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连续沉降下管土相互作用规律

油气储运 2024年

作者：刘鹏张宇李玉星范佳林王武昌胡其会黄维和中国石油海洋工程有限公司中国石油天然气股份有限公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院.山东省油气储运安全重点实验室

【目的】沉降是埋地管道周边常见的地质灾害，严重时可导致管道失效及破坏。研究连续沉降过程中的管土相互作用规律对于保障沉降灾害下埋地管道的安全具有重要意义。【方法】利用自主设计的连续沉降实验系统开展了埋地钢管连续沉降实验... 详细信息

【目的】沉降是埋地管道周边常见的地质灾害，严重时可导致管道失效及破坏。研究连续沉降过程中的管土相互作用规律对于保障沉降灾害下埋地管道的安全具有重要意义。【方法】利用自主设计的连续沉降实验系统开展了埋地钢管连续沉降实验，研究了不同地层土体沉降范围和沉降量下的管土相互作用规律，采用数值模拟方法详细分析了连续沉降过程中的管土相互作用演化过程，并通过非线性多元拟合方法，充分考虑沉降、管道、土体等各项参数，对数值模拟结果进行多元拟合。【结果】随着地层土体沉降量的增加，钢管与周围土体逐渐由协同沉降向非协同沉降演变，管道的力学响应经历了增加、卸载、波动、稳定4个阶段。随着地层土体沉降范围的增大，管道与其下方土体完全分离所需的地层土体沉降量增大。当沉降速度较小时，管道最大应力与沉降量随沉降速度的增加而显著增加；沉降速度超过2×10-5m/s后，管道最大应力与沉降量基本保持不变，但相对应的地层土体沉降量明显增加。此外，拟合得到了连续沉降条件下埋地钢管最大Von Mises应力预测模型，其计算误差多在10%以内。【结论】不同沉降阶段下的管道力学响应明显不同，并且沉降过程中的地层土体沉降量、沉降范围和沉降速度变化对于管道的力学响应也具有重要影响。此外，研究得到的连续沉降下埋地钢管最大Von Mises应力预测模型具有较好的预测效果，能够为连续沉降灾害下的埋地管道安全提供重要判定依据。(图17，表6，参26)

关键词：埋地钢管连续沉降力学分析实验研究数值模拟

基于灾害链及复杂网络理论的城镇燃气管道泄漏灾害演化过程分析

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安全与环境工程 2024年第2期31卷 34-43页

作者：金友平单克李云涛帅健深圳市燃气集团股份有限公司广东深圳518049 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 油气生产安全与应急技术应急管理部重点实验室北京102249

为分析城镇燃气管道泄漏灾害演化过程,通过收集城镇燃气管道泄漏典型事故案例进行统计分析,结合灾害链及复杂网络理论,构建了城镇燃气管道泄漏灾害链,并将其转化成复杂网络拓扑结构图,分析其关键节点和关键边。结果表明:城镇燃气管道泄... 详细信息

为分析城镇燃气管道泄漏灾害演化过程,通过收集城镇燃气管道泄漏典型事故案例进行统计分析,结合灾害链及复杂网络理论,构建了城镇燃气管道泄漏灾害链,并将其转化成复杂网络拓扑结构图,分析其关键节点和关键边。结果表明:城镇燃气管道泄漏灾害链可分为灾害演化前期、灾害演化中期和灾害演化后期,通过破坏火灾、爆炸、建筑物倒塌、相邻管线受损、管道泄漏、社会公共事件、企业停产、人员伤亡等关键节点或者切断管道泄漏→爆炸、管道泄漏→火灾、相邻管线受损→供气设备损坏、道路破坏→交通瘫痪、爆炸→相邻管线受损等关键边,可有效破坏或切断城镇燃气管道泄漏灾害链的网络传播路径。该研究结果可为城镇燃气管道泄漏灾害事件应急处置和断链减灾提供科学依据。

关键词：城镇燃气管道泄漏灾害链复杂网络灾害演化 Gephi

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渤海油田非连续化学驱提高采收率机理

石油学报 2024年第6期45卷 988-998页

作者：张健李宜强李先杰管错陈鑫梁丹海洋油气高效开发全国重点实验室北京102209 中海油研究总院有限责任公司北京100028 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249

渤海水驱油田以高孔高渗疏松砂岩为主,分大段强注强采至高含水阶段非均质性进一步加剧,存在水驱及常规聚合物驱方式难以动用更多小层、持续有效扩大波及等问题。按照化学体系调驱强度的差异,分别将凝胶、弹性分散流体和聚合物定义为强... 详细信息

渤海水驱油田以高孔高渗疏松砂岩为主,分大段强注强采至高含水阶段非均质性进一步加剧,存在水驱及常规聚合物驱方式难以动用更多小层、持续有效扩大波及等问题。按照化学体系调驱强度的差异,分别将凝胶、弹性分散流体和聚合物定义为强、中、弱3级调驱体系。根据连续化学驱(持续注入单一段塞体系)过程中渗流阻力动态变化规律,结合非均质岩心有效注入压力测试研究由强、中、弱3种调驱体系组合而成的非连续化学驱(DCF)扩大波及体积的动态特征;基于微流控实验揭示其扩大波及体积的微观机理,利用并联岩心驱替实验优化了DCF段塞组合注入方式;最后通过海上油田矿场试验验证DCF提高采收率的可行性。研究结果表明,连续化学驱过程中油水两相总流度持续增加,非均质岩心中的高渗区域总流度占比增大,扩大波及体积能力受限,不同药剂体系段塞组合的DCF驱替模式可以有效解决单一段塞增阻能力不足、过强或不均匀的问题;微流控实验表明,强-弱组合和弱-强组合DCF可较连续注入单一体系分别扩大波及29.2%和14.0%;岩心驱替实验表明,中-强-弱-强-弱DCF组合方式效果较好,可以在连续聚合物驱基础上提高采收率4.41%。有效调控注采压差和持续扩大微观波及体积是非连续化学驱提高采收率的主要机理。DCF模式在渤海BZ油田2口井的先导试验受效井含水率最大降低14%,增油量为6.97×10^(4)t,控水增油效果良好。

关键词：渗流阻力非连续化学驱波及体积注采压差段塞组合

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多组分天然气掺氢爆炸下限实验及模型研究

中国安全生产科学技术 2024年第7期20卷 43-48页

作者：荆琦周硕周芮王丹李云涛张来斌吕广宇中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国安全生产科学研究院交通安全研究所北京100012 交通运输部水运科学研究院北京100088

为评估掺氢天然气的燃爆风险,搭建天然气掺氢燃爆参数测试平台,通过开展不同初始压力及点火能量条件下天然气/氢气混合物的点火实验,研究多组分天然气爆炸下限的变化规律,建立混合物爆炸下限的预测模型。研究结果表明:初始压力由0.03 MP... 详细信息

为评估掺氢天然气的燃爆风险,搭建天然气掺氢燃爆参数测试平台,通过开展不同初始压力及点火能量条件下天然气/氢气混合物的点火实验,研究多组分天然气爆炸下限的变化规律,建立混合物爆炸下限的预测模型。研究结果表明:初始压力由0.03 MPa增至0.1 MPa,体积分数4%的天然气起爆时所需最低掺氢量降低29.4%;点火能量由1 J增至50 J,体积分数4%的天然气起爆时所需最低掺氢量降低37.5%,本文提出的理论模型预测结果与实验数据相对误差低于16%。研究结果可为掺氢天然气的安全输送提供一定的科学参考。

关键词：掺氢天然气燃烧下限爆炸下限初始压力点火能量预测模型

基于Transformer和自适应特征融合的矿井低照度图像亮度提升和细节增强方法

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 297-310页

作者：田子建吴佳奇张文琪陈伟周涛杨伟王帅中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 国家矿山安全监察局内蒙古局内蒙古呼和浩特010010

高质量矿井影像为矿山安全生产提供保障,也有利于提高后续图像分析技术的性能。矿井影像受低照度环境的影响,易出现亮度低,照度不均,颜色失真,细节信息丢失严重等问题。针对上述问题,提出一种基于Transformer和自适应特征融合的矿井低... 详细信息

高质量矿井影像为矿山安全生产提供保障,也有利于提高后续图像分析技术的性能。矿井影像受低照度环境的影响,易出现亮度低,照度不均,颜色失真,细节信息丢失严重等问题。针对上述问题,提出一种基于Transformer和自适应特征融合的矿井低照度图像亮度提升和细节增强方法。基于生成对抗思想搭建生成对抗式主体模型框架,使用目标图像域而非单一参考图像驱动判别器监督生成器的训练,实现对低照度图像的充分增强;基于特征表示学习理论搭建特征编码器,将图像解耦为亮度分量和反射分量,避免图像增强过程中亮度与颜色特征相互影响从而导致颜色失真问题;设计CEM-Transformer Encoder通过捕获全局上下文关系和提取局部区域特征,能够充分提升整体图像亮度并消除局部区域照度不均;在反射分量增强过程中,使用结合CEM-Cross-Transformer Encoder的跳跃连接将低级特征与深层网络处特征进行自适应融合,能够有效避免细节特征丢失,并在编码网络中添加ECA-Net,提高浅层网络的特征提取效率。制作矿井低照度图像数据集为矿井低照度图像增强任务提供数据资源。试验显示,在矿井低照度图像数据集和公共数据集中,与5种先进的低照度图像增强算法相比,该算法增强图像的质量指标PSNR、SSIM、VIF平均提高了16.564%,10.998%,16.226%和14.438%,10.888%,14.948%,证明该算法能够有效提升整体图像亮度,消除照度不均,避免颜色失真和细节丢失,实现矿井低照度图像增强。

关键词：图像增强图像识别生成对抗网络特征解耦 Transformer

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压裂双弯头液固两相流冲蚀影响数值分析

润滑与密封 2024年第1期49卷 9-14页

作者：代四维樊建春张党生杨思齐李杰中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油大学(北京)应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 中国石油集团渤海钻探工程有限公司井下作业分公司河北沧州062552 中国石油集团工程材料研究院石油管材及装备材料服役行为与结构安全国家重点实验室陕西西安710077

在水力压裂过程中,地面高压管汇受管内携砂压裂液的复杂流动影响,长期承受着严峻的冲蚀破坏。在各类高压管汇构件中,弯管的冲蚀损伤最为严重。为改善压裂双弯头冲蚀磨损状况,采用DPM模型、RNG k-ε湍流模型,综合分析了斯托克斯数(St)、... 详细信息

在水力压裂过程中,地面高压管汇受管内携砂压裂液的复杂流动影响,长期承受着严峻的冲蚀破坏。在各类高压管汇构件中,弯管的冲蚀损伤最为严重。为改善压裂双弯头冲蚀磨损状况,采用DPM模型、RNG k-ε湍流模型,综合分析了斯托克斯数(St)、重力方向、粒径及流速对串联双弯头冲蚀磨损的影响。结果表明:冲蚀磨损区域主要由St和重力方向共同决定;St1时呈指数增长;St相同时,速度对冲蚀磨损程度的影响远比颗粒尺寸强烈;向下流重力方向下,损伤区域随St增加完全转移至第二弯头的临界粒径显著小于向上流临界粒径;重力方向对同向冲击颗粒的冲蚀损伤虽有增强效应,其对冲蚀磨损程度影响远不及颗粒尺寸因素作用大。

关键词：高压管汇双弯头液固两相流冲蚀磨损斯托克斯数

管道环焊缝根焊部位应变及微区力学性能对裂纹扩展的影响

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油气储运 2024年第2期43卷 171-179页

作者：范玉然帅义帅健张铁耀任飞中国石油大学(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北京市102249 国家管网集团工程技术创新有限公司

【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊... 详细信息

【目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%~52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在管道设计与建设施工中,应适当控制母材强度上限,确保焊缝为等强或高强匹配,减小焊缝开裂风险,提升高钢级管道的本质安全。

关键词：高钢级管道焊缝根焊部位裂纹扩展断裂失效分析

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高压含水气井两相流态节流判断与控制方法

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 48-55页

作者：刘新福刘春花李清平姚海元郝忠献刘永飞青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580 中海油研究总院有限责任公司北京100028 中国石油勘探开发研究院北京100083

井筒气水两相管流节流前后动态特性分析与控制,对保障致密气等高压含水气井高效稳定安全开采和水合物防治具有重要意义。考虑等熵绝热、等压热容、等容热容、不同井深节流能量等因素,推导气水两相流体流经喷嘴的能量、动能和温度动态变... 详细信息

井筒气水两相管流节流前后动态特性分析与控制,对保障致密气等高压含水气井高效稳定安全开采和水合物防治具有重要意义。考虑等熵绝热、等压热容、等容热容、不同井深节流能量等因素,推导气水两相流体流经喷嘴的能量、动能和温度动态变化等热力学微分方程组,建立高压含水气井两相节流能量、节流系统热量、节流物质平衡和流体质量流量变化等井下节流场数学模型,提出一种气水两相井筒节流前后动态特性分析与控制方法,为优化井下节流器及其节流喷嘴的结构参数和保障气井流动安全提供理论依据。最后依据数值模拟手段及其判断结果,以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例进行验证,以揭示高压含水气井喷嘴尺寸和深度、含水率、节流前压力和温度对节流前后动态特性的影响规律。结果表明:高压含水气井气水两相流体质量流量先是随节流压力比减小而呈指数级增大,并在压力比降至0.55阈值附近时达到最大值,增大喷嘴下入深度和含水率、同时降低节流前压力和温度,可提高节流后温度,有利于抑制水合物生成;且节流过程临界质量流量受喷嘴内径的影响最大,含水率和节流前压力次之,而节流前温度和喷嘴深度的影响最小,且增加含水率会提高临界质量流量,但产气量也随之下降;大宁–吉县区块现场工程实例分析表明,井下节流喷嘴内径由3.0 mm扩至5.0 mm和节流前压力由14 MPa增至18 MPa时,气水两相流体的临界质量流量提升幅度分别为179.3%和27.8%,而利用地层温度等将节流前温度由313 K升至333 K时,节流过程临界质量流量反而小幅下降且下降幅度仅为5.15%,为此,增大喷嘴内径及其下入深度和节流前压力同时降低节流前温度,有利于提高气水两相流体节流过程中临界质量流量,并提升高压含水气井的产气量。

关键词：高压含水气井气水两相流井下节流临界质量流量水合物抑制

热-流耦合与热-流-固耦合作用下的水气交替及间歇注入对咸水层CO_(2)溶解封存的影响

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华南师范大学学报（自然科学版） 2024年第1期56卷 9-17页

作者：张杰城杜鑫芳赫文豪张来斌中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 油气生产安全与应急技术应急管理部重点实验室北京102249 中国石油集团渤海钻探井下作业分公司任丘062550 中国石油大学(北京)油气光学探测技术北京市重点实验室北京102249

基于TOUGH+软件架构,结合更为准确的物理性质计算模型,建立了适用于咸水层CO_(2)封存的热-流耦合模拟方法,并使用固定应力分割迭代耦合模型将其与RGMS软件耦合,改进了热-流-固双向耦合模拟方法,建立了准确性更高的热-流-固迭代耦合模拟... 详细信息

基于TOUGH+软件架构,结合更为准确的物理性质计算模型,建立了适用于咸水层CO_(2)封存的热-流耦合模拟方法,并使用固定应力分割迭代耦合模型将其与RGMS软件耦合,改进了热-流-固双向耦合模拟方法,建立了准确性更高的热-流-固迭代耦合模拟方法。基于鄂尔多斯盆地地质特征构建的地质模型,使用热-流与热-流-固迭代耦合方法模拟咸水层CO_(2)溶解封存过程,研究了水气交替及间歇注入方案对CO_(2)溶解量、孔隙压力和地层形变的影响。结果表明:热-流-固迭代耦合模拟能帮助设计更加合理的注入方案;仅用水气交替注入方式可提高CO_(2)溶解量;间歇注入有助于孔隙压力与地层形变恢复。研究结果可为咸水层CO_(2)溶解封存提供理论指导。

关键词：热-流-固耦合作用热-流耦合作用咸水层CO_(2)溶解封存水气交替注入间歇注入