颗粒对离心泵过流部件磨损的影响

基于Fluent商用软件,采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型、SIMPLE算法对固液两相流离心泵过流部件的三维固液两相流场进行数值计算,获得了不同颗粒直径、不同浓度下叶轮中截面和压水室中截面固相体积分数分布,计算分析了固体颗粒对离心泵叶轮和压水室磨损的影响。研究结果表明:颗粒直径对叶轮内固相浓度分布和运动规律影响较大,颗粒直径越大,颗粒易偏向于叶轮的工作面,导致叶轮工作面的切削磨损,且磨损主要发生在叶轮进口处和叶轮的出口段;颗粒体积浓度对颗粒的分布略有影响。压水室内的固相体积分数分布随颗粒直径和初始固相浓度的增大不断增大,在惯性力的作用下颗粒与液相在压水室发生分离,导致固相浓度的分布不均匀,对压水室壁面造成一定的磨损。     

φ79 mm固液混输轴流泵叶片设计与分析

为加快"双梯度钻井系统关键技术研究及应用"国家重点研发计划项目的实施,研究设计了满足深海天然气水合物开采特殊工况的φ79 mm固液混输轴流泵,基于传统的升力与流线法两种主流的泵叶设计方法进行了多参数叶轮设计。选用Particle多相流模型进行水合物固液两相流数值模拟,对比分析了两种造型方法下的叶轮特性。通过研究不同半径处叶片表面静压以及叶片表面固相体积分布,预估了两种轴流泵在变流量下的性能。选择基于流线法设计的轴流泵为优选方案,进一步研究其在变颗粒直径和变体积分数工况下的固液两相流的流动特征。研究结果表明:基于流线法设计的轴流泵叶片扬程与效率更适合实际开采工况需求;随着颗粒直径和体积分数的逐渐增大,基于流线法设计的轴流泵叶片表面固相体积分数明显提升,导致扬程下降。研究结果对于固液混输轴流泵进一步的优化设计及现场应用具有一定的参考作用。     

采出液温度对油水旋流分离器内流场及分离性能的影响

为探究油田采出液温度对油水分离旋流分离器(简称旋流器)性能的影响,采用数值模拟与试验验证相结合的方法,研究不同温度下旋流器分离流场内的流动参数、油相分布、油水分离效率的变化规律。结果表明：随着采出液温度升高,分离流场中油水混合物的切向速度、压力、湍动能以及油滴粒子的径向沉降速度均增大,旋流器的分离性能提高;随着采出液温度升高,旋流器轴心处油水混合物中油相体积分数提高13.97百分点,油相体积分布非均匀度降至80%以下,油芯平均直径减小0.16 mm,轴心处的油相富集程度提高,分布均匀;当采出液温度高于70 ℃时,旋流器分离效率达99%以上。     

弯管中液固两相流固粒对壁面磨损的数值模拟

对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%-8%)中运行的壁面磨损过程进行了数值模拟研究。对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较,模拟研究结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用。     

煤层气井排煤粉环空射流泵的数值模拟

基于液固两相流的基本理论和κ-ε两方程湍流模型,利用Fluent软件对煤层气井新型排煤粉环空射流泵的湍射流场进行数值模拟。模拟结果表明,煤粉运动轨迹表明环空射流泵有利于煤粉颗粒的吸入和排出;环空射流泵在吸入液(地层液)流量小于15 m3/d时,通过补充动力液产生负压,使地层液和煤粉颗粒吸入泵内进而排出地面;当吸入液含煤粉体积分数相同时,粒径越大的煤粉颗粒在喉管内的分布越靠近中心线。通过对多相流条件下喉管出口断面流速分布的分析,得出了喉管最优长径比为4。该项研究结果为环空射流泵的优化设计提供了依据。     

煤层气井排煤粉环空射流泵的数值模拟

基于液固两相流的基本理论和κ-ε两方程湍流模型,利用Fluent软件对煤层气井新型排煤粉环空射流泵的湍射流场进行数值模拟。模拟结果表明,煤粉运动轨迹表明环空射流泵有利于煤粉颗粒的吸入和排出;环空射流泵在吸入液(地层液)流量小于15 m3/d时,通过补充动力液产生负压,使地层液和煤粉颗粒吸入泵内进而排出地面;当吸入液含煤粉体积分数相同时,粒径越大的煤粉颗粒在喉管内的分布越靠近中心线。通过对多相流条件下喉管出口断面流速分布的分析,得出了喉管最优长径比为4。该项研究结果为环空射流泵的优化设计提供了依据。     

颗粒尺寸对聚合釜内固-液两相流的影响

利用计算流体动力学方法对组合式搅拌器作用下聚合釜内固-液两相流的流场进行数值模拟。分析了不同固相颗粒粒径对液相速度分布、固相颗粒体积分数分布及搅拌功率的影响。数值模拟结果表明,颗粒粒径的变化对液相速度的影响较小,对釜内固相颗粒分布影响较大;颗粒粒径越大,聚合釜釜底固相颗粒沉积越明显,但颗粒体积分数增大会导致聚合釜釜内固相颗粒的分散更为均匀,颗粒粒径的改变对搅拌功率的影响不显著。研究结果可为聚合釜内固-液两相流的工程应用提供理论依据。     

天然气水合物试采多相输送的弯管段防护研究

天然气水合物浆液中混杂的泥砂颗粒在低流速管段容易产生堆积阻塞,在高流速管段经常发生冲蚀磨损,目前国内外针对以液体为连续相流动的气液固多相流冲蚀研究较少。为此,以欧拉(Euler)气泡流模型与离散相模型(DPM)耦合的多相流数学模型为理论基础,对多相流中气液相间分布及管壁冲蚀磨损进行了数值模拟,开展了冲蚀磨损试验并提出耐磨防护方案。研究结果表明：可以从减弱弯管段湍流剪切作用、颗粒对弯管内壁的直接碰撞及减少动能传递进行防护设计;15°楔形垫层对应的最大冲蚀速率减幅74.55%,在1.0～2.2 m/s的流速范围内防护效果更明显;陶瓷涂垫层防护对冲蚀-腐蚀交互作用有明显的抑制效果。研究结论可为管道输送工程防护措施的制定提供技术参考。     

滴流床反应器数值模拟的研究进展

系统介绍了滴流床反应器数值模拟的多相流、多孔介质、动量传递、热量传递、质量传递等数值模型及各模型的特点和应用范围,综述了国内外使用数值模拟方法研究滴流床反应器性能、气液分布器、化学反应的最新进展。指出对滴流床反应器基本物理模型,如多相流模型、多孔介质模型和动量传递模型的研究较为完善,而传热传质模型和化学反应的数值模拟等研究领域相对薄弱。提出了研究滴流床反应器数值模拟过程中存在的问题以及未来的研究趋势。     

固液圆盘泵固相体积分数分布数值模拟

为研究固液圆盘泵内固相体积分数的分布规律,应用Fluent对模型泵内部的固液两相湍流进行数值模拟。比较了不同颗粒体积分数及不同颗粒直径对固相体积分数分布规律以及泵的扬程和效率的影响。结果表明,叶片工作面附近的颗粒体积分数大于吸力面的体积分数,叶轮入口的颗粒体积分数大于出口处的体积分数,在叶轮出口处,颗粒更易于集中在叶片工作面附近,在有叶片区域内,颗粒体积分数最高处在叶轮出口叶片工作面靠近无叶区附近。压水室流道内,颗粒主要集中于与叶轮无叶区相对应的流道区域内,且越靠近压水室流道壁颗粒体积分数越高。     

高含水采出液T形管分离器的流场数值模拟

传统的油田集输工艺损耗能量大,运行成本高。鉴于此,基于Fluent数值模拟软件,采用RNG k-ε湍流模型和欧拉多相流模型对T形管分离器的流场特性以及油水分离过程展开研究。研究结果表明:油水两相速度分布规律基本相同,在主管中沿流动方向速度逐渐降低,分支管中速度最大,水相在主管顶部区域速度较小,在汇管中上述分布趋势更加明显;湍流在分支管和主管连接处、分支管和汇管连接处以及汇管上游较为剧烈,油水发生强烈掺混;入口流速对油水分离过程的影响较大,流速越大,流体的停留时间越短,分流扰动后恢复为分层流更加困难;流速越大,油水剪切作用增强,油滴更均匀分散在水中,混合层携带更多的油相,故操作中需要确定最佳流速;随着含油体积分数增大,混合层厚度增加,最终分离效率呈现先缓慢增加,后逐渐下降的趋势;分流比较低时,汇管主要流出底层水,分离效率较低;随着分流比增大,汇管的流量增大,油水间扰动增强,流体流经汇管携带了部分混合层流体,分离效果明显提升;但分流比继续增大,混合层全部流入汇管后,油层开始流入汇管,此时分离效率随着分流比的增大呈线性降低。基于研究结果,最优操作参数为:入口流速0.10~0.30 m/s,入口含油体积分数5%~9%,分流比0.5~0.7。研究结果为油水分离提供了新思路,可为探究高效分离效果的设备结构设计和优化提供参考。     

光学法测量井下多相流中气相流量的方法研究

在传统的三相流测井中,流量测量是油气水三相的总体响应,无法直接获得分相流量,给测井资料的解释带来很大困难。采用光学多普勒-反射波法,利用光学多普勒效应测量流体中气相的流速,利用反射光波强度测量持气率;通过非集流的方式,在基本不改变流体流动状态的情况下,实现井下多相流中气相流量测量。测量数据反映了被测流动截面上不同介质的光学特性,由计算机根据特定算法将其转化为图像像素,进而重建和显示气相截面图像。该测量方法可实现同一界面上多点测量和多界面测量,可以获得多相流体流动截面的相态分布和速度分布的清晰图像,实现真正的流动成像测量。     

含不同构件的重力式分离器内流场数值模拟

应用Fluent软件的标准κ-ε模型和多相混合模型,对重力式分离器的油水分离内流场进行了三维数值模拟,得到含有2种不同入口构件、4种不同整流构件和6种不同聚结构件的分离器内部速度矢量和流场,分析并比较了不同构件的分离特性。模拟结果表明,该方法可较好地模拟油水两相在分离器内部的流场和浓度分布;耙形入口构件、圆筒整流构件、田字板整流构件、蛇形板相向聚结构件以及斜板交错搭接聚结构件具有较好的油水分离特性。     

井下两级旋流分离技术流场模拟研究

随着油田开采程度的持续深入,降低生产成本和提高采出效率正逐渐成为各油田提高竞争力的重要手段。井下两级旋流分离技术可进一步提高分离效率,降低回注水的含油量,提升回注水品质,大幅度降低地面采出液及采出液含水率,是油田降低开采成本的重要举措及技术支持。通过井下两级旋流分离技术流场模拟研究,重点分析新型螺旋流道旋流器(一级旋流器)内部的流场特点,研究其速度矢量及速度分量的变化规律,压力损失特点和油相分布规律。新型结构的螺旋流道使流经其内部的流体从单一的轴向运动转变为旋转运动,流体运动空间的改变使其切向速度增加明显,有利于进行离心分离。流体在运动过程中的压力损失转变为流体的速度增量,与流体经过螺旋流道后速度矢量的变化相对应,但因循环流的存在,扰乱了溢流管下部油核及相邻位置流体的正常运动,使油核发散、流场紊乱,令新型结构的旋流器效率有所降低。经过流场分析,进一步认识井下两级旋流分离器的流场分布规律,有利于旋流器的结构改进及现场应用。     

四斜叶穿流式搅拌器固液悬浮特性数值模拟

利用CFD FLUENT6．3软件,在直径为0．1m搅拌槽内对四斜叶穿流式搅拌器的固液悬浮特性进行研究。选用固相体积分数为15％、粒径250μm的玻璃球一水作为固液两相体系,计算域用四面体网格离散,采用标准k-ε及滑移网格法模拟液相流动,利用欧拉多相流模型模拟悬浮过程,分析了开孔孔径和开孔率对速度场、湍动能及搅拌功耗的影响。结果表明,在适宜的开孔孔径和开孔率范围内,穿流式搅拌器能够提高流体的湍动能及其耗散率,从而降低固液体系的临界悬浮转速。由于减少了桨叶在旋转方向上的投影面积,因此还可降低搅拌功耗。以开孔率12．4％、开孔直径d=1．3mm较为适宜。     

聚合物驱相对渗透率曲线实验研究

相对渗透率曲线反映油藏岩石中多相流体的渗流和分布规律。在聚合物溶液流经多孔介质的地下流变性实验研究基础上,获得了聚合物溶液有效粘度与分流量和相饱和度之间的关系式。解决了聚合物吸附/滞留及非牛顿流效应对相对渗透率曲线的影响,从而建立并改进了稳定流法测定聚合物驱相对渗透率曲线的实验技术和方法。利用稳定流法实验技术,成功地测得了70℃高温油藏条件下的油/聚合物溶液体系的相对渗透率曲线和注聚合物段塞后的油/水体系的相对渗透率曲线,并确定了适当的相对渗透率曲线方程。讨论了聚合物驱相对渗透率曲线的特征,分析了水相中自由聚合物分子和岩石中吸附滞留的聚合物分子对相对渗透率曲线的影响,真实地反映了聚合物驱过程中的多相渗流规律,揭示了聚合物驱油机理。为聚合物驱的数值模拟、动态预测和效果评价提供了重要参数和基础依据。     

流动体系CO2水合物浆液表观黏度影响因素分析

黏度是表征流体流动特性的重要参数,探究含水率、气液比等因素对水合物浆液表观黏度的影响规律,明确各因素的影响程度大小,对水合物风险控制策略的实施具有重要意义。以CO2、蒸馏水、工业白油、Tween-80为实验介质,依托高压循环水合物环道,基于正交试验设计的方法,选用L9(34)正交表设计并开展了一系列含油体系CO2水合物生成及浆液流动实验,并以水合物颗粒体积分数及剪切力为CO2水合物浆液表观黏度的评价指标,分析了油相类型、含水率、气液比、乳化剂浓度对水合物浆液表观黏度的影响,并对4种影响因素的敏感性大小进行了主次排序,实验结果表明乳化剂加剂量为影响水合物浆液黏度的主要因素。此外,进一步分析了各因素对多相流动摩阻的影响。本研究结论可在一定程度上为多相混输管线的安全运行提供参考。     

FCC汽油加氢脱硫四集总反应动力学数值模拟

采用欧拉多相流模型、四集总反应动力学模型、多孔介质传热模型和层流有限速率模型,对FCC汽油加氢脱硫反应器内的多相流动、反应和传热进行了数值模拟计算,考察了多孔介质床层的速度场、温度场、脱硫率和影响脱硫率的各操作参数。结果表明,多相流和传热模型的选取、集总参数的求解和等价反应模型的设置能够较准确地描述三相流动状态及温度分布状态,四集总反应动力学模型结合层流有限速率模型能较准确地模拟计算脱硫率高达94%(质量分数)的深度脱硫过程。在该模型良好的适应性和外推性的基础上,计算了体积空速、反应压力和氢/油体积比3个操作参数对FCC汽油加氢脱硫率的影响。     

油水分离用水力旋流器理论模型及数值模拟

深入研究了液 -液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法 ,并采用计算流体力学的原理和方法 ,建立了研究液 -液水力旋流器的物理模型、修正的三维k -ε模型 (即RNGk -ε模型 )和分散油相的代数滑移混合模型ASM。以SIMPLER算法为基础 ,研究了数值计算方法并做了实例计算。通过数值计算得到了液 -液水力旋流器内流体流动的速度矢量图、流线图和油相及水相等浓度分布图。计算结果与理论分析一致 ,证明了模型和算法的正确性 ,为进一步研究旋流器的结构优化、粒子跟踪和旋流器特性参数对分离效率的影响及旋流器性能预测等打下了良好基础