幂律流体偏心环空螺旋流计算机仿真

偏心环空螺旋流是钻井作业常见的一种流动,怎样方便、快速及高精度地计算其流速场与流量是一个重要问题.根据1987年Luo和Peden提出的方法,利用数值计算高级语言MATHCAD结合现代计算机仿真计算技术,对幂律流体在偏心环空的螺旋流动做了研究,得到了这种流动的重要规律.从算例可以发现:在其它参数不变的情况下,钻柱的偏心对幂律流体螺旋流轴向流量的影响非常大.最大偏心时,轴向流量是同心时轴向流量的2.635倍,是最小偏心时轴向流量的1.668倍;钻柱的旋转速度对幂律流体螺旋流轴向流量的影响较小,但随钻柱旋转速度的增加,轴向流量有所增大,钻柱旋转速度最大时轴向流量是钻柱旋转速度最小时轴向流量的1.013倍.     

连续管幂律流体流动及压降影响因素分析

幂律流体是石油工程领域应用非常广泛的非牛顿流体,为了研究其在连续管螺旋管段的复杂流动状况和压降变化,基于Fluent软件模拟了幂律流体在螺旋管内的流动,分析了管径、滚筒直径、入口速度、流体密度、流体稠度系数以及幂律指数对压降的影响,得到了截面上的压力和速度分布,总结出了螺旋管压降随各个参数的变化规律:在直管段截面压力和速度呈同心圆状规则分布,而在螺旋管截面压力和速度则向外凹陷;螺旋管的湍流核心区较直管段减小,说明曲率增大导致黏性力的作用范围变大;油管压降随入口速度、流体密度、稠度系数和幂律指数的增大而增大,其中幂律指数的影响比稠度系数大得多;压降随管径的增大而减小,滚筒对压降的影响可以忽略;当流速很高时,为了减小压力损失,保证平稳流动,应在保证所需井下压力的基础上选择管径稍大的油管。研究结果可为现场确定连续管和流体的相关参数提供理论指导。     

加氢裂化空冷管束流动传热的耦合模拟

为研究加氢裂化空冷管道内流动场和温度场分布规律,在流动传热耦合分析的基础上,结合高雷诺数k-ε湍流模型和热对流传导模型,采用有限元方法数值模拟空冷管道内湍流流动与对流传热过程。研究结果表明:管道壁面处存在速度边界层和温度边界层,有着较大的速度梯度和温度梯度;衬管后存在回流区域,最大回流长度为4.8 mm;流体温度随管道长度呈近线性递减趋势,在同一截面处流体温差较小;流体出口温度随管径减小而减小,随流速的增大而增大。     

工业用弱碱三元化学剂及复合体系流变特性

针对矿场实际需求,利用室内仪器检测方法,对室内配制的弱碱三元化学剂和复合体系的流变特性及其影响因素进行研究。结果表明:超高分子量抗盐聚合物溶液的流变特征属幂律流体,表黏度随温度的升高而降低;表面活性剂属假塑性流体,在中等剪切率范围,曲线符合幂律流体流变方程;Na2CO3溶液属牛顿流体,黏度随浓度的增大而增加,且随温度的上升而下降;弱碱三元复合体系符合假塑性流体的幂律特征,黏度随剪切速率的增大及温度的升高而降低。     

偏心环空螺旋流的PIV测试研究

首次将PIV技术应用于测试偏心环空幂律流体紊流螺旋流速度场,设计了一套可调偏心度的垂直环空管道实验装置。实验为不同浓度的聚丙烯酰胺水溶液在偏心度分别为40%和80%的垂直环空管道内做螺旋流动的PIV实验,得到了轴向速度影响规律:压力梯度一定时,黏滞性的减小或内管转速的增加将使轴向速度增大;流量一定时,黏滞性的减小或内管转速的增加都将使宽间隙处紊流核心区的轴向速度减小;偏心度的增大可以使紊流核心区轴向速度减小;当其它条件相同时,轴向速度随着压力梯度或流量的增加而增大。PIV实验结果与PHOENICS数模结果吻合良好,证明了PIV技术对幂律流体偏心环空螺旋流速度场进行测试是可行的、有效的。     

用PIV技术测量幂律流体同心环空螺旋流的流场

为研究幂律流体同心环空螺旋流的流动特性,建立了流体的同心环空螺旋流动实验模型。利用PIV(粒子图像测速仪)系统拍摄各种情况下环空螺旋流场中粒子的图像,对数据进行分析处理。结果表明:幂律流体在同心环空管道内做螺旋流动时,流量、流体黏滞性的增大或内管旋转角速度的减小都可以使压力梯度增大;其它条件相同时,压力梯度或流量的增大可以使轴向速度增大,促进紊流发生;压力梯度一定时,黏滞性的减小或内管旋转角速度的增大可以使轴向速度增大,促进紊流发生。将所有工况下实测速度与理论计算速度进行对比,最大相对误差为4.8%,理论与PIV测试实验结果吻合得较好。     

水泥浆时变性对注水泥水力参数的影响分析

油气井固井注水泥过程中,水泥浆始终存在水化反应,水泥浆的流变特性也将发生相应的变化。这一时变性能必然影响到浆体流态和其他流动参数。在油气井固井水泥浆的时变性研究的基础上,进一步研究了井底循环温度对水泥浆时变性的影响。并运用非线性最小二乘法,对水泥浆流变参数随时间变化曲线进行了拟合,得出流变参数的计算公式。通过实例,进行了水泥浆流变参数的时变性对注水泥水力参数的影响分析。结果表明,井底循环温度越高,水泥浆的时变性越强;恒定流速施工,时变性对循环摩阻压降影响较大;要保持某一流态顶替,需保证相应的临界流速或排量。     

偏心效应对赫巴流体环空流动特性的影响

根据流体力学理论,以连续性方程和N-S方程为控制方程,利用计算流体力学理论对不同偏心度的赫巴流体环空流动进行系统的数值模拟,得到了偏心度的变化对于流场特性及摩阻压耗特性的影响规律,发现随偏心度不断增大,环空宽间隙处的流速剖面先不断增大,在达到临界最大流速剖面后又逐渐减小,其中先不断增大的规律依据已有研究且得到证实;运用涡黏理论对井壁、钻柱外壁及流体内部的应力-应变关系进行分析,揭示了达到临界流速剖面前、后流场内部不同的力学状态,以及随偏心度增大摩阻减小趋势不同的原因。最后回归出赫巴流体环空流动压耗随偏心度、流速及流体密度变化的理论预测模型。     

气—幂律两相流体流经截面突缩管的数值模拟

为揭示空气-幂律流体流经截面突变时的两相流动规律,尤其是两相参数沿流向及管截面分布及压降的变化规律,根据气液两相流理论,并考虑幂律流体的本构方程,建立了空气-幂律流体两相流动数学模型。在此基础上,采用商业软件Fluent对空气-幂律两相混合物流经截面突缩管道的流动特性进行了数值模拟,获得了两相参数沿轴向及截面方向的分布规律。研究表明:气相、液相速度及压降随着输入含气量的增大而增大;两相参数在截面突变附近有急剧的改变,但其突变位置却有所不同;另外,两相参数的截面分布沿流程也有所不同。这些研究结果对相关系统的设计提供了理论依据。     

幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动.Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差.通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响.结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势.建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力.将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差＜9％.     

考虑变启动压降和高速非达西渗流的产能计算新方法

为了研究启动压力梯度引起的与产量有关的变启动压力降和近井地带高速非达西渗流引起的高速非达西附加压力降对气井产能的影响,基于气体稳定渗流微分方程,对启动压力降和高速非达西附加压降进行修正,推导了既考虑变启动压降又考虑井筒附近高速非达西渗流的产能方程。实际情况表明,常规的产能方程只是该方程的简化,并模拟了启动压力梯度和高速非达西渗流区域的变化对产能的影响。随着启动压力梯度和高速非达西渗流区域的变化 ,地层渗流分为3个阶段:启动压力梯度控制阶段、启动压力梯度和高速非达西渗流共同控制阶段和高速非达西渗流控制阶段。分析了3个阶段的产能方程系数变化和产能变化,得到了气井无阻流量的范围和产能方程系数与产能的变化规律。      

操作参数对重油催化裂解制低碳烯烃的影响分析

在小型固定流化床装置上,以重油催化裂化装置原料油为原料,考察了反应温度、剂油比和质量空速等操作条件对低碳烯烃收率的影响.结果表明:反应温度升高时转化率逐渐升高,汽油、柴油和重油收率逐渐下降,干气和焦炭收率逐渐增加,液化气收率先升高后降低且在590℃时达到最大值;反应温度升高时,乙烯收率增加,但丙烯和丁烯收率先升高后降低...     

甲醇气相脱水制二甲醚宏观动力学研究

在温度240℃～360℃、压力0.1MPa～1.0MPa、液体体积空速0.9h-1～3h-1条件下,在等温积分反应器中使用甲醇脱水MD型催化剂,研究了甲醇脱水生成二甲醚的宏观动力学,并考察了操作条件对甲醇转化率的影响。实验结果表明:随着温度的升高,甲醇转化率先升高后降低;压力的变化对甲醇转化率的影响不大;随着空速的增加,甲醇转化率逐渐降低。建立了以各组分逸度表示的宏观动力学方程,根据实验测定数据,应用参数估值方法,获得动力学方程参数,残差分析及统计检验表明,该动力学模型是适宜的。     

Characteristics of Hydrotreating a Broad Gas Condensate Cut in Different Regimes

TThe effect of the process parameters on the degree of desulfurization of a broad EP–350°C gas condensate cut in the reactor of an industrial hydrotreating plant at Astrakhan' Refinery was investigated. The analytical dependence of the degree of desulfurization on the temperature and feedstock space velocity into the reactor is obtained. It is shown that increasing the temperature affects the degree of desulfurization more than decreasing the feedstock space velocity. Using the equation obtained, it is possible to effectively predict the degree of desulfurization of gas condensate feedstock as a function of the indicated parameters.     

STUDY OF KINETICS OF LIQUID PHASE DIMETHYL ETHER SYNTHESIS FROM SYNTHESIS GAS

The kinetics of liquid phase dimethyl ether synthesis from synthesis gas had been studied when catalyst concentration varied in the range from 10 to 30 grams of dual catalyst in 300 mL of liquid paraffin. DHE productivity and methanol equivalent productivity decreased with increasing catalyst concentration, and as reaction temperature was increased, the two productivities reached their peaks at 280 °C. Unlike above productivities, methanol productivity decreased with both catalyst concentration and reaction temperature. A lump reaction rate expression was developed for the methanol equivalent productivity in terms of CO partial pressure. Both the prequency factors and activation energies are functions of catalyst concentration, increasing with catalyst concentration increasing.     

天然气水合物抑制过程中甲醇用量的影响

采用可视化高压流体测试装置,考察了甲醇含量对陕北某气田天然气水合物生成条件的影响。实验结果表明,气体组成对其水合物的生成条件有较大的影响,大分子气体或液态烃的存在可显著降低水合物的生成压力;甲醇含量对水合物生成的温度降有较大影响,甲醇含量越高,水合物生成温度降越大;水合物生成压力的对数(lgp)与温度(t_e)呈线性关系,不同甲醇含量时水合物生成条件的lgp～t_e曲线相互平行;甲醇质量分数小于30%时,Hammerschmidt方程和Nielsen-Bucklin方程对水合物生成温度降的预测偏差较小,但甲醇质量分数大于30%时,预测偏差较大;采用Nielsen-Bucklin修正式,预测甲醇用量的偏差小于2%。     

Phase behavior and physical properties of CO2-saturated heavy oil and its constitutive fractions: Experimental data and correlations

An extensive set of phase behavior measurements were carried out on mixtures of carbon dioxide with a Canadian heavy oil and with its constitutive fractions. The heavy oil was divided into three fractions by asphaltene precipitation and distillation. The phase behavior data were then measured at 21°C and 140°C, and at several pressures up to 12.41 MPa, and included the mixtures' solubilities, swelling factors, densities, gas/oil ratios and viscosities. The oil samples obtained during the measurements were analyzed using gas chromatographic simulated distillation.The solubility of CO₂ increased with pressure and decreased with increasing temperature. Saturated mixture densities increased with pressure at 21°C; however, they decreased with pressure at 140°C. The extent of density change with pressure were small when compared to the changes due to temperature. A significant amount of oil swelling was also observed. An important effect of CO₂ was the large reduction in the oil viscosities. The extent of this reduction was larger at 21°C than at 140°C and was more pronounced for the more viscous oils. Simulated distillation analysis of the oil samples show the extraction of light ends into the CO₂ phase, but no deposition of heavy ends could be detected.The phase behavior data of the heavy oil and its fractions with CO₂ were correlated by the Peng-Robinson (PR) equation of state (EOS). The phase behavior data were also interpreted using binary and ternary mixtures of CO₂ with n- alkanes having the same molecular weights as the oil fractions. Mixture densities were correlated using the volume translated PR EOS and viscosities were correlated by equations proposed by Lederer.     

催化裂化汽油芳构化影响因素研究

以催化裂化汽油为原料,采用小型固定流化床和中型提升管为芳构化反应装置,考察空速、温度、剂油比、反应时间、汽油馏分切割温度等反应试验条件对催化汽油二次改质产物性能以及汽油组成的影响。结果表明,随着空速的降低和反应温度的升高,汽油烯烃含量降低,芳烃含量增加,汽油辛烷值增加;随着反应时间的延长,烯烃转化率和芳烃增加率提高;催化汽油77.5%的烯烃存在于<110℃的馏分中,这部分烯烃是芳构化改质的主要目标。     

甲醇气相脱水制二甲醚本征动力学研究

在温度240℃～360℃、压力0.1MPa～1.0MPa、液体体积空速0.9h-1～8h-1的条件下,在等温积分反应器中,研究了甲醇在CNM-3催化剂上脱水生成二甲醚的本征动力学,并考察了操作条件对甲醇转化率的影响。实验结果表明,随着温度的升高,甲醇转化率上升,当温度高于320℃时,甲醇转化率开始下降;压力的变化对甲醇转化率的影响不大;随着空速的增加,甲醇转化率逐渐降低。根据实验测定数据,应用参数估值方法,得到了幂函数型本征动力学方程,残差分析及统计检验表明,该动力学模型是适宜的。     

MgO固体碱催化脱酸工艺研究

在固定床评价装置上对MgO进行了环己基甲酸脱酸试验,考察了温度、空速和催化剂颗粒尺寸对MgO催化脱酸反应的影响。结果表明,随着反应温度的升高,MgO的催化脱酸率和非催化脱酸率在较低空速下降低,在较高空速下逐渐增加;MgO的催化脱酸率和非催化脱酸率在335～365 ℃范围内均随空速的增加而降低;在反应过程中降低反应系统的压力有利于MgO的催化脱酸反应。