多相混输管道水合物流动的LedaFlow软件模拟

为了深入探讨多相管道混输体系水合物浆液输送技术,采用LedaFlow软件进行抑制剂注入和水合物浆液多相混输的模拟计算。利用软件的参数优化模块计算最佳抑制剂注入量;利用软件水合物输送模块进行水合物浆液输送模拟计算。根据模拟计算结果,分析管内水合物浆液流动规律,初步探索LedaFlow软件在水合物浆液流动安全保障中的应用,以期为天然气凝析液管道的水合物流动安全保障提供参考。     

天然气水合物浆液稳定性影响因素的正交实验

天然气水合物浆液技术为水合物防治和油气混输的实现提供了有效手段,而浆液的稳定性是使该技术实现工业应用的关键,其影响因素较多。利用正交实验分析了温度、压力、水油比、气液比对水合物浆液稳定性的影响,并将水合物体积分数、水相转化率、水合物密度作为水合物浆液稳定性的代表评价参数,基于反应釜内水合物的生成实验,通过编程确定了4种因素对稳定性代表评价参数的影响程度,在此基础上对流动实验工况进行划分,明确了今后水合物浆液稳定流动性实验的研究方向。     

油基体系水合物浆液瞬态流动机理模型

深海油气在生产运输过程中涉及高压、低温条件,极易产生水合物并导致管道堵塞。对于水合物浆液的气液固流动体系,基于水合物颗粒分散相特性,依据粒径对水合物颗粒进行分类,结合水合物生成/分解动力学模型,模拟水合物颗粒的个数、粒径及运移规律,耦合双流体模型和温度方程,建立了适用于油基体系的水合物浆液多相瞬态流动机理模型。采用交错网格对控制方程进行离散,基于压力基算法,实现了多相流动、水合物颗粒生成/分解动态变化与水合物颗粒运移等多物理场的耦合求解。将该模型应用于某多相混输管道,模拟得到水合物浆液输送管道水合物含量的变化规律,为定量分析水合物浆液输送的堵塞风险提供理论基础。(图12,表5,参37)     

水合物浆液流动特性数值模拟

考虑水合物颗粒体积分数对水合物浆液粘度的影响,应用CFD／FLUENT模拟得到了设计工况下水平管中水合物浆液流型、床层高度,颗粒体积分数分布,管道压降、平均粘度等数据,同时基于DoronP等提出的适用于固液两相流动的双层流动模型,编程求解各工况下的流动参数。通过对比模拟结果、计算结果和实验结果可知,数值模拟方法可以对水合物浆液在水平管中的流动压降进行准确预测,而通过编写UDF,将水合物颗粒流动过程中的粒径分布考虑其中,可以更好地描述水合物浆液的流动状态。因此,数值模拟方法可以作为研究水平管中水合物浆液流动特性、分析流动参数影响因素的有效手段,但尚存不足,有待完善。（图7,表4,参10）     

油水体系水合物行为实验研究装置及其应用进展

油水体系中水合物生成机理及浆液流动规律的实验研究对制定水合物风险管理策略、保障管道运行安全具有重要意义。为明确水合物实验研究装置的特点及其在油水体系中的应用进展,阐述了水合物行为研究中常用的宏观与微观装置的结构组成、突出特点及应用情况,对比分析各装置优缺点,综述了研究装置在水合物成核过程研究、生长与分解速率表征、颗粒聚集效果评价、浆液流变特性分析及量化模型建立等方面的应用成果。针对研究现状提出油水体系中水合物研究的建议,未来可将谱学仪器与现有装置耦合进行油水体系中水合物的多尺度研究,在高压环境中进行水-水合物颗粒界面性质研究,同时基于水合物生长速率、聚集特性及浆液流动性等参数建立水合物堵管风险评估方法。（图9,表3,参84）     

流动体系油包水乳状液微观特性试验研究与定量表征

流动体系油包水乳状液的微观特性是研究乳化体系流变特性、析蜡特性及水合物生成特性的关键问题。基于高压水合物浆液流动环道,借助在线高倍粒度分析仪,研究了不同试验条件(含水率、流动剪切速率、水浴温度、初始压力)对油包水乳状液微观特性的影响规律。结果表明:含水率越小、剪切速率越大、温度越高、压力越低,油包水乳状液液滴粒径越小,分散越均匀,稳定性越好。综合温度、压力、流速、含水率、密度、黏度、表面张力、导热系数等参数对液滴粒径及分布规律的影响,建立了3种尺度范畴下油包水乳状液液滴平均尺寸及其分布比例的预测关系式,与试验数据对比验证可得,预测式的精度在±5%以内。研究结果可为深入开展流动体系水合物生成的动力学机理分析与模型预测,提供技术支持与重要依据。     

天然气水合物生长及堵管规律研究进展北大核心

为了保障混输管道管输介质的安全、稳定流动,调研了国内外关于天然气水合物的研究成果,分析了水合物堵管试验结论,系统总结了混输管道天然气水合物形成、生长及堵管的研究进展。结果表明:水合物的形成并非达到热力学形成条件后瞬间完成的,其在相界面处开始形成、生长和发展;动力学、传质及传热是水合物生长的关键因素;水合物的堵管过程分为形成、聚集及堵管3个阶段。单纯依赖水合物热力学相平衡研究不足以描述水合物结晶与生长过程的多阶段性,研究水合物的生成机理需要从热力学和动力学两方面开展,以期对水合物的形成机理和管道堵塞规律有更深入的认识和更精确的预测。     

天然气水合物生长及堵管规律研究进展

为了保障混输管道管输介质的安全、稳定流动,调研了国内外关于天然气水合物的研究成果,分析了水合物堵管试验结论,系统总结了混输管道天然气水合物形成、生长及堵管的研究进展。结果表明:水合物的形成并非达到热力学形成条件后瞬间完成的,其在相界面处开始形成、生长和发展;动力学、传质及传热是水合物生长的关键因素;水合物的堵管过程分为形成、聚集及堵管3个阶段。单纯依赖水合物热力学相平衡研究不足以描述水合物结晶与生长过程的多阶段性,研究水合物的生成机理需要从热力学和动力学两方面开展,以期对水合物的形成机理和管道堵塞规律有更深入的认识和更精确的预测。     

深水混输管道停输再启动水合物生成风险北大核心

深水长距离混输管道停输再启动容易产生水合物堵塞问题。基于安哥拉某深水区块开发模式,借助PIPEPHASE与OLGA多相流软件,分析混输管道停输再启动天然气水合物生成风险。结果表明:停输2 h后,管内开始出现水合物生成区域;停输再启动前期,海底管道水合物生成区域在井口附近逐渐消失,在海平面附近的立管段则迅速增大;随启动时间的延长,水合物生成区域由两边向中间逐渐缩小,启动6 h后在水深约700 m的立管段消失。基于混输管道温度压力敏感性的定量描述,提出水合物生成风险定性分析方法,分析发现随海管长度、内径及气油比增大,水合物生成风险增大;随含水率增大,水合物生成风险减小。计算结果能够较好地指导多相混输管道选型、路由及混掺比例设计。     

深水混输管道停输再启动水合物生成风险

深水长距离混输管道停输再启动容易产生水合物堵塞问题。基于安哥拉某深水区块开发模式,借助PIPEPHASE与OLGA多相流软件,分析混输管道停输再启动天然气水合物生成风险。结果表明:停输2 h后,管内开始出现水合物生成区域;停输再启动前期,海底管道水合物生成区域在井口附近逐渐消失,在海平面附近的立管段则迅速增大;随启动时间的延长,水合物生成区域由两边向中间逐渐缩小,启动6 h后在水深约700 m的立管段消失。基于混输管道温度压力敏感性的定量描述,提出水合物生成风险定性分析方法,分析发现随海管长度、内径及气油比增大,水合物生成风险增大;随含水率增大,水合物生成风险减小。计算结果能够较好地指导多相混输管道选型、路由及混掺比例设计。     

基于OLGA的海底管道水合物生成规律模拟

为了研究海底油气混输管道内水合物的形成过程及管道堵塞问题,结合凝析气生成水合物的相平衡曲线和CSMHyK v2.0水合物动力学模型,使用OLGA软件对海底立管和水平输送管道内水合物生成情况进行数值模拟。结果表明:在某海底管道工艺参数下,无论是立管还是水平输送管内都有大量水合物生成,其水合物浆黏度分别增加了10倍、18倍。在立管中从海底到海平面管段水合物生成速率由大到小,最后趋于0;在水平输送管道中,水合物生成速率保持不变。管道出口压力降低,水合物生成区域减小,且水合物浆的黏度大幅下降。当立管和水平输送管道出口压力分别控制在3 MPa、2 MPa时,可以避免水合物生成,保障管道安全运营。     

海底油气管道多相流动中的若干技术

分析了海底混输管道多相流动中的若干关键技术问题,这些技术问题是,天然气凝析液输送技术、油水(稠油/水)输送、油气水三相流动规律的研究现状及存在问题;海底管道流动保障技术(气体水合物、结蜡等固态物控制)、海洋立管中严重段塞的形成和控制方法、天然气/凝析液清管技术、多相计量和增压设备和技术等。指出了在对多相管流研究的基础上,以流动安全技术作保障,应用先进的多相计量和增压设备,采用高度自动化控制系统,建设长距离、大口径、高压力油气混输管道,可以为我国的海洋油气田向更深水海域发展提供技术支持。     

水合物浆液流动特性研究

采用水合物循环管路装置,添加比例为水量2%(质量比)的防聚剂Span80,在压力为1.6MPa、温度为280.2K的条件下,测定了(柴油 甲烷 四氢呋喃 水)体系在不同水油体积比时生成水合物浆液的流体力学行为。将(水合物 液体)的非均相体系当作拟流体处理,建立了水合物浆液的流动模型,计算了各实验体系的表观粘度,分析了不同水油比时气体消耗量、流量、表观粘度随时间的变化趋势。     

深水油气管道再启动过程模拟计算

为了研究深水油气管道再启动过程的多相流动和传热规律,结合传热学和多相流理论,建立了深水管道再启动过程数学模型,给出了模型的定解条件和求解方法;利用该模型,仿真模拟了深水管道再启动过程中温度和压力等参数的变化规律;在此基础上对水合物的生成情况进行预测并分析参数敏感性。研究表明：启动流量、绝热层的导热系数和厚度可以明显改变管内流体的温度分布,且启动流量越大、绝热层导热系数越小、厚度越大、管内流体温度越高,生成水合物的风险越小。研究结论可为深水油气管道再启动的安全进行提供理论指导。     

DSC-NMR多尺度实验方法在水合物研究中的应用

差式扫描量热仪(DSC)、核磁共振波谱仪(NMR)及其衍生的核磁共振成像技术(MRI)作为水合物不同尺度研究的重要手段,可用于水合物成核、生长、分解过程热流曲线的获取,结构信息识别及多相态表征,日益受到国内外学者的广泛关注。阐述了3种方法在水合物研究中的应用现状,介绍了DSC恒压变温和恒压恒温宏观实验方法在水合物热力学和动力学方面的研究进展,总结了MRI在水合物相变过程中微观可视化的研究成果,综述了NMR在水合物结构识别、混合气体水合物中客体分子组成、孔穴占有率及水合数等分子尺度信息获取的应用情况。针对3种方法的优劣和特点,提出了将DSC与NMR结合,进行水合物生成和分解过程多尺度系统研究的建议。     

浆液流变特性测量方法分析

浆液属于多相的复杂流体，故其流变特性测定与单相流流变测定不完全相同，在管输条件下测定浆液主要有牛顿体和宾汉姆塑性流体两种流型。利用毛细管粘度计测量流变性时，应考虑影响测量精度的几个主要因素，通过分析研究指出“滑移”修正不容忽视，另外对非牛顿体在氏剪切速率时测量精度较差，应注意解决好此问题。     

非线性分析技术在多相流领域中的应用

介绍了国内外非线性分析技术在多相流领域中的发展现况及应用前景。着重就混沌分形技术的三个重要参数Hurst指数（分维数），关联维数D，以及Kolmogorov熵对非线性系统进行了分析研究，总结了小波分析理论在多相流中的应用研究，旨在全面阐述多相流动的内在规律，以期有效地指导实验研究和工程应用。     

长距离油,气,水管道混输系统

在海洋油田的开发中，若在海上建立多个开采处理平台，来处理井液（含油、气、水）是极不经济的，于是提出了多相流的管道输送问题，即将末处理的井液输送到岸上，然后进行处理。国外多相流管道混输技术成功地应用于海洋油田的开发，这项技术也可引入荒漠油田及滩涂油田的开发。