海洋L形立管系统不稳定流简化计算模型

根据严重段塞流4个阶段的特点,针对L形立管系统不稳定流建立了一维准平衡态简化计算模型,其忽略摩阻和加速度的影响,立管中气相穿透过程应用漂移流模型。气相穿透、气液喷发阶段采用特征线方法求解,并引入气相密度偏移修正过程,能够对典型严重段塞流和液塞长度小于立管高度的过渡严重段塞流进行模拟。将模型计算结果与实验室结果以及其他文献的实验数据进行对比,结果表明模型能够对L形立管系统中的两相不稳定流动进行较准确的模拟。（图2,表3,参16）。     

海洋立管系统严重段塞流数学模型

介绍了几种典型的严重段塞流预测模型,建立了满足质量和动量守恒的描述混输立管系统内部周期性流动的一维瞬态流动模型.将模型计算结果与实验数据及OLGA软件计算结果进行对比,结果表明:模型计算的立管底部弯头处的压力值变化趋势及段塞周期等参数与实验数据吻合较好;模型计算结果与OLGA软件计算结果存在一定偏差,但在工程可接受范围之内,说明该模型能够对立管系统严重段塞流进行较准确的数值模拟,可为海洋立管系统的合理设计提供理论依据.     

空气-水立管系统的严重段塞流瞬态数学模型

严重段塞流形成时,空气-水立管系统的压力和管内瞬时流量等参数大幅波动,不仅对下游设备造成冲击,而且容易导致管道剧烈振动等危害,准确计算严重段塞流瞬态流动参数是评估其危害的基础。基于气体、液体连续性方程与混合动量方程建立严重段塞流瞬态数学模型,详述数值积分方法,对立管试验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟,并对模拟结果进行了验证。数值积分中,采用向后欧拉格式进行预报,梯形法校正;采用变时间步长以提高计算效率且保证精度;开展室内试验,并将严重段塞流循环周期、立管底部压力的试验结果与模拟结果进行了对比;将气、液流速和含气率等瞬态流动参数的模拟值与Fluent软件的计算结果进行了对比。结果表明:该数学模型和数值方法能够较好地计算典型严重段塞流的瞬态流动参数,有利于严重段塞流危害的准确评估。     

海洋L形立管系统底部连续气举水力模型

为了研究海洋L形立管系统底部连续气举水力模型,基于立管底部连续注气条件,分析L形立管系统内可能发生的两相流动过程,建立了针对下倾管-立管系统严重段塞流工况下立管底部连续气举的一维准稳态数值模型。该模型能对有回落循环过程、无回落循环过程、非稳态震荡过程及稳态两相流动过程的相关参数进行数值模拟,从而得到不同流动类型特征参数随时间变化的规律,且模拟结果与第3方实验数据吻合较好。与Jansen模型相比,该模型的适用性和稳定性更强。基于模型模拟结果和实验数据,分析了注气量对立管底部连续气举效果的影响,以期对海洋立管系统安全稳定流动提供借鉴。(图8,表3,参27)     

文昌油田集输-S形立管内严重段塞流的分析与控制

针对文昌油田群8-3A平台、14-3A平台及116FPSO(浮式生产储卸油装置)之间油气混输管道中发生的严重段塞流开展理论分析与试验研究。根据严重段塞流的判别准则,从理论上分析了文昌油田14-3A海管中的流动状态。基于海管尺寸设计改造了集输-S形立管严重段塞流试验平台,模拟现场油气水在海管中发生的各类流型及其转变过程。基于段塞流消除理论和经典PID控制理论,提出一套依据管道各处压力信号的节流阀自动控制程序,在试验中有效消除了严重段塞流。通过对116FPSO进行改造,将该技术应用于文昌油田群现场,显著降低了下海管压力和上FPSO压力的波动幅值,提高了油气产量。(图9,表3,参29)     

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。     

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。     

渤西油田严重段塞流控制措施数值模拟

渤西油田QK18-2平台至QK18-1平台之间的混输海管存在严重段塞流现象,由于段塞的不稳定性,易导致分离器发生溢流造成危险。采用OLGA软件对两平台之间的海底管道模拟计算得知,立管底部压力和管道出口瞬时液体质量流量发生剧烈的波动。为了防止严重段塞流危害管道及管道下游的工艺设备,分别对顶部节流法、多相泵增压法、气举法3种控制措施进行数值模拟,结果表明:3种方法均能很好地抑制严重段塞流。当节流阀开度为3%、多相泵安装在立管底部且增压为0.5 MPa、注气量为5 kg/s时,海管严重段塞流完全消除。综合考虑,最终推荐采用顶部节流法,建议节流阀开度为10%,以此有效地指导了渤西油田段塞流控制的工程实践。     

海上采油立管的随机波浪响应

本文应用线性波理论,通过波浪迭加法,探讨了海洋平台油气生产立管系统的动力性质。应用线性化的Morison方程计算作用于立管的波浪力,包括随机波和规则波两种情况。有限元方程的求解是通过模式迭加方法在时域内进行的。分析了波力单独作用及由波力和平台位移共同作用下立管的两种动力响应情况。介绍并比较了所得到的数值结果,包括位移、扭矩和弯矩等数据。结果表明,本文所提出的分析方法是可行的,而计算机程序则可为立管的强度设计提供方便。     

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。     

活性干酵母流加培养的动力学研究

研究了活性干酵母(ADY)流加培养的动力学,前期主要采用分批培养的形式,当总糖降至10 g.L-1时,进入补料流加阶段.通过动力学分析得到了2个不同阶段的模型方程,通过理论计算与试验数据的比较,表明该模型能较好地对培养过程进行描述.在流加培养的动力学模型的基础上,确定了优化补料的方程,在实际应用中可采取指数逼近的方法实现补料的优化流加.     

基于蠕变试验的蓖麻籽压榨非线性流变模型

为了解决蓖麻油侧限直筒压榨过程中的核心阶段—保压出油阶段,缺少蓖麻籽在蠕变试验下的流变特性模型这一问题,为蓖麻油数控直筒压榨设备的设计,特别是控制系统的设计提供理论依据,基于蠕变试验得到蓖麻籽压榨本构方程。在电子万能试验机上,利用单轴压榨试验装置进行侧限压缩蠕变试验,取得应变与对应时间的试验数据。利用试验数据,根据半理论半经验方法,用改进的广义Kelvin模型得到蓖麻籽蠕变的非线性本构方程,使用非线性回归法分段对方程中的参数进行求解,并将方程计算值与试验数据进行对比,对模型适用性进行评价。结果表明:得到的蠕变试验本构方程能够较好的吻合在物料轴向高度75mm,截面圆面积1194.6mm2,压榨压力进行速度50N·s-1,达到30MPa以内各个设定压力开始保压,保压15min的情况下取得的试验数据,可以较好的模拟压榨应力在30MPa以内的蓖麻籽压榨蠕变特性,对常规蓖麻籽压榨设备的设计起到较好的指导作用。     

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。     

基于小波变换与神经网络的上倾管流型识别方法

为实现上倾管气液两相流流型的智能识别,提出了基于小波变换与概率神经网络的流型识别方法。采用中国石油大学(华东)室内小型环道试验装置进行气液两相流试验,采集上倾管流型以及相应的持液率信号。运用小波变换对持液率信号进行5级分解,并对分解后的信号提取标准差作为概率神经网络的输入参数,对试验中获得的分层流、气泡流、段塞流、严重段塞流流型进行识别。结果表明:该方法对4种流型的识别效果较好,其整体识别率为96.5%,其中分层流和严重段塞流的识别率高达98%。基于小波变换与概率神经网络的上倾管流型识别方法能够有效克服传统识别方法中主观因素的影响,不仅显著提高了流型识别的准确率,而且识别过程更加智能。(图5,表3,参22)     

流动调节器波纹管结构参数的优选

在油气田开发后期,海洋立管系统易出现段塞流,对海洋平台危害巨大,而波纹管能够有效调节流型消除段塞流。建立波纹管数值模型,通过对波纹管内部流动进行模拟,验证了该模型的准确性,分析了波纹管对分层流的流动调节作用,对比不同结构参数波纹管的流动调节效果,并对波纹管的结构参数进行了优化。结果表明:波纹管能够将分层流调节为非分层流,从而消除强烈段塞流,是一种有效的被动消除法;在一定的安装空间下,波纹管的标准弯管数量越多,向心力方向的改变次数越多,流动调节作用越显著;流体流速增加,惯性力增强,向心力造成的扰动作用减弱,波纹管出口物流分配的均匀性降低;工程实践中,弯曲中心角取90°既便于标准弯管的加工,又能满足流型调节的要求,标准弯管数目的确定应根据安装空间和投资要求综合考虑。     

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。     

钢悬链线立管截断模型设计

针对有限实验条件下建立超大长细比特征的海洋立管仿真模型存在的诸多问题,引用了深海平台系泊线系统最新的混合实验方法,通过Matlab和Mathematic软件对截断模型的弹性模量、轴向刚度及单位长度质量等特征参数进行优选,建立了合理的钢悬链线立管截断模型。通过有限元模拟对立管的全水深模型和截断模型进行力学特性对比分析,结果表明:截断模型的力学特性与全水深模型的力学特性相似,截断模型的计算结果准确。结合正态相似原理,可以得到适用于室内的小尺寸物理模型,为在有限实验条件下进行模型仿真实验提供了理论支撑。     

平原灌区明渠涨水过程数值计算

通过联立明渠非恒定流的运动方程和连续性方程,经离散变换后采差分法求解得到了计算明渠涨水过程的计算模型,本模型的边界和初始条件实际上就是进口断面处的水位和流量变化的过程函数。并计算了一实例,得到了经试验验证较为合理的计算结果,证实了该模型的合理性与可行性,故该计算结果可用来指导明渠系统调节调度或是预报洪峰行进,为灌区渠系的防洪提供了理论参考。由于该模型的建立的控制方程适用于小坡度明渠,故该模型适用于坡度较小的渠道,尤其适用于平原灌区渠系。     

圆管段塞流型速度分布与减阻规律研究

以流体力学基本方程为基础,通过对气体在管道中心形成段塞流的相速度分布和阻力规律分析,得到了二次流发生的条件,各相流体速度分布,减阻率关系式以及减阻率曲线。减阻率曲线表明,段塞流的含气量影响其阻力规律,段塞流能产生的减阻很小,而当气体含量处于增阻范围内时,却能使阻力增加很大。因此在利用掺气减阻时应控制段塞流流型的出现。     

段塞流试验研究进展

简要介绍了目前国内外较著名的多相流试验环道，综述了段塞流一些主要特性参数的测量方法及测量设备。通过对流量稳态和流量瞬态的段塞流的试验研究，得出了一些独特的段塞流试验研究方法及其结论。