含蜡和防聚剂体系天然气水合物浆液生成及流动特性

研究含蜡和防聚剂体系天然气水合物浆液生成及流动特性,对于在深水含蜡油气田实施水合物浆液输送技术、解决海底管道多相混输流动保障问题具有重要意义。本文基于高压水合物环路开展的蜡晶存在与否,对含防聚剂天然气水合物浆液生成及流动影响进行实验,对比分析所获得的实验温度、压力、水合物生成体积分数、流量和压降等宏观参数变化,同时结合颗粒录影显微仪(PVM)、颗粒粒度分析仪(FBRM)等微观数据分析,研究了蜡晶对含防聚剂的天然气水合物浆液生成及流动特性的影响规律。结果表明:相比于无蜡体系,含蜡体系中蜡晶会在防聚剂的作用下吸附在油水界面,减小气水成核反应表面积,增大水合物生成传质阻力,从而抑制水合物生成成核,延长水合物生成诱导期,并使水合物生成量降低;蜡晶与水滴之间团聚物的形成,促进了其与水合物颗粒间的聚并,浆液体系黏度增加,流动性显著下降。含蜡和防聚剂体系天然气水合物浆液生成及流动涉及学科复杂,未来仍需基于已获得的蜡与水合物相关独立研究成果,进一步探讨蜡与水合物之间的耦合作用机理。     

输气管道低洼处积液携带特性实验研究

输气管道在一定的温度和压力条件下产生的凝析液以及本身自带的液态水会造成管道内积液,特别是在弯管低洼处,由于重力作用产生回流使积液问题更加严重。以自行设计的输气管道积液携带装置为实验平台,起旋装置为扭带,空气和自来水为实验工质,利用高速相机观察并分析在有无螺旋流条件下弯管低洼处积液的气液界面波动特点和携带规律,研究了流速、扭率、积液量等因素对弯管处积液携带效率的影响。研究结果表明:随着表观流速的增加,气液界面波动越来越大,当达到携带临界流速时积液被携带走,且流速越大携带效率越高;有旋流动时产生的湍动能较大,更易使气液界面失稳产生波动,且积液携带效率更高;相比无旋流动时,有旋流动各阶段的临界流速比较小;各阶段临界流速还和积液量有关,积液量越少,各阶段临界流速越大;有螺旋流情况下比无旋流情况下界面波动大,波峰间距更小。     

提升式管柱输送机牵引力的研究与机构优化

针对提出的一种石油钻井平台使用的采用液压绞车驱动,钢丝绳牵引的提升式管柱输送机输运效率的问题,用Matlab软件对输送机工作时钢丝绳的受力变化情况进行了分析与研究,发现了在管柱和输送架同时提升过程中钢丝绳的受力有不同的变化规律,找出了输送机提升过程中存在的问题。通过增加辅助坡道和采用辅助支撑臂的机构优化,大大降低了输运过程中钢丝绳受力的最大变化幅度,有效的降低了液压绞车的功率,提高了提升式管柱输送机的输运效率。     

纳米石墨颗粒与SDS复配对水合物生成特性的影响

为了促进水合物的生成,采用将纳米石墨颗粒与十二烷基硫酸钠(SDS)复配的方法,研究其复配体系对于水合物生成的诱导时间、耗气量以及生成速率的影响。结果表明,纳米石墨颗粒与SDS复配体系能大幅度缩减水合物生成过程的诱导时间,增加耗气量,加快生成速率。其中在277.15K、4.5MPa的条件下,0.5%纳米石墨流体与0.03%SDS的复配效果最佳,其诱导时间与纯水体系相比降幅达到61.77%。在277.15K、3.5MPa的条件下,0.5%纳米石墨与0.05%SDS的复配体系最大气体消耗量与纯水体系相比提高了5.29倍。比较两者的耗气率,复配体系中的峰值更是纯水体系的6.32倍。两者复配是强化水合物生成有力的促进剂。     

输气管道水合物颗粒螺旋流动数值模拟

为了对输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律做出进一步研究,利用ICEM软件对天然气管道内的气固两相螺旋流进行了三维瞬态数值模拟与仿真。研究了天然气管道内不同横截面的速度场、水合物颗粒体积分数分布规律以及水合物颗粒沉降规律。模拟结果表明:当水合物颗粒体积分数达到8%左右时,螺旋流的切向速度衰减迅速,对水合物颗粒的携带能力也急剧下降,衰减速率是无颗粒螺旋流的几倍;螺旋强度较大时,流体速度曲线表现出"双峰"特点,螺旋强度较小时,流体速度曲线表现出"抛物线"特点;流体速度是影响颗粒运动的主要因素,叶轮角度是次要因素,流体携带能力与颗粒体积分数及颗粒粒径成反比。所得结论可为输气管道的安全输送提供理论指导。     

以扭带起旋的气固两相螺旋流流动与传热数值模拟

为了探讨输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律,利用ANSYS软件对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行了三维瞬态数值模拟。研究了天然气管道内不同横截面的速度场、水合物颗粒体积分数分布规律、水合物颗粒沉降规律以及传热规律。模拟结果表明:螺旋流具有较强的携带能力,可以防止颗粒沉积,增强水合物颗粒之间的传热,避免形成水合物堵塞,保障管道安全;固体颗粒含量对携带能力有较大影响,当不含固体颗粒时,螺旋流流线稳定,衰减并不明显;当水合物颗粒体积分数达到8%左右,螺旋流的切向速度迅速衰减,衰减速率是无颗粒螺旋流的3倍。研究结果可为保障输气管道的安全输送提供理论指导。     

起旋粗螺纹间隙中流体流动特性的PIV实验研究

利用粒子图像测速(PIV)技术对不同介质流体在垂直粗螺纹间隙中的螺旋流动进行全流场测量。用Tecplot软件进行粗螺纹间隙中螺旋流场显示并对沿流动方向上的流体速度进行提取。分析了不同流量条件下,粗螺纹间隙中不同介质流动流场瞬时特性、沿流动方向上流体速度分布特征和涡量场分布特征。结果显示:流体在粗螺纹间隙中存在高速区和低速区,随着流量的增加,高速区速度逐渐增大,面积逐渐减小,涡旋强度增加,正涡逐渐下移,负涡位置基本保持不变。在粗螺纹间隙中流体介质的粘度对螺旋流场的影响较小。     

铝/乙醇基纳米浆体燃料的着火燃烧特性研究

为了明确纳米铝粉从低浓度到高浓度变化对液体碳氢燃料着火燃烧特性的影响,采用液滴悬挂法研究了不同温度下(700~800℃)乙醇液滴和添加不同浓度(2.5wt%, 10wt%, 15wt%和20wt%)纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴的着火燃烧特性。利用高速摄影系统捕捉了液滴整个燃烧过程,分析了其液滴寿命。通过热电偶对液滴附近气相温度的测量,获得了其着火性能参数。结果表明,添加纳米铝粉可以改善乙醇液滴的着火性能。不同铝粉浓度改善效果不同,低浓度时效果较好,着火延迟时间显著缩短,点火温度明显降低。随温度升高,乙醇及添加纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴着火延迟时间及着火温度均明显降低。纳米铝粉(S2)对乙醇(S1)着火延迟时间和液滴寿命的降幅在750℃最大,其降幅分别达42.20%和18.43%。纳米铝粉(S3)着火温度降低,其最大降低幅度也出现在750℃,相对于乙醇(S1)降低幅度达28.57%。一定铝粉浓度范围内,液滴微爆炸程度和微爆炸时长随铝粉浓度升高而增大,但铝粉浓度超过10wt%后趋势变得平稳。     

天然气调压工艺冷能用于压缩机组冷却的探讨

论述了回收利用天然气调压工艺冷能的意义,压缩天然气加气站的组成与功能,压缩天然气加气站中压缩机组的工艺流程,压缩机冷却系统的作用、冷却介质的选取、对冷却系统的要求。提出了利用高压天然气调压工艺冷能的压缩机组冷却工艺,分析了该工艺的技术经济性。