大管径不同井斜油水两相流流型数值模拟

通过ICEM CFD建立倾角θ为±20°、±15°、±10°、±5°和0°(完全水平),内径为0.124m,长度为20m的井筒,利用FLUENT中的VOF多相流模型对大管径不同斜度井中的油水两相流进行数值模拟,得出不同油水混合速度、不同含水率和不同倾角时的流动变化规律;结合Trallero J L的流型分类方法,根据模拟得到的油水两相分布图划分了6种流型,并制作了以混合速度、倾角为坐标的流型图。倾角θ=0°(井筒水平)时,流型以分层流为主,随着混合速度的增加,其逐渐变为界面混杂的分层流;若含水率逐渐增大,流型将转变为油-油包水、油包水或水包油-水、水包油;倾角θ0°(井筒上倾)时,流型随流速的增大提前发生转变,并且水相出现回流,局部持水率变大;倾角θ0°(井筒下倾)时,水相在底部加速流动,局部持水率变小。计算结果与相关实验结果比较吻合。     

水平及倾斜圆管中油水两相分层流界面波对摩擦压降的影响

油水两相流在重力和界面张力共同作用下发生分层,由于剪切应力的作用,在管道流动中产生摩擦压降,油水两相分层流在流动参数改变时产生界面波,其对摩擦压降产生影响。实验研究水平和倾斜管道油水两相波状分层流界面波特性及其对摩擦压降的影响,并改进一维双流体模型预测摩擦压降。研究结果表明,管道倾角增加时,油水两相分层流界面波振幅增大,其对摩擦压降的影响也随之增强,改进的考虑界面波振幅的模型在不同管道倾角中的摩擦压降预测结果与实验数据吻合好。     

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。     

成品油管道内积水分布规律试验研究

我国成品油管道采用水联运方式投产,导致其运行期间存在管内积水问题。为了研究管内积水的分布及运移规律,自行设计并搭建了成品油携积水试验环道装置,开展了多流速、多注水量、多管道倾角工况的成品油携积水试验,在此基础上对试验现象及数据进行分析。研究表明:积水仅在倾斜管内存在临界爬坡流速,其流速值随着积水量和管道倾角的增大而增加;水平管条件下,油水两相流型为分层流,随着管道倾角的增大,依次出现波浪流、泡状流;水平管条件下,随着油相表观流速增大,积水清除时间减小;临界爬坡流速条件下,初始注水量0.15 L、管道倾角20°工况积水量不见明显减少,流型维持为泡状流,其余工况倾斜管内积水量逐渐减少,流型由波浪流(泡状流)逐渐转变为分层流;积水运移阶段,其运移速度随油相表观流速的增大而增大,清除时间随油相表观流速的增大而减少。     

水平井筒射孔完井变质量流动压降规律

影响水平井产能和向井入流剖面的因素很多,水平井筒沿程压降是其中一个重要因素。结合水平井筒生产实际,在大庆多相流试验环道基础上,设计了壁面注入系统和变质量流动试验段,针对射孔水平井筒变质量流动规律进行了单相和两相变质量流动试验研究。结果表明,单相水平井筒沿程压降随注入比变化,并且存在临界注入比,当注入比超过临界注入比时,压降随着注入比增加显著。进一步的数值模拟研究揭示了其中的原因:当超过临界注入比后,射孔孔眼下游出现流动分离,混合压降开始起作用,从而引起压降的显著增加。油水两相变质量流动除了受注入比影响外,还受到含水率变化的影响,在高流量条件下,40%含水率时压降最高,流型为分散流型;低流量下,压降随含水率变化不大,流型为分层流型。该研究结果对完井设计有一定指导意义。     

油水两相流管路流动的模拟研究

油水两相流是输油管路内常见的一种流态,利用FLUENT软件对油水两相流在突扩和突缩管内的流动进行模拟发现,管路内压力、速度有明显变化,含油量不同其变化程度也不一样。突扩管内含油量增大会延迟流速到达最大的时间,增大流速核心区减小的速度,突缩管内高含油量时双肩处压力无突然增大现象,压力减小区有一定的提前。通过模拟分析突变管内油水两相流动规律,为实际油品输送提供一定的参考依据。     

油田特高含水油水混合物低温流动特性的室内研究

采用室内环道实验的方法研究了水平管中特高含水油水混合物在原油凝点及其以下温度的流型、压降梯度、混合黏度和温度、含油率、流速等参数的关系。研究结果表明:凝点以下油水混合物的流型均为水漂油块流型,凝点时会出现水包油包油团流型,在温度较低时会出现明显的管壁黏油现象;油水混合物的压降梯度随温度的升高略有减小,幅度很小,随含油率的升高逐渐增大,幅度较小;油水混合物的混合黏度随流速的增大逐渐减小,表现出明显的剪切稀释性,随含油率的升高逐渐增大。油水混合物的压降梯度和混合黏度均随聚合物浓度的升高大致呈先减小后增大的规律。     

垂直同心环空管内上升油水流动实验

以水和机械油为工质对垂直同心环空管内上升油水两相流动进行了研究，根据实验得到了油水两相流动的流型分布。在实验的基础上，通过一定的理论分析得到了各种流型的转换准则，对油水流动的持油率，压降的预测及相转变点的压降特性也进行了一定的研究，这些研究结果对环形管道油井的参数预测（如含水率，压降等）有一定的参考价值。     

油水两相水平管流流动特性分类系数研究

基于新的油水两相水平管流流型分类法,提出牛顿流体流动的流型分类系数Zn和牛顿-非牛顿流体流型分类系数Zc.Zn可用来粗略判断表现出牛顿流体性质的油水两相流的流型;Zc则可用来判断油水两相流能否出现非牛顿流体性质的流型.Zn与Zc虽然是在特定条件下只考虑流体流动主要影响因素得出的数值,但能够在一定程度上反应出油水两相水平管流的流型.     

水平管内油气水三相流摩擦阻力的计算

在实验研究的基础上，通过流动机理的分析，建立了水平管内油气水三相分层流、间歇流和环状流摩擦压降的Lockhart—Martinelli经验关系式．分析了油水混合物含水率对水平管内油气水三相摩擦压降的影响，计算结果与实验结果符合良好。     

水平井筒气水流动规律及影响因素

由于流动方向变化及壁面流体的不断径向入流，水平井筒的气水流动规律与常规直井存在较大差异。在总结前人研究结果的基础上，优选水平井筒气液两相预测模型，并在验证模型可靠的情况下，考虑管壁入流和气液流型变化，改变气量、水量、管径、倾角、轨迹波动、气水入流位置等多个影响因素，对水平段流型、压力分布规律及影响因素进行综合预测分析，为水平气井的生产管理及后期措施优化提供依据。研究结果表明，一般生产条件下水平井筒存在分层流、间歇流和环雾流3种流型，管径和倾角对水平井筒的气、水流型影响最为明显，管壁入流对入流就地井筒流态的影响较小。水平井筒压力损失与气量、水量、轨迹上倾角及轨迹波动起伏程度呈正相关性，而与管径和下倾角呈负相关性。预测范围内，气量、轨迹上倾和管径对水平井筒压力损失的影响最为明显，是水平井筒压降的关键影响因素。随着轨迹上倾角增加，水平井筒压降随气量的变化规律发生明显反转，低气量条件下水平井筒压降随气量的减小而增加，高气量下压降随气量增加而增加。     

高气液流速下垂直管两相流实验及数值模拟研究

为了弥补高气液流速下垂直管气液两相流流动实验和理论研究的空白,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了垂直向上的高气液量下两相流实验研究。采用内径为60 mm、长9.4 m的透明有机玻璃管,利用高速摄像仪记录实验过程中的流型;在实验的基础上,利用Fluent软件对垂直上升管内气液两相流动过程进行了数值模拟。实验结果表明:在高气液量下,垂直向上管中出现的流型主要为搅混流、环状流和细束环状流,泡状流和弹状流所占的比例很小;压降波动曲线变化与流型转变间存在相关的联系。     

水平圆管油水两相变质量分层流压降计算

以往对水平圆管中复杂流体介质的流动规律研究的对象均是对水平圆管单相和气液两相变质量流动,关于存在壁面入流条件的水平圆管油水两相变质量流动的研究较少。为此对水平圆管油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,分别对油水两相应用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平圆管油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型。通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平圆管的压降规律,并分析了壁面入流、圆管直径、油相黏度和含水率等主要参数对其中压降规律的影响。计算结果表明,当油相黏度较大时,随含水率的增加,沿水平圆管压降降低;而油相黏度较小时,随含水率的增加,沿水平圆管压降升高。     

油水两相螺旋流状态下射频法测量原油含水率的方法

目前,国内大多数油田进入采油后期,原油含水率显著提高,对含水率的测量提出了新的挑战。针对原油含水率的实时测量问题,提出了一种油水两相螺旋流状态下射频法测量含水率的新方法。首先将油水两相来流通过旋流器调整成螺旋流状态,然后测量螺旋流状态下管内同心布置的天线发射的射频信号,最后通过建立含水率与射频信号之间的关系模型及两相流速度滑移模型对测量结果进行修正,得到含水率的测量结果。该方法能够消除油水两相流型分布不均匀对测量结果的影响,扩宽了含水率的测量范围。通过室内实验的方法对测量模型进行了静态标定、动态验证和优化调整。实验结果表明,在入口油水两相混合流速为0.60~1.20 m/s,体积含水率高于43.81%时,利用该方法测量含水率误差在6.29%以内。     

油水两相管流宏微观流动特性进展研究

为揭示油水流动微观特性及宏微观之间的内在关联提供前期认知基础,对国内外关于油水两相宏微观流动特性的研究进展进行简述,涵盖测量方法、流型与压降、微观流场、掺混特性和分散特性五个方面。研究发现:油水两相流型受管壁属性(管径、粗糙度和润湿性等因素)、油品物性和流动边界条件的影响难以形成统一的划分准则,不同实验体系均存在特征流型,为普适性流型判别方法提出了挑战;光学方法的应用能够实现分层流动局部流速及速度波动的直接或间接测量;掺混特性研究集中于混合流速和含水率对掺混形成后界面形态、液滴分布及液滴速度的实验测量,掺混机理及模型有待深入研究;分散特性的研究聚焦分散相含量、黏度和表面活性剂等因素的影响,同时可引入液滴群平衡理论对其液滴分布进行预测,对分散体系乳状液黏度和反相点的实验和模型研究较为广泛。     

分流比对脱水型旋流器性能影响的实验研究

分流比对脱水型油水分离旋流器的性能具有显著影响。采用D20旋流器对水体积分数为5%的油水混合液进行了分流比对旋流器性能影响的实验研究,对比分析了不同入口流量下分流比对旋流器的分离效率、压降比以及压降的影响及其变化规律。结果表明,旋流器的简化效率和综合效率随分流比变化的曲线在增长的过程中存在一个拐点,该点处的分流比F=5.5%,最佳分流比选择5.5%~6.0%比较合适。在本次实验范围内,压降比随分流比的增大线性减小。溢流压降随分流比的增大而减小,溢流阻力系数则基本不变;底流压降在分流比增大的过程中基本保持不变,底流阻力系数减小。     

扭曲片管对常压加热炉管内压降的影响

利用计算流体力学软件Fluent,选择可实现k-ε湍流模型和多相流Mixture模型对常压加热炉辐射段的最后两根炉管和加装扭曲片管的炉管进行气液两相流的三维数值模拟计算,比较和研究了加装扭曲片管后炉管的速度场和压力场的变化,分析了扭曲片管构件对常压加热炉管内压降的影响。模拟研究结果表明,在常压加热炉中加装扭曲片管能起到强化传热的作用;在相同入口温度和恒定壁面温度的条件下,壁面总传热速率提高了13.3%,出口温度升高了0.3 K;在管内气液两相流的情况下,扭曲片管使管内压降增加47.53%,扭曲片管局部会形成较大压降。     

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。     

水平管油气水三相段塞流压降预测模型

油气水三相流动条件下,油水混合物黏度不但受油黏度、水黏度及含水率的影响,还与流动状态密切相关,缺乏可靠的黏度预测方程是导致段塞流压降预测精度不高的重要原因。为此建立了油气两相段塞流压降方程,并与油水混合物黏度预测模型融合,在油气水多相流实验环道上进行了实验验证,为提高油气水三相流压降预测精度提供了新的途径。     

基于Hilbert-Huang变换的油水两相流流型特征提取

油水两相流的流型影响着流动参数的准确测量以及两相流系统的运行特性。油水两相流属于非线性、非平稳信号,针对此特点,采用Hilbert-Huang变换方法对油水两相流电导波动信号进行分析,实现信号的能量特征提取。首先,将油水两相流电导波动信号进行经验模态分解(empiricalmode decomposition,EMD),求出得到的固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)的能量,并对各层能量进行归一化,找出不同频段IMF的能量特征与流型之间存在一定关系。实验证明,Hilbert-Huang变换方法可以很好的表征油水两相流流型特征。