基于摩擦纳米发电机的耐高温井下振动传感器研制

过激的振动频率将损坏钻具、影响效率、甚至造成井下事故,因此有必要对井下钻具的振动频率进行实时测量。本文基于摩擦纳米发电机提出了一种耐高温的井下振动传感器,该传感器不仅具有振动测量功能,也具有发电功能。当该传感器测量振动频率时,试验显示其测量范围为0~8 Hz,测量误差<4%,信噪比高,抗干扰能力强,且输出信号幅值与传感器和振动源的距离成反比。当该传感器用于发电时,试验显示振动频率越高其发电量越大,其在8 Hz工况下的输出电压、输出电流和输出功率分别为70 V、12 ×10^-7 A和4.2×10^-5 W,展示出了其作为井下分布式发电机的潜能。此外,该传感器可在温度<180 ℃以及相对湿度<90%的环境下正常使用,具有很强的适应性。     

SDC-2500型煤层气车载钻机桅杆支架的模态分析

煤层气车载钻机桅杆是重要的执行机构,桅杆支架是桅杆的重要支撑,其工作振动的稳定性直接决定着桅杆工作的可靠性。采用有限元模态分析方法,对桅杆支架自由振动状态和预应力状态进行模态模拟分析,得到此两种状态下固有频率和模态振型数值结果及变化规律,通过对比分析,说明二者的结果很相近,但也存在细微差别,结果表明预应力对桅杆支架的振动影响很小,同时验证了桅杆支架不会产生共振,为支架结构设计提供了支撑,为拓扑优化设计和更深入的动力学分析提供了理论基础,具有十分重要的意义。     

周期性四组元局域共振桩带隙特征及隔振性能研究

基于既有的三组元局域共振结构,考虑到岩土材料流塑性及弹塑性特征,提出一种由管桩、软体层、桩芯和基体组成的四组元局域共振桩结构,并基于周期性理论,利用频散曲线分析了管桩密度、弹性模量、厚度对四组元结构带隙特征影响。研究发现：相比于无管桩的三组元结构,带管桩的四组元结构更加容易出现完全带隙,且管桩只对带隙上边界产生影响;相比于管桩密度,管桩弹性模量可对四组元结构带隙产生质变影响,影响程度更大;通过四组元结构带隙边界点模态分析,确立了四组元结构带隙计算公式。通过时域分析发现,相比于三组元结构,四组元结构在带隙内振动衰减效果可提升近30%,其内在原因是四组元结构中管桩提高了基体整体刚度,从而有效地预防了基体“击穿”带及泄露波的出现。相关研究可为新型局域共振结构设计及隔振效果改善提供新思路。     

基于边界位移法的地下结构推覆试验可行性研究

地震过程中地下结构变形主要受周边土体变形控制。基于该思想,现已提出一种在土?结构有限元模型侧边施加土体变形的地下结构抗震简化分析方法——边界位移法,但缺乏相关试验研究。为探索土体侧边施加推覆位移的试验方法可行性,以自行研制的岩土综合试验模型箱为试验平台,以1:10缩尺的大开车站区间隧道为研究对象,开展了大型土?地下结构系统推覆试验。通过应变、位移和应力的分析,揭示了试验过程中地下结构及周边土体的反应特性。结果表明：由于土体材料的强非线性特征,土体侧边施加的倒三角形变形在传递过程中会产生衰减,地下结构受到剪切变形和挤压变形的耦合作用;中柱与底板交接处是整体结构中的抗震薄弱位置;水平基床系数与土层位移水平及结构侧壁的破坏阶段相关;结构整体刚度大于等代土体,两者的侧向变形比值小于1。随着推覆水平增加比值逐渐增大,通过变形特征能够量化土?结构相互作用,有效填补了土?结构相互作用系数试验研究的空白。试验方法与结论,对地下结构抗震分析及推覆试验可行性研究具有重要指导意义。     

“双碳”背景下石油地质学的理论创新与迈向能源发展多元化新时代

“双碳目标”已成为我国能源发展基本国策。如何开展这一大背景下的石油地质研究及如何推动能源多元化发展,是石油科技工作者面前的现实问题。本文对2000—2020年我国二氧化碳排放、油气能源消费、油气储量、产量等进行分析研究后认为,在“碳达峰”与“碳中和”应对全球气候变化的大背景之下,21世纪内石油和天然气仍将担任能源家族中的重要角色。我国石油工业要立足于理论和实践的自主创新,实现“万米级的超深层常规油气革命和纳米级超致密储层的非常规页岩油气革命”,实现超常规发展和低碳绿色转型发展。油田注水开发是我国提高采收率的核心技术,今后应大力推广注二氧化碳驱油技术,以达到增油与减排的双重目的,创新二氧化碳捕集与埋存技术以发展石油工业的减碳产业。21世纪为能源发展的多元化时代,水电、风能和太阳能等3类可再生能源开发利用是实现双碳目标的基本保障,地热能、生物质能和海洋能是重要推手;22世纪人类将建成一个由可再生能源和新能源保障的经济社会,氢能源将是未来最具发展潜力的新能源。     

溱潼西斜坡地震资料“双高”处理关键技术

溱潼凹陷西斜坡是岩性、构造-岩性等隐蔽油藏勘探的有利区,具有砂体薄、横向变化快、圈闭面积小、断裂关系复杂等特点。常规地震处理剖面保幅性差、频率低,导致小断层识别困难、地层尖灭线刻画精度低、岩性圈闭不落实。开展以提高地震资料保幅性、提高分辨率为核心的“双高”处理方法研究,构建以保幅去噪、一致性处理、高精度Radon变换法压制多次波、反Q滤波提高分辨率、五维数据规则化及精细速度建模等为主的技术体系,并确定对应的质量控制方法。“双高”处理的地震资料保幅性好、信噪比高,波组产状与地质认识更吻合,目的层主频提高10 Hz,有效频宽拓宽20 Hz,小断层及地层尖灭点较清晰。新处理资料的解释发现了一批有利油气目标。     

南海北部珠江口盆地珠一坳陷西江凹陷与陆丰凹陷差异裂陷过程定量分析

西江凹陷和陆丰凹陷均位于南海北部珠江口盆地珠一坳陷,前者盆地结构为两条NE向铲式边界断层控制的近对称地堑,后者表现为6条弯曲主干断层控制的“两洼夹一隆”构造格局。文章运用三维地震资料,在盆地结构、断裂系统描述的基础上,选取了两个凹陷共8条地震—地质剖面进行平衡剖面恢复,计算两幕裂陷阶段盆地伸展量、拆离深度等定量参数,并据此分析二者差异裂陷演化过程及与区域构造演化之间的联系。两个凹陷在新生代均经历裂陷一幕、二幕以及裂后拗陷阶段,其中每幕裂陷又可细分为早、晚两个亚幕。西江和陆丰凹陷的裂陷演化具有时空差异性。从裂陷一幕到二幕,二者伸展量都具有随时间减小的一般特征,其中西江凹陷的伸展量随时间持续减小,在裂陷二幕晚期仍具有较大伸展量,而陆丰凹陷在裂陷二幕早期伸展量略有升高,但在晚期伸展量急剧减小,其减弱程度远大于西江凹陷。两个凹陷的拆离深度都具有随时间逐渐加深的特征。在裂陷一幕早、晚亚幕,陆丰凹陷的拆离深度略大于西江凹陷。在裂陷二幕早、晚亚幕,西江凹陷的平均拆离深度由约8 km增长至9 km左右,而陆丰凹陷的平均拆离深度由约8 km跳跃式增长至约35 km。盆地的几何结构、断裂系统以及伸展量和拆离深度变化特征均反映陆丰凹陷在裂陷二幕晚期受热沉降作用或提前结束裂陷阶段,而西江凹陷在裂陷二幕之后结束裂陷作用。研究区的裂陷阶段自东向西逐渐结束可能受控于东北次海盆的扩张及南海的自东向西渐进式扩张。区域板块构造演化提供了珠江口盆地沿其轴向向SW方向伸展作用增强的差异伸展环境。该研究所揭示的盆地裂陷演化差异性对认识珠江口盆地的裂陷时限的时空分布和差异裂陷演化都具有重要的意义,也对认识南海北部大陆边缘裂陷过程提供重要的定量数据约束。     

基于岩石表面位移场的超声波振动下花岗岩损伤特性试验研究

超声波振动碎岩技术作为解决硬岩钻进难题的新方法,其技术可行性受到国内外学者的大量验证,但是对于超声波振动下硬岩破碎机理的认识还存在不足。超声波振动下岩石表面径向响应位移与内部损伤状态存在着必然的联系,本文通过监测岩石在超声波振动过程中表面不同深度处的径向响应位移,利用应力波传播理论从能量耗散角度分析了岩石表面不同深度监测点径向响应位移的时空演化与岩石内部损伤发展的关系,得出超声波振动下岩石损伤主要由振动头高频冲击岩石造成的Hertz锥形环状裂纹和超声波振动交变应力产生的疲劳拉伸裂纹造成的,Hertz锥形环状裂纹的扩展深度为10 mm,疲劳损伤裂纹主要在10~20 mm深度处产生,超声波振动下岩石发生局部宏观破碎前存在着明显的径向响应位移征兆,岩石表面径向响应位移可以作为超声波振动下的破坏判据。本文的研究对于丰富超声波振动下硬岩的破碎机理具有重要意义。     

一种同轴双向回转模式的钻具结构设计及振动模拟

钻进时的振动会引起钻具疲劳失效和损坏,为提高井下钻具的稳定性,本文设计了依靠行星齿轮系驱动内外钻头同轴双向回转的钻具结构。通过对其核心的齿轮、密封、轴承等部件进行的强度校核,证明该结构的设计强度能够满足正常的使用工况。同时基于数值模拟对该结构的振动效果进行了验证,将钻进时钻头与岩石的相互作用简化为简谐荷载,对双向回转钻具整体结构进行谐响应分析。结果显示,相比于普通单向回转钻进结构,同等条件下双向回转的钻具结构能够有效抑制扭转振动。     

分离盘控制圆柱涡激振动的数值模拟研究

圆柱涡激振动问题一直以来备受关注,分离盘作为涡激振动抑制装置得到广泛研究。分离盘长度L与圆柱直径D之比L/D是影响抑制效果的主要因素。运用有限体积法结合RANS方程与一定的湍流模式离散和求解流场,通过编写自定义程序,使用动网格模拟结构物的运动带来的流域边界的变化,针对弹性支撑的圆柱及附加长度为0.5 D的分离盘模型,在约化速度Ur为2.5~13的情况下,对涡激振动及其抑制进行研究。结果表明:分离盘可以抑制甚至消除圆柱涡激振动,99%以上的振幅被抑制;锁定区始点被推后,锁定区变窄;附加分离盘的圆柱阻力和升力被抑制;其斯特鲁哈数(St)稍高于单圆柱St但差别不大。