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管道内天然气水合物沉积演化进程数值模拟 被引量：8
1
作者 刘翔 王武昌 +4 位作者 张佳璐 李玉星 胡其会 宁元星 刘志明 《油气储运》 CAS 北大核心 2022年第2期211-218,共8页
传统的双欧拉流体模型将水合物颗粒近似为流体相进行两相流动沉积预测,并未考虑流动过程中由相变导致颗粒生成的影响。为了解决该问题,在OpenFoam 4.0开源计算软件植入双流体模型、界面面积传输方程、对流换热方程,在考虑水合物颗粒聚... 传统的双欧拉流体模型将水合物颗粒近似为流体相进行两相流动沉积预测,并未考虑流动过程中由相变导致颗粒生成的影响。为了解决该问题,在OpenFoam 4.0开源计算软件植入双流体模型、界面面积传输方程、对流换热方程,在考虑水合物颗粒聚并、破碎效率的同时,引入关键的相变源项,根据管内温度场分布实时模拟计算水合物生成量,并在之后的流动沉积过程中加以考虑,而管内沉积层带来的保温效应将反作用于温度场分布,使沉积体出现动态演化过程。数值模拟结果表明:随着管道入口水合物体积分数的增加,水合物首先沉积在圆管顶部,并呈现边缘化及向心生长;随着管壁过冷度增大,水合物生成量持续增加,但水合物最大粒径却存在明显阈值;不同流动模式中,均匀流状态下管内流动状况最为安全。建议未来研究可联合求解水合物气液固三相流动相关参数,以期为深海水合物浆液开采及防治提供技术支持。 展开更多
关键词 深海管道 天然气水合物 界面面积传输 相变 沉积
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非成岩水合物单喷嘴射流破碎规律实验研究 被引量：4
2
作者 张计春 钟林 +5 位作者 王国荣 王雷振 李清平 付强 何玉发 陈雨 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期607-613,共7页
为了提高单喷嘴射流破碎采掘水合物的效率,推进海洋非成岩水合物固态流化开采的商业化进程,基于非成岩水合物替代试样,设计非成岩天然气水合物单喷嘴射流破碎实验方案,搭建单喷嘴射流破碎实验系统,研究射流时间、射流靶距、射流压力和... 为了提高单喷嘴射流破碎采掘水合物的效率,推进海洋非成岩水合物固态流化开采的商业化进程,基于非成岩水合物替代试样,设计非成岩天然气水合物单喷嘴射流破碎实验方案,搭建单喷嘴射流破碎实验系统,研究射流时间、射流靶距、射流压力和喷嘴水平段直径等因素对替代样射流破碎深度和破碎体积的影响。研究结果表明:在所设的实验条件下,随时间增加,水合物破碎深度和破碎体积呈先增大后趋于平稳的趋势,水射流作用下达到极限破碎深度的时间为30 s;破碎体积和破碎深度与射流靶距呈反比例关系,与射流压力呈近似二次方正比例关系;破碎深度与水平段直径呈正比例线性关系,破碎体积与水平段直径呈二次方关系;在射流压力和直径的影响下,破碎相同体积所需要的耗能分别为0.91 W/cm^(3)和2.85 W/cm^(3),射流压力对非成岩水合物的射流破碎影响更大。该研究为海洋非成岩水合物的固态流化射流破碎缩扩型单喷嘴的设计及优化提供了实验依据。 展开更多
关键词 非成岩水合物 替代样 单喷嘴 破碎深度 破碎体积
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天然气水合物力学特性的实验研究
3
作者 徐悦 宋坤明 +3 位作者 魏江东 耿昕 姚海元 王武昌 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2023年第6期150-154,共5页
天然气水合物(简称“水合物”)堵塞一直是油气管道实际生产运行中的多发问题,在堵塞前期的沉积阶段可以利用管内流体的冲刷作用在不停工的情况下对其进行治理,水合物的力学特性是实施该方法的重要理论支撑。为研究水合物的力学特性,利... 天然气水合物(简称“水合物”)堵塞一直是油气管道实际生产运行中的多发问题,在堵塞前期的沉积阶段可以利用管内流体的冲刷作用在不停工的情况下对其进行治理,水合物的力学特性是实施该方法的重要理论支撑。为研究水合物的力学特性,利用水合物生成装置和力学测试装置开展了水合物破坏实验,记录了实验过程中的竖向载荷变化,并计算得到竖向压力数据。以反应时间、是否添加粉砂和粉砂粒径作为实验变量,研究了这3个实验变量对水合物力学性质的影响规律。结果表明,在本实验工况(压力为4 MPa,恒温水浴设为0.5℃维持1 h,后设为-2.0℃维持9 h)下测得的破坏水合物所需的竖向压力为0.48 MPa;随反应时间增加,破坏水合物所需的竖向压力有所提高。相比于不含粉砂的水合物,破坏含粉砂水合物需要更大的竖向压力(0.86~2.21 MPa);粉砂粒径越大,粉砂与水合物粘结得越紧密,破坏水合物所需的竖向压力越大。 展开更多
关键词 天然气水合物 力学特性 反应时间 粉砂 抗破坏强度
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深水隔水管-测试管系统非线性动力学模型研究 被引量：4
4
作者 何玉发 郭晓强 +3 位作者 刘清友 柳军 王国荣 毛良杰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期104-113,共10页
在深水测试工况中,隔水管-测试管系统受到海流VIV效应、自身纵横向耦合效应以及测试管FIV效应,极易发生屈曲变形、疲劳断裂和摩擦穿孔等破坏问题。笔者采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型... 在深水测试工况中,隔水管-测试管系统受到海流VIV效应、自身纵横向耦合效应以及测试管FIV效应,极易发生屈曲变形、疲劳断裂和摩擦穿孔等破坏问题。笔者采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,提出了管柱系统非线性接触载荷计算方法。采用三次Hermit差值形函数和Newmark-β法离散并求解系统振动模型。借助现场管柱参数,采用相似原理,设计了隔水管-测试管系统非线性振动模拟试验台架,测得隔水管和测试管的振动响应,与理论模型计算结果和单管振动模型计算结果对比,验证了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型的正确性和有效性。在此基础上,分析了中国南海实例井管柱振动特性,表明在测试管振动疲劳分析时,不能忽略其自身局部高频振动的影响;测试管易发生强度失效的位置主要出现在中上部和下部。研究成果为深水测试管-隔水管的安全设计奠定理论基础。 展开更多
关键词 隔水管-测试管系统 哈密顿变分原理 非线性振动模型 模拟试验 振动特性
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塔里木北缘震旦纪——寒武纪转折期碳同位素漂移事件及成因机制 被引量：2
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作者 樊奇 樊太亮 +3 位作者 李清平 张岩 谷雨 商雅欣 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期436-447,共12页
震旦纪—寒武纪转折期是地球演化的关键节点,这一时期的碳氧同位素记录在塔里木保留完整却关注较少。选取苏盖特布拉克露头震旦系与寒武系交界地层实测采样,并开展了古生物、镜下鉴定、碳同位素漂移事件的综合分析,探讨了N1(BACE)、P1(Z... 震旦纪—寒武纪转折期是地球演化的关键节点,这一时期的碳氧同位素记录在塔里木保留完整却关注较少。选取苏盖特布拉克露头震旦系与寒武系交界地层实测采样,并开展了古生物、镜下鉴定、碳同位素漂移事件的综合分析,探讨了N1(BACE)、P1(ZHUCE)等碳同位素漂移事件的成因机制。样品的δ13Ccarb和δ18Ocarb相关系数(R2=0.05)、δ18Ocarb和Mn/Sr相关系数(R2=0.09)及岩石学特征表明,后期成岩改造并未导致碳氧同位素的显著分馏,原始碳同位素特征得以基本保留。由下至上,在该剖面识别出P-1事件(δ13Ccarb峰值1.9‰~2.4‰)、N1事件(-6.8‰~-10.3‰)、P1事件(1.4‰~4.1‰)、N2a c事件(-0.4‰~-2.8‰)、P2a c事件(0.2‰~0.6‰)和N3事件(-3.4‰)。综合碳同位素演化特征与古生物、年代学数据,确认了玉尔吐斯组底部硅质页岩与奇格布拉克组顶部藻云岩的分界面为塔里木震旦系与寒武系的分界线,并实现了该露头与老林、肖滩、三峡、西伯利亚、阿曼和摩洛哥剖面的地层对比。分析认为,塔里木北缘震旦纪—寒武纪转折期的碳漂移事件,更多受控于古海洋氧气含量变化引起的固碳率forg的波动。玉尔吐斯组早期海侵背景下的大规模缺氧事件导致的初级生产力和固碳率降低,是N1负漂移事件(BACE)的主因;随后海退中氧气含量的增加引起生产力重建和固碳率增加,形成了P1正漂移事件(ZHUCE)。这一成果性认识有助于塔里木盆地寒武纪古环境研究与深层超深层油气远景资源评价。 展开更多
关键词 塔里木 震旦纪 寒武纪 碳同位素 漂移 固碳率
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深海采矿水力提升管多场多尺度耦合非线性振动特性
6
作者 王普柽 郭晓强 +3 位作者 柳军 罗杰 曾林林 何玉发 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期240-251,共12页
针对深海水力采矿提升硬管流致振动失效问题,采用有限元法、Hamilton变分和虚功原理,建立了多场多尺度耦合作用下深海水力采矿提升硬管非线性振动模型,采用尾流振子模型模拟外部流体对大长径比提升硬管的非线性流体力,考虑了自身纵-横... 针对深海水力采矿提升硬管流致振动失效问题,采用有限元法、Hamilton变分和虚功原理,建立了多场多尺度耦合作用下深海水力采矿提升硬管非线性振动模型,采用尾流振子模型模拟外部流体对大长径比提升硬管的非线性流体力,考虑了自身纵-横向耦合效应、外部海洋涡激效应以及内流流致振动效应。通过理论计算结果与模拟试验测量数据对比,验证了模型的有效性。研究表明,提升硬管在考虑纵横向耦合、涡激振动和大变形等非线性因素下,提升硬管的振动具有高度非线性特征。随着中间仓质量的增加,提升硬管的顺流向偏移量和均方根应力减小,横流向振动频带分布更广,其顶端受到的轴力更大。小周期、大幅值的波浪对提升硬管的振动、应力和顶端轴力影响颇为明显。 展开更多
关键词 深海采矿 纵横向耦合 涡激振动 大变形 管柱力学
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