水平管道油-气-水三相流动流型试验研究

在气相折算速度0·5~15m/s、液相折算速度0·05~0·5m/s的试验条件下,利用管径为25·7mm的水平管道,进行了含水率分别为10%,20%,40%,55%和70%的油气水三相流动流型试验研究。观察到油基/分离/段塞流型、油基/分散/段塞流型、油基/分散/环状流型、水基/分离/段塞流型、水基/分散/段塞流型和水基/分散/环状流型6种流型。后5种流型与其他研究者类似,但第1种有所不同。     

上斜管线两相流型转换条件的研究

为了进一步了解气-液两相在管线中的流动情况,在管径为40 mm,管长为10 m,倾角分别为10°、30°、45°和60°的有机管段中,采用目测法和流型识别仪器,根据气-液界面特征,对气液两相流的流型进行了研究,并给出了相应的流型图。同时分析了不同倾角下流型的变化特征,并拟合出了相应的流型转换条件。其结果表明:(1)倾斜管线中的主要流型为:泡流、弹状流、准弹状流以及环流;(2)不同流型对倾角的敏感性有很大差别;(3)水平管流中的层流在倾斜管线中被弹状流和准弹状流取代。     

水平井筒变质量气液两相流动模型

根据水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,可知常规水平管流的流型转换标准用于井筒流动需要进行修正或扩展。根据气液两相界面波的迅速成长机理,考虑了管壁存在入流或出流对于分层流向非分层流流型转变的影响,在Taitel Dukler的研究基础上,得到水平井筒气液两相变质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法。通过对分散泡状流流型中的分散气泡进行受力分析,考虑了管壁入流或出流的影响,得到判别水平井筒气液两相变质量流动分散流向间歇流流型转变的一种新方法。     

水平井筒气液两相变质量流动流型转变的研究

井筒中的流动是管壁存在入流或出流的变质量流动。给定井筒气液流动条件,在应用机械模型预测我们感兴趣的参数之前,我们需要识别井筒中出现的流型。由于水平井筒和常规水平管中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流的流型转换标准对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。根据波的迅速成长机理,在Taitel和Dukler的研究基础上,得到水平井筒分层流向非分层流流型转变的判别方法;通过对分散气泡进行受力分析,得到水平井筒分散泡状流向间歇流流型转变的判别方法;基于Barner和Brauner的研究给出水平井筒环空雾状流向间歇流流型转变的判别方法。从而得到一种判别水平井筒气液两相变质量流动4种基本流型的新方法。     

垂直上升管内油气水三相流数值模拟方法研究

利用计算流体动力学软件FLU-ENT对内径20mm垂直上升管内油气水三相流进行了数值模拟。按油水界面特征和气液界面特征将油气水三相流划分为4种流型,给出了相应的流型结构图,并得出4种典型流量下油气水三相流的流型图;计算了管道内径向含气率的分布。计算结果表明,在水基分散流型下,径向含气率最大值基本出现在管道中心位置附近,从而为油气水三相流流动参数的准确测量提供了理论依据。     

含有油水乳状液油气水三相分层流的水力学模型

在油气水的三相管内流动中,分层流同样也是一种常见流型。由于互不相溶的油水两相之间相互作用及分散程度的复杂性,所以油气水三相分层流比一般的气液两相分层流要复杂许多。使用一维三流体模型求解含有油水乳状液的分层流、即气体/(W/O型)乳状液/(W/O/W型)多重乳状液的三相分层流。通过模型的求解可以确定油气水分层流的相分率及其他相关参数和压降。     

气液两相流管道防振的方法与措施

指出气液两相流动管道振动与流体流型有密切关系,塞状或弹状流型易引起管道振动,振动强度与流体流速、流量和压力有关,更与激发频率有关,当激发频率与管道自振频率重合或接近时,即便流体激振强度不高,也会引起管道强烈振动。讨论气液两相流管道防振设计思路,阐明气液两相流管道振动响应分析难以进行,模态分析避免共振仍是目前管道防振分析的主要方法。提出多项具体防振措施,强调流型计算要使塞状流型或弹状流型既不在水平管道中出现,也不在垂直管道中出现。     

介质流态对凝析气集输管道的腐蚀影响分析

凝析气田集输管道内介质为气液两相流,气液比较大,流体流型复杂,不同流态对管道弯管和水平管道产生不同的腐蚀机制,其中冲击流对腐蚀的影响最大,雅克拉、大涝坝凝析气田集输管道内介质流态主要为冲击流和分层流,对于冲击流,由于冲刷腐蚀、空泡腐蚀、流体促进腐蚀作用,弯管、管道底部等腐蚀严重,主要呈整体均匀减薄、蜂窝状、沟槽状腐蚀形貌,对于分层流,由于地层水分离沉积,在管道底部、油水分离界面腐蚀严重,呈溃疡状、台地状及烧杯口状腐蚀形貌。针对雅克拉、大涝坝凝析气田流态特征、腐蚀特征,对介质流态对集输管道的腐蚀影响进行了初步分析。     

水平及微倾斜管内油气水三相流流型特性

以4号机械油、自来水和空气为实验介质,对水平及微倾斜有机玻璃管内油气水三相流的流型及其转变特性进行了实验研究。采用观察法和流型识别仪相结合的方法,按照油、水两相的关系以及气液界面总体特征,将管内油气水三相流的流型进行了划分,并给出了相应的流型结构及流型图。以实验数据为基础提出了考虑流动参数变化影响的反相点预测关联式。按照现有的关于气液两相流的流型转变准则以及考虑流动条件的油水乳状液的变化规律,对管内油气水三相流各流型之间的相互转变进行了预测和分析,结果表明,气相的作用使油水分布发生了很大变化,不同流动条件下的油水混合物的物性变化也很大。     

水平管油气水三相流压降特性实验研究

为了深入了解水平管内油气水三相流的流动特性并准确预测流动过程中的压降变化,以白油、自来水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了油气水三相流流动实验研究。对实验过程中出现的流型进行整理,将水平管内油气水三相流的流型划分为分层流、泡状流、间歇流(段塞流和弹状流)和环状流。基于Chishlom的压降关联式,重新定义了关联参数C,并提出了适用于水平管油气水三相流的压降预测关联式。通过与实验测量压降比较可知,改进的压降预测关联式能较好地预测水平管内的油气水三相流压降,可以作为水平管油气水三相流摩擦压降计算的通用关系式。     

水平井筒压降计算方法

阐述了单相流(层流和紊流)、气、液两相流及油、气、水三相流时水平开水手段压降的几种计算方法。用一个实例计算了水平段单相紊流时的压降,结果可知,在长的水平井中,水平段出现紊流时不能忽略压降。当水平段出现多相流时会有显著压降。     

皮球集流油气水三相流涡轮流量计测量模型研究

基于皮球集流涡轮流量计与放射性密度-持水率计组合仪在油气水三相流流动环中的动态测量结果,建立了预测三相流总流量的涡轮流量计物理模型,该模型考虑了等效"气液"滑脱速度及流型影响.由于流型转变与两相流运动波传播特性密切相关,还提出了基于"气液"两相流运动波传播速度特征的流型划分准则,并利用该准则在不同流型区域内提取了气相漂移速度及相分布系数2个重要的流动特性参数.最后,将研究所得的三相流流动特性与涡轮流量计物理模型相结合,给出了具有较高精度的三相流总流量预测结果,表明利用集流型涡轮流量计仍然可以有效地测量油气水三相流总流量.     

集输-S型立管中空气-油两相流流型特征实验研究

实验研究了集输-S型立管中空气-油两相流的流型特征。实验管路由119m的水平段,长14m、倾角为-2°的下倾段,高15.3m、长24m的S型立管段组成,管道内径为50.8mm。基于S型立管底部压力、立管顶部持液率两个信号来区分立管内的流型。实验中发现S型立管内存在第二类严重段塞流、过渡型严重段塞流和稳定流动三类流型,其中稳定流动又包括泡状流、弹状流和环状流。与空气-水两相流不同,并没有观察到第一类严重段塞流。第二类严重段塞流下立管顶部持液率呈方波状,其概率密度函数(PDF)分布系以0与1为峰的双峰结构;过渡型严重段塞流下立管顶部持液率针刺状,其PDF分布基本系以0为峰的单峰结构;稳定流动下顶部持液率波动平稳,其PDF分布在0.3~0.8之间。     

液相物性对双入口管柱式气液分离器液膜流型的影响

管柱式气液分离器(GLCC)是一种耦合离心力与重力的分离设备,液相介质物性对其两相流型及分离性能有显著影响。分别以水、甘油溶液和T55导热油为液相介质,空气为气相介质,采用高速摄像机对直径74 mm的双入口GLCC倾斜入口管的气液流型和上部筒体的液膜流型进行了高帧率可视化研究,发现：倾斜入口管内气液流型为分层流、环状流;上部筒体内液膜流型为旋环流、过渡流、搅混流与鳞状流,进一步分析了液相介质物性对气液流型及液膜流型的影响机理。结果表明：液相黏度越大,倾斜入口管内分层流越稳定,预分离效果越佳;上方次入口内环状流侧壁液膜厚度越薄,上部筒体内搅混液膜越容易被向上携带;同时,液膜的稳定性越差,旋环流越易发展为搅混液膜甚至鳞状流,越易导致气相携液现象(LCO)发生。引入无量纲气、液相特征参数,得到了旋环流与搅混流的流型转变判别式,可间接表征不同液相介质双入口GLCC液膜流型与分离性能的关系,对确定GLCC最优工况区间具有指导意义。     

U型光导纤维探针对油－气两相流的测试

本文分析了Ｕ型光导纤维探针的测量原理。在内径为３０ｍｍ的垂直管中，对油－气两相流进行了局部参数的测试，获得了弹状流、块状流和环状流３种流型下探针的特征输出信号，讨论了相份额的确定方法。测试结果表明，Ｕ型光导纤维探针可用于油－气两相流的在线流型监测。同时，本文提出了由探针输出信号确定相份额的新方法，该方法比阈值法准确、可靠。     

垂直管中三相流分相含率测量模型研究

基于集流型涡轮流量计与放射性密度计、持水率计在大庆生产测井研究所油、气、水三相流流动环路中的实验数据，本文提出了用于确定油、气、水三相流分相含率的测量模型，用此模型预测的油、气、水分相含率与流动环标定的数据进行了对比，在规定的实验范围内，取得了较高精度的油、气、水分相含率预测效果，为油井三相流测井提供了一种新的解释模型。     

多相管流中沿程摩阻系数分析

沿程摩阻系数是制约多相管流发展的关键,摩阻系数是压降计算的重要内容之一,其计算的准确性直接决定的压了压降计算的准确性,分散泡状流仅需用到气体或流体与管壁之间的相互作用,分层流,环状流和段塞流不仅用到气体或液体与管壁之间的相互作用,还要用到气液 面之间的相互作用,气体或液体与管壁之间的沿程摩阻系数可以采用单相流体沿程摩阻系数的计算方法,不同的流型,不同的流型,气液界面的摩阻系数计算方法不同。     

油,气,水三相流X光成像系统

准确地预知油、气、水三相流的流动型态是进行多相流水力、热力计算和多相流量计开发与性能评价的重要前提。但由于原油的透光性差以及高压条件下无法在实验管路上加装透明管段等原因，使采用传统的观察法来确定多相流流型已不再成为可能。本文介绍了一种采用x光成像技术在不可视条件下确定流型的方法，利用这种技术探测管路中多相流的流型取得了较好的效果。     

三相流流态的实验研究

过在垂直管道中的油／气／水流动的实验系统。观察三相流的流动形态，画出流态图。实验研究的条件是：空气（ja）的折算速度为15～5000cm／s；水（jw）的折算速度为0．4～66cm／s，在三个离散的速度值4．3、9和24cm／s上，不混合油相（jo）的折算速度保持不变。观察到以油和水为基相的波状流、团状流、段塞流和层状环流等流态。并发现了在两相流中没有见到过的许多有趣的新流态。     

高气液比垂直两相管流流型判别研究

在多相管流中,流型判断准确与否决定着压降计算的精度,根据流型来选择相应的压降计算公式,能提高压降结果的准确性。目前,在现场所遇到的绝大多数多相流问题是气一液(油、气),气一液一液(油、气、水)形式的多相流。本文以气一液两相流为主,着重讨论其流型的划分和判断。并模拟高气液比环境进行了一组室内实验,应用Beggs-Brill、Aziz-Govier、Kaya、Zhmx4种模型分别对室内实验流动形态进行了判断,结果表明Kaya和Zhmx模型对高气液比垂直管流的流型判断比较准确。