海洋柔性复合管气体渗透及冷凝研究进展

海洋柔性复合管具有可设计性强、经济性好、动力特性优良等特点,尤其适用于深水油气藏的开发。基于柔性复合管较为特殊的多层复合结构,综述了目前国内外关于其气体渗透及冷凝相关的研究成果,着重对安全隐患、传热传质机制、预测模型、环空冷凝及气液迁移、腐蚀失效等方面进行了评述。针对现有成果应用于深水条件下渗透速率预测存在精度不高、环空冷凝液形态尚不明确等问题,指出今后应着重开展3个方面的研究:(1)"流-固-质-海水"多场热质耦合的气体渗透冷凝模型;(2)环空局部水蒸气滴状冷凝过程、分布特征及金属构件"腐蚀-疲劳"耦合行为预测;(3)环空气体监测、调控系统优化及可靠性评价。(图4,参35)     

SiO2纳米粒子改性PVDF复合材料气体渗透行为

为改进聚偏氟乙烯(PVDF)的渗透性能，采用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对SiO₂进行表面改性，通过熔融共混法制备SiO₂/PVDF纳米复合材料，并研究改性前后纳米粒子对复合材料热力学性能、力学性能及气体阻隔性的影响。结果表明改性SiO₂(N-SiO₂)在基体中的分散性显著提高：掺杂改性纳米粒子后，PVDF的渗透系数显著降低；由于改性SiO₂良好的分散性，PVDF/N-SiO₂阻隔性能更为优异，其中1.0%N-SiO₂体系的渗透系数较纯PVDF降低18.6%，气体阻隔性最佳；随着温度上升，复合材料的渗透系数随之增加。研究结果可为柔性立管内衬层材料阻隔性改善提供参考。(图9，表2，参20)     

PET纤维增强柔性复合管耐高温性能实验

为了突破苛刻油气田环境下柔性复合管的应用局限,采用内衬层为PE80、增强层为PET纤维的柔性复合管,利用高温高压釜,差热扫描仪,热变形、维卡软化温度测试仪,红外光谱仪,万能试验机和承压设备等对其内衬层、增强层及整管耐高温性能进行研究。结果表明:高温对柔性复合管内衬层PE80的环境相容性、力学性能及结构组成影响不大,但对增强层PET纤维的拉伸性能、整管水压爆破强度值影响明显;柔性复合管在1 000 h存活试验中失效,因此,不建议在95℃及以上温度使用。     

海洋工程原型软管甲烷渗透试验

柔性软管是海洋资源开发的关键性装备，在油气输送过程中，内管中的甲烷、二氧化碳、硫化氢、水蒸气等气体小分子可逐渐渗透内压密封层，严重危害软管服役安全。为保证软管安全稳定运行，探究甲烷渗透规律，对常温条件下高密度聚乙烯（High Density Polyethylene,HDPE）原型软管进行了渗透试验。结果表明：(1)甲烷在HDPE管材中的渗透行为可大致分为溶解扩散期、缓慢解吸期及快速解吸期3个阶段，时间比例为1:6:5，第2阶段的均值气体透过率是第3阶段的1/3。(2) HDPE聚合物材料饱和溶解甲烷分子后，环空压力与气体透过率呈负指数函数关系。(3)发现了甲烷的超临界渗透特性，即试验压力在甲烷的临界压力附近时，气体透过率达到峰值；试验压力小于临界压力时，试验压力越大，气体透过率越大；反之，试验压力越大，气体透过率越小。研究成果可为柔性软管在海洋油气开发工程中的应用及新材料研发提供参考。（图7，表1，参20）     

海洋L形立管系统底部连续气举水力模型

为了研究海洋L形立管系统底部连续气举水力模型,基于立管底部连续注气条件,分析L形立管系统内可能发生的两相流动过程,建立了针对下倾管-立管系统严重段塞流工况下立管底部连续气举的一维准稳态数值模型。该模型能对有回落循环过程、无回落循环过程、非稳态震荡过程及稳态两相流动过程的相关参数进行数值模拟,从而得到不同流动类型特征参数随时间变化的规律,且模拟结果与第3方实验数据吻合较好。与Jansen模型相比,该模型的适用性和稳定性更强。基于模型模拟结果和实验数据,分析了注气量对立管底部连续气举效果的影响,以期对海洋立管系统安全稳定流动提供借鉴。(图8,表3,参27)     

海洋非粘结型柔性软管的性能结构及其研究热点

海洋非粘结型柔性软管具有各层间相对独立且可移动的特殊结构,具有较好的柔韧性和适应性,成为海洋尤其是深海开发的必需管道,对深海资源的开发具有重要的工程应用与战略价值。介绍了海洋非粘结型柔性软管的性能特点及其典型管体的主要结构,分析了骨架层、内衬层、抗压铠装层、耐磨层、抗拉铠装层、中间层、外包覆层的结构特点与作用,重点探讨了集束生产管、带有抗硫化氢层的软管、碳纤维抗拉铠装层软管3种新型研制管材的设计特点与工作原理。研究结果表明:与普通钢管相比,海洋非粘结型柔性软管更适合用于深海资源开发,可以根据实际环境要求设计各层结构;研制的3种新型软管可以满足超深水复杂工况的需求,成为海洋非粘结型柔性软管的研究热点。     

油气田管道HDPE内衬技术的应用

随着国内外油气田的深度开发,介质工况愈发复杂苛刻,高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)内衬技术是控制油气田地面集输系统及注水系统腐蚀泄漏、延长管道服役寿命的重要措施之一。基于等径压缩HDPE管的内衬原理,结合国内外标准规范,从设计、施工、经济性3方面进行对比分析,提出了HDPE内衬管的材料性能要求、HDPE内衬技术的适用工况、内衬管与基管的结合形式、放空口设计原则,以及基于安装和存储最小壁厚、内衬层稳定性和抗塌陷强度三个方面确定的HDPE内衬管壁厚。对比了不同HDPE内衬管技术的接头形式,提出优先考虑法兰连接方式。介绍了HDPE内衬技术的施工安装工序和热煨弯头内衬的形式,并对施工质量控制关键点和要求进行总结。对比不同油气田管道选材方案的经济性,以期推动HDPE内衬管在油气田管道的应用,从而更好地解决管道腐蚀泄漏问题。     

功率LED柔性封装结构的设计与热特性分析

根据功率LED的柔性封装要求,提出了基于贴片式(SMD)封装的功率型LED柔性封装结构。对各层结构进行了优化设计,采用有限元分析(FEA),模拟了柔性封装结构LED的热场分布。对比研究了柔性LED与传统封装结构LED的热特性,并对弯曲状态下柔性衬底材料对芯片的应力进行了分析。结果表明,采用金属Cu箔衬底的柔性封装结构,其散热特性较好;Cu/超薄玻璃复合衬底替代Cu箔衬底,可以减少弯曲的应力,减少幅度达到2.5倍,散热特性基本相同。SMD柔性封装的LED不仅具有较好的热稳定性,且具有柔性可挠曲特性,其应用潜力很大。     

混氢天然气在终端管网中应用的研究进展

氢能是碳中和目标下新能源重要发展方向之一。中国对于天然气长输管道混氢输送的适应性研究较多，但在终端管网中应用尚缺乏全面系统的分析。调研了国内外混氢天然气在终端应用的互换性、设备材料适配性、安全性等方面的研究现状，结果表明：混氢天然气对民用燃具、终端管道材料有较好的适配性，但面向终端用户使用还需要在互换性、介质分层、泄漏检测、加臭、计量等方面进一步开展研究。根据终端管网特点及供气需求，提出相关建议：(1)结合具体天然气组分、燃具工况，对混氢天然气进行互换性分析；(2)提高输送压力，消除高层建筑物立管附加压力的影响，并开展极限工况下介质分层研究；(3)对连接件密封性能进行全面分析，结合氢气泄漏扩散特性，优化泄漏检测设备及加臭剂的布置；(4)亟待建立终端混氢天然气计量标准体系；(5)加快终端管网氢气分离装置及技术的适应性调整。研究结果可为混氢天然气在终端管网中的应用及氢能产业链的发展提供参考。（参70）     

海洋立管气液两相流动模拟研究进展

随着海洋石油工业的发展,从20世纪70年代的浅海立管到21世纪的深海立管,海洋管道发展了多种新的形式,如悬链线立管、S形立管等。对于各种混输立管系统,严重段塞流等不稳定流动会造成设备损坏,严重影响安全生产。因此,实现立管流动的准确模拟,通过合理设计和科学运行控制、消除严重段塞流,具有重要意义。综述了国内外海洋混输立管流动模拟的研究成果,包括L形立管和柔性立管的实验研究、模型模拟及软件模拟的主要进展。指出了当前研究中存在的问题及未来的研究方向,可为进一步开展立管流动模拟研究提供参考。     

内衬法用于管道修复和再生

所谓内衬法是指将由高耐腐蚀性的聚氯乙烯和合成粘合材料制成的复合软筒置入待修钢管内壁,经加温、加压使其与管内壁牢固粘结成为一体,其优越性为: (1)彻底解决了旧管道的修复和再生问题。复合内衬与管壁牢固地粘接,不但可提高管道耐腐蚀性能,而且由于复合内衬材料本身具有的高强度(抗张强度 50～80MPa)对受损的管壁也起到了结构增强作用。在DN219管道上做试验,在45m受试管段上,分三处人工开孔,直径为3mm。置入内衬后,固化72h,作水压试验,在20MPa的高压下,小孔仍未漏水,证明该复合内衬筒具有极好的增加作用。     

海洋立管系统严重段塞流数学模型

介绍了几种典型的严重段塞流预测模型,建立了满足质量和动量守恒的描述混输立管系统内部周期性流动的一维瞬态流动模型.将模型计算结果与实验数据及OLGA软件计算结果进行对比,结果表明:模型计算的立管底部弯头处的压力值变化趋势及段塞周期等参数与实验数据吻合较好;模型计算结果与OLGA软件计算结果存在一定偏差,但在工程可接受范围之内,说明该模型能够对立管系统严重段塞流进行较准确的数值模拟,可为海洋立管系统的合理设计提供理论依据.     

地磁激励条件下X80钢拉伸疲劳过程磁记忆信号变化特征

疲劳破坏和应力性损伤是海洋立管主要损伤形式。为研究地磁激励下拉伸疲劳过程中典型海洋立管材质X80钢表面磁场信号变化规律，利用MTS810 250疲劳拉伸试验机对X80钢材质试样进行了典型工况下的疲劳拉伸试验。试验过程中借助磁记忆传感器监测拉伸试样表面的磁场变化，借助手持显微镜观察疲劳过程中试样疲劳破坏情况，借助扫面电镜分析断口形貌。结果表明：磁记忆对拉伸疲劳损伤敏感，提出了以去背景磁记忆信号极值H_E(X)、切向梯度信号极值的连线斜率S_K(X)为特征值的X80钢拉伸疲劳损伤磁记忆检测特征参数。在裂纹萌生时，H_E(X)和S_K(X)会出现过零点的现象；随着循环周次的增加，H_E(X)和S_K(X)增加的速度也逐渐加快，跟疲劳过程裂纹扩展规律一致，H_E(X)和S_K(X)能够很好地反映试样的疲劳破坏过程，可用于海洋立管疲劳损伤的监测。研究成果可为磁记忆检测方法在海洋立管疲劳损伤检测的现场应用提供参考。(图15，表1，参26)     

法兰连接式柔性软管膨胀弯在工程中的应用

在海流作用下,海底管道因海床冲刷而产生悬空的现象时有发生,尤其位于沉箱式平台附近时更为明显,极大地影响了在役海底管道的安全运营。在复杂特殊的海洋环境下,选择合适的膨胀弯材料,是确保整条海底管道长期安全运行的关键。以辽东某油田柔性膨胀弯安装工程为例,介绍了所选取的柔性软管膨胀弯的结构形式和基本参数,分析了柔性软管膨胀弯相比钢制膨胀弯的优势,并对安装方法进行了研究。针对柔性软管膨胀弯安装存在的3个技术难点提出了解决措施:使用水泥沙袋对冲刷部位及立管悬空进行处理,为柔性软管膨胀弯提供支撑;合理设置弯曲限位,实现软管膨胀弯安装路由与设计相符;采用水平撑杆将柔性软管膨胀弯吊装下水,在平台基础结构上安装2个临时吊点,通过倒链调整膨胀弯法兰位置,完成立管法兰对接。以上措施在工程实践中取得了良好的效果,可为今后类似安装工程提供一定参考。(图7,表2,参20)     

小套管井环空液面监测技术研究

小套管抽油井由于井下管柱在悬挂器以下存在变径位置，常规液面测试仪器难以测试准确的液面位置。为此，针对井下管柱特点，研究出小套管生产井环空液面测试技术。测试采用回声原理，气体压差瞬时击发产生声波，用压电陶瓷传感器接收回声波的反射，提高了回声监测灵敏度。从高精度回声接收器、优选压差声波幅度、提高仪器抗干扰能力、提高曲线波形识别分析技术等4方面研究了环空液面新工艺。在测试曲线上可以清楚地区分井口波、悬挂器变径波和动液面波。2015年上半年开展小套管抽油井环空液面测试45井次，通过测试获得了抽油井生产时的动态资料。该项技术的开发应用能够准确判断抽油井工况、油井供液能力，对优选合理的工作制度、提高油田经营管理水平具有十分重要的意义。     

硬毛粗盖孔菌生物学发育特征及其GC-MS分析

【目的】研究硬毛粗盖孔菌(Funalia trogii)子实体不同生长阶段的生物学特性及脂溶性化学成分的变化，为深入了解其生长过程中内部化学物质的变化规律及开发利用提供基础。【方法】采用徒手切片法对不同生长时期的组织结构进行显微镜观察并记录；通过GC-MS检测硬毛粗盖孔菌不同生长时期的脂溶性成分，并将检测结果进行对比。【结果】在子实体个体发育过程中，表层菌丝首先分化出盖面组织，经过3次从白色蜂窝状结构至浅黄褐色菌毛的转变过程，菌肉逐渐增厚，内部空腔数量增多、总空间增大。灰褐色或浅黄褐色的齿状菌管起源于盖面组织边缘的菌丝组织。待子实层发育成熟后，部分栅栏状细胞层变为普通丝状菌丝，互相靠近交织，在齿状菌管之间相连。最终形成与自然状态下形态、结构相近的子实体个体；GC-MS分析显示，硬毛粗盖孔菌不同生长时期共检测出10种脂溶性化学成分，其中菌球期检测出8种，盖面组织发育完成期全被检测出（10种），子实体形成期检测出8种，3个时期共检测出56个脂溶性化合物。【结论】硬毛粗盖孔菌个体经过盖面组织分化、菌管与子实层分化以及子实层中菌丝变化3个阶段，可以发育形成类自然状态的子实体；且不同生长阶段的脂溶性成分种类和含量都不同。     

蜂群行为监测方法及应用研究综述

为研究国内外蜂群行为监测进展及应用现状，以“蜜蜂监测”、“自动化”、“行为”为关键词，对2005—2019年的文献进行检索，并从巢内监测和巢外监测2 个角度对文献进行梳理总结。结果表明:1)国内外对巢内图像、声音、温湿度和重量信息的监测与应用大大提高了蜂农养殖效率，减轻蜂农负担；2)巢外的巢门区蜜蜂数量、蜂箱蜜蜂进出量监测研究提高了在实际应用中便捷程度，于发展中不断弱化对传感器的依赖性；3)基于计算机视觉的巢外监测成为新的监测研究热点。已有研究存在信息分析单一、环境数据利用不充分、养殖辅助信息欠缺等不足之处。未来研究方向应着重于多类监测信息进行协同分析、不同监测信息与环境信息结合进行关联分析以及养殖辅助策略多途径化，进一步促进养蜂业发展。     

钙胁迫下花生荚果微区特征及植株生理生化反应变化

通过盆栽试验研究钙胁迫对花生荚果中果皮层微区结构及植株生理生化的影响。结果表明，缺钙的花生荚果中果皮层薄壁细胞组织钙缺失，“填充物”少且不牢固；相关的植株酶等分析表明，缺钙的植株光合产物转化率低、运转不畅，荚果处于相对“饥饿”状态而导致空秕。     

高钢级管道环焊缝缺陷修复技术探讨

近年来因环焊缝开裂引起的高钢级管道失效事故频发,因此,高钢级管道环焊缝质量及缺陷修复问题备受关注。基于高钢级管道环焊缝缺陷类型,介绍了国内外高钢级管道修复标准对于环焊缝缺陷的推荐处理方法,系统梳理了现有焊接与非焊接修复技术的阶段性研究成果。在焊接修复技术方面,B型套筒是修复高钢级管道环焊缝缺陷的首选修复技术,目前针对开式三通、护板及B型套筒的水平直焊缝及环向角焊缝的全自动焊接技术已基本具备推广应用条件,将大幅提高焊接效率及焊接质量。非焊接修复技术主要有复合材料、环氧套筒及钢制内衬复合材料修复技术3类,国外针对复合材料与钢制内衬复合材料修复X42级管道环焊缝缺陷(50%未熔合)开展了系列验证试验,相比复合材料,钢制内衬复合材料修复效果更好;国内则针对经检测评价确定无需修复但存在缺陷的环焊缝采用钢质环氧套筒进行补强,并结合复合材料及环氧套筒修复技术,开发了复合钢制内衬修复技术。最后,针对高钢级管道环焊缝缺陷修复问题提出了解决思路及重点研究方向,以期为中俄东线天然气管道及类似高钢级管道环焊缝缺陷修复提供技术参考。(图2,表8,参22)     

双金属复合管内衬层液固两相流冲蚀机理

砂磨管道是油气田开发中的常见问题,持续不断的碰撞导致材料产生凹坑或者划痕,进而造成管道磨损减薄甚至泄漏等严重问题。管道内部流场多变、砂粒分布不均,导致砂粒冲蚀机理复杂。利用大型液固两相流冲蚀实验环道研究了双金属复合管内衬层316L不锈钢的冲蚀性能,并与数值计算结果进行对比分析,揭示复合管弯管部位的冲蚀机理,结果表明:(1)砂粒对弯管的冲蚀磨损主要包括微切削摩擦、犁割以及冲击变形3种形式;(2)弯管处二次流对于砂粒运动影响显著,二次流使得弯头处砂粒由外拱向内拱运动,造成内拱部分区域的冲蚀;(3)受重力及流场影响,冲蚀最严重部位出现在弯头出口处的底部。