不同倾角下悬链线立管数值模拟分析

为降低混输管严重段塞流带来的危害,须对其流动特性进行分析研究。以某水平下倾管⁃悬链线立管实验系统为研究对象,建立相关的数学模型、物理模型,运用CFD软件,模拟该种管型下的严重段塞流流动现象,分析了严重段塞流流动特性以及压力、速度、含气率变化特性。通过数值模拟得到了不同倾斜角度下的流型图、压力变化曲线及周期变化规律。分析结果表明,随着下倾管倾斜角度的增大,流型图的转换边界发生变化,形成严重段塞流所需的气相折算速度增大,形成间歇流所需的气相折算速度减小;严重段塞流压力最大值随倾斜角度变化较小,其周期则随倾斜角度的增大而减小,并呈指数函数变化。     

海洋立管系统严重段塞流研究进展

随着海洋石油工业的日益发展,出现了各种各样的立管。由于管道形状和海底复杂地形等因素,经常出现严重段塞流这种特殊的流型,这种特殊的流型会造成设备损坏和产量降低等诸多危害。因此,对海洋立管系统的严重段塞流进行研究有很重要的意义。总结了立管系统严重段塞流的国内外研究现状,包括研究方法、产生机理、特性参数和理论模型等,以期为进一步研究立管系统严重段塞流提供参考。     

含立管段的管道气顶排空实验研究

对含立管段的管道进行气顶排空实验研究,以空气和水为介质,利用高速摄像仪和数据采集仪对排空过程的气液流动参数进行测量,发现气顶排空过程类似于立管混输系统中严重段塞流的流动过程。对比了不同排气压力下立管出口气液混合物的流型、立管底部压力和立管压降变化特性。结果表明,排气压力较小时,立管出口气液混合物流型为分层流和段塞流;排气压力较大时,仅呈分层流。排气压力越大,气体前锋的运动速度越快,排空经历的时间越短;气体前锋表现出脱离上壁面的趋势,其尖端更加趋近于管道的中心线,气鼻后方液层坡度越大。管底压力变化经历三个过程,分别对应了立管中液体流出、液气喷发、液体震荡三个阶段。随着排气压力升高,立管底部压力增加幅度增大,对应的压力峰值增大,立管压降的开始下降时间缩短,下降速度增大。     

起伏地区天然气管线清管过程分析研究

研究清管过程中气液两相流流动特征,有助于管线本身及上下游设备的设计和操作。因此,采用多相流瞬态模拟软件OLGA,对起伏地区天然气管线清管过程中气液两相流动规律进行了研究,重点分析了清管过程中的流型、压力、持液率、清管速度、积液量等参数的变化规律。结果表明,由于清管过程中地形起伏较大,气液两相流体出现了分层流、段塞流和环状流等3种流型;管道入口处压力最大,沿程压力逐渐减小,压力波动情况与流体持液量和地形有关;清管器速度总体上波动不大,平均速度为3.5～3.8 m/s;清管过程中出现的最大液塞段长度达到3 851.0 m;持液率不断变化,最大清出液量接近300 m3。研究结果对地形起伏地区天然气管线的清管作业具有一定的实际指导意义。     

下倾-立管系统中严重段塞流实验研究

针对严重段塞流的周期特性,通过下倾-立管实验系统进行了实验研究。基于实验数据及管内压力变化情况,分析了严重段塞流周期的变化规律,并与计算模型结果进行了相互验证。结果表明,在不同的下倾管倾斜角度、气相折算速度或液相折算速度等实验参数下,管内的流动状态会发生变化;由于立管高度不变,液塞喷发和液塞回流的时间基本不变,因此严重段塞流周期主要由液塞形成和液塞出流组成,且主要受下倾管倾斜角度、气相折算速度或液相折算速度等参数的影响。     

气液混输管线水动力严重段塞流实验

水动力严重段塞流型相比于一般的地形严重段塞流发生范围更广且危害类似,因此需要在工程设计上给予关注.在水平-下倾-立管组合管线实验装置上,针对入口处不同气液两相流量组合,对该种组合管线系统中气液两相流特性开展了实验研究,获得了水平管和立管内气液两相流型图.实验发现,当水平管内流型处于分层流向段塞流过渡阶段时,可能会出现间...     

海洋采油出油管-立管气液两相流研究

为了找到提高排液速度、缩短段塞流时间的方法,同时优化采油系统、减少能量损失、提高采油量,对影响流型的流速、气体体积分数及海洋采油出油管-立管系统进行了多相流模拟,同时对压力云图和油气体积分数云图进行了研究。研究结果表明,流体的流动速度越大,段塞流的停留时间越短,排出段塞流的时间越短;气体体积分数越大,段塞流出现越慢,出油管底部通气可以提高采油量。     

应用Ω型管调整气液分层流动特性实验研究

为了开发抑制严重段塞流的被动式方法,利用所提出的新型流动调整装置—"Ω型管"在水平管内气液分层流条件下开展了实验研究,讨论了Ω型管结构参数对其流动调整作用的影响规律,分析了Ω型管流动调整作用的机理。研究表明,气液分层流流过Ω型管后,液相截面含率的波动强度增加且间歇性增强,具体表现为波动曲线的标准差增加、最大值增加、最小值降低、波动范围增加和波动周期增加;Ω型管能够将气液分层流调整为气液间歇流型,其流动调整能力随主弯管弯曲半径和基本单元个数的增加而增强,受基本单元之间距离的影响相对较小;Ω型管对气液分层流流动特性的调整作用机理可以归结为两个物理过程:液体阻塞和气体携带。研究结果为进一步优化设计Ω型管以及将其应用于立管系统以抑制严重段塞流奠定了基础。     

强烈段塞流抑制措施模拟研究

海底管道由于立管系统的存在,强烈段塞流是在低输量下经常出现并且危害最严重的一种流动状态。对某井口平台至中心平台的湿气管线的强烈段塞流特性进行模拟研究,总结分析可行的强烈段塞流抑制措施,选取节流法、气举法、气举节流结合法和多相泵控制法进行模拟,并分析其抑制效果。结果表明,节流法和气举法能完全消除段塞流的影响,多相泵控制法只能够减弱段塞流的周期性变化特性。     

段塞流从单管流入并联分离器的分流实验研究

为了研究油气集输系统中并联分离器出现的气液偏流现象,自主设计并搭建了气液两相流分流实验系统。该实验系统中采用数据采集系统对流量、压力、压降、液位、持液率等多种实验参数进行记录。设计了两种结构的气液分流管路,并在两种管路结构（水平管⁃T型管⁃水平管结构与水平管⁃T型管⁃立管⁃水平管结构）下进行了段塞流分流实验,分别研究了对称管路条件与非对称管路条件下的气液分流特性。实验结果表明,两种管路结构下,当管路条件对称时,在实验流速范围内,段塞流的气液两相等流量分配到两台并联分离器内;对于实验中的两种管路结构,分离器气相出口管路条件的不对称会引起气、液两相的偏流,且液相的偏流程度均小于气相。基于压降计算建立了非对称条件下气液两相流的分流模型,对气液流速对分流特性的影响进行了简单解释。     

气举法消除严重段塞流的模拟分析研究

在海洋油气资源开采中,特殊的管路系统、重力、流量等因素会形成严重段塞流。严重段塞流会引发次生危害,威胁安全生产。因而需要采取方法消除严重段塞流。采用OLGA软件和PVTsim 软件,对气举法消除严重段塞流进行模拟研究。研究结果表明,气举法在一定程度上可以消除严重段塞流,注气位置不同,效果也有一定的差别,注气位置在立管底部的上游位置更能有效地消除严重段塞流。     

影响压后气举的排液时效分析

分析气举阀排液时效的影响因素,并通过现场试验进行验证。得出以下结论:在阀级数一定的条件下气举排液时效主要受井筒流态的影响;阀孔直径和注气排量的大小直接影响井筒流态;在泡流、段塞流、过渡流及雾状流4种流态中又以段塞流的持液率最高;在排出液量一定的条件下,段塞流在气举阀压后排液时效最好。     

水平管气液段塞流流动特征模拟

基于OpenFoam开源软件建立VOF方法下的三维流动模型。对内径0.05 m,长16 m的水平管气液两相下不同气液速的分层流、波浪流、气泡流、塞状流、段塞流进行模拟,并与Mandhane流型图进行对比分析,模拟结果与理论、实验相一致,验证了该模型的有效性。重点通过该模型对段塞流的起塞、液塞的成长和演化过程进行研究,得到起塞时界面波的变化特点和不同气液速度差的液塞流动特征,发现了液塞运动时液塞头具有抛出现象及液塞的类波运动。     

基于小波变换的气液两相流系统软测量

为解决多相流系统的参数检测和流型识别问题,以气液两相流系统为研究对象,在小波分析技术的基础上,建立了一个气液两相流系统的参数检测软测量模型,并对此模型进行了分析和模拟实现．结果表明,此模型可以通过4尺度小波变换图清楚地看到段塞流及波状流的形成及结束过程,并生成波流的去噪光滑波形图及辨识细节波形图,从而达到有效识别波流流型的目的．     

水平管气液两相流流型的压差波动特征

气液两相流的流型对其流动和传热特性有很大影响，所以如何确定流型一直是两相流研究中的重要课题。通过大量实验，测量了各流型在各种工况下的一些流动参数，包括：压力、温度、各相的流量以及实验段的压差波动时间序列。通过对实验段压差波动信号的分析发现，压差波动信号能很客观地提供流型的信息，可以用来识别流型。     

倾斜管内多相流流型研究

目前对集输管道多相流流型的划分还不明确, 影响因素也很多, 而流型的确定对管内参数的计算影 响很大, 因此对多相流流型进行研究具有重要的意义。使用 VOF模型模拟了倾斜角分别为1 0 ° 、 2 0 °和3 0 °的上倾斜 管, 得到了不同流动时间的相分布云图。对云图进行分析的结果得知, 随着流动时间的增加, 流型先从气泡流转化 为波状流, 最后再由波状流转化为段塞流; 倾斜角对多相流的流型有一定的影响, 倾斜角越大流型越明显。     

小尺度垂直管内气液两相流型及转换界限研究

采用高速摄像仪(CCD)对垂直上升管(内径3 mm和5 mm)内空气-水两相流进行可视化研究。在实验范围内,拍摄到了泡状流,弹状流,扰动流,段塞流和雾状流5种典型流型图像;两种管径下气液两相流流型及流型转换界限不同,且5 mm管的流型转换区域与Mishima-Ishii模型相似;3 mm管道的转换边界与Akbar等模型具有一定的一致性。     

天然气凝析液长距离管道稳态水力热力计算

针对长距离天然气凝析液管道输送相间质量、动量和能量传递等问题,基于多相流及化工热力学理论,建立稳态条件下水力热力计算方法.结合两相管流的机理模型与相平衡计算,采用简化的能量方程,耦合水力热力,通过逐段循环迭代确定压力、温度、持液率等.通过闪蒸计算,得到指定温度、压力的气、液组成.利用简化的Barnea流型判别方法判断流型,由各流型下的流动机理模型计算相应的摩阻,持液率及气、液相速度.管道模拟结果表明:文中求解方法稳定可靠;精度与现场数据接近,能够满足大型管道工程需要.     

流量差异和管径突变对立管流动状态的影响

为探究深海T型管流量差异和管径突变对立管管内流动特性参数的影响,以南海某油气田为研究对象,通过数值模拟的方法进行了研究。结果表明,立管管内流动状态受到水平管段内总流量影响,与其分支管段流量的关系不明显;当水平管段管径保持不变的条件下,在立管直径DC为0.03 m、0.06～0.12 m和0.24 m时,立管相关参数的变化规律不同;当立管管径发生突变时,管内流动参数的变化主要与其最小管径有关。     

浓煤浆管道输送压力损失计算及相似与模化研究

本文分析了可作为燃料直接燃烧的宾汉体浓煤浆的流变特性,及主要流动参数:点速分布、剪切应力、浆体平均流速和流量、压力损失梯度。浓煤浆在管道中以各种流态流动时都具有流动规律的相似性。运用相似理论获得表达其流动共性特征的准则关系式,及保证模型管流与原型管流现象相似所需的定性准则和相似模化条件。得出两者各主要流动参数间关系式。论证了可用模型管道浓煤浆流动模拟工业管道浓煤浆流动。为估算工业管道主要流动参数数据提供较经济方便手段。