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石油钻采工艺 2022年第1期44卷 1-8页

作者：吴鹏程钟成旭严俊涛万秀梅陈烨杨谋中国石油西南油气田公司页岩气研究院中国石油川渝页岩气前线指挥部油气藏地质及开发工程国家重点实验室·西南石油大学

目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域--钻柱内流体、钻柱壁、环空流... 详细信息

目前深层页岩气井常用的旋转导向工具服役环境温度为135℃,准确预测深层页岩气水平井钻进中循环温度对延长井下测量工具使用寿命与有效延伸水平段长度非常重要。基于能量守恒原理,考虑井筒-地层各控制区域--钻柱内流体、钻柱壁、环空流体及近井壁地层在径向与轴向传热机理,建立了井筒-地层瞬态传热模型,应用全隐式有限差分法对数学模型求解,分析了各敏感因素对井筒温度的影响。研究表明:页岩气水平井流体循环初期环空流体温度高于原始地层温度;增加循环时间、流体比热容与密度、降低入口温度可以降低井底温度;排量过高引起摩阻生热,使得井筒温度非降反升;通过地面降温装置降低入口温度能抵消水平段延伸产生的热量,增加水平段钻进距离;结合Y101H26-1井数据,当入口温度为35、65℃,对应钻进井深分别为5650、5250 m时,不超过旋转导向工具服役环境温度,计算误差在3%以内。该研究成果可避免井筒降温技术应用的盲目性和低效性。

关键词：深层页岩气井井筒-地层温度瞬态传热模型瞬态传热机理循环温度

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基于瞬态传热的含裂缝环形锻件传热模型

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中国机械工程 2018年第10期29卷 1240-1247页

作者：张玉存田孟奇李亚彬燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

针对目前热态锻件存在的裂缝问题,提出了一种基于传热理论的含裂缝锻件传热模型。首先,基于微元体的传热特性,推导满足微元体热平衡关系的导热微分方程,并以瞬时热流量为中介变量,对传热系数、热导率进行了修正。其次,设定环形锻件内外... 详细信息

针对目前热态锻件存在的裂缝问题,提出了一种基于传热理论的含裂缝锻件传热模型。首先,基于微元体的传热特性,推导满足微元体热平衡关系的导热微分方程,并以瞬时热流量为中介变量,对传热系数、热导率进行了修正。其次,设定环形锻件内外环境边界条件、裂缝有限空间自然对流边界条件,进而建立了多边界条件下含裂缝的热态环形锻件传热模型,利用分离变量法求解该传热模型。最后,应用有限元软件对含不同尺寸裂缝的环形锻件传热模型进行模拟,通过试验验证了仿真分析及传热模型的可行性。

关键词：热态环形锻件瞬态传热模型裂缝缺陷热平衡

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考虑钻井液流动阻力与钻柱旋转的井筒瞬态传热新模型

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断块油气田 2021年第1期28卷 133-138页

作者：张更李军柳贡慧杨宏伟王江帅安锦涛中国石油大学(北京)石油工程学院中国石油大学(北京)克拉玛依校区北京工业大学

为了分析钻井液流动阻力与钻柱旋转对井筒温度的影响,文中基于能量守恒定律,考虑流动阻力产生的摩擦热能与钻柱旋转产生的旋转动能,建立了井筒瞬态传热新模型。该模型的计算值比Yang数值模型和Al-Saedi解析模型的计算值高,更接近井底实... 详细信息

为了分析钻井液流动阻力与钻柱旋转对井筒温度的影响,文中基于能量守恒定律,考虑流动阻力产生的摩擦热能与钻柱旋转产生的旋转动能,建立了井筒瞬态传热新模型。该模型的计算值比Yang数值模型和Al-Saedi解析模型的计算值高,更接近井底实际温度。实例井计算结果表明:相比于流动阻力,钻柱旋转对井口温度和井底温度的影响较大;流动阻力与钻柱旋转对上部井段温度的影响不大,但随着井深的增加,影响逐渐加剧;随着钻柱转速与钻井液排量的增加,环空温度不断增大。

关键词：瞬态传热模型井筒温度流动阻力钻柱旋转

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地热井钻井过程中漏失对井筒温度分布的影响

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科学技术与工程 2024年第23期24卷 9819-9826页

作者：张政赵豫王国荣钟林王敬朋西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 西南石油大学能源装备研究院成都610500 西南石油大学机电工程学院成都610500

针对地热井钻井过程中经常发生的井漏现象,建立了预测井筒和周围地层温度分布二维瞬态温度模型。采用有限体积法对模型进行离散,使用欠松弛迭代法进行求解;通过与之前建立的井筒温度模型进行对比,验证了本文建立的模型的有效性,得到了... 详细信息

针对地热井钻井过程中经常发生的井漏现象,建立了预测井筒和周围地层温度分布二维瞬态温度模型。采用有限体积法对模型进行离散,使用欠松弛迭代法进行求解;通过与之前建立的井筒温度模型进行对比,验证了本文建立的模型的有效性,得到了地热井裸眼段发生漏失时井筒温度分布规律,分析了影响井筒温度分布的敏感性因素。研究表明,在发生漏失的位置,环空钻井液温度分布曲线发生了明显的突变。井筒内持续性的漏失现象会降低环空与钻杆内的钻井液循环温度,体现了井漏对钻井液的冷却作用,尤其对井底靠近漏失层位的部分井段效果更明显。在钻井液循环相同的时间后,漏失情况下的井口温度和井底温度明显低于正常循环情况下的井口温度和井底温度。裸眼地层段漏失的发生不仅对漏失点以上的井筒温度分布产生了重要影响,也显著影响了漏失点以下的井筒温度分布。

关键词：地热井漏失井筒温度瞬态传热模型敏感性因素分析

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基于瞬态传热的含裂缝热态环形锻件传热模型研究

基于瞬态传热的含裂缝热态环形锻件传热模型研究

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作者：田孟奇燕山大学

学位级别：硕士

环形锻件是核电、石化、船舶、航空和化工行业等领域的关键基础部件,如航空发动机、煤液化反应器筒节、加氢反应器筒节、导弹发射壳体和发电机护环等,其生产质量要求高,是制约重型装备制造业持续发展的瓶颈,已然成为重大装备制造业的核... 详细信息

环形锻件是核电、石化、船舶、航空和化工行业等领域的关键基础部件,如航空发动机、煤液化反应器筒节、加氢反应器筒节、导弹发射壳体和发电机护环等,其生产质量要求高,是制约重型装备制造业持续发展的瓶颈,已然成为重大装备制造业的核心。环形锻件存在裂缝、折叠等锻造缺陷,会使材料的机械性能明显变差,严重影响锻件的质量。对含裂缝热态环形锻件的传热模型进行研究,依据传热模型判断锻造过程中内部温度场的异常变化,及时有效的改善锻造工艺,尽量避免残次品的产生,提高锻件的成型质量和精度,也为锻件缺陷的定性识别提供理论支撑,对提高生产达标锻件的良品率和锻造的节能降耗具有重要的现实意义。本文主要针对热态环形锻件存在的裂缝问题,提出一种基于瞬态传热理论的含裂缝热态环形锻件传热模型,具体内容如下:首先,基于微元体的传热特性,分析裂缝区域高温气体、热物性参数对锻件温度场变化规律产生的影响,推导满足微元体热平衡关系的导热微分方程,并以瞬时热流量为中介变量,对换热系数、热导率进行修正。其次,基于推导的热平衡方程建立锻件、裂缝传热微分方程组,求解得出的裂缝温度场函数作为瞬态温度场下传热微分泛定方程的定解条件,结合环形锻件内外环境边界条件、裂缝有限空间自然对流边界条件,进而建立基于瞬态传热的含裂缝热态环形锻件传热模型,通过构造辅助函数、分离变量法求解并获得所建传热模型的解析解。最后,应用有限元软件对含裂缝热态环形锻件传热模型进行模拟,获得含裂缝热态环形锻件温度场;实验中对试件进行加热并利用热像仪获取外表面温度,分析计算仿真结果与实验数据间的误差,验证仿真分析、传热模型的可行性。

关键词：热态环形锻件瞬态传热模型裂缝缺陷热平衡有限空间自然对流

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基于热气加热的热塑性复合材料原位成型过程中温度场分析

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复合材料科学与工程 2021年第9期 12-17页

作者：孙士勇董晨华刘冠三杨睿大连理工大学机械工程学院大连116024

在热塑性复合材料的自动铺放原位成型过程中,温度历程对于复合材料的最终质量和性能有很大影响。以碳纤维增强聚醚醚酮铺放过程中的温度场为研究对象,建立了二维温度场瞬态传热模型,通过对传热模型划分区域确立了边界条件,分析了热气温... 详细信息

在热塑性复合材料的自动铺放原位成型过程中,温度历程对于复合材料的最终质量和性能有很大影响。以碳纤维增强聚醚醚酮铺放过程中的温度场为研究对象,建立了二维温度场瞬态传热模型,通过对传热模型划分区域确立了边界条件,分析了热气温度、铺放速度以及模具的初始温度对铺层温度场的影响。通过原理性铺放实验,建立了温度场测量系统,从而验证了有限元模型的正确性。结果表明,随着热气温度的升高以及铺放速度的降低,每层的峰值温度逐渐升高。模具初始温度为室温时,为满足成型要求,选择热气温度为650℃,最大铺放速度为6 mm/s。模具的初始温度对于首层的温度场有很大影响,为改善首层粘接熔融效果、提高铺放效率以及降低整体温度梯度,应适当提高模具温度和铺放速度,并降低热气温度。

关键词：热塑性复合材料原位成型温度场瞬态传热模型

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深水固井温度场分布影响因素研究

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中国造船 2019年第4期60卷 135-145页

作者：赵琥温达洋冯颖韬张浩中海油服油田化学研究院廊坊065201

井底循环温度是影响固井水泥浆设计的关键因素。为此对固井注水泥循环期间井筒温度分布进行了研究。根据热力学第一定律,建立了一种预测井筒温度分布的二维瞬态传热方法。采用有限差分法对模型进行离散,采用超松弛迭代法对模型求解,并... 详细信息

井底循环温度是影响固井水泥浆设计的关键因素。为此对固井注水泥循环期间井筒温度分布进行了研究。根据热力学第一定律,建立了一种预测井筒温度分布的二维瞬态传热方法。采用有限差分法对模型进行离散,采用超松弛迭代法对模型求解,并分析了影响井筒温度分布的关键因素。计算结果表明,在套管鞋上方一定距离处温度最高,随井身结构的变化,井筒温度分布将发生显著的变化。海水深度、增压流量、水泥浆密度也不同程度地影响井筒温度分布。研究结果可为水泥浆设计和现场运行提供理论依据。

关键词：井眼温度瞬态传热模型有限差分法固井

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深水钻井隔水管增压管线对井筒温度的影响

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石油机械 2019年第2期47卷 49-54页

作者：骆奎栋李军任美鹏杨宏伟王江帅张鑫中国石油大学(北京)石油工程学院中海油研究总院有限责任公司

深水钻井中,井筒和地层温度分布对流体性质和压力控制具有重要的影响,为了研究其影响情况,考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动,基于质量和能量守恒原理,建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型,并分析了增... 详细信息

深水钻井中,井筒和地层温度分布对流体性质和压力控制具有重要的影响,为了研究其影响情况,考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动,基于质量和能量守恒原理,建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型,并分析了增压管线排量和入口温度对井筒温度场的影响规律。研究结果表明:增压管线排量和入口温度仅对海水段的环空温度影响较大,且随着排量和入口温度的升高,海水段环空温度随之增加;随着距井口距离的减小,增压管线排量对环空温度的影响逐渐增大,而入口温度对环空温度的影响逐渐减小;由于钻柱和环空内流体流动方向相反,增压管线排量和入口温度对整个钻柱内流体温度的影响较大,且随着排量和入口温度的升高,钻柱内流体温度随之升高。研究结果可为深水钻井过程中井筒温度场的预测提供理论参考。

关键词：深水钻井瞬态传热模型有限差分法增压管线变质量流动

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球式热风炉分布参数系统模型预测控制

球式热风炉分布参数系统模型预测控制

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2019中国自动化大会(CAC2019)

作者：李金鹏蒋朝辉陈致蓬桂卫华中南大学信息科学与工程学院

热风炉烧炉过程实时精准控制是高炉生产工艺的基础,但炉内传热复杂、煤气压力及成分波动大、系统时滞大,导致拱顶温度与废气温度难以同时达到最优。为此,本文提出一种热风炉分布参数系统模型预测控制策略,首先通过历史数据匹配出当前烧... 详细信息

热风炉烧炉过程实时精准控制是高炉生产工艺的基础,但炉内传热复杂、煤气压力及成分波动大、系统时滞大,导致拱顶温度与废气温度难以同时达到最优。为此,本文提出一种热风炉分布参数系统模型预测控制策略,首先通过历史数据匹配出当前烧炉状态的最佳空燃比,其次建立蓄热室传热模型并建立温度预测模型,最后通过预测控制实时获取最佳煤气流量,现场数据验证了所提控制方法的有效性。

关键词：球式热风炉模式匹配空燃比瞬态传热模型分布参数系统模型预测控制

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深水钻井隔水管增压管线排量对套管柱应力的影响研究

深水钻井隔水管增压管线排量对套管柱应力的影响研究

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2018中国材料大会

作者：骆奎栋李军杨宏伟席岩王江帅张鑫中国石油大学(北京)

深水钻井过程中，增压管线的存在使得井筒温度变化剧烈，其引起的温度应力对套管柱强度具有较大影响。考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动，基于质量和能量守恒原理，建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模... 详细信息

深水钻井过程中，增压管线的存在使得井筒温度变化剧烈，其引起的温度应力对套管柱强度具有较大影响。考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动，基于质量和能量守恒原理，建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型，分析了增压管线排量对井筒温度场的影响规律，并对热作用下套管应力瞬态变化进行了计算。

关键词：深水钻井增压管线变质量流动瞬态传热模型热应力

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