水平管内油-气-水三相流流型的实验研究

在内径为４０ｍｍ的水平管内，０．４ＭＰａ压力下进行了油－气－水三相流流型可视化的实验。描述了所观察到的各种流型的特征，并给出了流型图。可视化实验中观察到的流型有７种类型，分别为水基和油基的波状流，弹状流的分层－环状流。实验中带发现然两相流动中所观察不到的新的流型结构。     

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)     

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。     

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.     

气液两相流管束分离器数值模拟与实验验证

由于气液两相流分流分相法计量分离器存在结构复杂、液位难稳定等特点,设计加工了一种新型气液两相流管束分离器,通过数值模拟得到不同气、液相折算速度及不同流型入口条件对管束分离器分离效果的影响,并进行实验验证,对分离器的工作性能进行评估。结果表明:在分层流、段塞流、环状流流型条件下,分离器内气液分离效果较好,且分离器内气液相界面保持稳定,维持在分离器中部。实验验证可知:当气相流量在50~1 500 L/min、液相流量在50~2 400 kg/h范围内时,分离器内气液相界面保持稳定,分离误差均在±2.5%以内,计量效果良好,与模拟结果吻合。设计的管束分离器结构简单、工作液位稳定,为两相流分流分相法计量分离器的设计提供了技术支持。     

基于超声波技术的水平管气液两相流流型识别方法

根据超声波在不同介质界面处的反射回波强弱不同的特性,提出了应用超声波对水平管气液两相流流型进行非介入式在线识别的方法。理论计算得到钢管内壁接触的介质分别为水和空气时的声压反射率,证明了超声波流型识别法的可行性。数值仿真研究管内的流体分别为水、空气时不同界面的反射回波特点,得到了超声波流型识别法的实现方式。依据数值仿真结果,开展超声波气液两相流流型在线识别实验,分析气液两种流体在管道横截面上的分布,从而识别水平管气液两相流流型。研究结果表明：在不影响生产的前提下,超声波流型识别方法能够准确获取水平管气液两相流流动过程中的实时流型,操作方法简便,且结果可靠。（图10,表1,参9）     

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。     

不同倾角管中油水两相流研究进展

叙述了近年来国内外对油水两相流流型及流型转化的研究状况,介绍了在垂直管、倾斜管及水平管中的流型和倾角对流型存在范围的影响,对于不同倾角管中油水两相流流型进行了对比。由于倾角和重力的作用,倾斜管中的流型有很大差别,油水两相流大体上可分为分散流和分层流两大类流型。分析了分散流型和分层流型转化的影响因素、转换准则及倾角对转换准则的影响,并对几种转化准则进行了对比。这些转化准则大多针对水平管或垂直管,而对于倾斜管的转换准则,在理论和试验上还需要进一步研究,这也是油水两相流今后的研究方向。     

多相流管道声波泄漏检测技术北大核心

目前,油气混输系统中多相流技术的工程应用日益增多,而多相流管道的安全问题相比单相介质管道复杂很多。基于声波传感技术具有频率范围宽、传播距离长、易识别等优点,将声波传感技术应用于多相流介质两相流管道。通过泄漏前后动态压力信号最大均值和最大均方值波动值变化,判断流型、流量、泄漏方位、泄漏孔径这几种因素变化对泄漏信号的影响。通过理论分析建立了分层光滑流、分层波浪流、段塞流稳定流动过程中动态压力波动幅值与气液流量关系模型,用于确定各流型下稳定流动背景噪声幅值波动,为气液两相流管道泄漏声波检测技术的实现奠定了基础。     

基于视频处理的分层流持液率测量

截面持液率是气液两相流的基本参数之一。在气液两相实验系统上进行实验,采用高速摄像机系统获取了水平管气液两相流流型视频,提出了一种针对两相流动视频实现持液率检测的新方法。该方法针对自然光下拍摄的气液两相分层流图像气液区域与气液界面模糊、边缘难以直接提取的难点,采用新的递变规律加强图像的灰度使画面效果清晰化,通过中间线计算法提取气液边界线,进而通过提取的气液界面距离管底高度数据,计算管路持液率,其中包括同一帧图像不同截面的持液率以及同一截面持液率随时间的变化情况。实践证明：在自然光干扰较大的拍摄条件下,该方法能够获得连续、清晰的气液相边界,可推广应用于其他流型图像的分析和检测。（图9,参8）。     

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.     

气液两相间歇流流型下的蜡沉积规律

利用多相流动蜡沉积试验环道,以高含蜡量原油为试验介质,对气液两相流的蜡沉积规律开展试验研究,得到间歇流流型下蜡沉积层厚度随液相折算速度、气相折算速度和间歇频率等流型影响因素的变化规律。结果表明：在间歇流流型中,蜡沉积物在管壁环向分布较为均匀。当液相折算速度恒定,平均蜡沉积层厚度随气相折算速度的增大而减小。若气相折算速度保持恒定,液相折算速度较低时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而增大;液相折算速度较高时,平均蜡沉积层厚度随液相折算速度的增大而减小。若气相折算速度相同,段塞频率随液相折算速度的增大而显著增大,导致平均蜡沉积层厚度呈现减小趋势。研究结果为建立气液两相流动蜡沉积动力学模型奠定了基础。（图6,参6）     

流动状态对混输管道损坏的影响

针对胜利油田孤东区块出砂严重，污水矿化度高，混输管道的腐蚀及损 坏的实际情况，分析了流动状态对混输管道损坏的影响，在分析流体运动机理的基础上，进行了气流两相流试验，指出螺旋流动可以减少管道底部的沟槽状局部腐蚀，从而达到防腐缓蚀的目的。     

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。     

成品油上倾管道油水两相流相分布识别方法

成品油携水沿上倾管道流动会产生复杂的流动型态,准确识别油水两相在上倾管道中的分布特征是深入认识油携水规律的基础。针对实验中采集的上倾管油水两相流图像,提出一种基于图像处理的上倾管道油水两相分布特征识别方法:将原始图像转化为灰度图像,剔除图像中的无用信息;调整图像的灰度,以提升对比度,凸显图像细节;对图像进行中值滤波处理,消除图像拍摄过程中的随机噪声;对图像进行边缘检测,分割出油水两相边界,识别出相分布特征。该方法可以分割出清晰的油水两相边界,从而识别出管道中油水两相流的相分布特征。研究成果适用于各种工况下油水两相相分布特征识别,为多相流图像处理特别是流型识别提供了指导。     

抽水过程中井水位变化的分形特征研究

【目的】探讨潜水井抽水过程中井水位与井流量变化的分形特征,为潜水井水位与井流变化的定量研究探索新的计算途径。【方法】在引入分形理论、分形维数计算方法的基础上,以潜水含水层抽水过程为例,计算了主井和各观测井水位及井流量过程线的分形维数和曲率大小。【结果】将分形维数与不同落程井流量大小加以比较,可以发现分形维数D越大,观测井水位变化过程线越复杂,形状因子a越大,曲线越扁平,曲线峰值越小;不同落程井流量的大小与其对应井流量过程线的分形维数大小呈负相关。【结论】分形理论中的分形维数D和形状因子a,可以定量描述潜水井抽水过程中井水位过程线的分形维数和形状因子的复杂关系。     

输油管道系统水击分析与计算

水击是输油管道系统中经常出现的一种不稳定流现象。当管内压力由于水力瞬变而发生急剧变化时，如果其高点未出现因压力低于油品的饱和蒸气压而产生的负压汽化现象，则流动为单相流动，但如果出现负压汽化现象，则处于该点的管段内液体的流动就演变成了气液体两相流动，增大了水击分析的难度。对管内单相流动和含气泡液体两相流动进行了水击分析，认为分析结果可以真实地反映油品在管内流动的规律，并且可以全面用于模拟和分析管道系统的各种工况，确保管道在安全的前提下优化运行。