超深水油气钻完井关键装备现状及技术展望

摘要:全球超深水油气资源主要集中在巴西桑托斯盆地、美国墨西哥湾、圭亚那盆地以及中国南海琼东南盆地等地区。近年来,中国海洋油气勘探开发实现了从浅水到深水、从深水到超深水的重大跨越,中国海洋油气钻探开发已迈入超深水行列。超深水油气资源开发是保障国家能源安全和实现能源转型的现实需要,目前南海琼东南盆地已成为中国最具潜力的超深水油气资源开发区域。为对标国内外深水关键装备的技术差距,明确技术发展方向,系统梳理了中国超深水钻井平台、精细控压钻井装备、旋转导向工具、水下生产系统和水下应急封井器的装备和技术现状,并与国际领先技术进行了对比分析,指出了中国超深水油气钻完井关键装备的发展方向。研究结果表明:①复杂的海洋环境、高风险作业条件和装备技术的进口依赖仍是制约超深水油气全面自主开发的重要瓶颈;②超深水油气开发面临复杂海洋环境、窄压力窗口及高温高压等多重挑战,核心钻完井装备的自主化、智能化和高效化发展是关键;③未来需加速关键装备国产化,构建智能化开发体系,创新适应极端环境的新型装备,并强化环保技术研发,积极构建自主、高效、绿色的开发能力,进而实现油气的绿色可持续发展。结论认为,通过技术创新和装备升级,可全面提升超深水油气资源的开发能力,以中国南海为核心的超深水油气区块开发取得了历史性突破,展现了中国在超深水钻完井领域的技术进步和实践能力,并为全球超深水油气开发提供了技术示范和实践经验。

航天器发动机耐高温复合材料支架设计与验证

摘要:针对第1代490N发动机复合材料支架和第2代490N发动机钛合金支架难以同时满足耐高温和轻量化双重要求的问题,设计一种应用耐高温双马树脂基复合材料的第2代490N发动机支架,并开展了分析验证和试验验证。验证结果表明:其能够承受各种复杂工况下的力、热载荷,相比第1代490N发动机复合材料支架,可将耐温能力由100℃提高至200℃,相比第2代490N发动机钛合金支架,可实现结构质量减小57.7%。耐高温复合材料支架已成功应用于多个航天器,可为航天器高质量发射和精确变轨提供可靠的技术保障。

有限元数值模拟在增材制造领域的研究及应用现状

摘要:增材制造是一种新兴的材料成形技术,其成形过程为典型的非平衡凝固过程,涉及复杂的温度、热力、相变等物理现象,使用传统方法难以对增材制造过程中物理量的变化进行测量和分析。将有限元数值模拟技术应用于增材制造中,可以很好地对加工过程和结果进行计算和预测,提高增材工艺研究开发效率,并降低成本。从有限元数值模拟方法、有限元数值模拟软件介绍和在增材制造领域的应用现状3 个方面进行综述,分析了有限元数值模拟技术在增材制造领域优势与局限性,并对未来发展趋势进行展望。

面向多功能工程应用的力学功能超材料的研究进展

摘要:力学超材料是一类人造结构化材料,其本质是以人工微结构为单元构造的复合结构,旨在通过设计人工微结构单元的形状、尺寸和周期性排列模式增强宏观整体结构的力学性能,实现负泊松比、多稳态、轻质高强、可编程/重编程等超常力学性能。然而,通过常规材料制备的力学超材料难以满足不同工程应用场景对功能器件的多环境场自适应性、迅速可控环境响应和能量转化等性能要求。结合力学超材料和先进功能材料构筑的力学功能超材料从材料角度拓展了力学超材料的性能,可以实现可调控的力电、力磁、力热等耦合响应,有望实现力学超材料的多功能工程应用。本文从超常力学性能和典型分类方面阐述了力学超材料的研究进展,从构筑方法和耦合响应方面详细介绍了力电、力磁和力热超材料3 类代表性力学功能超材料,总结与展望了力学功能超材料在航空航天和海洋工程领域的潜在工程应用,包括自折展卫星太阳翼、微型航天器自供能、卫星平台隔振、海洋工程与装备监测感知和海洋波浪能采集等。

轻质合金电弧熔丝增材制造研究现状及展望

摘要:电弧熔丝增材制造由于沉积速率高、 材料利用率高、 成本低以及具有制造大尺寸复杂构件的能力, 得到工业界和学术界的广泛关注。以镁、 铝、 钛等为基体的轻质合金因其密度低、 比强度高、 阻尼减震性能好、 耐蚀性强、 生物相容性好等优点, 可以减轻重量, 促进节能减排, 在航空航天、 汽车工业和医疗器械等领域有广阔的应用场景。本文综述了这几类轻质合金电弧熔丝增材制造的研究现状, 重点论述了电弧熔丝增材制造工艺对其组织和性能的影响, 表明电弧熔丝增材制造工艺对构件的成型精度起着至关重要的作用, 且对材料有较强的敏感性, 即不同轻质合金适用的最优工艺不同。同时, 讨论了常用电弧增材制造构件性能的优化手段, 热处理工艺可通过调控第二相类型、 组织形貌等来提升综合力学性能, 指出了镁、 铝、 钛等合金材料电弧熔丝增材制造存在的主要问题及发展方向, 对于轻质合金电弧熔丝增材制造技术的快速发展有一定促进作用。

高温加热取向硅钢板坯抗氧化及防护涂层技术进展

摘要:取向硅钢是高效能变压器的关键软磁材料,然而其板坯在高温再加热过程中面临严重的氧化烧损与脱碳问题,严重影响成品质量与生产效率。针对此现象,高温抗氧化防护涂层技术已成为保障取向硅钢生产与性能的核心手段之一。聚焦于防护涂层技术,系统评述了高温加热取向硅钢板坯抗氧化涂层的最新研究进展,首先阐述了取向硅钢独特的高温氧化行为及其对防护涂层的特殊要求(如高温稳定性、抗熔渣侵蚀性及优良剥离性),进而深入剖析了各类防护涂层的核心组分(高熔点陶瓷、低熔点玻璃相、功能添加剂)及其防护机制,重点探讨了涂层在高温下的多层结构演变与物理化学协同防护作用。最后,展望了未来高性能、环境友好、智能化取向硅钢防护涂层的发展方向,包括新材料体系探索、绿色制备工艺及多功能集成,旨在为提升取向硅钢产业的可持续发展水平提供理论参考与技术支撑。

碱金属离子电池非晶正极材料的研究进展

摘要:为了满足当今社会对碱金属离子电池日益增长的能量密度、使用寿命和安全性的要求,需要开发具有高可逆容量、长循环稳定和高安全性能的正极材料。短程网络的非晶正极材料因其丰富的离子储存位点和高度各向同性的离子传输通道而表现出高容量和快速的反应动力学,近年来备受关注,为电化学储能开辟了新方向。本文重点关注碱金属离子电池中非晶正极材料的最新研究进展,综述其特点、合成策略和表征手段,以及在储能领域的重要应用。最后,提出了非晶正极材料在电化学储能领域面临的挑战,并对未来研究方向进行了展望。

海域天然气水合物稳定井壁钻井液研究进展

摘要:天然气水合物(以下简称水合物)是我国重要的潜在高效清洁油气接替资源,绝大部分赋存于海域深水浅部地层之中。水合物因其复杂的赋存形态与特殊的储层特性,在钻探过程中易引发水合物相态变化进而造成钻井井壁失稳,而高性能钻井液是维持井壁稳定的关键。为研制适用于海域水合物储层钻探的低成本高性能钻井液体系,系统梳理了全球海域水合物深水浅部储层特点与钻井难点,系统分析了海域水合物井壁失稳机理及研究现状,对现阶段的水合物井壁稳定钻井液体系进行了总结归纳,提出了未来水合物钻井液体系的设计思路与发展方向。研究结果表明:①海域水合物储层钻井常面临浅部地层疏松、安全密度窗口窄、水合物相态变化和钻井液性能变化等因素带来的井壁失稳难题;②在钻井过程中,钻井液与水合物储层会发生传热和传质反应,影响井壁周围力学性能,进而造成井壁失稳,现阶段主要使用物理控温或化学抑制的方法来延缓水合物的分解;③水基钻井液仍是海域水合物钻井过程中的首选,目前研发的胺基聚合物钻井液体系、稀硅酸盐钻井液体系、聚合醇钻井液体系等均具有较好的水合物抑制性与稳定井壁性能。结论认为,未来应继续加强高效低成本水合物相态控制化学剂与无毒高性能钻井液的研发,构建出更多可用于海域水合物钻探、有效维持井壁稳定的低成本高性能环保型钻井液体系,为全球海域水合物开发和深海油气增储上产提供有力的技术支撑。关键词:海域天然气水合物;钻井液;井壁稳定;地层蠕变;安全密度窗口;相态控制;封堵材料;流变调控5 纳米类钻井液体系

空间柔性结构振动控制智能作动技术研究进展

摘要: 在空间柔性结构发展态势分析的基础上,综述了空间柔性结构振动控制智能作动技术研究脉络,归纳了空间柔性结构振动控制方法、空间柔性结构振动控制作动器构型、及空间柔性结构振动抑制作动器操控,并指出了空间柔性结构振动控制智能作动技术发展趋势和挑战。主要包括智能化作动设计与操控、先进作动材料与结构、宽频适用型作动构型综合、多维弱耦合高性能作动、高能量密度与高动态作动和振动控制作动技术智能化6个方面发展趋势,以及材料制备与构型设计、模型建立与精密操控、环境适应与品质保障和智能作动技术实际应用4个方面技术挑战。