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关键词： 超声波流量计   靶式流量计   文丘里流量计   湿天然气   流型控制   流量计量  

摘要： 湿天然气是指液相体积流量不超过10%的天然气,广泛存在于石油、化工等工业过程中,其流量的准确可靠测量对工业生产具有十分重要的意义。现如今,各油田普遍采用分离计量法,但是分离器十分笨重且价格昂贵,对于低产天然气单井等要求测量设备成本较低的场合,系统简单可靠、成本低廉、精度较高的湿气在线测量方法有非常迫切的需求。本课题就是基于这一需求,针对湿天然气流量计量技术进行研究,探索湿天然气流量不分离测量的新技术。本研究的思路是先整流再测量,即针对湿天然气管内流动多为环状流和分层流的情况,提出采用收缩喷嘴加整流网将上述湿气流型调整为接近均相流,然后采用超声波流量计与其他流量计组合的方式进行流量测量。基于上述思路,以气液两相流量测试平台设计了湿气流量实验测量装置,针对竖直管道上超声-文丘里流量计、超声-靶式流量计两种组合测量方式进行了研究。论文对超声流量计和文丘里流量计组合以及超声流量计与靶式流量计组合的流量测量原理进行了分析。研究了超声、文丘里和靶式流量计单相测量的虚高特性,发现三种流量计测量虚高与L-M参数的响应曲线有所不同,但有着共性,即流量计测量虚高随着L-M参数增大而增大,而气相表观速度对测量虚高几乎没有影响。两种组合流量测量实验测试结果表明,基于整流的湿气测量技术能够实现两相流量测量。其中,在超声-靶式流量计组合测量方案中,气相流量相对误差在5%以内,液相流量相对误差在15%以内;超声-文丘里流量计的组合测量方案中,气相流量相对误差在6%以内,液相流量误差在20%以内。由于液相误差是由气相误差修正而来,在液相含率相对很低的情况下导致其误差值偏大。比较两种方案,超声-靶式流量计的方案更加准确,值得进一步研究。

关键词： 第一性原理   杂质原子   V   TiV   稳定性   势函数  

摘要： 核能作为一种新型能源,有望解决未来能源危机问题。钒合金是聚变反应堆第一壁的主要候选材料。然而,在钒合金投入使用之前,杂质原子会无可避免地掺杂其中,例如在合金的制备或者服役时,H、He、C、O等杂质原子的掺杂随时都有可能发生,必定会对合金的物理力学性能造成重要的影响。研究杂质原子嵌入钒合金的稳定性及其势函数,可以为材料的分析和设计提供指导,具有重要的理论和实际意义。本文基于密度泛函理论,利用第一性原理方法计算了H、He、C、O四种杂质原子嵌入钒(V)和钛钒(TiV)合金不同间隙位置的结合能与晶格畸变率,研究了杂质原子在V和TiV合金中的稳定性;以H、He、C、O四种非金属原子和Ti、V两种金属原子作为研究对象,分别拟合了金属与非金属原子之间的Lennard-Jones(LJ)势函数,并拟合了FCC构型TiV的考虑第二近邻原子的修正嵌入原子势(2NN MEAM)势函数。得到以下结论:(1)H、He原子更容易嵌入V的四面体间隙位置,而C、O原子在八面体间隙位置更加稳定;(2)对于BCC构型的TiV,四种杂质原子在TiV的四面体间隙位置更加稳定;(3)拟合的V-C之间的L-J势,与前人文献符合较好。拟合的其他几组金属与非金属元素的L-J势,与L-J的基本曲线相符合;(4)基于Ti、V单原子的势参数,拟合得到FCC构型TiV合金的势参数,经第一性原理验证后结果较为可靠。说明这些势参数既适用于FCC结构,也适用于该合金体系存在于相图中的任何相结构。

关键词： 积液   机理模型   经验模型   压降   持液率  

摘要： 在天然气凝析液集输管道中,普遍存在气液两相流动,集输过程中,起伏的地形条件也使气液流动变得非常复杂。由于液相存在,可能在管道低洼处产生液体积聚,甚至堵塞气体的流动,给气田生产带来不利影响。有效预测天然气凝析液管线中的积液情况,才能为积液清除工作提出指导。而气液两相流水力学计算是研究积液问题的核心课题,计算的水力学参数主要是持液率和压降。本文以探究适用于天然气凝析液集输管道的气液两相流稳态模型为目的,主要进行了以下工作:研究稳态机理模型:选用S-T-B流型判别准则进行流型判别,以双流体模型方程为基础,选择气相和液相连续性方程、气相和液相动量方程进行建模。针对分层流、环状流、分散流和段塞流流型特点,分别建立几何结构方程和剪切应力计算方程,剪切应力计算式中涉及到的范宁水力摩阻系数,选用适用性较好的经验关系式进行计算。研究稳态经验模型:选用S-T-B流型判别准则进行流型判别,在水平管、上倾管和下倾管等不同类型的管路中,分别根据流型选用适用模型计算持液率和压降。选用的模型为研究学者结合流动机理,根据实验数据拟合或者总结的经验关系式。提出模型方程计算方法:机理模型方程是非线性常微分方程组,提出四阶龙格库塔方法进行迭代求解,数值算法高效收敛。经验模型中求解持液率的方程属于高度复杂非线性方程,选用二分法进行求解,计算稳定收敛,并且能够使持液率数值控制在合理范围内。二分法求解持液率一般存在重根,选取最小根作为求解结果。提出程序编制方法:编写稳态水力计算程序,程序分为输入、模拟计算和输出三部分,包括初始参数的赋值、网格划分、流型判别、机理模型计算、组合经验模型计算、管段参数传递和结果输出7个模块。利用实验数据进行模型验证和改进:选取帝国理工大学和塔尔萨大学等实验平台上的实验数据对流型判别准则、分层流、环状流和段塞流等计算模型进行验证,发现了模型计算的不足之处。通过对流型判别式中的临界参数进行改进,对分层流模型根据表观气速范围进行模型选择,对环状流机理模型和经验模型进行优选,对段塞流流动参数计算式进行改进等研究得到优化模型。利用实际管线运行数据对优化模型进行验证:选取实际连续起伏的天然气凝析液管线流动工况进行优化模型的验证和评价。利用实际压降数据对优化模型计算得到的压降和多相流软件计算得到的压降进行比较,分析发现,在一定范围内,优化模型和软件能较准确模拟实际的流动情况。利用优化模型进行起伏管路积液特性研究:建立简化的单起伏管路,并利用优化模型进行模拟计算,探究管径、气液比、气体流量和管道倾角等参数对管线内积液量和压降的影响。

关键词： 川南   长宁   构造形变   脉体分形   流体地球化学  

摘要： 通过对四川盆地南部长宁及其周边地区构造形变、热埋藏史、构造流体活动等特征研究,系统对比典型不同构造变形样式、变形强度、抬升剥蚀和流体活动特性,揭示出川南长宁及其邻区下古生界页岩层系强隆升、强剥蚀、强变形构造和流体活动特征的差异性,探讨差异性强隆升-强剥蚀-强变形构造背景下川南地区（盆内和盆外）下古生界页岩气保存条件及其勘探远景。本文取得了如下成果与认识:（1）长宁背斜带北东翼陡,南西翼缓,为箱状背斜样式,其构造变形较弱;威信构造带其背斜开阔平缓、向斜窄而陡,具不对称高陡背斜样式;盐津背斜发育于早古生代地层,轴部及两翼断裂发育、且轴部多发生倾斜或倒转,为紧闭背斜样式,构造变形较强;（2）通过野外露头剖面观测,发现流体活动与脉体充注集中发育在构造应力作用较强的区域,常常为背斜核部或断层附近,脉体多充填在剪张性节理中,一般为方解石或白云石脉体;（3）脉体分形学统计研究揭示出长宁背斜带总体上表现为宽脉为主、脉体具分散分布特点,指示流体活动为中等强度特点,威信背斜地区核部寒武系地层表现为细脉为主、分散分布的特点,两翼地层发育宽脉为主、具分散分布特点,指示出中等-强烈流体活动特性;盐津背斜地区野外露头大多被植被覆盖较少见到脉体;（4）脉体流体锶、碳、氧同位素特征表明,长宁背斜带流体主要以层内活动为主,同位素内源特征明显;威信和盐津背斜带下古生界地层87Sr/86Sr比值均异常高于同期海水的87Sr/86Sr比值,揭示出外来富锶流体的改造,结合该区大量逆断层发育特征,推测该断层切穿了下古生界地层,造成流体跨层流动,对下古生界页岩气保存条件有所破坏;（5）流体包裹体均一温度、热埋藏史和区域构造事件等综合研究揭示长宁及其周缘地区流体活动相关脉体充注时间主要为晚白垩纪世至古近纪;（6）基于典型背斜区域脉体分形学、流体地球化学特征等对比分析,共同揭示出差异构造变形强度与流体活动强弱性具耦合特征,即强构造作用地区流体活动更加剧烈,不利于下古生界页岩气保存条件。

关键词： 碳酸盐岩   弱挥发   流体特征   相态分析   注采参数优化  

摘要： 北特鲁瓦油田位于哈萨克斯坦滨里海盆地东缘,主要含油层系位于中上石炭统,埋深约2400m。主力开发层系为KT-I和KT-II两套层系,地层原油的溶解气油比、体积系数及原油收缩率高,密度和粘度低,地饱压差小。因此,在开发过程中注采参数的优化,注水时机和压力恢复速度的设计对于油田的高效开发十分关键。本次研究中首先统计分析了研究区已有的分析化验资料,重点研究了原油相对体积系数、粘度、密度的变化特征,并以此为基础研究区原油物性在三维空间的分布特征及变化规律。然后深入分析了原油的组分及物性特征,确定了研究区流体的弱挥发性质,并结合研究区地质特征建立典型井组模型,进一步结合研究区开发实际确立了模型采油速度、注采比等开发参数范围。抽提目标区典型孔隙型和裂缝孔隙型储层,建立了五点井网和反九点井网两类井网的开发模型。最后,利用数值模拟技术研究两类储层两类井网在不同注采比、不同采油速度、不同转注时机、不同压力恢复水平、不同压力恢复速度下采收率的变化特征。通过本次研究,明确了研究区流体组分及流体物性在三维空间中的变化规律。发现重烃含量的变化对流体的物性特征产生较大影响,进而,确立了以C7+含量24%为界将研究区划分为两个主要的流体物性区。通过建立的典型井组模型编制完成了油田开发技术图版,明确了采油速度、注采比、转注时机、压力恢复速度的变化与采收率的相互关系,进而设计出了对于孔隙型储层、裂缝孔隙型储层的最优注采参数为实现油田二次开发奠定基础。

关键词： 三年级   一杯水   表面张力   教学设计  

摘要： 教材简解苏教版科学课不同于过去以传授自然科学知识为主的自然课,它是以培养学生科学素养为宗旨的一门学科。本节课,将有关水的学习置于生命之源的广阔背景下,强调探究过程中的体验,引导学生从多角度看待水评价水。本节课的重点不是教概念、记结论,而是从全新的角度认识水。目标预设1.能通过观察、实验、制作等活动进行探究。2.知道水有毛细现象,水的表面有张力,了解毛细现象、表面张力在日常生活中的应用。3.能够细心观察,尊重事实,尊重别人的

关键词： 273铀矿床   成矿地质特征   成矿流体性质   矿床成因   粤北地区  

摘要： 273铀矿床处于华南粤北地区南岭成矿带中段,是典型的花岗岩型铀矿床,该矿床主要赋存于花岗岩体内,紧邻南雄陆相红盆,矿床形成受区内强烈构造—岩浆活动的影响。本文在详细的野外地质调查与研究基础上,采集了相关研究性样品,开展了岩矿石岩相学、电子探针、流体包裹体显微测温与成分测试、C—O、Pb同位素等多种研究手段,旨在系统阐明273铀矿床铀成矿地质特征,并对矿床成矿流体性质、来源及矿床成因等问题进行分析与讨论。获得认识如下:(1)273铀矿床的形成受区内强烈的构造—岩浆活动的影响,矿床主要由3条矿带组成,分别为273-I、273-II、273-III矿带,三条矿带分别对应受到I、II、III号构造带控制,矿体的产出、形态、规模由构造带控制。矿体主要呈透镜状、纺锤状、扁豆状等形态,呈条带状展布,工业矿体在膨胀收缩变化部位发育,矿体呈层状、似层状产出,数量较多。(2)273铀矿床围岩蚀变主要有红化、绿泥石化、绢云母化、硅化、萤石化等。铀矿化与赤铁矿化、绿泥石化、萤石化、硅化等蚀变类型密切相关。矿石中原生铀矿物主要为沥青铀矿,其次为钛铀矿、铀钍石。矿石类型包括沥青铀矿—黄铁矿—微晶石英—萤石型和沥青铀矿—赤铁矿型。(3)273铀矿床成矿期流体包裹体均一温度为13994.3℃,主要集中在16090℃之间;盐度为0.18.05 wt%NaCleq,均值0.4 wt%NaCleq,集中于0.18.53wt%NaCleq;密度为0.876.933 g/cm,平均0.912g/cm;成矿压力为176.9930.84×10Pa,平均272.56×10 Pa;成矿深度处于0.59.44km之间,平均0.91 km。以上特征表明273铀矿床成矿流体为中低温、中低盐度、中低密度性质的热液流体,成矿过程处于中低压、中浅成成矿环境中。显微拉曼光谱显示,成矿期流体包裹体中赋存有CO、CH、N、HO等具有还原性的气体,与地幔流体的挥发分组成具有一定的相似性,也与中国东部典型地幔岩中的包裹体气体成分类似,暗示273铀矿床成矿流体可能来源于地幔。(4)对碳、氧、铅同位素研究表明,273铀矿床成矿流体中δC范围为-6.68.1‰(PDB),平均值为-7.55‰、δO值的分布范围为-16.521.1‰(PDB),平均值为-17.9‰、δO值的分布范围为9.13.8‰,平均值为12.35‰。上述特征表明273铀矿床成矿热液中的碳主要来自深成CO的释放,与深部地幔岩浆流体有关;Pb/Pb值介于19.6923.764(均值21.433)、Pb/Pb值介于15.7425.979(均值15.843)、Pb/Pb值介于39.2389.450(均值39.342),显示出基底变质岩或富铀花岗岩体的属性,暗示出成矿流体中铅的来源于上地壳,与深部成矿流体关系密切。(5)研究认为,273铀矿床具有典型的幔源流体成矿的特性。幔源基性岩浆上侵和地幔成矿流体上升,活化花岗岩体及基底变质岩中的铀元素,并随富含挥发分的成矿流体溶解迁移。随着成矿流体的不断运移,伴随有不同程度的去气作用,在中—浅深度、中—低压力的构造部位沉淀富集成矿。

关键词： 脉冲钨极氩弧焊   激光视觉   三维测量   图像处理   熔池振荡   熔透检测   振荡频率   表面张力  

摘要： 熔池振荡作为一种常见的熔池表面波动现象,其振荡行为中承载了丰富的熔池特征信息。可靠检测并提取熔池表面振荡特征信号对深入理解电弧熔池耦合作用、焊缝熔透状态、熔池液态金属表面张力等焊接基础理论问题具有十分重要的意义。然而,由于实际在GTAW焊接过程中,熔池表面振荡幅度非常微弱,想要准确获取熔池表面振荡特征信息十分困难。针对传统熔池振荡法(弧压法和弧光法)信噪比低、鲁棒性差、无法表征熔池表面三维振荡信息的缺点,本文创新性的提出了一种基于激光视觉的GTAW熔池自由表面振荡三维测量方法,并利用该方法对GTAW定点及连续焊接过程中的熔池自由表面振荡行为开展了以下几方面的研究工作。针对GTAW熔池自由表面振荡特征及激光视觉法的原理,开发并建立了基于Labview软件平台的脉冲GTAW(P-GTAW)激光视觉熔池振荡三维检测软硬件试验系统。该系统能够实现对焊接过程中反射激光条纹图像信号的实时采集、存储、保存及后续图像处理,同时具有实时输出控制信号和优化激源工艺参数等功能。针对高速CCD摄像机采集的反射激光条纹图像动态变化特征,提出了基于图像亮度值法的熔池振荡特征频率提取算法和基于图像质心法的熔池表面振荡幅度提取算法,分别用于从CCD数字图像中提取熔池振荡频率信息和熔池表面振荡幅度信息;并对以上两种算法的有效性和鲁邦性进行了研究。研究结果表明亮度值法提取的熔池振荡一维信号信噪比大、重复性强、具有较强的鲁棒性;图像质心法提取的熔池振荡幅度信号对实际熔池自由表面振荡的位移量具有明显的光学放大作用,能够用于表征实际熔池表面振荡幅度。对定点GTAW熔池振荡行为进行了研究。研究表明未熔透熔池存在一种特征振荡频率且振荡频率较高,振荡幅度较低,表面振荡模式与液体自由表面波受激后的振荡行为类似;全熔透熔池(背面熔宽大于5mm)存在一种特征频率且振荡频率较低,振荡幅度较大,表面振荡模式与“二维薄膜”受激后的振荡行为类似;而临界熔透状态下的熔池(背面熔宽小于5mm)频域信号上同时存在一高一低两种特征频率,其自由表面振荡实质上为横向和纵向两个振荡方向相互垂直的振荡波的合成。利用不同熔透状态下熔池振荡频率特征,提出了一种步进焊接临界熔透实时检测及控制算法,并进行了控制试验。研究表明,提出的控制算法能够实现对步进焊接条件下焊缝临界熔透状态的实时检测及控制。根据不同熔透状态下的熔池振荡行为特征,分别采用基于自由表面波理论的未熔透熔池振荡解析模型和基于二维薄膜理论的全熔透熔池振荡解析模型对熔池振荡频率与熔池尺寸之间的关系进行了分析。结果表明以上模型能够用于解析熔池尺寸与振荡频率之间的关系。对连续GTAW熔池振荡行为进行了研究。首先通过工艺试验分析了焊接速度对未熔透熔池振荡行为的影响,结果表明,电弧热源的移动会引起电弧轴线与熔池几何中心线的偏移量增大,焊接速度越大,偏移量越大;随着偏移量的增加,熔池表面振荡模式逐渐由定点焊时的对称振荡模式向非对称的“晃动”模式转变;“晃动”模式下的振荡频率较低,接近于全熔透熔池振荡频率范围,会对后续熔透信号的检测产生严重干扰;采用熔池三维瞬态温度场解析数学模型仿真分析了“晃动”模式出现的临界焊接速度和临界偏移量;在“晃动”模式出现的临界焊接速度范围内,研究了不同熔透状态下的熔池振荡行为,结果表明,连续焊接条件下熔池从未熔透—临界熔透—全熔透的振荡频率特征、振荡幅度、振荡模式与定点焊时基本一致。不同熔透状态下的频率特征可用于连续焊接条件下熔透状态的实时检测及控制。最后利用熔池振荡频率与熔池尺寸、液态金属表面张力之间的直接物理对应关系,提出了一种GTAW熔池液态金属表面张力测量方法,利用该测量方法对不锈钢A-TIG焊涂覆两类不同活性剂(氧化物、氟化物)作用下熔池液态金属表面张力进行了测量,并从表面张力的角度分析了活性剂增加熔深的机理。研究表明氧化物活性剂能够改变熔池液态金属表面张力温度梯度系数和熔池内部“马兰格尼对流”的流动模式,熔池中氧元素的含量是影响熔池液态金属表面张力变化的主要因素。氟化物活性剂能够降低熔池液态金属表面张力绝对值,但并不会影响熔池表面张力温度梯度系数,氟化物活性剂能够增加焊接电弧温度从而引起熔池中液态金属的平均温度升高,进而导致熔池平均表面张力绝对值降低和熔深增加。

关键词： reservoir engineering   fluid characterization   hydraulic fracturing   unconventional reservoirs   Engineering   Petroleum   production history matching   production forecasting  

摘要： The Mississippian-age Meramec Series is one of the primary producing intervals of the Sooner Trend in the Anadarko Basin of Canadian and Kingfisher (STACK) counties, Oklahoma and is currently among the most sought-after hydrocarbon plays in the US. It is a low permeability and low porosity play; therefore, an understanding of reservoir limits, fluid and petrophysical characterization, stimulated reservoir volume (SRV), and expected recovery is critical to the development planning of these reservoirs. This thesis will integrate many different engineering concepts in order address all of these crucial points of understanding. In this thesis, first I establish an integrated workflow for multi-component fluid characterization, stimulation region limits and hydraulic fracture dimension estimation and apply the workflow to a study area of the Meramec interval in the STACK play of Oklahoma. Rate transient analysis (RTA) is used to characterize porosity, permeability, fracture dimensions and drainage areas. Subsequently, an Equation-of-State (EOS) model is established for the study area spanning the liquids-rich zone to high Gas-Oil Ratio (GOR) region. The EOS model is refined via compositional reservoir simulation by matching initial producing GORs field-wide and imposing compositional variations that would be observed due to thermal maturity. Reservoir parameters are then refined using the enhanced fluid model, and the integrated workflow is repeated until convergence. From there, I zoom into a single well and utilize a history matching process with the use of flow simulation to understand the extent of the SRV. Within this workflow, a dual porosity model is utilized. Initially, a very large fracture network is created and the injection of fracturing fluid is history matched. From the results of stress changes from this history matched model, the SRV is extracted. This region then becomes the only region with enhanced fracture properties, and the model is history matched

关键词： PVDF   气体传感器   压电效应   卡门涡街   密封性检测  

摘要： 随着人们生活水平的提高,食品医药产品的质量越来越受到重视。产品包装的质量是食品医药产品质量可靠性的保障。产品包装密封性检测在包装设备上的应用极具前景。因此有价值探索高灵敏度、高可靠性的气体密封性检测方法。基于压电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)材料的气体传感器具有便于大批量制造、柔韧性好、性质稳定等优点,被认为是理想的气体传感器之一。但如何将该传感器用于包装泄露产生的微弱变化的检测成为其应用的难点。本文目标在于探索出应用PVDF压电薄膜监测或检测充气包装过后包装袋内气体可能出现的物理量上的变化,如压力、气体泄漏产生的气流等的方法,达到检测包装漏气的目的。根据流体漩涡脱落理论,设计了一种基于卡门涡街效应的PVDF柔性传感器结构,实现对包装气体泄漏的检测或监测。论文采用COMSOL多物理场仿真软件,根据压电效应模型和漩涡脱落理论对经过扰流体后的流体状态和PVDF柔性薄膜的响应进行了仿真分析。依据仿真分析结果进行了基于卡门涡街效应的PVDF柔性传感器的结构设计。论文搭建了模拟气流、气压变化环境的水平进给试验台和气箱系统试验台,进行了不同气压变化条件,不同气体流量条件下的响应测试。测试结果表明基于卡门涡街效应的PVDF柔性传感器具有良好的压电响应性能,能够对气压、气流变化快速响应,稳定性良好。最后利用设计的传感器实现了对包装漏气与否的检测判断。