期刊,科学技术与工程 2024年卷24期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

科学技术与工程

主　　编：明廷华

出版周期：旬刊

国际刊号：1671-1815

电子邮箱：ste@periodicals.net.cn

电　　话：010-62103284

邮政编码：100081

地　　址：北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD

查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。

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基于水化学及氢氧同位素的采空区积水水源识别:以巴彦高勒煤矿为例

石守桥吴复柱边凯王铁记...

10220-10226页

查看更多>>摘要：针对煤矿采空区积水水源识别问题,以巴彦高勒煤矿为例,首先对研究区充水因素进行了分析,通过多种方法确定了导水裂隙带发育高度,初步判断侏罗系延安组与直罗组含水层为采空区直接充水含水层.其次,根据研究区含水层及采空区水样数据资料,分别对水样水化学特征和氢氧同位素特征进行详细分析,结果表明:研究区采空区积水无论是其高矿化度、弱碱性、硫酸钠型水的水化学特征,还是氢氧同位素组成特征都与侏罗系含水层水接近,与第四系及白垩系志丹群存在较大差异.最后,综合以上分析,确定了采空区积水水源主要为侏罗系延安组与直罗组含水层.研究成果可为类似煤矿采空区水害防治决策提供依据.

关键词：

采空区积水水源判别充水条件水化学特征

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大位移井套管磨损预测及剩余强度计算

曹天宝李忠慧刘剑孟凡奇...

10227-10234页

查看更多>>摘要：在大位移井钻进过程中,由于水垂比大的特点,钻柱在井下运行形式复杂,造成套管内壁磨损严重,套管强度降低,极大地影响了后续钻井和生产作业.应用基于能量传递的套管磨损效率模型,采取分段法求取管柱侧向力,对套管月牙形磨损进行分析,并依据API(American Petroleum Institute)最小壁厚法,简化月牙状套管磨损,建立套管磨损预测及剩余强度计算方法.利用该模型对南海某大位移井进行计算.结果表明:侧向力是影响套管磨损的主要因素,倒划眼对套管的磨损效果明显强于正常钻进.全井段磨损最严重的位置是狗腿角最大的井段,套管失效的风险最大,是采取防磨措施的关键井段.经计算该井四开作业完成之后,狗腿角最大处的套管磨损深度为1.15 mm,套管强度衰减至原始强度的58.24％,但仍能满足强度要求;该研究成果为南海大位移井套管磨损的防治提供了依据和参考.

关键词：

套管磨损磨损机理磨损深度剩余强度计算模型

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基于KShape数据增广与混合神经网络的注水系统故障诊断

于继飞姬煜晨常振宁隋先富...

10235-10243页

查看更多>>摘要：为解决海上油田注水系统故障诊断问题,提出基于KShape数据增广与混合神经网络的故障诊断模型.首先采用KShape时间序列聚类算法实现样本数据增广,然后通过融合双向长短时记忆网络(bidirectional long short-term memory net-work,BiLSTM)和全卷积神经网络(fully convolutional neural network,FC N)构建混合神经网络模型,最后应用贝叶斯优化算法对模型参数进行全局寻优.结果表明:提出的数据增广方法在数字油田大数据的基础上,能够有效扩充注水系统工况样本.提出的混合神经网络模型较BiLSTM和FCN单一模型效果更好,该模型综合了BiLSTM网络对时间序列数据依赖关系的良好捕捉能力以及FCN网络对局部特征的有效提取能力,较两者在准确率上分别提升4.9％和1.8％.贝叶斯优化方法在寻找更优超参数组合方面有显著效果,为提高模型的鲁棒性和泛化性能起到了重要作用.该方法较传统调参方法在准确率上提升5％,较网格搜索和随机搜索方法分别提升3.7％和1.9％.同时,该方法产生的不同超参数组合下的模型准确率中位数为84.5％,模型准确率在90％以上的占比达到18％.所提出的故障诊断模型,可有效识别地层堵塞、配水器堵塞和油管漏失等故障,为海上油田注水系统故障诊断提供了新的解决方案和有效的技术支持.

关键词：

KShape数据增广混合神经网络贝叶斯优化故障诊断注水系统

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CO2-EOR井中低温对封隔器及密封圈性能影响

邓祥龙刘少胡张磊

10244-10252页

查看更多>>摘要："双碳"背景下,碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术将发挥关键作用,其中针对CO2-EOR井中低温对封隔器及密封圈老化问题,首先建立CO2在注入井中温度分布理论模型;然后通过有限元方法建立密封圈数值模拟模型,开展不同温度下橡胶密封圈的等效应力、接触压力和真实应变的研究,并分析低温对密封圈力学性能影响和低温老化的原因.结果表明:CO2注入井中封隔器密封工作温度在其玻璃化转变温度Tg以上,正常工作不会产生低温老化;低温对注入管阀门密封圈的力学性能影响显著,较常温环境下的Mises应力和接触压力上升3～4倍.当环境温度低于Tg后,密封圈将会从高弹态转变为玻璃态,其硬度增加、弹性降低,老化程度逐渐加深,导致密封圈接触压力小于介质压力而失效.

关键词：

CO2-EOR技术CO2注入井封隔器橡胶密封圈力学性能低温老化

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水中高压电脉冲作用下径向预制裂纹扩展规律

鲍先凯张童崔广芹宋翔宇...

10253-10267页

查看更多>>摘要：为研究水中高压电脉冲作用下页岩多条预制裂纹同步扩展应力干扰作用对裂纹扩展影响,通过裂纹扩展轨迹、扩展长度、平均宽度、偏转角度和裂纹间等效应力分布的变化规律,综合考虑裂纹夹角、裂纹数量、水平地应力差等因素对裂纹起裂、扩展的影响.采用真三轴高压脉冲水力压裂试验平台进行实验室压裂试验和扩展有限元法(extended finite element meth-od,XFEM)数值模拟计算,利用PCAS(pore and cracks analysis system)裂隙分析软件分析裂纹几何形态特征.结果表明:水中高压电脉冲作用下,预制裂纹可沿径向及轴向起裂、扩展;径向双裂纹间夹角越大,缝间干扰作用越弱,裂纹扩展曲折程度越好,扩展效果越好;等夹角径向三裂纹扩展,中间裂纹受应力干扰、受抑制作用最大,不等夹角径向三裂纹扩展,远离中间裂纹的右侧裂纹受干扰最小,扩展效果最好;随着水平地应力差增加,裂纹间应力干扰作用增强,裂纹扩展效果逐渐减弱.研究成果可为分析水中高压电脉冲作用下页岩多预制裂纹扩展过程和规律提供一定的参考.

关键词：

水中高压电脉冲预制裂纹裂纹扩展裂纹干扰扩展有限元(XFEM)

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盐穴储气库多步造腔流场浓度场规律

王进超汪志明曾泉树王俊...

10268-10279页

查看更多>>摘要：盐穴储库水溶造腔过程中流场特征和浓度场分布会很大程度影响腔体的扩展和腔体最终形态,而流场特征和浓度分布无法通过技术手段进行监测.为研究盐穴水溶多阶段造腔过程中流场特征、浓度场分布及它们对腔体扩展的影响规律,基于建立的盐穴储库多场耦合流动模型进行了相关的数值模拟计算,并与金坛两口储库井进行数据对比.模拟结果与现场造腔数据相一致,验证了模型的准确性.基于模拟结果和数据,分析了水溶多阶段造腔各阶段的流场特征、浓度场分布规律,并分析流场和浓度场的分布如何影响腔体的扩展.结果表明:正循环造腔会形成一个涡流,主要起冲蚀作用,一定程度抑制溶蚀作用;反循环会形成两个涡流,下部的促进卤水排出,上部促进溶蚀作用;强制对流会引起涡流,涡流强度随腔体扩大逐渐减弱,涡流使腔内流体流动,促进了对流扩散过程,从而影响浓度场的分布,最终影响到腔体扩展,通过调整正反循环方式、管柱的位置、油垫位置及注入量可以控制腔体的形态扩展;造腔前期主要受到冲蚀作用,造腔效率高,腔体表面积小使得造腔速率较慢,腔体主要向中下部扩展;后期随着腔体扩大,主要以溶蚀作用为主,造腔速率高,腔体主要向中上部扩展.研究结果和规律对现场造腔工艺设计提供一定的理论基础,对提高现场造腔效率、优化造腔工艺参数具有指导意义.

关键词：

盐穴储气库多阶段造腔流动特征浓度场腔体形态

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圆弧锯形仿生PDC齿的破岩机理及钻头钻进分析

吴泽兵袁若飞张文溪刘家乐...

10280-10286页

查看更多>>摘要：为进一步提升聚晶金刚石复合片(polycrystalline diamond composite,PDC)钻头在深部硬地层的钻井性能,抑制黏滞滑动现象的发生,以鼹鼠爪趾为原型,在仿生相似原理和锯形齿结构基础上提出一种圆弧锯形仿生齿.基于弹塑性力学和有限元非线性动力学理论建立了切削齿、钻头破岩的仿真模型,对比锯形齿与圆弧锯形齿的破岩过程,并对比了布置两种齿形钻头的整体钻进过程.结果表明:圆弧锯形齿破碎岩石主要以犁削和铲削为主,能够将载荷集中一点,更容易达到岩石的屈服极限,同时使岩石受拉应力更容易破碎,相比锯形齿所受切削力减小15.8％,效率更高.使用圆弧锯形仿生PDC齿的钻头破岩量更大,进尺提升明显,所受扭矩更小,能有效解决钻头的黏滞滑动.研究结果对国内高性能钻头的设计具有重要参考价值.

关键词：

聚晶金刚石复合片(PDC)钻头仿生仿真有限元破岩

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深水ROV工具篮子结构设计载荷与屈服强度分析

魏行超刘统亮程寒生刘康...

10287-10296页

查看更多>>摘要：水下机器人ROV(remote operated vehicle)工具篮子用于在陆地和深海中储存ROV安装工具,除方便ROV进行操作外,同时给ROV工具提供保护,能够很好地适应深远海环境,是水下生产系统的重要组成部件.其深海安装作业风险高、要求严,研究其安装全过程工况的强度性能对确保整个水下生产系统平稳运行具有重要作用.针对南海陵水气田使用的ROV工具篮子深海多种典型工况,计算得到设计载荷,然后对其进行有限元建模分析,计算不同载荷工况下的应力响应,对结构的屈服强度进行校核,以确保整体结构强度满足安全规范要求.计算结果表明:ROV工具篮子在多种提升工况、冲击工况以及运输工况下结构屈服强度均满足规范要求,在此基础上,指导现场使用的ROV工具篮子设计,整个海上安装及水下运行安全可靠.研究成果可为ROV工具篮子以及类似水下结构物的结构设计和深海安装提供理论基础和技术参考.

关键词：

深水ROV(remoteoperatedvehicle)工具篮子设计载荷多工况屈服强度

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基于一维多尺度神经网络和库普曼池化的滚动轴承故障诊断方法

孙祯周素霞

10297-10304页

查看更多>>摘要：滚动轴承作为机械运转的核心部件,其发生故障会导致旋转机械运行状态的恶化.卷积网络作为滚动轴承故障诊断的一种方法,针对其固定窗口局限性,结合一维卷积神经网络(1D convolutional neural network,1D-CNN)在处理一维数据的优势,利用多尺度思想在同一层同时使用不同大小的窗口提取信号特征,根据时间维度信息对异常检测方法的影响,将1D-CNN的池化层与Koopman模型结合,得到高阶动态特征;最后将所得到的故障特征输入全连接层中进行故障诊断.为验证模型优势,对所提出的初始模型和两种改进模型在相同工况下进行对比,同时与支持向量机(support vector machine,SVM)和BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)等算法进行对比分析.结果表明:所提模型的识别效果较好,滚动轴承故障准确率可以达到99.99％.

关键词：

滚动轴承故障诊断一维多尺度卷积网络(1D-CNN)Koopman池化

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配流盘节流槽对斜盘力矩波动的影响

孙泽刚石荣秋杨莽葛自豪...

10305-10312页

查看更多>>摘要：斜盘式轴向柱塞泵的振动噪声主要来源于其斜盘力矩波动、配流过程中高低压的转换、出口流量的波动等诸多因素.针对轴向柱塞泵工作时斜盘力矩脉动,基于AMESim软件结合轴向柱塞泵斜盘的力矩数学模型,建立斜盘力矩仿真模型.分析研究V形和U形结构节流槽对斜盘力矩的影响.结果表明:在柱塞腔与油腔连通的过程中,柱塞对斜盘力矩的大小与节流槽过流面积呈负相关,但其过流面积过小会配流盘节流槽的升压能力变差,从而导致轴向柱塞泵的斜盘力矩波动变大.节流槽过流面积变化会影响柱塞腔压力,柱塞腔压力变化会对柱塞对斜盘的力矩产生影响.结合U形槽和V形槽的优点,提出一种VU组合型配流盘节流槽,有效减小了轴向柱塞泵斜盘的力矩波动.

关键词：

轴向柱塞泵节流槽过流面积斜盘力矩波动柱塞腔压力AMESim仿真

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