输油管道水相内部沉积特性研究

输油管线油水两相流输送水相沉积区是腐蚀重灾区,掌握水相沉积规律对管线的腐蚀防护具有重要的指导作用。为研究不同状况下输油管线水相积液对管道腐蚀的影响规律,模拟了不同含水率、倾角、流速等因素下的流型分布状况,探讨了不同流速、倾角、含水量下两相流流型分布规律,明确了流速在0.3～1.3m/s、1%～10%时水相沉积状态,发现倾角在30°时,水相沉积比较严重;汇总了管道内部出现的油水两相均匀流区、油水分层区和逆流沉积区三种状态,建立了不同含水率下流速-倾角-沉积状况表。通过现场管道泄漏点分布验证,危险管段分布特征与模拟结果基本吻合。     

水平管内水环输送模拟稠油减阻特性

基于自主设计加工并搭建的水环输送稠油减阻模拟管路系统,采用500^#白油模拟稠油,试验研究了稠油在水环作用下的水平管流阻力特性,分析了油相表观流速（0.3～1.0m/s）、水相表观流速（0.11～0.72m/s）及入口含水率（0.13～0.49）对水润滑管流流型特征及减阻效果的影响。结果表明：环状水膜可有效隔离并润滑油壁界面,油-水两相流流型总体上呈稳定的偏心环状流结构;水环输送可大幅降低管道输送过程中的压降,其压降值仅为相同油流量下纯油输送压降的1/55～1/27;当入口含水率为0.13～0.27时,水环输送的效能显著,输油效率均高于40;油相表观流速和入口含水率的增加会增大单位管长压降,降低水环输送的减阻效果和输油效能。     

COMSOL Multiphysics有限元软件数值模拟气液两相流的可行性研究

在多相流实验管路系统中,设计向上30°倾斜管道中气液两相流的实验方案和流程,进行气液两相流流型实验研究,并绘制气液两相流流型图。再利用COMSOL Multiphysics软件,对向上30°倾斜管中气液两相流中不同时刻的体积分数进行数值模拟研究,验证COMSOL Multiphysics应用于气液两相流的可行性。结果表明采用COMSOL Multiphysics软件数值模拟向上倾斜管道中气液两相流流型的分析结果与室内实验法结果基本一致,可信程度较高,可作为分析气液两相流流型的主要方法之一。     

气液两相流诱发垂直L形上升管共振分析

气液两相混合流动过程中,压力、动量及冲击力的波动比较显著,当管内气液两相流的脉动激振力频率与管道系统的固有频率重叠时,会引起管道系统共振,严重危害管道运行安全。以某联合站油气集输上升管为例,给出了两相流激振力频率和管道固有频率的分析方法。通过对不同流型激振力的脉动频率和不同支撑刚度管道的固有频率分析,提出了避免上升管共振的防护措施,为气液两相流上升管的优化设计和安全运行提供有效参考。     

螺旋管内油-水液液两相流流型

在两种不同放置位置螺旋管内进行了油 -水液液两相流流型的实验研究 ,定义了各种不同流动条件下油-水两相流的流型 ,给出了螺旋管内液液两相流的流型图 .进而讨论了各流型之间转变的机理 ,并考察了螺旋管结构尺寸及放置方式对油水两相流流型及相转变特性的影响 .     

固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟

为研究固液两相流下油气田输送管道渐缩管的冲刷特性,在液固两相流条件下,在Workbench中建立倾角为3°、8°、13°、18°和23°的渐缩管物理模型,利用ANSYS-Fluent软件对渐缩管段进行冲刷特性数值模拟,同时分析入口流速、渐缩段倾角、砂粒浓度、砂粒粒径四个参量对渐缩管段的冲刷破坏规律。结果表明：流速、动压、剪切应力、湍流动能沿渐缩段流动方向逐渐增加,而静压沿渐缩段流动方向逐渐减小,砂粒浓度在渐缩段底部较高。最大冲刷速率随入口流速、渐缩段倾角和砂粒浓度增加而增大,砂粒粒径对冲刷速率的影响较为复杂,随砂粒粒径增加,冲刷速率先减小,后增大,随后又减小,最终趋于平稳。本文固液两相流渐缩管冲刷特性的数值模拟结果可为油气生产中管道变径管段冲刷控制与防护提供有价值的理论指导。     

高黏油水两相流研究进展

在多相流研究领域,高黏油水两相流已成为研究重点,但该领域的研究仍处于起步阶段。本文从转相、流型转换和压降规律三个方面对国内外高黏油水两相流的研究进展进行了介绍和分析。在转相方面,通过国内外学者的研究阐述了高黏油水两相流转相发生的机理及影响因素;在流型转换方面,介绍了影响分层流和分散流等流型转换的因素;在压降规律方面,分析了影响分层流、分散流和环状流压降规律的因素,并对现有的压降计算模型及压降预测的准确性问题进行了探讨。此外,还重点阐述了高黏油水两相流研究存在的不足与今后研究的两个重要发展方向:一是将实验得到的结论与成果应用于实际管道时应进行相关参数的修正;二是弯管对高黏油水两相流流型转换及转相的影响需要进一步研究,它们对于管道的安全和经济运行具有重要意义。     

弯管内部油水两项流的数值模拟

在油井出油管道以及石化生产中,油水两项流是非常常见的现象。为了减少能耗、便于制订防腐措施,利用GAMBIT软件建模以及FLUENT软件的可实现模型对弯管中油水两项流的压力场和速度场进行模拟。结果表明,管内入口直管压力呈逐阶减小趋势;弯管内壁出形成低压区且又内向外逐渐增大;而速度分布正好与压力分布规律相反,恰好与自由涡流理论的模型相符。且通过对油水两项所占体积分数分别为30%、50%、80%三种情况的模拟得出,由于水密度大于油的原因,随着油相体积分数的下降,管内整体压强减小,整体速度增大。     

基于Hilbert-Huang变换和支持向量机的油水两相流流型识别

针对油水两相流的测量难题，利用文丘里管对水平管内油水两相流流型进行了研究。基于差压波动信号，提出了Hilbert-Huang变换与支持向量机相结合的流型识别方法。首先计算差压波动信号的均方根，并对其进行归一化处理后作为表征流型的特征向量之一；然后对差压信号进行Hilbert-Huang变换，利用经验模态分解后的多分辨率特征，提取第一层和第二层的能量比作为表征流型的另外两个特征向量；最后利用训练好的支持向量机进行流型识别，对分层流型及分散流型取得了较好的流型识别效果。如果将流型识别与推导得到的文丘里油水两相流流量测量模型相结合，可以较好地实现油水两相流的流量测量。     

燃油含水率对U形管路流动及换热特性影响研究

针对燃油换热器管路内油水两相流的流动特性与换热特性进行了数值模拟研究.建立内径φ2的U形换热器管路简化模型,采用Eulerian多相流模型,对比了不同含水率(自由水体积含水率0～2％)条件下的管路压降与出口温度变化规律.结果表明:燃油含水率的变化对管内压降的影响较大,随着含水率增大,压降呈现接近线性下降的规律;而含水率对管路出口温度的影响不明显,入口温度常温26℃、环境温度0℃时,出口温度下降不超过1℃,但随着含水率继续增大,出口温度呈现加速下降的趋势.此外,U形管设计对不均匀温度场分布的影响持续到出口,弯管位置的二次流对换热特性具有一定的强化作用.     

稠油-水二相水平管流表观粘度的实验研究

以渤海稠油和水为工质进行尝试实验,作出了水平不锈钢实验回路(内径为25.7 mm,长为52 m)内稠油-水二相管流的流型图,并对管流的表观粘度及影响因素进行了实验研究。着重归纳了含水体积分数、温度等因素对二相管流表观粘度的影响规律,并对比分析了与旋转粘度仪测得粘度值的差异,研究结论对油田现场的油水混输管线的设计与安全运行具有较好的指导意义。     

大输量多相混输管路气液两相流实验研究

为了研究大输量条件下多相混输管路的流动特性,以水和空气为实验介质,在长江大学多相流实验平台上进行了水平状态的高气液量两相流模拟实验研究。实验采用内径为60 mm、长9.4 m的透明有机玻璃管,并利用高速摄像仪记录实验过程中的流型。通过对实验流型进行整理,将水平管内的气液两相流流型划分为分层流、泡状流、段塞流和环状流,并与典型的Mandhane流型图进行对比分析。另外,对实验范围内的几种典型流型下的压降梯度变化规律进行了研究,泡状流区域压降梯度随气流速的增大而减小,段塞流区域压降梯度随气流速的增大而缓慢增大,环状流区域压降梯度随气流速的增加而继续增大。     

油水混合物在水平管中的二相流动特性研究

对内径40mm的钢管和有机玻璃管内油水二相水平流动时的流型、摩擦压降特性进行了详细的实验研究,结果表明:油包水向水包油的转变发生在含水体积分数约0. 4时。随含水体积分数的增大,油水二相流的摩擦压降先是急剧减小,其后在含水体积分数大于0. 4时压降变化趋于平缓。油水二相流的摩擦压降受含水体积分数、管壁润湿特性、管壁粗糙度以及混合物流速的影响,当二相流体处于水包油状态时,钢管内的摩擦压降比有机玻璃管内的大;而当处于油包水时,有机玻璃管内的摩擦压降则比钢管内的摩擦压降大。     

水平直圆管内油气两相流的压降

对水平放置的内径为40 mm的有机玻璃管内的油气两相流进行了详细的实验研究,实验工质为46^＃机械油和空气.油相和气相折算速度分别为0.051～0.612 m•s^-1和0.024～50.64 m•s^-1,实验在室温下进行.采用Lockhart-Martinelli关联方法对各典型流型下的实验数据进行了整理,结合流动的具体情况对其中的关联参数C进行了重新定义,提出了基于典型流型的压力梯度计算模型,并对水平管内油气两相流的压降变化规律进行了分析和讨论.理论计算值与实验测量值吻合良好.     

Modeling of low viscosity oil-water annular flow in horizontal and slightly inclined pipes: Experiments and CFD simulations

To characterize the effect of pipe inclination, low viscosity, flow rate and inlet water cut on annular flow pattern, a low viscosity oil-water two-phase annular flow in horizontal and slightly inclined (+1°, +3° and +5°) pipes with diameter of 20 mm has been experimentally investigated. A modified VOF model based on the CFD software package FLUENT was used to predict the in-situ oil fraction and pressure drop. The experimental data indicate that annular flow appears at a medium-high water cut. The slip ratio increases with flow rate increase but decreases with increasing water cut. The changes are more significant as the degree of inclination increases. Pressure drop is strongly dependent on flow rate, as it increases rapidly as inlet flow rate increase. Good agreement between the experimental data and calculated results of slip ratio and pressure drop was obtained.     

煤层气集输管道设计影响因素研究

煤层气田的特点是煤层气组分较纯,气田单井产量低,井网分布密集且井口数量众多,井口压力较低。由于煤层气田集输管网压力较低,需建设大量管道,投资费用高。研究煤层气集输管道计算影响因素及其规律对管道参数设计和优化、降低管道总体投资具有重要意义。采用多相流模拟软件OLGA建立了煤层气集输管道水力计算模型,模拟分析了管道流量、管径、含水率、进站压力对管道压降参数的影响,得出管径是集输设计的主要影响参数。敏感性分析结果显示煤层气集输管道设计参数的关键影响因素为管径和流量,且管径的影响最大。研究对于煤层气田的集输管道的计算和设计具有指导意义。     

油水两相分散流液滴粒径预测模型

油水两相分散流的液滴粒径及其分布在很大程度上影响管路压降等流动参数,研究液滴粒径预测模型对揭示油水两相流的流动特性具有重要意义。通过研究湍流脉动动能与乳状液的界面能之间的平衡、管流径向速度脉动与摩擦速度之间的关系以及泵的剪切作用,建立了油水两相管流中分散相液滴粒径预测模型;在水平管道上对油水两相分散流的液滴特性进行了实验研究,采用高速摄像和显微镜拍摄获得液滴数据,探索含油率、流量和温度等因素对粒径的影响。预测模型计算结果与不同流量、温度和含油率条件下的实验数据吻合较好。根据预测模型计算了有泵和无泵情况下分散流液滴粒径,发现泵的剪切和扰动作用使得分散液滴具有更小的粒径,泵对液滴粒径及其分布起到了显著作用。     

油田站外系统单管集输技术研究

通过对油井的产液量、含水率、井口温度及集输距离进行分析和计算,确定了单管集输的主要原则和老油田进行单管集输改造的主要方案。对于产液量和井口温度较高的油井,在保证进站温度的条件下可以直接实施单管输送;对于产液量高,但井口温度偏低的油井可以通过井口电加热器实现单管输送;对于产液量和井口温度均较低的油井,可以通过高温油井串接低温油井或油井井口电加热器串接的方法实现单管输送;当原油含水率低于转向点时,进站温度应维持在高于凝固点3~5℃之内;当原油含水率高于转向点时,进站温度应维持在低于凝固点5℃范围之内。