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乳状液体系中气体水合物成核过程研究进展

化工进展 2024年第6期43卷 3007-3020页

作者：张东旭刘成宋乐春黄启玉王唯中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045 中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249

乳状液中气体水合物成核行为研究可用于评估油-气-水体系在亚稳态下稳定存在的时间,对低温环境下多相混输管道的安全运行和水合物风险控制策略的制定具有重大意义,因而成为深水管道流动安全保障的重点问题和研究热点。本文着眼于油水乳... 详细信息

乳状液中气体水合物成核行为研究可用于评估油-气-水体系在亚稳态下稳定存在的时间,对低温环境下多相混输管道的安全运行和水合物风险控制策略的制定具有重大意义,因而成为深水管道流动安全保障的重点问题和研究热点。本文着眼于油水乳状液体系中气体水合物的成核过程,总结了实验研究中水合物成核速率的量化方法,细致分析和比较了当前研究中诱导期定义方法的异同,梳理了温度、压力、扰动强度、含水率和原油组分等环境条件和体系组成对水合物成核行为影响的研究成果及水合物成核速率预测模型。总体来看,油水乳状液中水合物的成核行为已经得到了较为深入的研究,在影响因素定性分析和模型定量描述等方面取得了一定成果,但在诱导期定义方法的统一和模型的工程化应用等方面仍需进行更为细致的研究。未来,应逐步建立统一的诱导期定义标准和更为普适性的诱导期预测模型,借助谱学仪器和分子动力学模拟等手段加深对水合物成核过程分子尺度信息的认识,更加深入理解水合物成核机理并逐渐实现量化模型的工程化应用。

关键词：流动保障气体水合物油水乳状液成核行为诱导期

天然气量价耦合非线性销售优化模型构建及应用

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石油科学通报 2024年第2期9卷 354-364页

作者：赵思睿刘定智张曦侯浩远张元涛左丽丽吴长春中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程研究中心/石油工程教育部重点实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 中国石油天然气股份有限公司规划总院北京100083

在国家天然气产业“X+1+X”政策下,针对直面市场竞争的销售环节,天然气价格对下游客户市场的开发至关重要。针对天然气销售公司与下游客户签订的阶梯气价结算合同在制定过程未充分考虑客户购气能力的不足,本文通过分析客户量价关系对阶... 详细信息

在国家天然气产业“X+1+X”政策下,针对直面市场竞争的销售环节,天然气价格对下游客户市场的开发至关重要。针对天然气销售公司与下游客户签订的阶梯气价结算合同在制定过程未充分考虑客户购气能力的不足,本文通过分析客户量价关系对阶梯价格的影响,结合天然气供应链结构,建立了天然气量价耦合非线性优化模型。该模型以天然气销售公司总利润最大为目标函数,以天然气供应链各环节气量、供销气量以及客户各阶梯气价为决策变量,考虑各环节气量上下限约束、各客户调价空间约束、节点流量平衡约束、客户量价关系约束、阶梯价格约束、客户类型约束等,调用GUROBI求解器中的空间分支定界算法对该混合整数二次规划模型进行求解。将模型及算法应用于某省网大型多气源多客户(含10个气源和121个客户)的供销系统中,计算时间不超过5秒,算法求解效率高。与阶梯价格方案固定的销售情况相比,所得各客户销量及气价方案使得总效益最高提升17.2%,具有较好的优化效果。本文构建的模型及算法应用于不同客户类型的案例中,同时兼顾了客户和天然气销售公司的利益。可用于天然气销售公司与下游客户进行价格复议时推荐调价方案,并为天然气销售公司制定阶梯气价销售方案提供依据。

关键词：天然气客户阶梯气价量价关系非线性优化调价方案

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中国油气管网运行关键技术及展望

石油科学通报 2024年第2期9卷 213-223页

作者：梁永图邱睿涂仁福杜渐廖绮邵奇中国石油大学(北京)机械与储运工程学院/城市油气输配技术北京市重点实验室/油气管道输送安全国家工程研究中心北京102249 国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司广州510890

管道是连接油气产业链上下游的关键纽带,是现代能源体系和现代综合交通体系的重要组成部分。在油气体制深化改革和“碳达峰、碳中和”战略目标下,油气管道正朝着大型化、网络化、多元化的方向发展,为大规模复杂管网的运行管理带来了新... 详细信息

管道是连接油气产业链上下游的关键纽带,是现代能源体系和现代综合交通体系的重要组成部分。在油气体制深化改革和“碳达峰、碳中和”战略目标下,油气管道正朝着大型化、网络化、多元化的方向发展,为大规模复杂管网的运行管理带来了新的机遇和挑战。基于我国油气管网发展现状,聚焦系统分析、仿真优化、运行监测和新型管道输送4个关键领域,剖析了油气管网运行相关研究的发展动态以及面临的难点,包括管网系统可靠性和韧性评估技术、管网运行仿真和调运优化技术、管道本体监测与修复技术以及氢气、甲醇、液氨、LNG管道输送技术等。针对“全国一张网”新阶段和“多能源互补”新动向,总结了数字孪生、智能调控、智能预警、多网融合等前瞻性技术攻关方向,旨在推动我国油气管网安全、高效、绿色转型。最后,提出展望:现阶段,需要立足我国能源资源禀赋,加快适应新形势下的管网运营模式,发挥油气管网在“全国一张网”发展新阶段下的能源大动脉作用;未来,需要稳步推进多元介质的管网灵活输送,挖掘油气管网在综合立体交通和综合能源系统中的发展潜力。

关键词：油气管网体制改革低碳转型运行管理关键技术

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管道IMU弯曲应变解算算法优化与全尺寸试验验证

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油气储运 2024年

作者：石彤刘啸奔张琳张昊宁李睿谢婷冯庆善黄启玉中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程研究中心.石油工程教育部重点实验室北京城市油气输送技术重点实验室国家管网集团储运技术发展有限公司国家石油天然气管网集团有限公司

基于惯性导航（Inertial Mapping Unit，IMU）内检测器的管道弯曲应变识别技术，目前已被国内外广泛应用。【目的】IMU通过陀螺仪获取的俯仰角、航向角等进行解算并获取管道全线弯曲应变，但由于内检测器实际运行时存在因自身尺寸等原... 详细信息

基于惯性导航（Inertial Mapping Unit，IMU）内检测器的管道弯曲应变识别技术，目前已被国内外广泛应用。【目的】IMU通过陀螺仪获取的俯仰角、航向角等进行解算并获取管道全线弯曲应变，但由于内检测器实际运行时存在因自身尺寸等原因造成的检测轨迹线偏移，导致IMU检测弯曲应变与管道真实弯曲应变之间存在一定误差。【方法】基于实际内检测器尺寸建立无异常振动等干扰的IMU内检测器仿真模型，构建管径508 mm管道不同弯曲应变条件下的仿真数据库，提出基于神经网络-决策树（ANN-ExtraTree）深度学习模型的解算优化算法，进行误差分析与弯曲应变解算算法研究。开展全尺寸管道弯曲应变牵拉试验，验证解算优化算法的可行性与准确性。【结果】研究结果表明：随着管道弯曲应变增大，IMU检测弯曲应变与管道真实弯曲应变之间的误差随之增大。解算后弯曲应变数据的误差协方差、均方误差、误差标准差分别由0.007 0、0.004 9、0.070 2降低至0.001 2、0.001 6、0.012 6，而表示相关性的决定系数由0.443升高至0.981。采用全尺寸牵拉试验验证该算法，弯曲应变与应变片检测真弯曲应变之间误差分别降低了79.6%、79.4%、76.0%。【结论】通过有限元模拟与全尺寸牵拉试验数据验证了所提出解算优化算法的可行性与准确性，为基于IMU内检测的管道真弯曲应变获取提供技术支撑与指导。

关键词：惯性导航真实弯曲应变仿真重构全尺寸试验误差分析解算算法

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特高含水期原油低温集输温度边界确定方法

化工进展 2024年第10期43卷 5475-5485页

作者：秦远智张瀚文尹然熊建华黄启玉中国石油大学(北京)机械与储运工程学院油气管道输送安全国家工程实验室城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司河北廊坊065000 长庆工程设计有限公司陕西西安710018 中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司江苏扬州225009

随着国内油田逐渐进入开采后期,本文提出黏壁温度作为综合含水率70%~90%的高含水低温集油的评价指标已进入推广阶段且效果显著,但在现场降温试验中发现含水率90%以上的特高含水期原油管线实际运行温度与黏壁温度预测结果之间存在一定误... 详细信息

随着国内油田逐渐进入开采后期,本文提出黏壁温度作为综合含水率70%~90%的高含水低温集油的评价指标已进入推广阶段且效果显著,但在现场降温试验中发现含水率90%以上的特高含水期原油管线实际运行温度与黏壁温度预测结果之间存在一定误差。因此,针对特高含水期原油开展低温集输温度边界条件研究,对完善油田低温集输技术具有重要意义。利用环道实验装置进行了特高含水期原油黏壁凝油冲刷实验,对特高含水期原油油水两相流动特性和油相黏壁特性进行分析,确定了屈服应力是阻碍黏壁凝油在管道内被冲刷剥离最主要的影响因素。编制了特高含水期原油低温集油温度预测软件,利用油田单井集油管线的现场降温试验进行了验证,误差在2℃范围内,满足工程运用需求。

关键词：特高含水期原油黏壁凝油低温集输温度边界条件冲刷应力

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纵向连续冷弯管管段沉管下沟的可行性

油气储运 2024年第8期43卷 936-943页

作者：王炎兵石彤刘海春赵一桦董秦龙沙胜义卜明哲张宏王昊中国石油大学(北京)·油气管道输送安全国家工程研究中心·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室国家石油天然气管网集团有限公司长庆油田第一采气厂

【目的】沉管下沟是管道埋地敷设的主要方式之一,用连续冷弯管代替热煨弯头可以实现埋地管道纵向转弯,管道的最大应力是评判纵向连续冷弯管沉管下沟安全施工的关键指标。【方法】选取管径1 219 mm、壁厚22mm的X80管道为例,采用有限元方... 详细信息

【目的】沉管下沟是管道埋地敷设的主要方式之一,用连续冷弯管代替热煨弯头可以实现埋地管道纵向转弯,管道的最大应力是评判纵向连续冷弯管沉管下沟安全施工的关键指标。【方法】选取管径1 219 mm、壁厚22mm的X80管道为例,采用有限元方法建立纵向连续冷弯管管段沉管下沟数值模型,分析下沟过程中管道应力的变化规律,探讨下沟深度、连续冷弯角度、管沟开挖方向等对管道应力的影响。【结果】连续冷弯管的存在会加大下沟过程中管道的最大应力,且最大应力位置位于冷弯管起始边界附近;下沟过程中,管道上坡、下坡时产生的最大应力分别为压应力、拉应力,且同一上坡、下坡角度下的两种应力绝对值基本相当;从坡面向平面进行管沟开挖将会加大管道最大应力,且管道应力随下沟深度、连续冷弯角度的增加而增大。通过对管径1 219 mm、壁厚22 mm的X80管道的纵向连续冷弯管沉管下沟应力进行计算,得出在冷弯角度26°、下沟深度5 m内,管道的最大应力满足油气输送管道沉管下沟施工要求。为控制管道应力,可在冷弯管区域前、后100 m范围内进行分层开挖。【结论】管道下沟过程中应力受多个沉管参数的影响,依据下沟过程中最大应力的变化趋势,采取有效的控制措施即可实现纵向转弯管道的连续冷弯管管段沉管下沟施工。

关键词：连续冷弯管沉管下沟深度冷弯角度最大应力

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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

基于地基梁理论的断层非线性错动下隧道纵向响应研究

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隧道建设（中英文） 2024年第7期44卷 1365-1376页

作者：铁明亮常铭宇詹胜文申玉生左雷彬陈孔福张熙中国石油天然气管道工程有限公司河北省管道隧道和跨越技术创新中心河北廊坊065000 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程研究中心四川成都610031 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

为研究走滑断层错动作用下隧道结构的纵向响应,采用Pasternak双参数地基和弹性梁理论,建立穿越多破裂面断层隧道在断层强制位错作用下的纵向响应微分方程,通过数学方法求解获得隧道结构在断层位错作用下的纵向变形、内力响应,并通过模... 详细信息

为研究走滑断层错动作用下隧道结构的纵向响应,采用Pasternak双参数地基和弹性梁理论,建立穿越多破裂面断层隧道在断层强制位错作用下的纵向响应微分方程,通过数学方法求解获得隧道结构在断层位错作用下的纵向变形、内力响应,并通过模型试验和数值模拟对理论解析模型的有效性进行验证。在此基础上,采用理论解析模型对隧道结构纵向响应的影响因素进行敏感性分析。主要得出以下结论:1)理论解析模型计算得到的隧道纵向变形和弯矩变化趋势与模型试验和数值模拟结果完全一致,但数值上趋于保守;2)断层错动的位移形式和围岩-隧道结构的刚度匹配关系对隧道结构纵向响应的影响较大,应根据具体的断层破碎带形式选择合适的断层错动位移函数;3)随着围岩-隧道结构刚度比的增大,围岩对隧道结构的约束作用随之增大,隧道结构纵向内力集中现象增加,但受断层错动影响的范围减小,在具体工程设计中应结合施工成本、抢通时间等来选择合适的围岩-隧道结构刚度匹配关系。

关键词：隧道工程断层错动模型试验弹性地基梁理论解析模型

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高含水原油低温集输研究进展

化工进展 2024年第10期43卷 5427-5440页

作者：刘文臣黄启玉谢雁吕杨王毅杰徐榛康韩吉普中国石油大学(北京)机械与储运工程学院油气管道输送安全国家工程实验室城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 国家管网集团西部管道有限责任公司新疆乌鲁木齐830011 国家石油天然气管网集团有限公司油气调控中心北京100028 中国石油华北油田公司二连分公司工程技术研究所内蒙古锡林浩特026017

中国部分油田采出液含水率高达90%以上,造成地面集输系统的大量热能损耗。在国家“双碳”目标下,低温集输工艺将成为油田节能降耗的主要手段。本文总结了原油低温集输管道水力热力计算研究现状,重点阐述了原油组成、水相组成及流动条件... 详细信息

中国部分油田采出液含水率高达90%以上,造成地面集输系统的大量热能损耗。在国家“双碳”目标下,低温集输工艺将成为油田节能降耗的主要手段。本文总结了原油低温集输管道水力热力计算研究现状,重点阐述了原油组成、水相组成及流动条件对低温黏壁现象的影响。对现阶段应用较为广泛的低温集输黏壁预测模型作了总结和分析,梳理了低温集输边界条件的研究方法与实验装置。通过开展单井和集输干线现场低温输送试验充分验证了低温集输的可行性,为现场开展低温集输工作积累了宝贵的工程案例经验。最后,就低温集输黏壁现象未来的研究方向提出了展望,认为应加强理论预测模型的建立。

关键词：高含水原油低温集输黏壁现象安全多相流动力学热力学

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