集输-S型立管内气液两相流流型的PSD特征

在集输-S型柔性立管系统中实验研究了空气-水两相流的流型,研究了不同流型下立管段压差波动信号的频域特征,分析了压差波动信号的功率谱特性(PSD)。结果表明,随着流型由严重段塞流向稳定流动的转变,立管压差波动信号的能量值逐渐降低,能量值的频率范围逐渐升高。不同流型的功率谱能量值及主峰所在频率存在很大差别,压差信号的功率谱密度函数可作为识别S型柔性立管系统中流型的有效手段。     

海洋集输立管系统严重段塞流转变模型研究

结合严重段塞流的形成机理,研究了立管底部压力与集输管道中流体压力的变化规律,建立了过渡流型向严重段塞流、稳定流转变的准则模型。对比Lockhart-Martinelli参数法和Beggs-Brill公式法在气液两相流含气率的预报效果,并将流型转变模型的预报结果与实验结果对比,结果表明:采用Beggs-Brill公式计算气液两相流含气率时具较高的精度,同时本文流型转变预报模型的预报值与实验结果吻合很好,从而可以为海洋集输立管系统的优化设计提供理论依据。     

集输立管气液流量变化暂态过程实验研究

在大型集输立管多相流实验系统上进行了单相或两相流量变化实验研究,比较并分析了集输立管系统与简单水平管压力过升、过降现象的异同,研究了压力、压差的均值或幅值的暂态变化以及压力、压差达到稳态的顺次。结果表明集输立管系统流量变化的暂态响应受下倾管立管结构与入口流量改变的共同影响,在不同流速范围内两种影响因素呈不同的主次关系。实验结果还表明不同压差信号的响应可用于立管不稳定流型或不规则流型形成的预报。     

集输立管内非稳定流压差波动特性实验研究

实验研究了集输-立管系统内空气水的两相流动,将其流动结构分为稳定和非稳定两大类流型并建立宽广流速范围内的流型图;揭示了非稳定流动中不规则流型流动特性及其形成机理;集输-立管系统内液相的逐渐积累是不稳定阶段建立的关键因素,多次喷发导致系统内液量的大量减少,在低折算液速下不能及时弥补减少量是稳定阶段建立的主要因素。实验发现,中高折算速度条件下,立管整体压差波动幅度与水平管段压差波动幅度均随折算速度的增大先增大后减小;而在低折算速度条件下,则表现为单调递减的变化规律;并建立了各自相应的压差波动特性等高线图。     

集输立管内气水两相流压差信号的特征分析

实验研究了水平段为400 m的长距离集输-立管系统内的空气-水两相流动,观察到四类流型:第一类严重段塞流、第二类严重段塞流、过渡流型以及稳定流动;本文着重对四类不同流型下立管内压差信号进行了详细的特征分析;得到了立管压差随时间的变化速率、频谱特性以及概率密度分布等规律。分析结果表明:四类流型的压差变化速率差别明显,过渡流型立管内压差变化速率最为剧烈,稳定流动压差变化速率最为频繁;严重段塞流流型、过渡流型及稳定流动都有明显主频,但稳定流动频率幅值明显小于其他三类流型;四类流型的概率密度分布有明显区别,一类严重段塞流与稳定流动呈明显的单峰结构,二类严重段塞流呈明显的双峰结构,过渡流型的压差分布范围最广。     

气举消除严重段塞流方法的实验研究

在模拟集输-上升管路系统的实验装置上,对消除严重段塞流现象的气举法进行了实验研究.实验结果表明,采用上升管下部注气的方法可以消除严重段塞流现象,实现管道出口气液的稳定流动,减小系统的最高压力,同时可以防止上游水平管内出现高频率的长液塞流动.分析发现,当注入气体流量增大到上升管中流型转变为块状流型时就可以消除严重段塞流现象,而气举法所需的最佳注入气量可以采用流型图来判断和计算.     

严重段塞流顶部节流作用下的流型及其转变

严重段塞流是常见于海洋石油工业集输-立管系统中的一种有害流型,而立管顶部阀门节流是抑制和消除严重段塞流的有效方法。本文实验研究了对严重段塞流采取节流操作所引起的流型及其转变特性,结果表明,随着阀门开度的减小,节流阀压降增大,背压升高,很大程度上抵消了下倾管内封闭气体的压力,从而抑制了下倾管内气体体积的膨胀,导致下倾管内的大量气体无法在短时间内快速连续地进入立管,而只能以大气泡或小气泡群的形式间歇进入立管,促进了弹状流和泡状流的形成。考虑了气液流速对节流阀压降的影响,建立了节流作用下S型立管内气液稳定流动边界,与实验数据吻合良好。     

严重段塞流立管压差信号的周期特性分析

本文对集输-立管系统中低气液流速下的气液两相流动特性进行了研究,结合概率密度函数(PDF)和功率谱密度分布(PSD)方法获得了气液流速对严重段塞流周期特性的影响规律.其中第一类严重段塞流立管压差信号的PDF与PSD分布均呈明显的单峰结构,PDF峰值为液塞流出时间在整个段塞周期内的占比,PSD主峰频率的倒数为压差波动信号的周期.分析发现表观液速一定,表观气速的增加会导致整个段塞周期与液塞流出时间占比的迅速减小;而表观气速不变表观液速的增加只会减小段塞周期,不会对液塞流出时间的占比产生较大影响.     

集输立管内流型分类及流型控制实验研究

根据归一化压差及出口相含率信号特征规律对集输-立管内所发生的流型进行了判别及分类,将流型划分为典型严重段塞流(SS1)、第二类严重段塞流(SS2)、第三类严重段塞流(SS3)、震荡流型(OSC)及稳定流型(STB),并对所观察到的典型严重段塞流(SS1)进行了手动节流、基于立管底部压力的PID控制及基于立管压差的PID控制调节。通过对比消除典型严重段塞流后立管底部压力、立管压差、入口流量波动及调节阀平均开度等参数对三种控制策略的控制效果进行评价得出结论:基于立管压差的PID控制调节效果最好,基于立管底部压力的PID自动控制次之,手动节流控制严重段塞流效果最差。     

集输管路上升管系统严重段塞流液塞特征

在海洋油气集输-上升管路系统模拟实验装置上研究了严重段塞流的液塞运动特征.实验结果表明,液塞首先以较低速度流出上升管,该速度约等于管道入口气液混合速度;然后液塞以较高速度流出,速度值主要受管路系统的结构尺寸及物性影响,该阶段的液塞长度不超过上升管高度.本文还分析了液塞长度、各阶段速度与入口气液流量的关系,给出了拟合关联式.     

顶部节流条件下S型柔性立管内油气水三相流流型转变实验研究

实验研究了集输-立管系统中,立管顶部节流条件下S型柔性立管内油气水三相流流型及其转变机理.发现,随着阀门开度的减小,S型柔性立管内依次会出现严重段塞流、类弹状流和类泡状流.背压的升高是促使流型发生转变的原因,升高的背压抵消了立管上游封闭气体的压力,从析抑制了立管内气相的运动速度.本文建立了节流过程中S型柔性立管内流型间...     

严重段塞流现象与立管顶部节流的瞬态模拟

在对严重段塞流现象实验研究的基础上,本文采用OLGA软件建立了实验系统的瞬态模型,对水平段长度为114 m,下倾段长度为133 m,立管高度为15.3 m,内径为50.8 mm的集输-立管系统中的严重段塞流现象进行了数值研究,给出了相应流型图,并将立管底部压力、立管顶部持液率、段塞周期等严重段塞流特性参数的模拟结果与实验结果进行了对比;本文还对控制严重段塞流现象的立管顶部节流法进行了模拟研究,并与实验结果进行了对比。研究发现,本文的瞬态模型能够较好地模拟出实验中发现的四类流型,但对严重段塞流详细特性参数的模拟不够准确,对顶部节流的模拟与实验结果相差较大,对顶部节流法消除严重段塞流的机理仍需进一步研究。     

集输管路上升管系统严重段塞流实验和理论模拟

严重段塞流的实验研究表明,在气泡进入上升管底部到运动至出口的过程中,上升管中气泡头部以下流型为弹状流型;当气泡头部流出上升管后,上升管中的流型可看作块状流型。根据实验结果,本文提出了采用漂移流模型简化计算上升管中两相流动、上游管道中气体膨胀满足质量守恒,同时考虑上升管内液体动量守恒的严重段塞流计算模型。计算值与测量值比较表明,模型可以正确预测出气体膨胀流动过程,气体流动时间不受入口气液流量的影响。模型可以准确计算出严重段塞流周期、液塞长度和倾斜管中液柱最大长度等参数。     

基于多尺度能量比重的气固两相流流型研究

首先提出建立以多尺度能量比重为必要参数的水平管气力输送两相流流型划分方法.该方法将水平管气力输送两相流流型简化为5种且流型划分标准明确,有效解决传统流型划分方法存在的定义模糊及流型种类繁多等问题.之后进行气力输送实验,通过经验模态分解和分形方法结合从水平管中气固两相流动的静电信号中提取多尺度能量比重并基于新的流型划分标准,对不同工况下的流动情况进行了流型划分并考察不同流型下的颗粒流动特点以及区别。     

应用多传感器时间融合的塞状流测量研究

气液两相流由于其自身的复杂性,流型、流量等流动参数的测量一直是研究的重点和难点.应用多传感器数据融合技术测量气液两相流可以从多角度揭示流体信息,提高流动参数的测量精度.多传感器系统主要由截面信息测量系统和V型内锥式流量计构成,在利用相关技术对截面测量信息与V型内锥式流量计的测量数据进行时间融合的基础上,对水平管气液塞状流经行了分段式的流量测量.测量中将气塞和液塞分开计算,并引入了等效干度的计算,通过对实验结果进行的误差比较,验证了该方法是可行的,而且能一定程度上提高测量精度.     

下倾-立管系统中严重段塞流现象的周期特性

本文在室内的模拟实验系统上对严重段塞流的周期特性进行了实验研究.通过对实验现象和立管底部的压力波动信号分析后发现,严重段塞流的周期主要取决于液塞形成和液塞流出阶段所经历的时间,与气相表观流速,液相表观流速、下倾管倾角等实验参数有关.通过下倾管中的气体在积累阶段质量守恒方程,得到严重段塞流周期计算模型.模型的预测结果与实验测得的周期相比偏小.在较大的气、液相表观流速下,严重段塞流周期计算模型的预测结果比较准确.     

表面活性剂对倾斜上升气液两相流流型的影响

应用电导断层测量技术研究表面活性剂添加对倾斜上升气液两相流流型的影响,实验工质为空气/水、空气/100 mg/kg十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液。结果表明,当倾角较小时(2.5°和5°),添加少量纯度为95％的SDS到空气/水两相流系统,可以推迟了分层流型向环状流型的转换,使其发生在较高的气体流速条件下;与水平流动的实验结果类似,在本文的实验条件下没有观测到表面活性剂对塞状流型、弹状流型转换特性的影响。随着倾角的增大(10°),表面活性剂添加对气液两相流流型的影响更为显著,在空气/水气液两相流系统中没有观测到分层流动,而加入表面活性剂后在一定范围内存在分层流动。     

水平-S型柔性立管系统中空气-水两相段塞流压力信号的特征分析

本文对水平-S型柔性立管中空气-水两相流进行了实验研究,着重对各种流型下的立管底部压力信号进行了特征分析,给出了立管底部压力的变化速率、振幅谱特性以及分布律规律.分析结果表明,从严重段塞流到稳态流型,立管底部压力变化速率变化更加剧烈且频繁;压力波动频率增大且周期性减弱,波动模式复杂;压力分布律峰值从较高压力区域移向较低...     

高含水后期水平集输管道内油气水流型实验及分析

在油田开发后期,许多油田产出液的含水率已超过85%,进入高含水后期.集输管道内油气水三相流流型对高含水安全混输技术界限确定及水力热力计算方法研究具有极为重要的意义.本文利用计量间现有设施,在采油现场研制了一套油气水流型试验装置,对高含水后期水平集输管道内油气水的流型进行了试验研究,测试出了高含水后期各种工况条件下水平集输管道内油气水的流型,并根据油水状态,总结出五种高含水后期油气水冲击流的流型.     

集输-上升管路系统严重段塞流实验研究

在模拟集输上升管路系统的实验装置上,研究了多种倾斜管角度下严重段塞流发生规律,给出了流型图。实验发现,倾斜管水平时仍会出现严重段塞流。流动参数分析表明,严重段塞流具有显著的周期性,压力大幅度振荡,气液间歇流出上升管,出口气体速度可能超过入口数十倍,对分离器造成剧烈冲击。研究发现,严重段塞流周期随气液流量增大而减小,并且符合幂律定律。