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.     

气液两相流持液率及压降特性的试验研究

研究了不同流型下压力降与持液率的特点,以及压降脉动信号的方差与持液率、气、液相流量之间的关系.试验结果表明,分层流动的持液率值最高,平均压降最低;环状流动持液率值最低,平均压降值最高;段塞流动位于两者之间.分层流压降脉动信号的方差很小,随气、液量和持液率的变化小;段塞流压降脉动信号的方差最大,随气相流量和持液率的变化而变化较大,在相同气量下,方差随持液率的增大而增大,在相同持液率下,方差也随气量的增大而增大;环状流的方差在分层流和段塞流之间,气相流量的变化对压降脉动信号的方差的影响小,但液相流量的变化对其影响较大,随着液相流量和持液率的增大,压降脉动信号的方差会增大.     

多相流管道输量突增的瞬态效应试验研究

在大型多相流环道上进行了液量增加的瞬态试验，讨论了试验中的瞬态效应。当液相流量快速增加后，压力波首先传播到管道各点，压力发生扰动，一般时间后空隙传播到各点，压力快速上升。压力快速变化向下游的传播速度等于空隙波的波速。在段塞流时，空隙波波速等于液塞运动速度，在分层流时，空隙波波速等于液体实际流速；在气团流时，空隙波波速等于气液混合物的速度。差压的变化较为复杂，在不同流型和液量下的变化不同。     

低液量水平管气液分层流摩阻压降的计算

在大型多相流试验环道上进行了空气-水、空气-HVIW150基础油试验,对水平管低液量气液分层流的流动特性进行了研究.选取了ARS模型作为界面形状模型,同时以动量平衡方程为基础,求解了气液两相流的摩阻压降,并将模型预测值与试验所测的摩阻压降作了比较分析,得出了分层流摩阻压降变化的一些规律,在低液量的分层流动中推荐采用ARS界面模型.     

塔式立管气液两相流的压力波动特性试验研究

为了研究深水油气田塔式立管系统气液两相流压力波动特性,通过室内试验分析了不同流型下的压力变化特征、压力波动幅值等。室内试验得到了6种流型,每种流型对应特定的压力波动形式,且最大波动幅度出现在严重段塞流向稳定流转变过程中的过渡流型Ⅱ上。通过分析立管底部的最大、最小压力,得出如下规律:压力波动幅值随折算气速的增加呈现先增大后减小的趋势,且流型的转变对气速的敏感性高于液速。通过概率密度函数(Probability Density Function,PDF)和累计分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)的统计学分析,得出系统压力的PDF和CDF曲线在各种流型下的分布形态:下倾管底部压力PDF曲线在严重段塞流下高压区单峰特征显著;过渡流型下左右两峰相当,呈两端高、中间低的形态;稳定流型下峰值数量增加、压力范围集中;CDF曲线在高压区的拐点与PDF曲线的峰值对应。跨接管底部压力PDF曲线峰值均处于低压区,且中间高、两端低。在严重段塞流下,曲线呈现双峰和三峰分布,稳定流表现为单峰对称分布。结合压力PDF和CDF曲线可辅助分析和判别流型,并直观获得塔式立管系统压力概率分布特征,以此作为其疲劳损坏和安全评估的参考依据。     

水平管中油气水三相流动实验研究

长距离油气水三相流管道混输技术,已经成功应用于海洋油田的开发,目前正引入沙漠、滩涂和极地油田的开发。混输技术研究的重要内容是油气水三相流动的规律,包括流动形态、压降和持液率的规律,其成果对多相流混输系统的设计和运行非常重要。综述了90年代以来国外开展水平管中油气水三相流动研究的情况。由于三相流远比两相流复杂,因此研究工作大多是在借鉴两相流成果的基础上进行的,取得了一些有价值的结果,为进一步深入研究奠定了基础。针对国内外的此项研究工作现状,提出了继续开展研究工作的几点建议。     

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。     

海洋立管气液两相流动模拟研究进展

随着海洋石油工业的发展,从20世纪70年代的浅海立管到21世纪的深海立管,海洋管道发展了多种新的形式,如悬链线立管、S形立管等。对于各种混输立管系统,严重段塞流等不稳定流动会造成设备损坏,严重影响安全生产。因此,实现立管流动的准确模拟,通过合理设计和科学运行控制、消除严重段塞流,具有重要意义。综述了国内外海洋混输立管流动模拟的研究成果,包括L形立管和柔性立管的实验研究、模型模拟及软件模拟的主要进展。指出了当前研究中存在的问题及未来的研究方向,可为进一步开展立管流动模拟研究提供参考。     

气相流量变化过程瞬态压力特性的试验研究

气液混输管道中常常出现由气相流量变化引起的瞬态过程，在接近现场管道的多相流环道上进行了气量变化的瞬态试验，讨论了瞬态压力特性。当气量突变后，压力波向下游传播，各点依次发生变化，变化趋势相同，而压力最大变化值沿线衰减，压力变化速率也递减。当突然增加气相流量时，管道压力突增，其峰值超过最终稳态压力值，在峰值附近有一段时间压力基本不变，随后压力降低，向终稳态发展，而突然减小气量，变化方向则相反。气量减小的瞬态过程时间长于气量增加的瞬态过程时间。小液量和大液量工况下的瞬态压力变化有所不同，两种情况下的过冲量沿线变化趋势相反。     

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.     

水平管内油水两相流流型的实验研究

利用白油和自来水作为实验介质,在内径为２６．１ｍｍ、长约３０ｍ的水平不锈钢多相流实验环道上进行了油水两相流实验。实验中进行了流型测量和观察,观察到了７种油水两相流型,分别属于分散、分离和分散分离混合流型。对油水两相流型及流型间的转化作了仔细的描述,根据流型特征进行了流型划分。     

轮库输油管道通球试压

根据轮库输油管道建设的特殊施工条件,介绍了这条管道通球扫线及试压的方法和过程,对试压爆管的原因进行了分析,指出钢管的制造质量必须进一步提高,直焊缝的冲击韧性有待加强。同时认为,这次通球试压、抢修施工的组织工作比较完善,为使管道在预定日期投产起到了重要作用。     

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。     

新型油水两相水平管流流型分类方法

阐述了已有的油水两相流的流型分类,指出了其中的不足与局限.在研究前人的可用试验数据的基础上,根据油水两相流的流变学特性,对油水两相流的流型重新进行分类,主要分为牛顿流动流体和非牛顿流动流体两大类.对这两类流体呈现出的流动形态进行了分析,结果表明,新的分类法考虑全面具体,分类明确清晰.     

热含蜡原油管道经济清蜡周期计算

针对热含蜡原油管道低输量下运行现状,在原有经济清蜡周期模型基础上考虑余蜡厚度的影响,建立了含清蜡周期和余蜡厚度两个自变量的最优清蜡周期模型.指出在求解出给定余蜡厚度和清蜡周期下管输油品的单位总能耗后,采用对分法计算某一余蜡厚度下的最优清蜡周期,再通过改变余蜡厚度方法,可以确定最优余蜡厚度和管道的最优清蜡周期.     

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.     

多起伏地形下油气混输管道的水力特性

油气混输与单相输送的水力特性因油气之间的滑脱有很大的不同,多起伏管道表现得更为明显。塔里木油田塔中401计量站至塔中四联合站输送管道(塔四联管道)累计起伏高度超过300m,起伏地形造成油气混输非常困难。利用多相流动态模拟软件OLGA对这种工况进行了动态模拟计算和分析,研究了影响管道混输的几个主要因素,并以管道混输启动参数对计算结果进行了验证。     

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。