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高含CO_(2)凝析气藏成藏过程中的流体相行为及油环体积预测

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吉林大学学报（地球科学版） 2024年第5期54卷 1506-1518页

作者：陈浩左名圣王红平王朝锋徐程浩杨柳刘希良袁志文中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 油气资源与探测国家重点实验室(中国石油大学(北京)) 北京102249 中国石油杭州地质研究院杭州310023

成藏后期的CO_(2)充注导致里贝拉区块高含CO_(2)次生凝析气藏的流体相行为十分复杂,油环体积预测难度很大。本文通过流体相平衡模拟、组分梯度分布计算及CO_(2)充注可视化实验,刻画了CO_(2)充注过程中的油气相行为,揭示了油环体积的动... 详细信息

成藏后期的CO_(2)充注导致里贝拉区块高含CO_(2)次生凝析气藏的流体相行为十分复杂,油环体积预测难度很大。本文通过流体相平衡模拟、组分梯度分布计算及CO_(2)充注可视化实验,刻画了CO_(2)充注过程中的油气相行为,揭示了油环体积的动态变化规律,建立了基于气顶气组分拟合的高含CO_(2)次生凝析气藏油环体积预测新方法。研究结果表明:1)CO_(2)充注下的油环体积变化分为4个阶段:充注初期,油环以溶胀为主;充注前期,CO_(2)不断置换并萃取油相中的轻质组分,油环体积迅速降低;充注中期,CO_(2)持续萃取油相的轻、中质组分,油环体积缓慢减小;充注后期,CO_(2)-原油组分传质作用明显减弱,压缩效应导致油环体积进一步减小。2)轻质组分的强流动性使气顶气组成均一,重力分异作用使纵向上油环组分呈梯度变化。3)油环体积与气顶气组成和气油比密切相关。4)基于气顶气拟合新方法和不同井深现场勘探预测的油环体积占比分别为19.21%和22.30%,与CO_(2)充注可视化实验获得的油环体积占比(20.60%)较为吻合。

关键词：气藏 CO_(2)-原油组分传质流体相行为油环体积预测组分梯度分布可视化实验

基于改进Elman神经网络的CFRP补强钢板界面脱粘预测研究

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振动与冲击 2024年第3期43卷 120-127页

作者：王庆松张玉张洪雨陈柏桦中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中油国际管道有限公司北京102206

针对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题,结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析试验平台,利用ABAQU... 详细信息

针对碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)补强钢结构出现内部界面脱粘损伤后难以观测的问题,结合Lamb波检测方法和神经网络提出了一种界面脱粘预测方法。搭建了基于Lamb波的CFRP补强钢板信号分析试验平台,利用ABAQUS软件建立了CFRP补强钢板的机电耦合有限元模型,并通过试验验证了有限元模型的准确性。将长方形和圆形两种脱粘形状的信号在时域和频域内进行分析,基于自适应遗传算法改进的Elman神经网络建立了CFRP补强钢板脱粘预测模型,并将与脱粘面积相关性较高的信号特征数据作为预测模型的特征数据。对预测模型进行性能测试,脱粘形状为长方形和圆形预测值的平均绝对百分比误差分别为3.03%和8.06%,结果表明改进的Elman网络对于脱粘损伤具有较好的预测精度。

关键词：界面脱粘 Lamb波碳纤维复合材料(CFRP) 脱粘预测 Elman神经网络

CFRP-钢胶接结构内部损伤的增强型电磁感应热成像检测

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复合材料学报 2024年第9期41卷 5004-5015页

作者：张玉彬陈丽娜刘鹏谦赵擎刘蕊王龙博谢静徐长航中国石油大学(华东)机电工程学院

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)通过胶接方式广泛应用于钢结构加固，因此对于加固后形成的CFRP-钢胶接结构进行检测以确保其结构完整性和安全性变得至关重要。然而，CFRP、环氧树脂和钢各自具有不同的物理... 详细信息

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)通过胶接方式广泛应用于钢结构加固，因此对于加固后形成的CFRP-钢胶接结构进行检测以确保其结构完整性和安全性变得至关重要。然而，CFRP、环氧树脂和钢各自具有不同的物理性质，给准确检测此类特殊混合结构的内部损伤带来了挑战。为解决这一问题，本研究提出了一种增强型电磁感应热成像检测方法，以增强CFRP-钢胶接结构内部损伤的检测。该方法首先利用常规电磁感应热成像系统获得被检物体表面的温度数据，然后对表面温度数据进行预处理。接着，采用设计的卷积自编码器(Convolutional autoencoder,CAE)模型从预处理后的表面温度数据中提取像素级深度热特征，最后利用提取的深度热特征生成增强的检测结果，从而提高损伤的可见性。对含有脱粘、分层和裂纹的CFRP-钢胶接结构试件进行的实验结果表明，增强型电磁感应热成像能够有效提高内部损伤的可见性，这有助于准确评估CFRP-钢胶接结构的质量，从而提高此类结构的安全性。

关键词： CFRP-钢胶接结构增强型电磁感应热成像卷积自编码器特征提取无损检测

深水隔水管-水下井口耦合系统双向涡激振动特性

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力学学报 2024年第3期56卷 550-564页

作者：胡鹏基李朝玮刘秀全刘兆伟畅元江陈国明中国石油大学(华东)机电工程学院海洋油气装备与安全技术研究中心山东青岛266580 常州大学石油与天然气工程学院江苏常州213164

深水隔水管-水下井口系统极易受外部海流影响产生涡激振动(VIV),其VIV分析通常将底端水下井口简化为固支约束.考虑水下井口下部非线性管-土耦合建立深水隔水管-水下井口耦合系统顺流(IL)及横流(CF)向VIV三维分析模型.基于胡克定律将管-... 详细信息

深水隔水管-水下井口系统极易受外部海流影响产生涡激振动(VIV),其VIV分析通常将底端水下井口简化为固支约束.考虑水下井口下部非线性管-土耦合建立深水隔水管-水下井口耦合系统顺流(IL)及横流(CF)向VIV三维分析模型.基于胡克定律将管-土相互作用产生的时变非线性土壤抗力转化为时变土壤等效刚度并与系统结构刚度叠加.采用有限单元法进行分析模型离散,采用Newmark-β法与4阶龙格库塔法进行VIV数值求解.随后分别研究了管-土耦合作用及环境因素如海流流速、土壤硬度等对深水隔水管-水下井口系统CF及IL方向VIV特性的影响.结果表明,考虑管-土耦合的深水隔水管-水下井口系统约束弱化,系统整体刚度减小,固有频率降低,深水隔水管-水下井口系统CF及IL方向的均方根(RMS)位移及振幅增大,振动频率减小.深水隔水管-水下井口系统VIV对土壤硬度的敏感度较低,原因是系统结构刚度与土壤初始附加的等效刚度较大,而土壤硬度变化额外附加的土壤等效刚度在系统总刚度中的占比较低.

关键词：隔水管-水下井口管-土耦合尾流振子涡激振动

钢悬链线立管全尺寸共振弯曲疲劳试验系统与模态分析

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振动与冲击 2024年第20期43卷 119-127页

作者：徐泽鑫安晨谢智张吉祥林方坚中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 里约热内卢联邦大学阿尔韦托·路易斯·科英布拉工程研究学院海洋工程系里约热内卢21941-972 2H海洋工程有限公司伦敦GU216HJ

钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR)作为支撑海上平台和其他关键设备的重要组成部分,在极端的海洋环境中长时间服役运行时,其结构完整性和安全性至关重要。为确保SCR立管在恶劣环境下的安全运行,对立管进行共振弯曲疲劳试验研究成... 详细信息

钢悬链线立管(steel catenary riser,SCR)作为支撑海上平台和其他关键设备的重要组成部分,在极端的海洋环境中长时间服役运行时,其结构完整性和安全性至关重要。为确保SCR立管在恶劣环境下的安全运行,对立管进行共振弯曲疲劳试验研究成为必要的评估标准,同时也为后续立管疲劳寿命预测和失效分析提供基础。针对两种特定型号的SCR立管,推导并求解不同约束条件下的共振系统的固有频率与振型函数,分析管道长度、管道壁厚、偏心块和配重块质量对共振系统固有频率的影响;在此基础上开展不同特定工况下的全尺寸共振弯曲疲劳试验,同时对SCR立管在全尺寸共振弯曲疲劳试验系统中不同跨距及内压的振动响应特性进行了模拟。结合理论分析、有限元计算和共振弯曲疲劳试验结果,发现管道长度和两端的配重约束是影响共振系统1阶固有频率的重要参数,特别是在管道长度较短和壁厚较薄的情况下,影响更为显著。此外,注水加压和跨距增加会降低共振系统的固有频率,支撑跨距越短,系统的固有频率越大。分析所得结果为SCR立管的共振弯曲疲劳试验系统结构设计和试验方案优化提供了重要的参考依据。

关键词：钢悬链线立管(SCR) 共振弯曲疲劳试验固有频率全尺寸模态特性

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内压载荷下输氢复合柔性管力学性能研究

海洋工程 2024年第3期42卷 119-134页

作者：张吉祥安晨邓海峰张爱霞张贝贝中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451 中国石油集团海洋工程有限公司北京100028

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为... 详细信息

中国氢能产业正随着碳中和愿景的不断推进而快速发展,由于氢气在钢管中容易引发“氢脆”现象,使用钢管输送氢气存在较大挑战,纤维增强复合柔性管作为一种非金属管道在氢气输送领域备受关注,其结构设计及强度分析是产业化应用的瓶颈。为探讨内压工况下输氢复合柔性管的结构响应,考虑不同层材料的各向同性及各向异性,基于三维各向异性弹性力学,建立了纤维增强输氢复合管道在内压作用下的力学理论模型,并采用数学方法求解管道位移微分方程,进而获得了N层缠绕增强层输氢复合管道在内压作用下的应力应变解析解,计算结果与内压作用下13层输氢复合柔性管的数值计算结果相符。管道的环向应力最大值出现在防渗透层,输氢软管的增强层承担约70%的载荷作用,径向应力绝对值大小随距离管道截面中心点的距离增大而减小。提出的力学行为分析模型及求解方法为设计输氢复合柔性管提供了重要的理论支撑。

关键词：纤维增强复合柔性管输氢管道内压载荷理论分析

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联合残差域自适应的变工况轴承故障诊断方法

石油机械 2024年第4期52卷 18-26页

作者：骆世龙段礼祥张俊玲中国石油大学(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大学(北京)机械与储运工程学院

滚动轴承由于实际工况变化造成故障数据特征分布不同,出现跨领域问题,传统以数据独立同分布为前提的故障诊断方法难以解决该问题。为此,设计并搭建了聚合残差网络,以残差连接和分组卷积式的独特网络结构实现故障敏感特征深度挖掘。提出... 详细信息

滚动轴承由于实际工况变化造成故障数据特征分布不同,出现跨领域问题,传统以数据独立同分布为前提的故障诊断方法难以解决该问题。为此,设计并搭建了聚合残差网络,以残差连接和分组卷积式的独特网络结构实现故障敏感特征深度挖掘。提出一种联合残差域自适应的故障诊断方法,该方法通过最优广义S变换构建聚合残差网络提取图像的可迁移特征,最后以联合最大均值差异自适应地减小数据间的联合分布差异,实现变工况轴承的故障诊断。对3种工况下的滚动轴承进行了6组迁移试验,试验结果表明:联合残差域自适应方法故障诊断准确率达到了98.29%,相比于联合分布自适应法JDA和联合分布自适应+卷积神经网络法JDA+CNN,分别提升了21.0和5.1个百分点。研究结果可为变工况滚动轴承的故障诊断提供技术参考。

关键词：滚动轴承故障诊断聚合残差网络联合残差域自适应故障诊断准确率

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STPA方法在先进绝热压缩空气储能系统安全性分析中的应用

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安全与环境学报 2024年

作者：赵东风王亚琪刘尚志曹润楠中国石油大学(华东)化学工程学院中国石油大学(华东)机电工程学院

传统评价方法无法全面地辨识涉及多个交互部件和复杂控制策略的压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage，CAES）系统的潜在风险。为了更加全面地辨识CAES系统的潜在风险，研究将系统论过程分析（System-Theoretic Process Analysi... 详细信息

传统评价方法无法全面地辨识涉及多个交互部件和复杂控制策略的压缩空气储能（Compressed Air Energy Storage，CAES）系统的潜在风险。为了更加全面地辨识CAES系统的潜在风险，研究将系统论过程分析（System-Theoretic Process Analysis，STPA）方法引入至先进绝热压缩空气储能系统中并进行风险分析。首先，通过对多种构型的压缩空气储能系统进行效率分析并确定研究对象；其次，定义系统储热过程中系统级事故和危害，构建控制结构模型，并识别可能导致事故的控制动作；最后，从系统控制、组件失效、系统协调不足、人为操作失误等多个维度，分析32个潜在的系统级危险场景，并提出109项针对性的控制措施。此外，选取危害与可操作性研究（Hazard and Operability Study，HAZOP）方法对STPA分析结果进行对比分析与可靠性验证，相比于HAZOP方法28.6%的识别率，STPA方法可有效识别61.5%的系统交互故障，在揭示储能系统复杂交互故障方面展现出了优越性。基于STPA的风险分析对于优化系统设计和提升系统稳定性与可靠性具有重要指导意义，研究为类似新兴能源系统的风险识别提供了参考和借鉴。

关键词：安全工程压缩空气储能风险因素识别系统分析系统论过程分析(STPA)

基于神经网络优化算法的海洋动态缓波型立管设计

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海洋工程 2024年第3期42卷 83-94页

作者：黄松黄宇杰何杨烨中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 清华大学能源与动力工程系北京100084

柔性立管连接海上平台和水下生产系统,缓波型构型可以减轻其受到的顶部张力和疲劳损伤,触地点处系链对于固定水下立管起着重要作用,然而加装系链的缓波型立管系统设计更为复杂。通过缓波型基本理论计算出合理的立管初始状态,之后使用立... 详细信息

柔性立管连接海上平台和水下生产系统,缓波型构型可以减轻其受到的顶部张力和疲劳损伤,触地点处系链对于固定水下立管起着重要作用,然而加装系链的缓波型立管系统设计更为复杂。通过缓波型基本理论计算出合理的立管初始状态,之后使用立管分析软件OrcaFlex,在充分考虑环境因素、船体结构、立管材料和线型以及重力块、浮力块、系链等配置参数的情况下,建立缓波型立管系统有限元模型,通过静动态分析验证其满足设定的关于立管构型、张力、弯曲半径,系链张力和FPSO偏移量5个约束条件。结合神经网络优化算法和遗传算法制定出针对文中立管系统的优化算法并通过MATLAB编程将浮力块数量优化至最少,之后基于L-M算法构建神经网络模型,通过迭代训练提升精度,得到最终参数优化结果。通过对比优化前后静动态分析结果可知:优化后浮力块数量大幅减少,立管最大有效张力大幅减小,而悬挂段最低点深度有一定程度的增大,整体构型更趋向于合理的缓波型构型。

关键词：缓波型立管浮力块动态响应神经网络优化设计