水平管气-液两相变质量流的均相流模型

与常规管中气-液两相流动不同,水平管气-液两相变质量流动存在沿程管壁入流.在水平管单相变质量流动试验研究的基础上,考虑了管壁入流对管壁摩阻系数的影响,提出了孔缝管管壁摩阻系数相关式.将气-液两相混合物看作均匀介质,使水平管气-液两相变质量流的均相流模型的基本模型等同于单相变质量流的流动模型,重点研究了气-液两相变质量流均相流模型中流动参数的混合规则,提出了新的气-液两相粘度混合规则.对气-液两相变质量流的均相流模型进行了试验验证,研究结果表明,气-液两相变质量流的均相流模型预测结果可以满足工程计算精度的要求.     

油井两相分离变压控制计量装置

目前,国内各油田采用的油井计量方法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量法等。 玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统方法,大约占总数的90％以上。该方法装备简单,投资少,但因间歇量油折算产量,原油系统误差常达10％～20％。另外在高含水期,尤其是在特高含水期,对于气液比低的油井,计量后的排液十分困难,因此计量操作极为不便。     

大管径高压力气液两相管流流型转变数值模拟

流型判别是气液两相流研究的重要内容.应用适用于工业设计中大管径、高压力管道的多相流瞬态模拟软件OLGA,以空气-水为介质,对倾角为-70°～90°、内径为200 mm、压力为2.0 MPa的气液两相管流进行数值模拟,通过变换不同的气液相流量和管道倾角,研究管道内气液两相流体流型的变化.根据数值模拟所得到的1 628组数据,结合流体物性和管道倾角,回归建立了不同流型转变的判别准则经验相关式,为现场大管径、高压力气液两相流管道的流型判别提供了参考依据.     

确定油井化学药剂洗井工艺参数的新方法

油井化学药剂洗井工艺主要参数,包括化学药剂的质量分数、洗井液注入体积和洗井液注入速度,是影响化学药剂洗井效果和洗井作业成本的主要因素。以华北油田第三采油厂化学药剂洗井为研究对象,按照油田现场油井化学药剂洗井的过程,在实验室首次利用模拟洗井试验,研究了洗井液中化学药剂质量分数、洗井液注入速度和洗井液注入体积对洗井效果的影响,根据试验测定的洗井效率的变化规律,确定合理的洗井工艺参数,旨在为现场确定出洗井效果好且成本费用低的合理洗井工艺参数,为华北油田第三采油厂的油井化学药剂洗井提出了合理的洗井工艺参数。新方法对其他油田确定油井洗井工艺参数具有重要的参考价值。     

预测水平管-气液两相环状流液膜分布的简化模型

对环状流切向动量方程进行了化简,忽略了二次流引起的剪切应力、静压梯度,同时不考虑液相夹带的影响,得到一个简化的水平管环状流液膜分布模型。在测试段直径为40mm的两相流实验环道上进行了试验,采用新型电容探针测量了与管底部夹角分别为0°,45°,90°,135°,180°共5个周向位置处的液膜厚度。模型预测值与试验结果和文献数据相符。与传统预测方法相比,该模型只需要气液相流量作为输入参数,从而大大简化了运算。     

水平圆管三相流压降的计算

以气液两相流为基础,依据稳定一维流动的基本方程推导出了水平圆管基于分相流和均相流2种流动模型的三相流压降的计算式,并给出了计算实例,总结出了气相含量与压降的关系,得出了气体质量含量不超过15％时对管道压降影响很小的结论,表明流体流动阻力不因加入气体而增大,从而有利于延长管道排距。     

液相粘度对水平管气液两相流型的影响

在长52 m、内径25.7 mm的不锈钢管水平环道上,研究了液相粘度对水平管气液两相流流型的影响.试验中观测到5种流型:气团流、分层流、分层波浪流、段塞流、波浪流.在气、液折算速度相同的情况下,随液相粘度增大,气团流的长气泡增长,分层流和段塞流的液膜高度减小,段塞频率增大,波浪的平均液高和振幅增大,波浪的速度和频率减小.绘制了不同液相粘度下的气液两相流型图,当液相粘度不小于20 mPa·s时,未观察到分层波浪流;随液相粘度增大,分层流的区域逐渐减小,气团流向段塞流的转换边界向小气速方向偏移,生成波浪流的边界向小液速大气速方向偏移,且更易形成段塞流.使用T-D模型进行对比验证,当液相粘度相对较大时,该模型不适用于本实验条件下的流型计算.     

油气混输管道中的波动现象

研究表明,在油气混输管道中,由于气液两相物性的差异和气液相间相互作用等原因,以及在管道停输、启动过程、段塞流动、清管、入口液量的瞬态变化等不稳定操作工况下,都伴随着不同的波动现象.气液多相管流中的波动现象,可分为密度波、压力波、界面波3种.不同性质波的存在加快了流体流动,增强了界面间能量和动量传递,使得两相流的传热、传质及流型都发生很大变化.同时,巨大的压力波动对管道及其下游处理设备带来一定的安全隐患.分析了气液两相流中密度波、压力波、界面波的研究进展,旨在为进一步研究油气混输管道瞬变流动提供理论借鉴.     

离心泵内固液两相流动的三维数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵全流场的固液两相流速度场和压力场进行三维湍流动力学仿真分析.结果表明:叶轮流道沿程压强逐渐升高,叶轮轴向截面压强分布非对称性较明显;固液两相在同一壁面上的速度分布规律相同,叶片和前后盖板壁面的固液两相平均速度差达10%以上;扬程和效率的数值计算和试验测量值接近.     

90°水平弯管内环状流流动特性

油气集输管道内气液两相流尤其是环状流在弯管处流动特性复杂，极易加剧管道腐蚀和破坏。为此，开展90°水平弯管环状流实验，分析表观气速20～35 m/s、表观液速0.20～0.35 m/s范围内的相分布、液膜流速及压力变化规律；再通过数值模拟研究水平弯管处相分布、压力分布及流速分布特征，对弯管处环状流流动特性规律进行验证。结果表明：弯管底部和外侧液膜厚于弯管顶部和内侧，越靠近弯管中心，内外侧差异越大；表观气速增加和液速降低使液膜分布趋于均匀；弯管内侧压力低于弯管外侧；受二次流动影响在低气速下弯管中心截面位置最大压力较入口处增加。研究成果可为弯管冲蚀机理研究、弯管设计与保护提供理论基础。（图11，表1，参29）     

气液两相流流型的判别方法

为研究气液两相流的流型变换规律,建立高计算精度的气液两相流水力计算模型,以Shoham和Kokal的实验数据为基础,对通用流型判别法、改进的Taitel-Dukler流型判别法及段塞流特征分析法用于气液两相流流型判别的效果进行验证。基于以上3种判别方法,给出流型判别图,并与实验数据进行对比,总结出3种判别方法的特点。结果表明:通用流型判别法和段塞流特征分析法对气液两相流流型的判别结果较好,其中通用流型判别法的计算适用性更强,研究成果为气液两相流水力计算提供了流型判别算法的选取依据。     

套管气助流举升优化设计

助流举升技术可以充分利用套管气的能量,帮助泵举升流体。将套管气从合适的深度注入油管,可以减小油管压力梯度,从而减小泵的排出口压力,提高泵的举升效率。套管气助流举升设计最主要的是确定注气深度。研究了套管气助流举升的工艺原理以及设计理论与方法,在此基础上分析了多个参数对注气深度的影响,最后考虑生产过程中含水率的变化,对一口油井进行了套管气助流举升设计。     

弹状流中连续波引起的波动频率预测模型

【目的】弹状流是气液两相流的主要流型之一,其波动特性不仅影响多相泵的安全运行以及多相流量计测量的准确度,还会在弯头、阀门、并联管路等处引起流致振动,系统地研究弹状流的波动频率对于多相泵、多相流量计以及多相管道的安全运行具有重要意义。【方法】依据弹状流的动力学模型以及弹状流的连续波特性,采用斯托哈罗数表征弹状流的无量纲波动频率,建立了弹状流波动频率的连续波新模型,并通过调研大量文献总结了水平管道弹状流波动频率现有的经验计算模型。在表观液速为0.23～1.85 m/s、表观气速为0.88～10.0 m/s的参数范围内,使用电导探针在内径为24 mm、长为30 m的水平管中对空气-水两相弹状流的波动频率进行了实验研究,并将实验数据与所建新模型的计算结果以及不同学者提出的12个弹状流波动频率经验公式的预测结果进行对比。【结果】实验数据表明,弹状流中连续波的波动频率随表观液速的增加而增大,且有近似线性关系;当表观液速较小时,波动频率随表观气速的增加先减小后增大;当表观液速较大时,表观气速对段塞频率的影响不显著。新建模型对弹状流波动频率预测的平均相对误差约为-15%,均方根相对误差约为26%,与其...     

垂直上升管内气,水,油三相弹状流截面相份额的试验研究

利用光纤探针试验研究垂直上升管内气,水,油,三相弹状流截面相份额的规律,实验结果表明,短时域内平均截面含气率是三相流流型判断的有效方法,同时通过对三相流系统中油水比例的改变,对比它对平均截面含液率的影响,并测定各个工况下的平均液弹长度和平均截面含液率。     

气液两相流瞬变流数值模拟研究

根据双流体模型建立了气液两相流瞬态水力学模型,对数学模型进行了特征化分析,利用模型方程的特征值和左特征向量将偏微分方程组转化为常微分方程组。以预估-校正法为基础,采用差分特征线算法进行数值求解,并编制了相应的程序。在大型多相流试验环道上进行了气量快速增加和减小的试验,计算值与试验值的比较结果表明,算法的收敛性和稳定性很好,程序较好地预测了气相流量瞬变过程中的压力和含气率的变化,能够分析瞬态流动过程中各参数的变化。     

油气水三相流压降理论研究进展

介绍了国内外近20年来油气水三相流压降理论研究的进展,分析了主流的两种三相流压降理论,即基于气液两相流相关式模型的三相压降理论和基于力学模型的三相压降理论,指出了两种压降理论的适用范围和存在的问题,提出了将三相流压降理论的研究同油水反相规律研究相结合的发展思路.     

油-水两相流研究及其软件在渤海油田的应用

油-水两相流是石油开采中的常见现象,具有独特的流动特征,给混输管道的安全、经济设计及混输管道腐蚀速率的确定造成很大困难。通过对多种油-水两相流的试验和理论研究,对油-水两相流现象和规律进行了分析,提出了流型和压降模型,并编制出油-水两相流的流型和压降预测软件,利用该软件对渤西油田和绥中36-1油田两条油水混输管道相关参数进行了计算,计算结果与油田实际完全吻合。     

气液两相流管道泄漏规律模拟

气液两相流管道流动参数复杂,一旦发生泄漏,管道内的工艺运行参数会发生改变,从而极大地增加泄漏检测难度。以流体力学基本守恒方程为基础,利用双流体模型建立气液两相流泄漏系统数学模型,并以5 km混输管道为模型,模拟分析分层流和段塞流流型下气液两相流管道的泄漏规律,探究流型、泄漏点尺寸及位置等因素对流动参数的影响。结果表明:管道发生泄漏后,管道沿线压力均降低;泄漏点上游流速略有上升,下游流速明显降低;泄漏点下游持液率降低,上游持液率几乎不变;当流型为分层流时,泄漏不会导致流型改变;当流型为段塞流时,较大尺寸的泄漏会使流型由段塞流变为分层流,较小尺寸的泄漏不会改变流型;泄漏点越靠近管道出口,泄漏点上游压力降低幅度越小。     

气田井口锥形孔板气液两相流量计的研制

为解决苏里格气田井间串接、井口带液计量模式下无法计量单井产液量的问题,在孔板差压噪音测量气液两相流理论的基础上,建立了计量模型中经验常数关系数据库,结合锥形孔板及整流器的应用情况,研制了锥形孔板气液两相流量计。流量计由锥形孔板、整流器、一体化仪表、温度传感器、计量直管段等组成,通过测量50次/s差压波动信号的相对方差,利用差压噪音测量模型及经验常数关系数据库,得出气液两相流量。石油工业计量测试研究所实流测试与气田现场比对试验结果表明:该流量计气相计量误差小于5%,液相计量误差小于20%,计量精度满足现场生产需求,已在长庆气田应用150余套。     

伴有液柱分离的管道气液两相流动分析方法

管道中伴有液柱分离的气液两相流动的常用分析方法有均质泡状流模型和集中空穴模型 ,其中集中空穴模型由于计算简单 ,易于和特征线法结合而得到了广泛的应用。通过对Streeter Wylie的蒸汽 液体模型进行改进 ,得到了新的集中空穴模型。模拟计算表明 ,集中空穴模型由于考虑了管道中气体空间的存在使液柱的长度和自由液面高度发生变化 ,以及出现气体空穴的截面与上、下游截面间的质量守恒 ,能够更有效地反映气液两相流动的真实状态 ,优于蒸汽 液体模型