突变管段油水两相流的流动模拟

利用FLUENT软件模拟了油水两相流在突变管段中的流动,结果表明,在管径突变段管内流体的压力、速度有明显变化,且变化程度受到流体中油相含量的影响。通过模拟得到了油水两相流处于不同油相含量时在突扩管和突缩管中的流动规律,可为油水两相流输送管道的生产运行提供必要的参考。     

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...     

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.     

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）     

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。     

气液两相流管道流固耦合问题

气液两相流的不稳定流动和管道变形之间的相互作用,极大地改变了流体管道系统的特性,促进了气液两相流管道流固耦合的研究进程。概述了国内外单相输流管道流固耦合研究现状,重点阐述了海洋立管气液两相混输中严重段塞流的流动规律及其流固耦合问题的研究情况,评述了输流管道流固耦合的常用数值计算方法。分析了当前气液两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题,展望了其发展前景。     

水平管内油水两相流动摩擦压降的试验研究

对水平钢管和有机玻璃管内油水两相流动摩擦压降的变化进行了研究，当含水率为18％－100％，折算液速为0．6－2．4m/s时，水平管内油水两相流的摩擦压降受含水率的影响很大，在同一流动条件下，当含水率较小时，有机玻璃管内流体的摩擦压降大于钢管内流体的摩擦压降，随着含水率的增大，钢管内流体的摩擦压降又大于有机玻璃管内流体的摩擦压降。这说明，在一定条件下，影响油水两相流动摩擦压降的原因，除了粗糙度以外，管壁的润滑特性也是其中之一。     

改进的段塞流特性参数理论计算模型

段塞流特性参数的计算是油气混输管道工艺计算的基础。诸多研究成果表明，用平衡液膜简化法计算段塞流流动参数，其计算结果明显比试验数据的偏差大。在液膜高度渐变物理模型的基础上，用两相流水力学方程，推导了一个段塞流液膜区完全耦合的流动参数计算模型。在计算液塞区参数时，采用了一组综合流体物性、倾角、管径等因素的经验计算式，其中部分关系式经过Tulsa大学TUFFP数据资料分析，与现有半经验半理论的计算式相比，统计误差较小，准确度较高。利用改进的计算模型对某油田一段混输管道的段塞流特性参数进行了预测。     

水平管路中多相弹状流压力降计算

应用气液两相流动中双流体模型下的连续方程和动量守衡方程,以及通过试验获得的液弹速度方程,对水平管中油气水三相弹状流的压降进行了分析和计算,建立了在一维坐标系下的压降计算模型.模型综合考虑了由于流体和壁面之间剪切应力引起的摩擦压降、液弹前锋处水跃造成的粘性压降和气体膨胀引起的加速压降对总压降的影响.计算结果和试验结果的对照表明,在低压的情况下,模型计算结果和试验结果吻合较好.对水平管中压降计算结果表明,摩擦压降是整个压降的最重要组成部分,占总压降的92%～95%,加速压降占总压降的3%～5%,水跃造成的粘性压降在总的压降中只占总压降损失的1%～2%.     

瞬态两相流的流型研究和简化解法

在一条直径为50.8 mm、长370 m的水平管上做了空气—水两相流瞬态试验,通过改变气速和水速,使其从一个平衡状态转变到另一个平衡状态。说明了在瞬变阶段观察到的流型,并将试验得到的数据与现在的瞬态流方法相比较,从而评估此方法的正确性。根据不同流型提出计算两相流瞬变特性的简化公式以此预测管内气液分布瞬变特性。公式中假设了气体准稳态流动和局部动量平衡。这一方法对由水平、上倾、下倾管段组成的管道系统都适用。     

气量增加段塞流场中压力波传播特性分析

利用改进后的段塞流跟踪模型对水平管道气量瞬变空气-水段塞流场中的压力波传播特性进行了模拟研究,分析了压力波沿管道的变化规律以及入口初始液相流量和气相流量的变化量对压力波速的影响,并将模型模拟结果与大型多相流试验环道上的试验结果进行了比较.结果表明,该模型能够有效地模拟气量瞬变段塞流场中压力波的传播特性;压力波速沿管道具有衰减特性;气量增加过程中的增压波速沿管道的衰减速率是逐渐降低的.     

多相流输送中柱塞流的运动规律模型

在多相流管道输送中,柱塞流是常见的一种流动形式。为了给油气分离器设计提供理论依据,开展了柱塞流的形成及其发展规律的研究,并根据石油—天然气管道混合输送现场实测结果,综合柱塞流在水平管段、垂直管段和形状起伏的管段中的形成及发展模型,提出了适合于大口径、长距离管道的柱塞流运动规律。介绍了在多相流中柱塞流的模拟计算方法,该方法可应用于全地貌的管道输送分析,扩展了其应用范围,通过对实验结果的分析得出,柱塞的发展变化不仅与柱塞大小和速度有关,而且还与管道倾斜度有关,并且指出该计算方法能较好地预测柱塞的最大值及分布,同时说明模拟计算方法仍需完善,计算模型有待修正。     

近海凝析气的管道输送

随着近海油气田的开发,通过海底管道输送凝析气的工程技术也不断发展。凝析气是多元组分的气体混合物,以饱和烃组分为主,在开采、输送过程中的凝析和反凝析现象显著,这使凝析气的管道输送不同于气体或液体的单相输送,其管输方式可分为气液混输、气液分输。气液混输中通常采用气液两相混输,这种混输投资少、工期短,但要解决因凝析液的积聚而降低输送能力及液塞处置等技术问题;密相气体输送是管内单相流动,管道建造和运行费用高。气液分输就是先将凝析气分离,然后将天然气和凝析液分别输送,管内流体均为单相流动,气液分输又可分为双管输送和顺序输送。凝析气管道输送工艺参数中,沿线压降、温降、持液率三者密切相关,互相影响。分析了凝析气输送管道压降、输量和持液率的关系,并指出了预测管路温度下降值是管路安全运行的必要条件。结合东海平湖油气田的开发,通过对气液比、输送压力、管径三者的选择分析,就油气单管混输工艺进行了技术经济评估。     

地形起伏多相管流段塞流流动参数计算

在起伏多相管流中常出现段塞流。段塞流流动特性参数的计算只能采用经验或半经验关系式。现场实践表明,段塞长度不仅与管径有关,而且还与气液相速度和气液相粘度等有关。结合现场试验,提出了一种计算起伏多相管流中段塞流流动特性参数的准确方法。     

龙岗酸性气田低流速管道流动特征

针对龙岗酸性气田某些集输管道内积液和腐蚀严重的问题,基于气井采出流体的性质及输气管道基本运行参数,采用OLGA软件模拟两条典型的低流速管道及不同流量下的001—6#采气管道,分析两条管道内的流型、持液率以及流体与管壁间的剪切力沿管道的变化规律,研究流量对001—6#采气管道内各流动特征参数的影响规律。结果表明：OLGA软件模拟两条采气管道的压降和温降与实际生产数据一致,其模拟结果可靠;下坡管内持液率小于0．05,流体与管壁间的剪切力小于20Pa,上坡管内持液率为0．3～0．4,液相一管壁最大剪切力为80-270Pa,上坡管段是积液和腐蚀严重的区域;气体流量对龙岗001—6#低流速采气管道的流动特征参数影响很大,进一步减小气体流量会使上坡管内持液率及液体一管壁剪切力急剧增大,从而加剧管内积液和腐蚀;当气体流量增大至97．5×10^4m^3／d时,管内的持液率和管壁剪切力均很低,管内积液和腐蚀问题有所缓解。（表6,图6,参9）     

长距离输油气管道的工作压力

工作压力是油气管道设计中的一个重要部分,它对管道的技术经济条件影响很大,如何确定它非常重要.列出世界上一些陆上油气管道的主要技术参数,进一步阐明了油气管道工作压力的特点,即输油管道工作压力决定着管道的建设投资;一般情况下,输油管道的工作压力不宜太高;输气管道的最佳工作压力与管道建设投资及输气经营费用有关;一般情况下,最佳工作压力趋向高值.     

重力驱动的水滴在土壤毛孔内非稳态运动研究

重力驱动下的水滴入渗是多孔介质特别是土壤中水分运移的一个基本问题,理论研究中常常用毛细管内的液塞(slug)运动来模拟。考虑前端液面的动态接触角效应,建立包含接触角参数的描述液塞非稳态运动过程的动力学模型,并对该模型进行了试验验证。应用该模型,研究多孔介质物理性质如斥水性、毛细管内径和液塞初始长度等参数对液塞运动过程的影响。结果表明:接触角的增加能显著影响毛管内液塞的下落速度,表明斥水性增加将显著降低土壤等多孔介质的导渗率;液塞在大管径毛管中平均速度较大,但能够到达的最终深度较小;相反地,液塞在小管径毛管中的平均下落速度较小,但能到达的最终深度较大。综合得出,在考虑孔隙结构统计分布的基础上,该模型可用于宏观入渗过程的模拟研究。     

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。     

我国油气管道技术和发展趋势

从含蜡原油加剂改性输送技术、大落差地段输油管道的运行控制技术、管道自动化控制技术、管道内检测技术、储气库调峰技术、定向钻穿越技术、管道机械化施工作业技术等方面总结了我国油气管道技术的发展状况，介绍了西气东输管道工程采用的新技术以及特殊原油的改性输送技术和在役管道寿命评价等技术的发展趋势。