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煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究_葛兆龙

煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究_葛兆龙
煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究_葛兆龙

文章编号:1005-

0930(2014)06-1128-012中图分类号:TD712文献标识码:A doi :10.16058/j.issn.1005-0930.2014.06.009

收稿日期:2013-

10-14;修订日期:2014-04-27基金项目:大型油气田及煤层气开发十二五国家科技重大专项(2011ZX05065);国家自然科学基金项目

(51374258);中央高校基本科研业务费(CDJZR12240056);重庆大学研究生科技创新基金优秀新生科研

培育项目(CDJXS122411XX )

作者简介:葛兆龙(1983—),男,博士,硕士生导师.Tel :023-

65106640,E-mail :gezhaolong@163.com 煤矿井下新型水力压裂封孔材料

优化及封孔参数研究

葛兆龙1,梅绪东1,卢义玉1,程亮1,夏彬伟1,陈久福

2(1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;2.重庆市能源投资集团公司,重庆松藻煤电有限责任公司,重庆401445)

摘要:针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料易收缩、密封效果差、成本高及

封孔长度不合理等问题,研究出一种由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水

组成的新型水力压裂封孔材料;通过室内实验优化出收缩率和抗压强度最优时

的封孔材料配比及压裂钻孔封孔参数,建立新材料承压能力与封孔长度的计算

关系式,并进行现场验证.结果表明,新材料的最优配比为m (水泥)?m (水)?

m (早强减水剂)?m (聚丙烯纤维)=1?0.6?0.03?0.005;当钻孔孔径一定时,材

料承压能力与封孔长度呈线性关系,

现场实验结果与封孔参数计算关系基本一致,该新材料是一种性能好、成本低廉以及操作配比简单的水力压裂封孔材料.

关键词:突出煤层;瓦斯抽采;水力压裂;封孔材料;封孔参数

高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯高效抽采是瓦斯治理的关键性技术难题,水力压裂技

术具有增大煤层透气性、降低地应力及卸压范围大[1-2]等特点,对防治煤矿瓦斯灾害及煤

层气开采起到了很好的作用

[3-5],在国内的多个矿区应用.压裂钻孔封孔是水力压裂技术的关键,

正确选择封孔材料是压裂钻孔封孔成功的前提和保障.目前国内外用于煤矿井下水力压裂钻孔的封孔材料主要有水泥砂浆、聚氨酯、改性树脂以及PD 复合材料[6-8]等;其

中,水泥砂浆具有操作简单、成本低等优点,但是易收缩,密封效果差;聚氨酯材料与钻孔壁煤岩体的胶结能力弱、自身的抗压能力差,满足不了抗高压的要求,封孔长度也达不到理想的密封状态,同时材料有一定的毒性,价格高;改性树脂和PD 复合材料,组成成分较多,材料制备工艺复杂而且成本高,煤矿难以承受,大范围的推广应用困难.

煤矿井下水力压裂钻孔封孔质量主要取决于以下两个关键因素,一是封孔材料必须同时满足性能好、成本低廉以及配比简单等条件;二是封孔长度能够保证孔底高压水的作用下,钻孔不发生渗漏,但是封孔长度过长也会导致材料、人力、时间的浪费.要解决以上两个关键问题,必须寻找一种能够兼顾性能与经济性的新型水力压裂封孔材料,且从根本

第22卷6期

2014年12月应用基础与工程科学学报JOURNAL OF BASIC SCIENCE AND ENGINEERING

Vol.22,No.6December 2014

上探索不同压裂孔孔径下材料封孔长度与承压能力之间的规律,建立计算关系式,避免钻孔封孔长度过长或者过短,造成封孔盲目性,导致水力压裂钻孔密封质量差、成功率低、封孔成本高等问题.

本文在综合考虑上述因素的基础上,根据水力压裂钻孔密封对封孔材料的性能要求,综合分析水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维等材料的特点,并进行实验室不同配比实验,最后优化出强度高、收缩率低、密封效果好、成本低的新型封孔材料.采用模拟钻孔封孔装置对新型封孔材料的封孔参数进行实验研究,建立不同钻孔孔径条件下新材料封孔长度与承压能力的计算关系式,计算在所需煤层起裂压力下钻孔的合理封孔长度,最后通过现场试验,分析并验证该封孔材料的实用性和优越性.

1水力压裂钻孔密封原理

煤矿井下水力压裂钻孔封孔是将压裂管与封孔材料以及地层煤岩体胶结在一起,从而形成一个纵向上的水力封隔系统.通过实验和煤矿井下水力压裂现场实践表明,不管是穿层条带还是本煤层水力压裂,压裂孔密封质量不好,渗漏水严重都会影响压裂效果,分

析其原因主要有两种,

(1)通过压裂钻孔封孔材料本身渗漏;(2)通过钻孔周围裂隙圈渗漏.因此,水力压裂钻孔封孔材料本身致密抗渗及其对钻孔周围裂缝密封是封孔材料的关键因素.

封孔材料在注浆压力作用下,注入压裂钻孔一定长度,材料流动充满该段密封钻孔并扩散进入填充钻孔周边裂隙区的范围,使得钻孔到裂隙区范围内的渗透率和力学状态发

生改变

[9],增加了钻孔周围煤岩体的密实度和强度,从而达到了对压裂钻孔周围以及密

封连接处间隙或缝隙进行密封[10].封孔材料通过自身及与钻孔壁、压裂管壁的固化胶结实现对压裂钻孔的高压密封.

上述钻孔密封原理,为优化出适用于井下煤矿水力压裂孔的封孔材料提供理论基础.2新型水力压裂封孔材料研究

采用封孔材料进行水力压裂钻孔密封的关键在于封孔材料的选择.根据钻孔密封原理,防止压裂钻孔密封失败的发生,一是防止密封界面产生微间隙;二是避免封孔材料中形成通道.即要求材料具有较强的胶结能力和抗透水能力,而材料的胶结能力和抗透水能力与材料的致密程度、收缩率、抗压强度等性能紧密相关.因此封孔材料的基本要求是:

(1)材料整体致密,胶结能力强、抗压强度高;(2)收缩小,凝固后能达到准确的封孔位置;

(3)封孔材料的组成粒径小,能进入钻孔周围裂缝,同时对钻孔周围煤岩体有加固作用;

(4)耐老化、干裂性能强,具有较高的抗冲击断裂韧性;(5)井下使用方便、操作配比技术难度低;(6)各原料来源广泛,成本低.

2.1原材料选择

根据煤矿井下水力压裂钻孔密封对封孔材料的要求,采用总体控制,反向调节的思路.采用以水泥浆为主料,对材料的性质起总体控制作用;在其它成分的选择上,力求使单一组分仅调节材料的某一指标,对材料总体性质没有明显影响.

参考国内外相关文献[11-15],以水泥浆作为主要成分,选择早强减水剂作为外加剂,并

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加入聚丙烯纤维.其中,早强减水剂的作用是:(1)增强材料的早期抗压强度,减小收缩;

(2)增加浆液的流动性,使浆体在管路中容易输送;(3)使封孔材料能够最大限度地渗入

钻孔周边裂缝中,

加固钻孔周围煤岩体.聚丙烯纤维的作用是:(1)提高浆体的密实程度,同时提高抗渗性能、抗裂性能以及抗冲击性能,起加强筋作用,使浆液胶结融合;(2)改善界面胶结质量,减小收缩,增强密封效果.并且聚丙烯纤维与早强减水剂的作用无相互影响,新型封孔材料组成及各组分作用如图1所示

图1

新型封孔材料的组成及各组分的作用Fig.1Components of new sealing material and component's effect

新型封孔材料的基本成分如图2所示,为满足材料性能要求,水泥为42.5R拉法基

普通硅酸盐,水泥品质符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》

(GB 175—99)标准;外加剂为重庆某公司生成的早强减水剂,

型号为Ms 型,推荐加量2%—4%;纤维采用聚丙烯纤维,其物理力学参数见表1;水为干净的自来水

图2

新型封孔材料的基本成分Fig.2Basic components of new sealing material

表1聚丙烯纤维的物理力学参数

Table 1Physical and mechanical parameters of polypropylene fiber 类型密度/(g /cm 3)直径/mm 规格/mm 抗拉强度/MPa 弹性模量/MPa

熔点/?燃点/?耐酸碱性分散性束状单丝0.910.048

9≥350≥3500165590极强极好2.2实验方法

新型封孔材料需具备较小收缩率和较高强度,同时具备较大的流动性.为获得满足施工工艺要求的封孔材料最优配比,实验测试封孔材料的收缩率和抗压强度.

(1)收缩率测定采用Φ50?260mm 的PVC 管,一端用稠水泥浆密封,将新型封孔材料灌入一端密封的PVC 管中,试件有效长度为250mm ,每个配合比6根试件,如图3所

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示,在(20?2)?的养护室中养护,以新型封孔材料灌满PVC 管为基准长度,待材料凝固24h 后用游标卡尺测量材料的收缩长度l ,游标卡尺精度为0.1mm ,收缩率取6根试件的平均值.则封孔材料收缩率为

s =l 250?100(1)

式中,

s 为封孔材料的收缩率,%;l 为材料的收缩长度,mm ;250为试件的有效长度,

mm.图3

收缩率实验试件Fig.3Specimen of shrinkage test

(2)抗压强度测试模具为70.7mm ?70.7mm ?70.7mm ,成型后立即用PE 保鲜膜覆盖,

标准养护24h 拆模,在养护室进行养护,每个配合比6个试件,如图4所示.采用日本岛津压力试验机分别测定1、

3、7d 的单轴抗压强度

.图4抗压强度实验试件Fig.4Specimen of compressive strength test

测试共有3个变量:水灰比、聚丙烯纤维体积掺量以及早强减水剂质量掺量;水灰比

依次为1?1、0.8?1、0.6?1,聚丙烯纤维体积掺量分别为0.1%、

0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,早强减水剂质量掺量分别为2%、

3%、4%;通过单掺以及复掺配合比组合方式,测试并记录各配比材料的收缩率与抗压强度.

2.3实验结果分析

2.3.1收缩率实验封孔材料收缩率对其致密程度、抗压强度、胶结能力、封孔位置有重要影响.不同水灰比下,材料收缩率随聚丙烯纤维体积掺量变化如图5所示.

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图5

材料收缩率随纤维掺量变化Fig.5Variation of the shrinkage with fiber content

由图5可知,材料收缩率随水灰比的减小而减小,在相同水灰比下,材料收缩率随纤维体积掺量的增大而减小;其中水灰比为影响材料收缩的主要因素.由于水灰比过大时,材料虽流动性好,但收缩大;水灰比过小时,材料收缩小,但流动性差,无法向孔内注浆输送.当水灰比为0.6?1时,材料的收缩率极小,同时流动性良好,因此确定封孔材料合理水灰比为0.6?1.水灰比0.6?1,不同质量掺量早强减水剂下材料收缩率随聚丙烯纤维体积掺量变化如图6所示

图6

材料收缩率随纤维掺量变化Fig.6Variation of the shrinkage with fiber content

由图6可知,当早强减水剂掺量相同时,材料的收缩率随聚丙烯纤维掺量的增大而减小.由于纤维直径比较小,可以有效填充水泥所形成的孔隙,从而使浆体密实度增加、收缩减小;当聚丙烯纤维掺量相同时,材料的收缩率随早强减水剂掺量的增加先减小后增大,掺量为3%时,材料收缩率最小,为1.1%.

2.3.2抗压强度实验

水灰比0.6?1,材料不同龄期抗压强度随早强减水剂和聚丙烯纤维掺量变化曲线如图7和图8所示

.图7不同龄期抗压强度随早强减水剂掺量变化Fig.7Variation of compressive strengths under different ages with early strength water-reduced agent content

2311应用基础与工程科学学报Vol.22

图8

不同龄期抗压强度随纤维掺量变化Fig.8Variation of compressive strengths under different ages with fiber content

由图7和图8可知,单掺早强减水剂和聚丙烯纤维下材料的抗压强度随龄期的增加

而增大,

材料抗压强度随不同质量掺量早强减水剂的加入均有不同程度的提高,当早强减水剂质量掺量为3%时,材料3和7d 龄期的抗压强度增长幅度最大.

由水泥、水、早强减水剂、聚丙烯纤维组成的新型封孔材料,进行不同配比封孔材料试样1、3、7d 的单轴抗压强度实验,实验结果见表2.

表2

不同龄期抗压强度Table 2

Compressive strengths under different ages 序号

水灰比早强减水剂质量掺量/%聚丙烯纤维体积掺量/%抗压强度/MPa 1d 3d 7d 1

0.6?120.2 4.2912.1414.062

0.6?120.4 4.3112.1414.093

0.6?120.6 4.3212.1614.114

0.6?130.2 4.4214.3116.375

0.6?130.4 4.4514.4116.386

0.6?130.6 4.4614.3916.427

0.6?140.2 4.2512.5713.718

0.6?140.4 4.2612.5913.7290.6?140.6

4.2812.6713.78分析表2可知,早强减水剂质量掺量为3%,聚丙烯纤维体积掺量由0.2%变化到0.6%时(4号到6号实验),新型封孔材料的抗压强度增长最快,有利于对钻孔煤岩体与压裂管的早强和固结.考虑聚丙烯纤维能够充分分散并均匀、无序分布在浆体材料中,选取聚丙烯纤维较优体积掺量为0.6%.

综合材料收缩率和抗压强度实验,由水泥、水、早强减水剂、聚丙烯纤维组成的新型封孔材料水灰比0.6?1、早强减水剂质量掺量3%、聚丙烯纤维体积掺量0.6%,收缩率最小、抗压强度最大,同时具有较好的流动性,从而确定该配比为新型封孔材料的最优配比,换算成不同成分的质量比为m (水泥)?m (水)?m (早强减水剂)?m (聚丙烯纤维)=1?0.6?0.03?0.005.

3封孔参数研究及计算关系建立

为了模拟煤矿井下水力压裂钻孔封孔后封孔材料对钻孔密封高压水的情况,自制了

3

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模拟封孔装置,进行新材料的封孔参数实验研究,建立不同钻孔孔径下材料承压能力与封孔长度的计算关系式.

3.1实验装置及测试系统

新型封孔材料模拟钻孔封孔实验装置由自行设计加工而成,使用内壁粗糙的无缝钢管模拟钻孔,根据现场压裂钻孔孔径参数,选用无缝钢管内径分别为75mm 和91mm ,一端封闭但留出高压管接头,另一端分别注入新型封孔材料,如图9所示

图9

模拟封孔实验装置结构及实物Fig.9Structure of the simulation sealed drilling test device and its photo

实验测试系统如图10所示,高压泵采取远程控制,可实现对泵的启动、紧急停止以及数据(压力、流量)实时采集,实验过程中,通过溢流阀的调节使模拟钻孔内水压力精确地保持在设定值

图10

水力压裂模拟试验测试系统Fig.10Experimental system of simulating hydraulic fracture

3.2实验步骤

利用水力压裂系统,对新型封孔材料进行模拟钻孔封孔实验,具体步骤如下:

(1)实验各配备8根内径为75mm 和91mm 的无缝钢管,根据管径不同分为2组,75mm 为1#组,91mm 为2#组;

(2)根据上述新型封孔材料配比实验,采用的新型封孔材料配比为m (水泥)?m (水)?m (早强减水剂)?m (聚丙烯纤维)=1?0.6?0.03?0.005;

(3)分别向两组模拟钻孔内灌入新型封孔材料浆体,长度分别为1.4,

1.6,1.8,

2.0,2.2,2.4,2.6,2.8m ,灌注完成后,立即用PE 保鲜膜覆盖端部,由于条件限制,每一个试件

4311应用基础与工程科学学报Vol.22

均在室内养护,温度在18—25?,与现场养护环境保持基本一致;

(4)待模拟钻孔内的新型封孔材料凝固且性能稳定后,连接好管路,通过高压泵向模

拟钻孔一端注入高压水,

模拟井下水力压裂;控制溢流阀使压力从零逐渐增大,当模拟钻孔另一端出水时,记录压力表的峰值压力.

3.3实验结果与分析

实验数据见表3,根据表3,绘制出新型封孔材料承压能力与封孔长度之间的关系如图11所示.

表3

模拟钻孔封孔实验结果Table 3

Results of simulation sealed drilling 封孔长度L /m

1.4 1.6 1.8

2.0 2.2 2.4 2.6 2.8可抗压力P /MPa 1#组

6.28.29.911.112.414.015.818.22#组 4.6

6.0 6.98.410.411.012.613.

6图11

材料承压能力与密封长度关系Fig.11Relationship between bearing capacity and sealing length

由图11可知,在相同的钻孔孔径下,材料的承压能力随封孔长度的增大而线性增大;在相同的封孔长度下,钻孔孔径越小,材料的可抗压力越大.

根据钻孔周边液体泄漏量的计算公式[16]可得封孔材料两侧压差的表达式为

ΔP =12μq πh 3L D (2)

式中,ΔP 为封孔段两侧压差;μ为水的黏度;q 为泄漏量;h 为水渗流的缝隙宽度;L 为封孔长度;D 为钻孔直径;在其它参数一定的条件下,材料的承压能力与封孔长度成正比,与封孔直径成反比.由此可见,实验结果与理论分析一致.

3.4计算关系式建立

根据上述实验结果,不同孔径条件下新型封孔材料的承压能力与密封长度实验曲线可采用一次函数拟合,进而获得煤矿井下水力压裂封孔材料承压能力与密封长度的计算关系式

孔径为75mm 时,

P 1=8.1L -5.0(3)孔径为91mm 时,P 2=6.6L -4.6(4)

式中,

P 为新型封孔材料的可抗压力,MPa ;L 为密封长度,m.该计算关系式为井下封孔参数的确定提供了理论依据.

5311No.6葛兆龙等:煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究

4新材料水力压裂封孔应用实例

采用新型水力压裂封孔材料在现场进行工业实验,对封孔效果及上述实验结果进行检验,确定其正确性与优越性.

4.1

工业试验4.1.1材料配制新型封孔材料现场试验的配比采用水泥?水?早强减水剂?聚丙烯纤维=1?0.6?0.03?0.005.将一包水泥(50kg )所对应的聚丙烯纤维和早强减水剂在地面称量并用塑料袋密封,如图12所示.现场配制采用聚丙烯纤维与水泥干拌,再加水拌合,早强减水剂直接加入浆体中,搅拌均匀即可进行注浆封孔

图12

配制的早强减水剂和聚丙烯纤维Fig.12Early strength water-reduced agent and fiber

4.1.2试验钻孔参数试验地点选择在重庆松藻同华煤矿二区穿层条带,对1#和2

#钻场的2个水力压裂钻孔采用新型封孔材料进行封孔,其封孔参数如表4所示,其中,理论最大注水压力是根据式(3)计算得出.

表4

新型封孔材料水力压裂封孔实验钻孔封孔参数Table 4Sealing parameters of fracturing drilling in the hydraulic

fracturing experiment with new sealing material

孔号

倾角/?孔径/mm 孔深/m 封孔长度/m 计算最大水压力/MPa 1#

229110.5848.22#22917.3528.4

4.1.3实验结果分析1#钻孔实验过程中,最大水力压力为38.1MPa ,小于理论最大注水压力,从压裂开始一直到压裂结束,钻孔孔口正常,未出现渗水漏水现象,达到了预期

的封孔效果.2#钻孔理论最大注水压力为28.4MPa ,实验过程中,当水力压力为26.0MPa

时,钻孔孔口正常,无渗水、漏水现象,随压力进一步上升至28.0MPa ,压裂钻孔孔口开始

出现渗水,

之后压力未进一步上升,停泵压裂结束,说明新材料封孔长度为5m 时,材料的可抗压力为28MPa ,与封孔参数实验结果基本一致,证明了上述实验及计算方法和结论的正确性.根据不同孔径的压裂钻孔,通过煤层起裂压力可计算出该压力条件下水力压裂钻

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孔合理的封孔长度,节约了材料和成本,缩短了施工时间,避免了封孔的盲目性,为现场水力压裂钻孔密封提供了理论依据.

4.2水力压裂钻孔封孔的优越性

基于新型封孔材料的各项指标测试结果和工业实验,结合普通水泥砂浆、

PD 复合材料等煤矿井下水力压裂封孔材料进行综合性能对比分析,

结果见表5.表5

封孔材料综合指标对比Table 5

Synthetic indexes comparison of different sealing materials 封孔材料

收缩性抗压强度/MPa 价格/元/m 3综合性能水泥砂浆

2.2%9.1约600易操作,成本低;但收缩大,强度低,密封抗高压性能差PD 复合材料

无收缩,微膨胀19.8约1500强度高,微膨胀,但组成成分达7种,不仅成本高,而且配比工艺复杂,井下可操作性不强新型封孔材料 1.1%14.4约700

收缩小,早期强度高,具有良好的胶结密封性

能,成本低,现场操作应用方便由表5可以看出,新型封孔材料水力压裂钻孔封孔较其它材料封孔具有以下优越性:

(1)新型水力压裂封孔材料最优配比的收缩率仅为1.1%,3d 抗压强度可达14.4MPa ,收缩率小、早期强度较高,同时对钻孔周围煤岩体有加固密封作用,材料中的聚丙烯纤维全部或者部分渗入到钻孔壁煤岩体裂隙中,封堵裂缝时,纤维在裂缝内架桥结网,水泥颗粒则充填网孔,水泥水化胶凝后与裂缝固结,起到密封承压的作用,最终与孔壁和裂隙壁面胶结、固化成一体,因此新型水力压裂封孔材料具有良好的密封性能;(2)新型水力压裂封孔材料原料丰富,早强减水剂1.5元/kg ,聚丙烯纤维20元/kg ,加量极少,其成本仅在

水泥的基础上略有增加,

价格低廉,且配比工艺简单,实际应用与操作方便.因此,该材料更适用于煤矿井下水力压裂钻孔密封.

5结论

(1)分析了煤矿井下水力压裂钻孔密封原理,根据其原理,研究出由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维拌合水组成的新型封孔材料,并通过实验室实验优化出收缩率低、强度高的新型水力压裂封孔材料最优配比为m (水泥)?m (水)?m (早强减水剂)?m (聚丙烯纤维)=1?0.6?0.03?0.005;

(2)实验室通过模拟煤矿井下水力压裂钻孔封孔实验,获得新型封孔材料的封孔参数,承压能力与封孔长度呈线性关系;建立了煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料承压能力与封孔长度的计算关系式;根据此关系式可计算煤层不同起裂压力下合理的封孔长度,避免了封孔的盲目性,为现场水力压裂钻孔密封提供了理论依据;

(3)通过在重庆松藻同华煤矿水力压裂钻孔封孔中的现场应用,验证了该材料的强度、承压能力均达到要求.

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Drilling Sealed Parameters and Optimization of A New

Type Sealing Material for Hydraulic Fracturing

in Underground Coalmines

GE Zhaolong 1,MEI Xudong 1,LU Yiyu 1,CHENG Liang 1,

XIA Binwei 1,CHEN Jiufu 2

(1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control ,Chongqing University ,Chongqing 400030,China ;

2.Songzao Coal-Electricity Co.,Ltd.,Chongqing Energy Investment Group ,Chongqing 401445,China )

Abstract

Considering the problems happening to sealing materials for hydraulic fracturing borehole in underground coalmines ,such as shrinkage ,poor sealing effect ,high cost and unreasonable

sealing length ,

a new hydraulic fracturing sealing material consisting of cement ,early strength water-reduced agent ,polypropylene fiber and mixing water is under development.When the shrinkage rate and compression strength are in the best ,the sealing material ratio and the parameters of drilling sealing are optimized through laboratory experiment.The calculation formula of bearing capacity of the new sealing material with sealing length was founded and verified in the field.The result demonstrates that the optimal mass ratio of the new material is 1?0.6?0.03?0.005for concrete ,water ,early strength water-reduced agent ,and polypropylene

fiber respectively.When the drilling hole is a constant value ,

the water pressure that can be bore by sealing material amplifies with the increase of the sealing length.The results of field experiment and the calculation formula of sealed parameters are virtually consistent.This new sealing material is a high-quality and low-cost material.Besides ,it is easy to apply in the hydraulic fracturing process in coal mine.

Keywords :outburst coal seam ;gas extraction ;hydraulic fracturing ;sealing material ;sealed parameters 9

311No.6葛兆龙等:煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究

华为LTE重要指标参数优化方案

华为LTE 重要指标参数优化方案 优化无线接通率 1、下行调度开关&频选开关 此开关控制是否启动频选调度功能,该开关为开可以让用户在其信道质量好的频带上传输数据。该参数仅适用于FDD及TDD。MOD CELLALGOSWITCH:LOCALCELLID=1,DLSCHSWITCH=Freq SelSwitch-1; 2、下行功控算法开关&信令功率提升开关 用于控制信令功率提升优化的开启和关闭。该开关打开时,对于入网期间的信令、发生下行重传调度时抬升其PDSCH的发射功率。该参数仅适用于TDD。 MOD CELLALGOSWITCH:LOCALCELLID=1,DLPCALGOSWITCH= SigPowerIncreaseSwitch-1; 3、下行调度开关&子帧调度差异化开关

该开关用于控制配比2下子帧3和8是否基于上行调度用户数提升的策略进行调度。当开关为开时,配比2下子帧3和8采取基于上行调度用户数提升的策略进行调度;当开关为关时,配比2下子帧3和8调度策略同其他下行子帧。该参数仅适用于TDD。MOD CELLALGOSWITCH:LOCALCELLID=1,DLSCHSWITCH=Subf rameSchDiffSwitch-1; 4、下行调度开关&用户信令MCS增强开关 该开关用户控制用户信令MCS优化算法的开启和关闭。当该开关为开时,用户信令MCS优化算法生效,对于FDD,用户信令MCS 与数据相同,对于TDD,用户信令MCS参考数据降阶;当该优化开关为关时,用户信令采用固定低阶MCS。该参数仅适用于FDD 及TDD。 MOD CELLALGOSWITCH:LOCALCELLID=1,DLSCHSWITCH=UeSi gMcsEnhanceSwitch-1; 5、下行调度开关&SIB1干扰随机化开关

压裂防砂工艺参数优化及应用

压裂防砂工艺参数优化及应用 发表时间:2014-09-03T16:05:40.030Z 来源:《科学与技术》2014年第6期下供稿作者:武梅英 [导读] 通过多方面探究与应用,形成了自己特有的压裂防砂参数优化理论和优化模板,为压裂防砂设计提供了理论指导。 中石化胜利油田纯梁采油厂工艺所武梅英 随着我厂稠油开发的不断深入,油井出砂日益严重;目前的稠油井层薄、夹层多,储层非均质性强,渗透率低,注汽压力高,敏感性强,粘土含量高;众多的开发难点使得储层的动用程度难以达到理想的要求。但是随着压裂防砂工艺的不断发展,压裂防砂可以产生高导流能力的裂缝、突破地层伤害带、缓解岩石骨架的破坏、减轻冲刷和携带能力、对地层砂产生桥堵等作用,这可以从根本上解决上述稠油井中存在的开发问题,起到增产和防砂的双重目的。从2011 年开始引进实施压裂防砂以来,压裂防砂井数直线增加,2013 年压裂防砂井突破47 口井。虽然我厂在压裂防砂技术方面取得显著成绩,创立了“两少、两大、一高、三优”的防砂模式——即前置少、交联少,加砂量大、排量大,砂比高,优化携砂液、优化裂缝形态、优化施工模式。但是在压裂防砂的设计优化、模拟方面一直没有得到突破,设计施工所采用的参数理论大多依靠现场施工经验总结,没有严格的理论基础,压裂防砂裂缝预测困难,施工参数无法优化,新区块新井压裂防砂优化设计依靠外单位,这都严重限制了我厂在压裂防砂技术方向的深入发展。2013 年下半年,引入“meyer 压裂防砂软件”进行攻关研究,突破压裂防砂软件优化模拟的技术瓶颈,冲出相关科研单位对压裂防砂优化模拟技术的封锁。研究初始,为对摩阻、渗流等基本参数进行设定,我们首选了T38-201 井进行了模拟分析,因为该井有完整的测井数据、压裂防砂采用示踪陶粒、施工过程采用裂缝检测技术,各种数据完善齐全,能对裂缝的模拟起到校正和比对的作用;因此我们首先从测井数据下手,通过地应力计算软件对储层的地应力、泊松比、断裂韧性等参数进行计算分析,建立储层地应力模型之后,将压裂防砂的实际泵注程序导入到软件中进行模拟计算分析,得出模拟裂缝数 据(如图:) 之后将得到的数据跟实际数据进行比对分析:通过多次设定参数进行比对分析,终于在该区块设定合适渗流、摩阻等参数,在该系列参数下,产量的模拟裂缝半缝长126.01m,缝高24.64m,实际裂缝左边134.5m,右边129.8m,缝高26m,模拟数据跟实际数据基本吻合,为下步在T38-10 块的压裂防砂设计施工中打下坚定的基础。为使在下步施工过程中对参数的优化能更直接方便,我们以T38-201 模型为基础进行了深入的分析研究,成功创立了压裂防砂参数优化理论体系,其中主要包括:(1)优化前置控缝长技术;(2)合理排量控缝高技术;(3)变排量施工提缝宽技术;(4)快提排量增缝高,缓提排量延缝长技术等一系列理论基础,成功的指导了压裂防砂施工中参数的合理调整。即压裂防砂工艺参数优化主要是从缝长、缝高、缝宽三方面入手,其中缝长主要与前置液用量、提排量的速度有直接关系,缝宽主要与施工排量、提排量的速度有相关关系,缝宽主要与加砂量、变排量施工参数有相关关系。根据优化理论及现场施工的统计分析,目前压裂防砂工艺的模拟优化主要用在以下几个方面:(1)优化前置液用量(2)预防水窜(3)压开薄互层(4)确定是否采用分层压裂防砂。(1)优化前置液用量…2013 年下半年T38-10 块产能建设的井全部采用“meyer压裂防砂优化模拟软件”进行优化设计施工。其中:前置液用量从上半年23.9 方降低到19.5 方,平均单井前置液降低4.4 方;加砂量从24.5 方增加到37.6 方,平均单井增加13.1 方;最高砂比从81.4%增加到86.2%,施工的合理性与成功率明显增加.(2)预防水窜。通过对储层改造进行模拟预测,及时调整施工参数,避免了窜通水层;如:J29-1 井等上下存在水层的井,采用限排量压裂控缝高技术及变排量提缝宽技术,避免了压窜水层。(3)压开薄互层。T38X429 井,上部存在一较大厚度油层,施工过程中为尽可能多的沟通油层,首先通过模拟施工排量压裂模拟,发现在排量2 方/min 的时候,并不能成功沟通上部油层,在排量2.6 方/min 的时候,可以正好连通道上部油层的顶部,因此施工过程中采用了大排量2.6 方/min 的压裂防砂施工,最终根据裂缝检测数据发现,成功沟通上部油层,在保证施工安全的前提下,合理优化调整施工参数,使得压裂防砂的质量得以大幅度提升。(4)确定是否采用分层压裂防砂。(图2) T38X421 井上下储层物性差距较大,通过模拟优化发现,上下储层同时改造难度较大,如果采用笼统压裂防砂的方式,上层的半缝长在达到65.23m 的时候,下层只有30.54m,下层达不到充分改造的目的,因此准备在该层采用分层压裂防砂设计施工改造储层。经过这一年努力,我厂全年完成压裂防砂47 口井,模拟设计优化20 口井,避免压窜水层4 口井,设计与实际情况符合率达到92.3%,压裂防砂工艺稳居先进水平。 通过多方面探究与应用,形成了自己特有的压裂防砂参数优化理论和优化模板,为压裂防砂设计提供了理论指导。下步将以T38-10 块二砂组生物灰岩油藏为基础,进行裂缝模型改造,建立“酸化+压裂防砂”双重改造裂缝模型;运用“meyer 压裂防砂软件”进行了储层酸化压

实验六PID控制系统参数优化设计

实验六 PID 控制系统参数优化设计 一.实验目的: 综合运用MATLAB 中SIMULINK 仿真工具进行复杂控制系统的综合设计与优化设计,综合检查学生的文献查阅、系统建模、程序设计与仿真的能力。 二.实验原理及预习内容: 1.控制系统优化设计: 所谓优化设计就是在所有可能的设计方案中寻找具有最优目标(或结果)的设计方法。控制系统的优化设计包括两方面的内容:一方面是控制系统参数的最优化问题,即在系统构成确定的情况下选择适当的参数,以使系统的某些性能达到最佳;另一方面是系统控制器结构的最优化问题,即在系统控制对象确定的情况下选择适当的控制规律,以使系统的某种性能达到最佳。 在工程上称为“寻优问题”。优化设计原理是“单纯形法”。MATLAB 中语句格式为:min ('')X f s =函数名,初值。 2.微分方程仿真应用:传染病动力学方程求解 三.实验内容: 1.PID 控制系统参数优化设计: 某过程控制系统如下图所示,试设计PID 调节器参数,使该系统动态性能达到最佳。(习题5-6) 1020.1156s s e s s -+++R e PID Y 2.微分方程仿真应用: 已知某一地区在有病菌传染下的描述三种类型人数变化的动态模型为 11212122232 3(0)620(0)10(0)70X X X X X X X X X X X X ααββ?=-=?=-=??==?

式中,X 1表示可能传染的人数;X 2表示已经得病的人数;X 3表示已经治愈的人数;0.0010.072αβ==;。试用仿真方法求未来20年内三种人人数的动态变化情况。 四.实验程序: 建立optm.m 文件: function ss=optm (x) global kp; global ki; global kd; global i; kp=x (1); ki=x (2); kd=x (3); i=i+1 [tt,xx,yy]=sim('optzwz',50,[]); yylong=length(yy); ss=yy(yylong); 建立tryopt.m 文件: global kp; global ki; global kd; global i; i=1; result=fminsearch('optm',[2 1 1]) 建立optzwz.mdl:

abaqus复合材料

复合材料不只是几种材料的混合物。它具有普通材料所没有的一些特性。它在潮湿和高温环境,冲击,电化学腐蚀,雷电和电磁屏蔽环境中具有与普通材料不同的特性。 复合材料的结构形式包括层压板,三明治结构,微模型,编织预成型件等。 复合材料的结构和材料具有同一性,并且可以在结构形成时同时确定材料分布。它的性能与制造过程密切相关,但是制造过程很复杂。由于复合结构不同层的材料特性不同,复合结构在复杂载荷作用下的破坏模式和破坏准则是多种多样的。 在ABAQUS中,复合材料的分析方法如下 1,造型 它的结构形式决定了它的建模方法,并且可以使用基于连续体的壳单元和常规壳单元。复合材料被广泛使用,但是复合材料的建模是一个困难。铺设复杂的结构光需要一个月 2,材料

使用薄片类型(层材料)建立材料参数。材料参数可以工程参数的形式给出,或者材料强度数据可以通过子选项给出。这种材料仅使用平面应力问题。 ABAQUS可以通过两种方式定义层压板:复合截面定义和复合层压板定义 复合截面定义对每个区域使用相同的图层属性。这样,我们只需要建立壳体组合即可将截面属性分配给二维(在网格中定义的常规壳体元素)或三维(三维的大小应与壳体中给定的厚度一致)。基于网格中定义的连续体的壳单元) ABAQUS复合材料分析方法介绍 复合叠加定义是由复合布局管理器定义的,它主要用于在模型的不同区域中构造不同的层。因此,应在定义之前对区域进行划分,并且应将不同的层分配给不同的区域。可以根据常规外壳的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义了每个层的厚度,并将其分配给二维模型。应该给基于连续体的壳单元或实体单元提供3D模型(厚度是相对于单元长度的系数,因此厚度方向可以分为一层单元)。

增能压裂技术研究与参数优化

增能压裂技术研究与参数优化 摘要致密储层,水敏性储层和致密砂岩油气在内的非常规油气藏等,使用二氧化碳或氮气的增能压裂法为提高多种储层油气产量提供了一个很好的方法。CO2增能压裂的泡沫质量一般为30%-52%,其工艺较常规压裂更简便,返排率较高,应用于大规模压裂,具有良好的增产增能作用。 关键词低渗;致密;增能压裂 引言 水力压裂是开采低渗砂岩气藏的重要手段之一,所有改造的油气井中有80%是采用水力压裂来增产的。虽然产生裂缝的作用相当好,但多数压裂处理把含有胶凝剂的聚合物和水作为压裂液,而水因毛细管力作用被束缚在微小孔隙内,低压降下造成液体返排困难,没有返排的水滞留在裂缝面周围的水饱和带。这些储层中,只有少量的水得以返排,所以需要找到常规压裂液的替代品,减少水引起的地层伤害的方法之一就是用气体给液体增能。 1 泡沫增能压裂技术 在水力壓裂过程中,通过在处理液中加入一种可压缩和可溶解的气体可实现增能效果。生产过程中,增能液体膨胀,气体从溶解液中析出。由此促进压裂液的快速返排。 增能液体可以用CO2、N2、甲醇或任何混合气体。这些气体可以单独加入增能压裂液,也可以跟交联凝胶或烃类等混合注入。因为可生成泡沫,普遍在常规水基压裂液中添加CO2和N2,这对大剂量压裂液是有益的。泡沫压裂液跟其他相似组分的增能压裂液具有相同的优势,但比单相压裂液黏度要高。 常规水力压裂模拟都是通过耦合液体流变模型和裂缝构造来评估裂缝面积的。因为液体是不可压缩的,所以一般假定体积是不变的。常规压裂液为单相,就不需要把组分的影响考虑在内了。这个也假定为一个恒温的过程;认定液体处于储层温度等值情况下的。而对于增能压裂液,这些假设就不能成立了。多种流体的存在可引起组分不同程度的漏失,造成整个裂缝里相态发生变化。既然注入的流体温度也许要比储层温度低200℉,这个过程也就不再等温了。 跟常规压裂液不同,增能压裂液体系涉及多种相态变化。压裂作业中,多种机理(相态特性、漏失、多相流动)的存在可能造成液体组分的变化。此外,因温度和压力的变化也会出现相态变化。裂缝体积,还有压裂液携砂能力都取决于压裂液体的组分和相态特性。利用组分平衡法可追踪组分的变化,且可并入裂缝模型,这是一种现有压裂模型所没有的特性。分析这种结果,可以确定组分对压裂性能的影响。以较低的温度把增能压裂液注入地层并不少见。液体和地层间的温度差异使液体注入井内时液体温度升高。因为裂缝面处于储层温度较高的影响

ADAMS VIEW 参数化和优化设计实例详解

ADAMS/VIEW 参数化和优化设计实例详解本例通过小球滑落斜板模型,着重详细说明参数化和优化设计的过程。 第一步,启动adams/view(2014版),设置工作路径,设置名称为incline。 名称 存储路径第二部,为满足模型空间,设置工作网格如图参数。 修改尺寸 第三部创建斜板。点击Bodies选项卡,选择BOX,然后建模区点击鼠标右键,分别设置两个点,坐标为(0,0,0)和(-500,-50,0),创建完模型,然后右键Rename,修改名称为xieban。

右键输入坐标,创建点BOX rename 输入xieban

第四部创建小球。点击Bodies选项卡,选择Sphere,然后建模区点击鼠标右键,分别设置两个点,球心坐标为(-500,50,0)和半径坐标(-450,50,0),创建完模型,然后右键Rename,修改名称为xiaoqiu。 输入两点 Rename,及创建效果 第五部创建圆环。点击Bodies选项卡,选择Torus,然后建模区点击鼠标右键,分别设置两个点,圆环中心坐标为(450,-1000,0)和大径坐标(500,-1000,0),创建完模型,然后右键Rename,修改名称为yuanhuan。完成后效果如下图: 第六部修改小球尺寸及位置。首先修改小球半径为25mm,在小球上右键,选择球体,点击Modify,然后设置如下图;然后修改小球位置,将Y坐标移到25mm处,选择Marker_2点,

右键点击Modify,然后设置坐标位置如下图。 右键编辑球半径 修改半径为25 改后效果 修改球的位置

设置球坐标 完成修改后效果 第七部修改圆环尺寸及位置。将圆环绕X轴旋转90度,选择Marker_3点,右键点击Modify,然后设置坐标位置如下图。修改圆环尺寸,大径为40mm,截面圆环半径为12mm,右键,选择圆环体,点击Modify ,然后设置如下图。至此,模型建立完毕。 修改圆环位置

采用数值模拟方法优化水平气井压裂参数

采用数值模拟方法优化水平气井压裂参数 谭海嵘 杨德冰 唐直平 ①② ③ ③ (长江大学研究生部 ②川庆钻探长庆工程技术研究院③吐哈油田井下技术作业公司) ①摘要关键词本文通过数值模拟方法,以实际气藏为基础进行模拟,对裂缝长度与方位、裂缝导流能力和压裂级数进行了优化设计。结果表明,当水平井水平段的延伸方向垂直于最大水平地应力方向时,随着垂直缝长度的增加和导流能力的提高,水平井累积产气量也呈上升趋势,但上升速度逐渐变缓。压裂后,裂缝数目越多的气井,日产量越大,但随着生产时间的延续,日产量之间的差距越来越小。这为低渗气藏压裂方案设计提供一些理论依据。 水平井压裂数值模拟裂缝级数裂缝导流能力近年来,随着勘探开发实力的提升,水平井钻井技术的进步和钻井成本的降低,一些低渗透的油气藏被陆续发现和开发利用起来。水平井所具有的泄油面积大、单井产量高、穿透度大、储量动用程度高的优点被广泛地应用于各种气藏开发中。但是由于气藏的储量有限,在开发一段时间后,产量往往达不到经济开发要求,通常需要对气井进行增产改造。而水平井压裂改造的基础在于压裂参数的优化设计。因此,本文通过数值模拟方法,对这些压裂参数包括裂缝长度、裂缝方位、裂缝导流能力和压裂级数(即裂缝条数)进行了初步的预测, 这些数据可以为水平井压裂方案设计提供相应的参考。(1)裂缝长度的优化。为了研究水平井压裂裂缝长度对水平井产能的影响,本文以国内某气藏基本储层参数为基础,建立数值模拟机理模型,模型所选用的网格为:x×y×z=60×60×9,在缝长与缝宽所在的平面上所选用的网格步长相等,即DX=DY=20m,而缝高选择的是DZ=2m,模型能代表的实际区域大小为1200m×1200×18m。 根据该区块气藏工程关于井网井距的研究成果,水平井单井控制面积可认为是1200m×600m,如果在该区域中部署2口水平井,水平段长度设为800m,水平井间距设为600m,水平井压裂投产后,采取定产气量衰竭式开采,设定初期产能水平为60000m/d,模拟时间15年,而且每口井有4条压裂缝,裂缝导流能力取为30×10?cm。考虑到地应力的方向问题,一般部署水平段垂直于最大主应力方向的水平井。因此,水平井的最优方位是水平段垂直于最大主应力方向的水平井,且裂缝方位平行于最大主应力方向。 所建立的机理模型如图1所示。 模拟方案设计:设计20m、100m、200m、300m、400m、500m共计6个不同裂缝长度的模拟方案,以研究在不同裂缝长度条件下,采用不同的方案对应累积产气量的变化情况,对比各方案,确定合理的裂缝长度。 经模拟计算得到的裂缝长度与累积产气量的关系如图2所示。由图2可以看出,随着裂缝长度的增加,水平井累积产气量也呈上升趋势,但上升速度逐渐变缓,在裂缝长度超过300m之后再增加裂缝长度累积产气量增长速度明显变缓。这是因为在压裂气井中,气体渗流速度快,气体流入井的流动由达西流转变为非达西流。由于非达西流动的影响,使得裂缝内和地层内气体流人井筒的流量相对减少,因此气井的产量增加幅度有所减小。因此,合理的裂缝长度应该在200~300m之间,即裂缝半长应该在100~150m之间。 (2)裂缝方位的优化。裂缝方位是指裂缝与水平井筒之间的夹角。为研究裂缝方位对水平井产能的影响,选取同样的模型进行数值模拟,并将裂缝半长设为100m,选择裂缝与水平段垂直和裂缝与水平段呈一定的夹角2个不同裂缝方向的模拟方案,以研究裂缝方向与水平段延伸方位夹角对累积产气量的影响。 所建立的机理模型如图3和4所示。 经模拟计算得到的各方案累积产气量的关系如图5所示。 由图5可以看出,当裂缝方向与水平段垂直的时候,水平气井累积产气量要高于裂缝方向与水平段成45°时的累积产气量。这是因为当缝的长度和缝的条数一定、裂缝与井筒角度较大时,缝间干扰小,产能较大,因此,在进行压裂设计时,裂缝的方位与水平段延伸方向垂直或接近于垂直,以提高压裂水平井产能。 (3)裂缝导流能力优化。裂缝导流能力对压裂水平井产能影响较大,当储层渗透率、裂缝长度和裂缝条数和裂缝的方位确定时,可能存在一个最佳裂缝导流能力值。本文选取同样的模型进行数值模拟,将裂缝半长设为100m,裂缝方向与水平段垂直,不考虑水平井多条垂直裂缝相互干扰,设计不同的导流能力,以研究与之相对应的产量。 方案所设的计裂缝导流能力分别为0、5、10、15、20、30、40、50、60×10?cm共9个模拟方案,以便于对比。随着裂缝导流能力的增加,累积产气量也会随之发生变化。方案最终通过累积产气量来优选比较合适的裂缝导流能力。 裂缝导流能力与方案累积产气量之间的关系曲线如图6所示。 从图6可以看出,随着裂缝导流能力的提高,水平井压后产能增加,但增加幅度逐渐变缓,这与裂缝长度对产量的影响结果很相似。当裂缝导流能力达到30×10?cm以后累积产气量上升趋势变缓,因此在理论上,合理的裂缝导流能力应在20~30×10?cm之间。但是,最佳的裂缝导流能力与气藏基质渗透率相关。对于非均质气藏来说,还要参考其他的因素才能确定最佳导流能力。同时,在一定裂缝长度和裂缝的条数下,裂缝导流能力的增加,势必使压裂的加砂量增加,导致施工成本增加。在设计时应合理选取合适的 [1] 3-3-3-3-31 压裂参数的优化设计 图2裂缝长度与累积产气量的关系图 图5裂缝方位与水平段垂直和成45°时对应累积产气量 图6裂缝导流能力与累积产气量关系图 图1不同裂缝长度方案模型示意图图3裂缝与水平段垂直图4裂缝与水平段有夹角

精细压裂施工工艺参数优化研究

精细压裂施工工艺参数优化研究 摘要:传统的压裂施工参数已不能满足现场的需要,分别开展了三个方面的压裂参数优化,即砂比结构优化、暂堵剂用量优化和施工排量优化。砂比结构优化可保持缝口最大导流能力;暂堵剂用量优化可达到暂时封堵高渗透井段;施工排量优化保证压裂液的滤失量在合理范围内,防止砂堵现象的发生。应用表明,施工工艺参数优化后措施效果显著,达到了预期目的,为各项精细压裂工艺的发展提供了技术保障。 关键词:精细压裂;暂堵剂;砂比;排量;参数优化 Abstract: the traditional fracturing construction parameters already cannot satisfy the need of fields, respectively, in the three aspects of the fracture parameters optimization, namely sand structure optimization, than temporary plugging agent optimization and operation discharge optimization. Sand than structure optimization can keep the seam biggest diverting capacity; Temporary plugging agent optimization to temporarily blocked high penetration interval; Operation discharge optimization guarantee of fracturing fluid filtration in the reasonable scope, prevent the happening of the sand blocking phenomenon. Application shows that the construction technology parameters optimization measures after effect significantly, achieve the expected purpose, for all the fine fracturing technology development provides technical support. Keywords: fine fracturing; temporary plugging agent; sand ratio; displacement; parameters optimization 1施工工艺参数优化 1.1 砂比结构优化 砂比结构是保证支撑剂随压裂液顺利进入地层的重要工艺参数。针对不同条件的地层进行砂比结构优化,确保裂缝楔形嵌入地层,保持缝口最大导流能力。 (1)针对油层厚度大,剩余油丰富的地层采用高砂比压裂技术,平均砂比在35-40%,以短宽缝为主,增大泄油面积。见表1。

极化磁系统参数优化设计方法的研究

极化磁系统参数优化设计 方法的研究 The document was prepared on January 2, 2021

极化磁系统参数优化设计方法的研究 摘要:永磁继电器是一种在国防军事、现代通信、工业自动化、电力系统继电保护等领域中应用面很广的电子元器件,其极化磁系统的参数优化设计是实现永磁继电器产品可靠性设计的前提工作之一。该文采用六因素三水平多目标的正交试验设计方法,分析并研究了极化磁系统的参数优化设计方法。在永磁继电器产品设计满足输出特性指标要求的前提下,给出了输出特性值受加工工艺分散性影响而波动最小的最佳参数水平组合。 1 引言 具有极化磁系统的永磁继电器具有体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高、动作速度快等一系列优点,是被广泛应用于航空航天、军舰船舶、现代通信、工业自动化、电力系统继电保护等领域中的主要电子元器件。吸力特性与反力特性的配合技术是电磁继电器产品可靠性设计的关键技术。在机械反力特性及电磁结构已知的情况下,如何对电磁系统进行参数优化设计,使得在保证输出特性值满足稳定性要求的前提下,电磁系统的成本最低,这是继电器可靠性设计必不可少的前提工作之一。

由于极化磁路的非线性及漏磁的影响,使极化磁系统的输出特性值(吸力值)与磁系统各参数水平组合之间存在着非线性函数关系。在各种干扰影响下,各参数存在一定的波动范围。当各参数取不同的水平组合时,参数本身波动所引起的输出特性值的波动亦不相同。由于非线性效应,必定存在一组最优水平组合,使得各参数波动所造成的输出特性值的波动最小,即输出特性的一致性最好。极化磁系统参数优化设计的目的就是要找到各参数的最优水平组合(即方案择优),使得质量输出特性尽可能不受各种干扰的影响,稳定性最好。 影响永磁继电器产品质量使其特性发生波动的主要干扰因素有:①内干扰(内噪声),是不可控因素,如触点磨损、老化等;②外干扰(外噪声),亦是不可控因素,如环境温度、湿度、振动、冲击、加速度等;③可控因素(设计变量)加工工艺的分散性等。其中前两种因素均与产品实际使用环境有关,这里暂不予考虑,本研究只考虑后者对产品质量特性波动的影响。 正交试验设计法是实现参数优化设计的重要手段之一,以往人们在集成电路制造工艺、电火花成型加工工艺、轴承故障诊断等方面得到了很好应用[1-4],但大多是采用单一目标函数的正交试验设计。文献[2]应用正交试验设计法对永磁继电器磁钢尺寸进行了参数优化设计,但没有采用正交试验设计法对永磁继电

遗传算法在交叉口配时优化中的应用

遗传算法在交叉口配时优化中的应用 摘要:介绍r模糊控制、人匸神经网络、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、女智能体等智能控制方法,详细分析了遗传算法的在交通控制领域的实际应用案例,更深入了解和学握了交通智能算法的应用。 关键词:优化:相位;配时参数:遗传算法 1引言 随着社会经济的发展,交通量急剧增长,交通拥堵加剧,交通事故频发,特别是在一些大城市,交通问题已成为制约城市经济发展的瓶颈⑴。为此,人们提岀建立智能交通系统(ITS)。作为ITS的重要组成部分,交通管理系统(ATMS〉在改善交通流秩序、提高交通安全性等方面发挥积极的作用。英中,交通信号优化控制是保证城市交通安全、有序、畅通、快速、高效运行的重要途径。当前,随着交通控制智能化的不断提高,智能控制方法在交通信号控制的重要性日益凸显。按照控制原理的不同,传统的交通信号控制分为宦时控制和感应控制。左时控制按事先设左的配时方案运行,英配时的依据是交通量历史数据°感应控制是某相位绿时根据车流量的变化而改变的一种控制方式,其中车流量可由安装在平面交叉口进口道上的车辆检测器测量。这两种控制方法存在共同的局限性:以数学模型为基础。由于城市交通系统中被控对象过程的非线性、较大的随机「?扰、过程机理错综复杂以及现场车辆检测的误差,建立精确的数学模型非常困难,这就适成了算法本身就有一定的缺陷。即使经过多次简化己建立的数学模型,它的求解还须简化计算才能完成。所以传统的交通控制方法并不能有效地解决目前复杂的交通问题。针对传统交通控制的固有缺陷和局限性,许多学者将模糊控制、神经网络、遗传算法、蚁群算法、多智能体技术等人工智能基础研究方法同常规交通控制方法结合应用。 2交通优化智能算法 2.1模糊逻辑 模糊逻辑是一种处理不确左性、非线性等问题的有力工具,与人类思维的某些特征相一致,故嵌入到推理技术中具有良好效果。模糊逻借不需要获取模型中的复杂关系,不需要建立精确的数学模型,是一种基于规则的智能控制方式,特别适用于具有较大随机性的城市交通控制系统。 2.2人工神经网络 人工神经网络是模拟生物的神经结构以及其处理信息的方式来进行计算的一种算法。它具有自适应、自组织和自学习能力,在认知处理、模式识别方而有很强的优势,最显著特点是具有学习功能。人工神经网络适用于非线性时变性系统的模拟与在线控制,交通控制系统正是一个非线性、时变系统。 2.3遗传算法 遗传算法是运用仿生原理实现在解空间的快速搜索,广泛应用于解决大规模组合优化问题。它是一种比较先进的参数寻优算法,对于不易建立数学模型的场合实实用价值较为突出,是以同样适用于交通工程。1997年,Kiseok和Michael等应用遗传算法对交通网络内的交叉口信号相位进行设计⑴,在交叉口形成的冲突点,结果显示该方法给出的相位方案要优于TRANSYT给岀的方案。同年,Memon等人给出了利用遗传算法进行信号配时方案设汁的研究结果。陈小锋,史忠科针对典型的多车道双向交叉路口的交通流分布, 建立四相位控制的动态交通控制模型,采用遗传算法同时对信号周期时长和相位绿灯持续时间进行优化⑶。承向军等对到达车辆数目进行模糊分类,将不同数量车辆的信号控制决策方案以规则集形式存储在知识库中,利用改进的遗传算法对交叉口信号模糊控制器的模糊规则进行优化,建立了新的优化算法【旬。顾榕等

Abaqus常见的错误

Abaqus常见的错误和解决方法 Fixed time is too large Too many attamps have been made THE SOLUTION APPEARS TO BE DIVERGING. CONVERGENCE ISJUDGED UNLIKELY. Time increment required is less than the minimum specified 这样的信息几乎是无用信息(除了告诉你的模型分析失败以外,没有告诉你任何有用的东西)。宜再查找别的信息来考察。根据经验,改小增量步也不一定能收敛,虽然也有人报告过改好的先例,我是从来没有遇到过,也从来没有那个奢望。所以我一般从模型的设置入手。 必须说明的是:Error和warning的性质是完全不同的。Error意味着运算失败,but出现warning可能还能算,而且有些运算必定会出现warning(比如接触分析必定出“负特征值”,下有详述)。很多警告只是通知性质的,或者只是说明一下而已,不一定都是模型有问题。比如以下warning完全可以忽略: xxxxx will (not)printed,这种只是通知你一声,某些玩意儿不输出了。还有: The parameter frequency cannot be used with the parameter field. It will be ignored(都说某某被ignored了). A系列 如果模型能算,且结果合理,那么大部分警告信息可以不管。但是以下除外: 1 numerical sigularity(数值奇异):刚体位移(欠约束) solver problem. numerical sigularity when processing node105 instance pile D.O.F. 1 ratio=1.735e13 2 Zero pivot(零主元):过约束或者欠约束。 这2个问题一般都意味着模型约束存在问题。1)、2)都会伴随着产生大量负特征值。解决方案当然第一步是检查约束了。 B系列 有一些直接导致计算aborted,那就得仔细分析了,比如: 1 xxxxx is not a valid in ABAQUS/Standard(告诉你这种计算standard不支持了,换别的) 2 missing property 在perperty步检查材料属性是不是都加上了。如果有梁单元,看看梁法向定义对了没有。 3 Detected lock file Job-1.lck. Please confirm that no other applications are attempting to write to the output database associated with this job before removing the lock file and resubmitting. 删除.lck文件就可以了,它是一个自动生成的文件。你也可以另存为(另取名),再运算。 4 The rigid part xx is missing a refernce point 刚体(or刚体约束)都必须通过stools--reference point给它定义一个参考点(RP),载荷都加在这个RP上。

基于精细地质模型的大型压裂裂缝参数优化

第34卷 第6期 OIL&GASGEOLOGY2013年12月  收稿日期:2012-09-17;修订日期:2013-10-21。 第一作者简介:苟波,(1984—),男,博士研究生,油气田增产理论与技术。E-mail:gouboyouxiang@163.com。 基金项目:国家科技重大专项(2011ZX05006-002);四川省青年科技创新研究团队资助计划项目(2011JTD0018)。 文章编号:0253-9985(2013)06-0809-06 doi:10.11743/ogg20130614 基于精细地质模型的大型压裂裂缝参数优化 苟 波,郭建春 (西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川成都610500) 摘要:以Z23北区特低渗透油藏为例,基于Petrel软件建立的储层精细地质模型分析了控制工区压裂效果的关键地质因素。根据控制压裂效果的地质因素(油层厚度、渗透率),将改造目的层一砂组、二砂组和三砂组各分为4类储层。以储层精细地质模型为基础,采用数值模拟方法和经济净现值法优选了8类储层的大型压裂裂缝参数。裂缝参数优选结果表明:对于非均质性强的储层,与储层相匹配的裂缝参数差异较大;要获得理想产能,低渗透储层需要造长缝,而渗透率相对较高的储层需要高导流能力裂缝。现场应用实践表明:按照此方法优选的裂缝参数压裂效果好,储层改造针对性强,可以推广。关键词:大型压裂;裂缝参数优化;经济净现值;储层精细地质模型;低渗透油藏中图分类号:TE122.2 文献标识码:A Fractureparameteroptimizationoflargehydraulic fracturingbasedonthefinegeologicalmodel GouBo,GuoJianchun (StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,Southwest PetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan610500,China) Abstract:ThekeygeologicalfactorsdeterminingfracturingeffectinnorthZ23ultra-lowpermeabilityreservoirareana-lyzedbasedonthefinegeologicalmodelofreservoirestablishedbyusingthePetrelsoftware.Accordingtothekeygeolo-gicalfactors(reservoirthickness,permeability),thetargetlayersofsandunit1,2and3areclassifiedintofourtypes.FracturingparametersofeightreservoirtypesareoptimizedbyusingnumericalsimulationandENPVmethodsbasedonthefinegeologicalmodel.Theresultsshowthatthefracturingparametersvarygreatlyforreservoirswithintenseheteroge-neity.Toobtainidealproductivity,longfracturesareneededforthelowpermeabilityreservoir,whilefractureswithhighflowconductivityisneededinreservoirswithrelativehighpermeability.Fieldtestshowsthatthehydraulicfracturingwithfractureparametersoptimizedbyusingthismethodiseffective. Keywords:largehydraulicfracturing,fractureparameteroptimization,ENPV,finegeologicalmodelofreservoirs,ultra-lowpermeabilityreservoir 低渗透砂岩油藏是指空气渗透率小于或等于 50×10-3μm2 的油藏,储层物性差、非均质性严重、油层联通性差、自然产能低,压裂是此类油藏经济高效开 发的关键技术[1-2] 。对于低渗透油藏,水力裂缝参数(裂缝缝长、导流能力)与储层地质特征相匹配才能获 得经济产能,提高压裂效果[3] ,因此国内外学者非常注重裂缝参数优化研究。目前裂缝参数优化的方法分为解析法和数值模拟法。解析法中最有代表性的是Economides等人提出的以支撑剂指数优化油井无因次采油指数和裂缝参数,假设油藏各向同性均质,不考虑地应力与水力裂缝的匹配,这与实际的油藏地质特征 存在差异 [4-5] 。数值模拟方法以整个油藏为研究对 象,建立地质模型,利用大型数值模拟软件模拟不同水力裂缝参数对油藏生产动态的影响,以一定的生产参数为指标优选裂缝参数;要实现裂缝参数与储层地质特征相匹配,地质模型的建立非常关键。目前裂缝参数优化的地质模型主要是依据储层物性参数、井网特 征以及宏观非均质性而建立[6-9] 。这样的地质模型在宏观上反映了储层特征,以优化的一套裂缝参数作为整个油藏压裂的指导依据,实际上没有考虑储层的砂体展布和微观的非均质性。因此,为实现压裂裂缝参数与储层地质特征的真正匹配,需要基于储层精细地

汽车动力传动系参数优化设计

汽车理论Project 第一章汽车动力性与燃油经济性数学模型立 1.汽车动力性与燃油经济性的评价指标 1.1 汽车动力性评价 汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车的动力性主要可由以下三方面的指标来评定: (1)最高车速:最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上汽车能达到的最高行驶速度。它仅仅反映汽车本身具有的极限能力,并不反映汽车实际行驶中的平均车速。 (2)加速能力:汽车的加速能力通过加速时间表示,它对平均行驶车速有着很大影响,特别是轿车,对加速时间更为重视。当今汽车界通常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间是指汽车由第I挡或第II挡起步,并以最大的加速强度(包括选择适当的换挡时机)逐步换至最高挡后达到某一预定的距离或车速所需要的时间。超车加速时间是指用最高挡或次高挡内某一较低车速全力加速至某一高速所需要的时间。 (3)爬坡能力:汽车的爬坡能力是指汽车满载时用变速器最低挡

在良好路面上能爬上的最大道路爬坡度。 1.2 汽车燃油经济性评价 汽车的燃油经济性是指在保证汽车动力性能的前提下,以尽量少的燃油消耗量行驶的能力。汽车的燃油经济性主要评价指标有以下两方面: (1)等速行驶百公里燃油消耗量:它指汽车在一定载荷(我国标准规定轿车为半载、货车为满载)下,以最高挡在良好水平路面上等速行驶100km的燃油消耗量。行驶的燃油消耗量。 (2)多工况循环行驶百公里燃油消耗量:由于等速行驶工况并不能全面反映汽车的实际运行情况。汽车在行驶时,除了用不同的速度作等速行驶外,还会在不同情况下出现加速、减速和怠速停车等工况,特别是在市区行驶时,上述行驶工况会出现得更加频繁。因此各国都制定了一些符合国情的循环行驶工况试验标准来模拟实际汽车运行 状况,并以百公里燃油消耗量来评价相应行驶工况的燃油经济性。1.3 汽车动力性与燃油经济性的综合评价 由内燃机理论和汽车理论可知,现有的汽车动力性和燃油经济性指标是相互矛盾的,因为动力性好,特别是汽车加速度和爬坡性能好,一般要求汽车稳定行驶的后备功率大;但是对于燃油经济性来说,后备功率增大,必然降低发动机的负荷率,从而使燃油经济性变差。从汽车使用要求来看,既不可脱离汽车燃油经济性来孤立地追求动力性,也不能脱离动力性来孤立地追求燃油经济性,最佳地设计方案是在汽车的动力性与燃料经济性之间取得最佳折中。目前,在进行动力

《ABAQUS 元分析常见问题解答》常见问题汇总

第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题第一篇基础篇

第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题 第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题 1.1 Abaqus 的基本约定 1.1.1 自由度的定义 【常见问题1-1】 Abaqus 中的自由度是如何定义的? 1.1.2 选取各个量的单位 【常见问题1-2】 在 Abaqus 中建模时,各个量的单位应该如何选取? 1.1.3 Abaqus 中的时间 【常见问题1-3】 怎样理解 Abaqus 中的时间概念?

第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题 1.1.4 Abaqus 中的重要物理常数 【常见问题1-4】 Abaqus 中有哪些常用的物理常数? 1.1.5 Abaqus 中的坐标系 【常见问题1-5】 如何在 Abaqus 中定义局部坐标系? 1.2 Abaqus 中的文件类型及功能 【常见问题1-6】 Abaqus 建模和分析过程中会生成多种类型的文件,它们各自有什么作用? 【常见问题1-7】 提交分析后,应该查看 Abaqus 所生成的哪些文件? 1.3 Abaqus 的帮助文档 1.3.1 在帮助文档中查找信息 【常见问题1-8】 如何打开 Abaqus 帮助文档?

第1章关于 Abaqus 基本知识的常见问题 【常见问题1-9】 Abaqus 帮助文档的内容非常丰富,如何在其中快速准确地找到所需要的信息? 1.3.2 在 Abaqus/CAE 中使用帮助 【常见问题1-10】 Abaqus/CAE 的操作界面上有哪些实时帮助功能? 【常见问题1-11】 Abaqus/CAE 的 Help 菜单提供了哪些帮助功能? 1.4 更改工作路径 【常见问题1-12】 Abaqus 读写各种文件的默认工作路径是什么?如何修改此工作路径? 1.5 Abaqus 的常用 DOS 命令 【常见问题1-13】 Abaqus 有哪些常用的 DOS 命令?

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