层认识不清等因素，导致卡钻事故频发，严重制约钻井效率，目前国内外学者所研究的卡钻预测方法在准确性、时效性及迁移性等方面仍存在不足。本文提出了一种融合集成学习思想与智能优化算法的卡钻智能预测方法。根据实际井场的卡钻数据，基于合理的标签标定方法，将标签准确定位于卡钻发生前而非卡死点，通过参数相关性分析、表征意义分析、时效性以及可信性分析优选了7个输入参数；使用了随机森林、支持向量机和BP神经网络三种算法建立了卡钻预测模型，并对比了各模型在卡钻与非卡钻样本比例严重不均时（卡钻与非卡钻比例1：117）的表现；优选SVM模型作为卡钻预测基模型，使用集成学习的思想加以改进，并采用粒子群算法同时对多个SVM分类器进行超参数优化，简化了调参过程的同时实现了耦合寻优。最终以某区块10次卡钻样本进行训练测试，改进后的模型可有效寻找不同类别卡钻的超平面，迁移预测虚警率可控制在9%，漏警率不到7%，有效预测了每一次卡钻的大部分数据点。本研究有望提高现场钻井风险预警效率，为保障油气井安全高效钻进提供支撑。

关键词：卡钻智能预测机器学习投票分类器粒子群算法耦合寻优

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浮式风机动态缆防弯器优化设计

船舶工程 2024年第5期 138-144页

作者：李海波李志川江思傲张玉中国海洋石油有限公司中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

针对防弯器设计时几何结构参数多，需同时考虑刚度、寿命及质量，设计过程复杂，难以快速获得最优结构方案等问题，建立动态缆整体动力响应分析模型及防弯器有限元分析模型，以质量和疲劳寿命为优化目标，将其主要几何参数作为变量，利... 详细信息

针对防弯器设计时几何结构参数多，需同时考虑刚度、寿命及质量，设计过程复杂，难以快速获得最优结构方案等问题，建立动态缆整体动力响应分析模型及防弯器有限元分析模型，以质量和疲劳寿命为优化目标，将其主要几何参数作为变量，利用BP神经网络算法实现几何参数与疲劳寿命之间的全局化映射，建立防弯器疲劳寿命预测模型，并通过多目标粒子群优化算法得到考虑寿命与质量的最优结构方案。结果表明，优化后防弯器质量和疲劳寿命有一定的提升，形成了浮式风机动态缆防弯器快速优化设计方法。研究成果可为海洋工程结构与装备的优化设计提供理论指导。

关键词：防弯器动态缆神经网络优化设计多目标粒子群算法

基于系统论事故分析模型的油气智慧管道系统信息物理风险辨识

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科学技术与工程 2024年第15期24卷 6272-6280页

作者：胡瑾秋李瑜环张来斌李馨怡中国石油大学(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

为了辨识油气智慧管道系统中存在的信息安全风险,通过基于系统论事故分析模型(systems-theoretic accident modeling and process,STAMP)的方法,对油气智慧管道系统的信息物理安全进行全面评估与分析。首先,系统综合分析了油气智慧管道... 详细信息

为了辨识油气智慧管道系统中存在的信息安全风险,通过基于系统论事故分析模型(systems-theoretic accident modeling and process,STAMP)的方法,对油气智慧管道系统的信息物理安全进行全面评估与分析。首先,系统综合分析了油气智慧管道涉及的设备、设施、工艺、元件,评估其安全性。其次,通过建立STAMP模型,深入分析了各层级、元件之间的反馈信息与控制动作,形成了明确的控制反馈回路,突显了元件之间的关联与控制关系。在此基础上,系统辨识出了潜在的信息风险因素,推导并构建了可能发生的系统失效场景。以天然气输气首站油气智慧管道系统为例,研究验证了基于STAMP模型的可行性和有效性。结果显示,该方法不仅直观地描述了元件之间的关联与控制关系,而且从物理层功能安全的角度全面考虑了信息风险,特别凸显了过程控制系统(process control systems,PCS)及易受攻击的操作员站。与传统方法相比,本研究所提出的方法将信息物理安全风险因素的识别率提升至80%以上,提高了40%以上,有助于避免不必要的安全措施冗余设计,提高了安全风险管控的准确性。

关键词：油气智慧管道系统信息物理安全智能化风险辨识 STAMP 天然气输气首站