井筒重力热管室内实验与矿场试验研究

利用重力热管的高效传热特性,将其应用在井筒流体加热过程中,分析了重力热管加热效果的外部影响因素.结果表明,重力热管在不消耗额外能量的条件下,利用深部流体能量提高井筒上部流体的温度,能起到均衡井筒温度场的作用,进而改善井筒温度分布剖面.室内实验表明:工质类型、工质充液率、真空度对重力热管的传热效果有很大影响.矿场试验表明:在适当的条件下,能够将原油温度加热到原油凝点以上,降低原油粘度,改善原油流动性,井底抽油杆载荷,满足生产实际的要求;重力热管加热过程受井底温度、热管下入深度、油井产液量以及原油物性等因素的影响,随着井底温度、热管下入深度、油井产液量的增加,重力热管的传热效果变好.     

分离式热管的传热极限

应用热管理论和自然循环流体动力学理论,对分离式热管内的传热极限作了分析,指出了分离式热管的传热极限与传热过程中的热流密度和热管内的充液量有关,在高热流密度传热和充液量偏多或偏少的情况下,会存在以下几种传热极限：１．蒸发段的干涸传热极限;２．蒸发段的沸腾传热极限;３．冷凝段的凝结传热极限;４．循环回路的流动传热极限。     

稠油热采井井筒内蒸汽参数计算

注蒸汽热采是目前开采稠油的主要方法。注汽过程中,蒸汽沿井筒方向的压力、温度、干度以及热损失之间相互影响,通过给出的井筒综合传热数学模型,能够较准确的模拟井筒内蒸汽参数的变化。模型中考虑了蒸汽物性参数随压力和温度的变化,其中,井筒汽液两相垂直管流压力降计算采用经典的Beggs-Brill方法;计算井筒总传热系数时考虑了接箍热损失的影响,并对井筒总传热系数进行了修正。通过油田实例的计算对比,验证了模型的可靠性。     

重力热管在固定床鼓泡反应器中传热性能的实验研究

通过实验,研究了重力热管在固定床鼓泡反应器中的传热性能。分析了热水流量、气体流量、冷却水流量对床层温度分布和热管传热功率的影响．     

低温重力热管传热性能的理论与实验研究

为给重力热管在低温区的应用提供理论依据,以液氮作为工质对其稳态传热特性进行了实验研究.分别对冷凝段、蒸发段液膜和液池进行分析,建立了综合的数学模型.根据质量和能量守恒方程迭代计算得到了液池高度和液膜沿管长的分布.在液池模型中,通过假设空泡系数的分布,基于其他实验研究的结论提出了自然对流与核态沸腾换热面积公式.当工质液体体积与重力热管总体积的比值为13.5%和15.2%时,计算值与实验值吻合较好.理论和实验研究结果均表明,在蒸发段内液膜和液池的位置对蒸发段壁温的分布有较大的影响.     

重力型热管散热器传热特性的实验研究

孙志坚，王立新，王岩，吴存真，岑可法选择水作为工质，通过确定蒸发段和冷凝段的结构尺寸，设计研制了电子器件重力型热管散热器，建立了其传热性能测试实验平台，测试了在不同散热功率、进口风温和进口风速下热源表面的温度，比较并分析了测试结果.研究表明,重力型热管散热器具有良好的散热性能，可满足较高热流密度电子器件的冷却要求.性能测试台是改进散热器设计的重要手段，测试系统风速、风温及散热功率稳定，能达到设计时所要求的精度，为进一步研究重力型热管散热器的传热性能提供了实验基础.     

考虑热损失非牛顿稠油热采不稳定试井分析

针对蒸汽未波及区的油层没有得到有效改善这一问题,通过采用内区考虑热损失,外区考虑为非牛顿幂律流体复合模型分析,求得了无限地层情况下的拉氏空间解.通过数值反演方法作出了相应的样版曲线,并且对样版曲线作了相应的敏感性分析.新的样版曲线在非牛顿流的影响下有别于常规复合油藏,外区径向流段不再呈现一般的水平直线段,在交界处由于冷凝系数的影响,压力导数出现明显的下掉现象,冷凝系数越大,下掉越严重.为稠油开发油藏压力动态分析提供了一种新的模型.     

考虑热损失稠油热采双孔介质不稳定试井分析

注蒸汽吞吐热采技术已经成为开发稠油油藏最为有效的方法,但是蒸汽波及范围外的油层没有得到有效的改善,因而油藏流体物性可以分为两个区.针对双孔介质中的稠油油藏蒸汽吞吐热采井蒸汽波及区和未波及区流体的流动性质的差别,提出了试井问题所必须采用的径向流体复合模型,模型中考虑了蒸汽在上下盖层的热损失问题.建立了内区考虑热损失的径向流体复合模型,求得了无限大地层情况下的拉氏空间解,并通过数值反演方法作出了相应的样板曲线,并且对样板曲线作了相应的敏感性分析,为稠油开发油藏压力动态分析提供了一种新的模型.     

碳纳米流体特性及其在重力热管内的传热

采用阿拉伯胶辅助分散法制备了一种新型的纳米流体--碳纳米管 水纳米流体,并以其为工质在以铜为管壳的一种新型重力热管内进行了传热实验研究.制备和实验结果表明,碳纳米管 水纳米流体的导热系数比基液水约增加了30％～50％,导热能力明显增强;这种纳米流体黏度低,流动性好,制备过程简单,可用于大规模生产;纳米流体重力热管加热段沸腾换热弱化了纳米流体的稳定性对热管传热性能的影响,实现了纳米流体与重力热管的优势互补;以该纳米流体为工质的重力热管的内热阻比水小,并且随着传输功率的提高,热管总热阻逐渐减小,传热性能逐渐提高.     

考虑热损失的稠油热采干扰试井模型

蒸汽驱是稠油油藏的主要开采方法.在考虑热损失的基础上提出了两区复合油藏干扰试井模型,并求出该问题的Laplace空间解,利用数值反演,得到了试井分析的样板曲线,同时对样板曲线进行了敏感性分析.这对稠油油藏的开发提供了可靠的依据.     

抽气装置减小散热损失的方法

抽气装置贮气筒内气体与贮气筒内壁之间存在强烈的对流换热现象,通过减小贮气筒内表面积的方法可以减小贮气筒内气体的热损失,提高抽气效能.为此建立了在贮气筒容积和安装抽气装置处身管外径一定的情况下,贮气筒内表面积最小的数学模型,并给出该模型的求解方法.     

STF动态插入件对管内紊流强化换热的研究

利用STF元件(后掠梯形一旗形插入件)的自激振荡组件系统特性和有限翼展机翼特性进行了管内紊流强化换热的研究。实验表明:STF元件具有比RF元件(矩形旗形插入件)更显著的强化换热净效益,BSTF元件(双边后掠梯形一旗形插入件)的阻力损失与RF元件相差不大,换热系数增加却比RF元件高出近一倍。实验和分析都表明,后掠角β对换热系数和阻力损失的增加产生较大影响。在后掠角β=75.9°～77.3。范围内,STF元件可获得最大强化换热净效益。     

湍流自由旋流在光滑管入口段的强化传热

研究由一种新的旋流发生装置所形成的自由旋流在光滑管入口段的传热情况。从理论上求解了旋流数的衰减规律。自由旋流对传热有明显的强化作用,这种作用与旋流数有关。在适当的雷诺数范围内,这种新的旋流发生装置具有实用价值。     

高温热管翅强化管内换热的数值模拟

将高温热管翅作为翅片强化换热的设备,可以大大地提高换热器的传热能力。为预测高温热管翅强化传热性能,推动高温热管翅的开发与应用,将12根高温热管翅的冷凝段排成2排置于管道内组成换热设备。运用FLUENT软件,选用TGrid网格技术方法、k-ε湍流模型、SIMPLE压力-速度耦合方法对该换热设备进行数值模拟计算。数值模拟结果直观地表征了高温热管翅强化管内换热的温度场、速度场以及对流换热系数场;表明管道换热设备内因为有了高温热管翅,流动速度加大,表面换热能力加强。第1排热管翅的换热系数高于第2排热管翅的换热系数。随流量的增加,对流换热系数增大。数值计算结果与实验结果进行比较,表明理论值与实验值的基本趋势相吻合。     

稠油、高凝油侧钻水平井完井方法优选研究

针对稠油,高凝油地层,开展了侧钻水平完井方法优选研究,获得了水平井的防砂判据和生产过程中井眼稳定性判据,推出了砂岩油藏侧钻水平井完井方式选择的流程图,从室内实验入手测定了各种目数地层砂充填层的渗透率,导出了１６种侧钻水平井完井方式的产能预测数学模型。研究 水平井产量动态分析及经济效益评价模型,完成了稠油,高凝油侧钻水平井完井方法优选软件,实现了软件商品化。     

管壳式换热器中旋流片强化管外传热的数值模拟

提出并分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管壳式换热器管隙间支撑物的传热强化机理.在实验基础上,采用周期性单元流道模型数值模拟了旋流片产生的衰减性自旋流的流动和传热特性,并采用分段综合因子分析了传热强化的机理.结果显示,旋流片能起到扰流作用,并使流体强烈地冲刷传热管壁面强化传热.有旋流片段的综合因子最小,尾流段的综合因子接近于1,在自旋流段的综合因子最佳,应当充分利用自旋流段低阻高效的特点对换热器进行优化.     

超稠油改质降黏机理研究

研究了河南超稠油水热供氢催化裂解降黏,以及胜利超稠油水热催化裂解降黏反应机理,结果表明:高温水物化性质的改变有利于稠油水热催化裂解的进行;催化剂不仅使C-S键断裂,而且使C-O键、C-N键也发生了断裂,进一步促进了高温水参与催化裂解反应;在供氢剂与催化剂的协同作用下,供氢剂提供的氢自由基与裂解的基团作用,使聚合反应减弱,生成大分子化合物的量减少,而小分子饱和烃和芳香烃的量则增加,稠油分子的聚集状态发生一定程度的改变;沥青质、胶质中的杂原子含量(如S、O、N)减少,分子之间的相互作用力减弱,氢碳原子比(N_H/N_C)提高,稠油的黏度进一步降低,品质得到一定程度的改善.