液体管道非稳定流动摩阻计算

管道中非稳定流动的分析方法主要有频域法和时域法,非线性摩阻的存在给非稳定流动的分析带来一定困难,通常的作法是认为瞬态流动下的摩阻等于稳定流动下的摩阻,但对于管道非稳定流动的长时间的动态模拟,用传统的“拟稳态”假设计算管道摩擦阻力及相关压头损失不够准确,采用频率相关摩中改变这一情况,给出了频率相关摩阻的计算公式及在特征线法中的具体应用。     

稠油粘度预测新模型

基于辽河油田20个重质原油样品的粘度-温度资料的分析,得出了每个样品的粘度-温度的相关模型,其相关系数平方均大于0.99;基于此模型对不同温度下原油粘度进行了校正.通过对不同温度下原油校正粘度的相关性分析,建立了基于50℃条件下原油粘度预测其他温度条件下原油粘度的新模型.结果表明,该预测模型有助于认识油藏条件下稠油粘度的变化,预测效果颇佳.     

埕岛油田海底输油管道流体摩阻规律

通过大量的现场生产试验数据,对不同温度、不同含水率的原油粘度及摩阻进行了测定,对海底管道中摩阻的变化进行了研究,发现了影响原油外输的摩阻规律,提出了降低原油外输摩阻的建议,对浅海原油外输工作有一定的指导意义.     

新疆红山嘴油田红003稠油掺水的流动特性

针对新疆红山嘴油田红003井区稠油特性以及集输难题,结合该井区的地形特征,对比分析了常用稠油输送方法的优势与不足,提出了红003井区稠油掺水集输方法。以红003井区原油T1和TA为研究对象,采用原油含水率、流变学及密度测试方法,评价了两种原油的基本性质、流变与粘温特性;采用水平环道装置,对两种原油掺水的反相点及降粘减阻效果进行了试验。结果表明:红003井区原油T1和TA分别属于典型的普通稠油与特稠油,可以采用掺水等措施提高其流动性;其W/O型乳状液反相点分别约为40%和45%;当油水混合液含水率分别大于50%和55%时,在60～70℃的温度范围内管流表观粘度均在100mPas左右,降粘减阻效果显著,可实现顺利集输。     

稠油掺稀输送中掺稀比的优化

掺稀油输送是脱水稠油重要的输送方式之一。为了进行掺稀比的优化,降低稠油输送的能量消耗,以稠油输送动能消耗作为优化目标,建立了动能消耗与掺稀比相互关系的数学模型,并以胜利油田陈南集中处理站为例进行了分析计算。结果表明:稠油掺稀是非常有效的降黏方式,可以大幅度降低混合原油黏度;但是随着掺稀比的增大,稀油增加了混合原油的流量,输送动能消耗增加。因此,稠油掺稀输送存在最优掺稀比,掺稀比过大,反而会增加输送能耗。利用双对数模型和当量黏度的计算方法以及稠、稀油的物性,可以对最佳掺稀比进行计算分析。     

三相流动条件下的油水混合物粘度

利用气液两相流压降规律相关式预测油气水三相流压降的关键是油水混合物粘度的预测。采用即时取样方法,在油气水三相流动条件下,实验测量了流型、气液速、含水率对油水混合物粘度的影响,得到了水平管内油水混合物粘度的变化规律:波浪流的油水混合物粘度大于段塞流,而段塞流的油水混合物粘度大于分层流和气团流。随着折算气速和折算液速的增大,油水混合物的粘度增加。反相前,随着含水率增大,混合物的粘度变化范围增大;反相后,随着含水率增大,油水混合物的粘度降低。随着截面高度的增加,油水混合物的粘度增加。建立相应的计算模型,其计算值与实验测量值相差-24.9%~0.93%,吻合较好。     

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.     

黑沙蒿与粉土质砂根-土及土-土界面摩阻特性

以鄂尔多斯上湾煤矿塌陷区水土保持先锋灌木之一黑沙蒿和粉土质砂为研究对象,通过直剪试验和根-土复合体单根拉拔试验,探究土壤质量含水率、根径对黑沙蒿根-土界面及土-土界面摩阻特性的影响。结果表明:在土壤埋深72 cm和144 cm左右,2种剪切界面的抗剪强度值均随质量含水率增加呈先增后减趋势;黑沙蒿根-土复合体最大拉拔力与根径呈明显线性正相关,其抗剪强度随根径增加而减小;土壤质量含水率从3.94%增至19.94%,黑沙蒿根-土界面摩擦系数由0.48减至0.38,土-土界面摩擦系数由0.43减至0.35;2种剪切界面的黏聚力随土壤质量含水率增加呈现先增后减趋势,土壤质量含水率为11.94%时,黑沙蒿根-土界面黏聚力峰值为4.51 kPa,土-土界面黏聚力峰值为4.56 kPa。     

普通稠油油藏水驱转热采影响因素分析及解决对策

针对普通稠油油藏长期注水开发后的原油物性变差、剩余油分布零散、水驱采收率低（小于20％）等问题,对水驱后转热采的必要性和可行性进行了深入探讨。以实际油藏参数为基础,利用数值模拟方法,建立了普通稠油油藏水驱后转热采的概念模型,并分析了不同的转驱时机、转驱压力和注汽干度对最终采收率的影响。数值模拟结果表明,在低含水期、低压力条件下转驱,采收率提高的幅度较大;较高的注汽干度可以提高蒸汽带在油层剖面上的扩展体积,从而提高采收率。此外,还针对转驱后如何避免水驱优势通道的影响、如何有效降低油藏压力、注汽过程中如何保证注汽干度等问题提出了相应的技术对策,从而为普通稠油油藏开发提供参考。     

基于频陷特征的薄层砂地比预测方法及应用——以阿尔及利亚X区块为例

已钻井揭示阿尔及利亚X区块河流相砂岩储层厚度较薄且横向变化快,高砂地比的“甜点”储层普遍具有较好的物性。由于储层埋藏较深,深层地震资料主频仅18Hz,为薄储层的“甜点”预测带来极大难度。调研分析发现,频率信息对薄层顶底的反射系数不敏感,对厚度更敏感,因此,在对储层砂地比的预测中,频域方法相比时域方法多解性更低,稳定性更好。理论上看,频陷特征与薄层的厚度有密切关系,在第1个频陷处,地震反射的能量谱和薄层的厚度呈反比关系,可以通过对薄地震反射频率特征的分析预测薄储层厚度的分布。以阿尔及利亚X区块为例,根据研究区储层段“砂包泥”的岩性组合特征,设计薄层楔形模型,运用正演模拟分析得出因调谐效应产生的频陷处能量与薄储层砂地比间具有反比关系,提出了利用第1个频陷处能量属性表征砂地比的思路;并运用该属性表征了研究区砂地比平面分布特征,识别出高砂地比的储层“甜点”区。相关研究为储层“甜点”预测和评价井部署提供支撑,取得了较好的应用效果。     

稠油-水两相流乳化条件的实验模拟

以胜利油田典型稠油掺水集输管道进/出口采集的7种油水样为研究对象,基于实际管输油水介质中的乳化水含量,实验模拟与确定实际油水流的乳化条件,测试分析不同稠油的乳化特性,对比分析模拟乳化油与实际乳化油粘温特性的相似性,探讨不同油水混合液在相应模拟乳化条件下的反相点与实际油水流乳化水含量之间的关系。结果表明:特稠油掺水完全乳化所需的搅拌时间比普通稠油长得多,普通稠油完全乳化所需的搅拌时间与掺水率呈正相关,特稠油完全乳化所需的搅拌时间与掺水率无明显关联性;室内模拟乳化油与管输实际乳化油的粘温特性相似,模拟油水乳状液的反相点与相应的实际管输油水流的乳化水含量基本相同。因此,室内可以模拟确定稠油掺水输送的乳化条件。     

稠油输送管道掺0#柴油运行费用优化

以两站间密闭稠油掺0#柴油集输管道为研究对象,建立数学模型,对管道总运行费用中的变量进行优化计算,讨论掺入不同比例0#柴油对管道运行费用的影响。稠油添加0#柴油后,管输摩阻损失降低,所需泵扬程及耗电量减少。当设定进、出站油温时,影响稠油管输费用的因素包括添加0#柴油原料费及泵的电费,而0#柴油原料费起决定性作用。以某混合稠油掺0#柴油管道为例,计算0#柴油不同掺混比例下的运行工况和费用,经对比分析,确定了经济输油方案。（表4,图1,参7）     

稠油水环发生器结构优化

水环发生器是水环输送稠油技术的重要装置,为了改善水环稳定性和提高输油效率,对水环输送稠油的减阻机理进行讨论,并采用数值分析的方法对水环发生器结构进行优化。采用VOF(Volume of Fluid)模型建立了水环流动数值模型,并完成了模型验证,研究了水环发生器不同间隙厚度对其稳定性的影响,探讨了水环发生器间隙厚度对水环输油效率的影响,得到了水环发生器最佳间隙厚度。结果表明:间隙厚度存在一个最佳值,过小不利于水环的形成和稳定,过大则会降低输油效率。研究结果为水环输送高黏原油提供了理论指导。     

基于FLUENT的黏稠油垂直上升水环输送数值模拟

海洋稠油资源是未来原油产量增长的重要来源,但相对于陆上油田,海洋稠油集输因涉及低温环境与立管输送而更具挑战性。采用水环举升稠油可以极大地减小输送摩阻,是一种非常有潜力的稠油“冷输”方法。基于油水两相流及计算流体动力学理论,利用FLUENT6．3．26及GAMBIT2．3．16软件,建立了垂直上升稠油一水中心环状流（CAF）的几何模型与数学模型,评价了模型的有效性,模拟分析了垂直上升CAF的流态及特点,探讨了不同水环生成器环隙宽度及油水流速对垂直上升CAF的影响。结果表明：当油水流速比在一定范围内时,所建模型对垂直上升CAF的模拟结果与实验结果一致性较好;垂直上升CAF在入口端能保持理想的中心环状流,具有光滑的油水界面,但随着油水协同向上流动,油水界面开始波动;水环生成器的环隙宽度对垂直上升CAF的影响较大,环隙过小,水环稳定性较差,流动摩阻较大,而环隙过大则输油量较小;同时兼顾能耗与输油量,在模拟条件下,水环生成器环隙宽度为1．8mnl时输油效率最高。（图7,表1,参13）     

水膜发生器的研制及流场分析

水膜发生器是超稠油水膜面减阻技术中使管道内形成环状水膜的流体机械设备,其内部流场需要长期保持稳定,以形成稳定的水膜。在设计水膜发生器时,使高压水流射入后通过一个厚度为1mm的穿孔板再形成水膜,穿孔板部分区域不开孔,其余部位均匀开孔,以控制水流动能和速度,进而控制水膜厚度。高效渗透筛管的选择决定水膜面的稳定性,其关键在于确定穿孔板的开孔率和开孔直径。运用ANSYS软件对水膜发生器的强度进行分析,以确定其应力集中部位并进行加强处理,使用材料为X52的管线钢制作水膜发生器可以满足实际运行条件的要求。运用Fluent软件对水膜发生器内部流场进行模拟,以确定水膜发生器的合理长度和开孔直径,优化运行参数。     

风城超稠油外输管道掺稀输送工艺

参考国内外应用成熟的稠油降粘工艺,结合克拉玛依石化公司的加工技术,提出了风城稠油掺柴降粘外输方案。重点研究了风城稠油特性,掺柴后的混油特性,掺柴工艺流程,不同输量下管道运行的水力、热力条件,以及最小启输量、最大输量及安全停输时间等。结果表明：掺柴后的混油在一定温度下表现出牛顿流体特性;掺稀工艺满足事故工况和投产初期低输量运行要求,低黏度下满足设计输量的最小掺柴质量分数为20％,高黏度下满足设计输量的最小掺柴质量分数为25％,且低黏度和高黏度下管道外输量适应范围较大。风城超稠油外输管道的顺利投产,可为我国今后设计线路更长、输量更大的稠油外输管道提供参考。     

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。     

CFD在水力机械湍流分析与性能预测中的应用

为了研究水力机械运行特性，将最新发展的计算流体动力学（CFD）理论与方法应用于水力机械湍流分析，给出了水力机械湍流流动控制方程，分析了求解湍流流动的Reynolds时均法和大涡模拟法的适用性，建立了通过湍流流场分布预估水力机械能量特性和空化特性的数学模型。通过基于k-ε双方程湍流模型的轴流泵全流道三维定常湍流计算，获得了与实际情况相符的流动细节。根据计算结果对轴流泵的能量、空化性能所做的预估．与试验结果基本一致。CFD理论和方法为探寻水力机械流场流动特性与结构动力特性间的复杂关系提供了一种新手段，为研究和开发高性能、大流量、高水头的水轮机和水泵提供理论和实际应用参考。     

水体重金属污染的生物有效性评价研究进展

生物监测具有综合评价水体污染物的生物有效性及其毒性等优点。综述了水体重金属污染监测中指示生物的主要生态类群,概述了水体重金属污染的生物有效性评价的主要方法和研究进展,并对生物监测存在的一些问题进行了探讨。