环状集输水平管内油-气-水三相流流型试验研究

目前我国东部陆上油田大部分已进入特高含水采油期,绝大多数油井综合含水率已超过85%,部分油井已达到95%。油-气-水三相流型是特高含水混输技术界限确定、水力热力计算方法研究及集输系统科学运行管理的基础。为了研究大庆低渗透油田环状集输水平管道内油-气-水三相流型,研制一套流型试验装置,进行了一系列试验研究,获得了1360组油气水三相流型图及相应的流动参数。对采集到的流型及试验数据进行分析,首次总结出水平环状集输管道中油-气-水三相流的五种流型,分别为分层流、三层扰动流、波浪冲击流、气弹掺混流和完全掺混流。同时给出了每种流型对应的参数范围,并对每种流动形态及典型特征进行了解释。     

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.     

油气水三相流中的复杂相态及压力降研究

将水平管划分为三个测量段,以空气、水和高粘度油体为工质,研究了油气水三相流中由流动引起的液－液复杂相态及其所对应的三相流压力降。试验研究发现,油气水三相流在三个测量段中可由流动引起不同的液－液相态,致使对应于相同的油、气、水三相体积通量,三相流阻力损失存在多值性。对不同的液－液相态建立了与之适应的阻力损失计算模型,模型预测结果与试验结果吻合     

井筒内超临界水流动传热特性数值研究

随着世界油气资源的日渐枯竭,稠油开采在油气开发中的地位日益凸显。对于埋藏深、黏度大的稠油资源,实验研究发现超临界水技术对于深层超稠油具有采收率高且具有原位改质功能,应用前景广。准确预测井筒传热流动特性是进行超临界水开发作业设计与规划的前提。本文发展了一种适用于超临界注入井筒内的传热计算模型,该模型针对各种流型分别选择最优压降计算公式,并考虑超临界蒸汽物性参数对管流摩擦压降计算的影响,修正单相管流摩擦压降公式;模型计算结果与工业现场结果具有较好的一致性,并基于该模型分析了超临界水注入参数对流动传热规律的影响规律。     

油气水三相流埋地管道温降的影响因素研究

油气水三相流埋地管道温降是油气集输系统运行管管道保温状况(热阻),产液量,产气量,含水率,土壤物性,起点温度等.目前,关于各种影响因素对温降的影响程度,国内外尚未见相关报道.本文结合大庆油田生产现场常用的运行数据,分析各种影响因素对温降的影响程度.研究结果表明;主要影响因素为产液量、管长、热阻;管道埋深、起始温度、土壤的导热系数次之;管径、含水率、土壤的导温系数、产气量对温降的影响可忽略.     

水平管内油气水三相流分流型阻力特性实验研究

对水平管内油气水三相流的摩擦阻力压降特性进行了实验研究,水平管实验段由有机玻璃管制成,内径为40mm,所用的实验工质为:46#机械油,自来水和空气。油、气、水三相的折算速度范围分别为:0.05-0.51m／s、0.05-1.51m／s、0.02-50.6 m／s。按照气液界面总体特征将水平管内油气水三相流的流型分为泡状流、间歇流(段塞流和弹状流)、分层流及环状流。对各种典型流型下的摩擦阻力压降应用改进的Chisholm关系式及油水两相压降关系式进行分析,对Chisholm关系式中的参数C进行了重新定义。发现改进的Chisholm关系式能够较好地对管内油气水三相摩阻压降进行预测,因此改进Chisholm关系式可以作为摩擦压降计算的通用关系式。     

动载下水平管内气水两相流流动特性

本文概要介绍了两流体模型及其控制方程,以及自主搭建的动载气水两相流系统实验台.利用气水两相流系统实验台旋转产生的动载条件进行了动载条件下气水两相流动实验,实时测量了空气和水的流量及试验段的压差,并在线测量了气水两相流动窄隙率.结果表明,过载对两相流动特性尤其足流量、压力和压降有显著影响.该研究结果在某种程度上有助于将两相流研究从自然状态扩展到载荷作用状态,同时为动载下气水两相流流动和传热的数值分析和理论研究打下一定基础.     

水-胶凝原油两相流压降特性研究

压降是影响胶凝原油水力悬浮输送系统安全运行的主要参数。本文运用量纲分析原理建立水-胶凝原油两相流压降计算关联式,并通过试验的方法确定出其四种典型流型的压降计算模型。利用该模型对压降的计算值与测试值进行比较,相对误差在17%以内。分析了含水率和混合物流速对压降的影响,结果表明:含水率对压降的影响存在一个转折点,转折点之前,对于同种流型,定流速时压降随含水率的增加而降低;转折点之后压降是流速的单值函数。     

球床内气液两相流流型及压降实验研究

在本实验参数范围内可将孔隙流道内空气/水两相流动划分为泡状流、泡状-弹状混合流、弹状流、弹状-环状混合流和环状流五种流型。本文修正后的Tung/Dhir流型转变模型与实验符合较好。依据单相流动压降数据,对Ergun公式参数进行了拟合,提出了适用于本实验特点的单相压降公式。并在此基础上利用渗透率系数提出了两相流动压降计算经验公式,与前人的公式相比,适用范围更广,计算误差也较小。     

差压法测量两相流相含率的研究

本文通过差压式测量方法,对气液两相流中含气率及油水两相流中含水率的测量进行了深入的试验研究。通过水平及垂直上升段的结构组合,测量气液两相流中的含气率值,在对流型测量与分析的基础上,建立了不同流型下垂直上升段与水平段摩擦压降间的修正关系式,减小了测量误差;通过采用一缓流的垂直下降段,测量油水两相流中的含水率值,获得了好的结果。     

油气水三相流段塞流不稳定周期轨道探寻

将临近点回归方法与自适应阈值法相结合, 对油气水三相流段塞流进行了不稳定周期轨道探寻分析, 发现乳状段塞流比水包油段塞流的低阶不稳定周期轨道周期更长. 水包油段塞流的低阶轨道由内部小循环到外部大循环的嵌套结构组成, 乳状段塞流的低阶轨道则由两个平滑的大循环嵌套而成. 结合时频域分析, 发现水包油段塞流的能量分布弥散、频谱范围较宽且频率成分复杂, 而乳状段塞流的能量分布较集中、高频成分较少, 证实水包油段塞流比乳状段塞流流动机理更为复杂, 且时频域分布与低阶不稳定周期轨道结构相对应. 关键词： 油气水三相流段塞流 不稳定周期轨道 自适应阈值 时频分布     

水平管道中段塞流的跟踪模拟

本文对以unit cell模型为基础建立起来的段塞流跟踪模型进行了改进。利用改进后的模型对水平管道中空气-水段塞流的压降、液塞平移速度、液塞长度等特征参数进行了模拟研究,并将模型预测结果与相应的试验结果进行了比较。结果表明,改进后的模型可以有效地预测以上各参数的演变规律。模拟和试验结果均表明,水平管道中段塞流的液塞平移速度符合正态分布,液塞长度符合对数正态分布。     

水平管内栓塞流气力输送的动理学模拟

波状栓塞流是气力输送中的一种典型流型。为了发展更为准确和细致的栓塞流数学模型,本文引入动理学理论建立气-固两相波状栓塞流动的数学模型,对管道内的波状栓塞流动进行了三维数值研究,再现了流动过程中栓塞和堆积层的形成、运动过程,得到了压力降、空气速度、栓塞长度和堆积层厚度等重要的流动参数;栓塞长度、堆积层体厚度随空气表观速度的变化等一些细微流动特征得到了体现,表明动理学理论能够反映出栓塞流这种非连续高浓度气-固流动的物理本质,具有很好的适用性。本文的研究为栓塞流数值模型的发展引入了一种新的数学工具和思路。     

水平管道段塞流特征参数的压差波动分析

分析了压力波动信号互相关求液塞速度存在的不足，引入了压差波动分析法；明确了液塞到达和离开上、下游测压点的时刻与压差波动信号起峰点与落峰点位置的关系；指出了压差信弓脉冲宽度为液塞义到达上游测压点和液塞尾离开下游测压点的时间间隔，脉冲宽度与液塞速度的乘积为液塞长度与差压传感器间距之和．把空气－水、柴油和机械油的试验结果与文献中经验关系式进行了对比，验证了该测量方法的正确性．     

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。     

空气/油水乳状液泡状流/弹状流流型及其转换的研究

本文采用空气／油水乳状液为介质,在不同含水率下,得到垂直上升管内W／O和O／W状态下泡状流及弹状流的流型特征、用压降脉动法判别流型的判据,同时研究了含水率对流型转换的影响,并建立了流型转换的预测模型,模型计算值与实验结果符合良好。     

水平管内二氟乙烷两相流动摩擦压降实验研究

对制冷剂二氟乙烷(HFC-152a)在内径为8mm的水平管内进行了两相流动沸腾摩擦压降的实验测量.实验测量的压力范围为0.19—0.41MPa,热流密度范围为14—62kW/m2,流量范围为128—200kg/m2s.实验测量表明:HFC-152a的两相摩擦压降随质量流量、质量含气率的增大而增大;热流密度则对摩擦压降的直接影响很小,但通过影响两相流流型间接影响了摩擦压降;当流型由分层流动转变为半环状流或环状流时,总压降中加速压降所占比例有所减小,而摩擦压降所占比例则有所增大;摩擦压降随饱和压力的增大而减小.使用两个应用广泛的压降计算式进行了计算.实验测试结果与计算结果对比后发现,Friedel模型与实验结果偏差较大,而Müller-Steinhagen-Heck模型则与实验结果符合较好.     

水平管气液段塞流流量瞬变特性模拟研究

以Taitel 和Barnea(1998,1999)提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的瞬态段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪。计算结果与King等的段塞流气体流量瞬变实验数据对比表明,瞬态跟踪模型较好地预测了气体流量上升造成的段塞流压力“过升”现象,以及长液塞的出现;当气体流量下降时出现的压力“过降”现象和短暂分层流现象也由模型准确预测,分析认为,由于段塞流压降远高于分层流型,因此大部分液塞消失而出现的短暂分层流导致了压力过降。