集输-S型立管中空气-油两相流流型特征实验研究

实验研究了集输-S型立管中空气-油两相流的流型特征。实验管路由119m的水平段,长14m、倾角为-2°的下倾段,高15.3m、长24m的S型立管段组成,管道内径为50.8mm。基于S型立管底部压力、立管顶部持液率两个信号来区分立管内的流型。实验中发现S型立管内存在第二类严重段塞流、过渡型严重段塞流和稳定流动三类流型,其中稳定流动又包括泡状流、弹状流和环状流。与空气-水两相流不同,并没有观察到第一类严重段塞流。第二类严重段塞流下立管顶部持液率呈方波状,其概率密度函数(PDF)分布系以0与1为峰的双峰结构;过渡型严重段塞流下立管顶部持液率针刺状,其PDF分布基本系以0为峰的单峰结构;稳定流动下顶部持液率波动平稳,其PDF分布在0.3~0.8之间。     

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。     

气液相流量瞬变过程强烈段塞流压力及持液率波动分析

通过对流量瞬变过程中强烈段塞流的压力及持液率波动特性的试验研究发现。强烈段塞流现象只有在气液两相流量都较小的工况下才发生。强烈段塞流压力波动具有周期性、幅度大的特点。达到连续稳定流动时，长液塞消失，转变为连续的气泡流或小的气液弹间歇流形式。此时，压力波动的周期性规律消失，变为幅度较小，平稳的曲线。发生强烈段塞流时，管道中压力波动幅度是连续稳定流动时的数倍。     

垂直下降管流流态界限转变研究

多相流广泛存在于空气钻井、氮气钻井、高压喷射钻井、泡沫钻井、完井修井作业及管道输送等领域中。多相流的研究在确保工程顺利实施方面起着极为重要的作用，在很大程度上关系到钻井、固井等质量的优劣与成败。为此，对垂直下降管流的流型转变及其流型间的转变界线进行了研究，得出了垂直下降管内油气水三相流动可分为W/O型泡状流、弹状流及环状流和O/W型泡状流、弹状流及块状流的结论。通过动力学分析，分别建立了泡状流与弹状流的转变、弹状流与环状流的转变的理论模型，实际计算表明，理论转变曲线与实验曲线基本吻合。     

上斜管线两相流型转换条件的研究

为了进一步了解气-液两相在管线中的流动情况,在管径为40 mm,管长为10 m,倾角分别为10°、30°、45°和60°的有机管段中,采用目测法和流型识别仪器,根据气-液界面特征,对气液两相流的流型进行了研究,并给出了相应的流型图。同时分析了不同倾角下流型的变化特征,并拟合出了相应的流型转换条件。其结果表明:(1)倾斜管线中的主要流型为:泡流、弹状流、准弹状流以及环流;(2)不同流型对倾角的敏感性有很大差别;(3)水平管流中的层流在倾斜管线中被弹状流和准弹状流取代。     

基于WG-ICDA的管道CO_2腐蚀预测模型改进

采用湿气管线的内腐蚀直接评价方法(WG-ICDA)对含CO_2多相流海底管道进行了评价,使用NORSOK模型和De Waard模型对腐蚀速率进行了预测,最后在实验数据的基础上改进了NORSOK模型,得到了更加准确的CO_2腐蚀预测结果。对崖城到海南终端的一条海底输气管道进行了CO_2腐蚀预测,结果表明:管道沿线分别出现了环状流、分层流和段塞流,管线较大坡度位置容易出现段塞流,其流型与管道腐蚀速率直接相关,段塞流造成腐蚀最严重,环状流次之,分层流最弱。     

连续气举条件下气液两相流流型的研究

文章以奥齐思泽斯基流型分类公式为基础，对我国气举井中的气液两相流流型进行了较为全面的分析计算。由计算结果可以看出，目前气举井中只存在2种流型，即泡状流和段塞流．且段塞流普遍发生在注气点以上．因此，从应用角度来说．可以不考虑过渡流和雾状流2种流动型态．应主要加强对泡状流和段塞流的研究。     

垂直弯管段塞流在实验中压力信号的相关研究

针对段塞流在现代的研究,本实验在西安石油大学多相流实验室搭建实验管段,测量了垂直弯管在不同的液相流速和气相流速下的段塞流的压力状况特点。     

水平管内油气水三相流流型的试验研究

三相流可认为是一种气体和非均匀液相的特殊两相流动。对于气液液流动来说至少有１６种主要流型,作者在水平气油水流动试验中得到７种流型。它们分别为油基／分离弹状流,水基／弥散弹状流,油基／弥散弹状流,油基／分离／波状分层流,油基／弥散／波状分层流,油基／弥散／环状流,水基／弥散／波状分层流,并对它们的特征做了简要描述。研究油气水三相混合物在水平管道内的流型,不仅对提高石油天然气工业的经济效益和测试技术的现代化具有重要的实用价值,而且具有重要的学术意义。     

混输管道内腐蚀及影响因素分析

应用动态腐蚀环道系统,研究同流动状态下的腐蚀速率及不同工艺条件下的段塞流的腐蚀速率;了解各种流型的腐蚀特性及温度、压力等工艺参数对混输管道内腐蚀的影响规律。试验得出结论:各种流型的腐蚀性差异较大,其中段塞流和环状流的腐蚀性较强,达到了"严重腐蚀"程度;气泡流和分层流腐蚀性相对较弱,介于"轻微腐蚀"和"中等腐蚀"程度之间;温度对段塞流腐蚀有加剧作用,压力对段塞流腐蚀也有促进作用。     

蜡沉积凝析气-液-固微观渗流机理研究

根据渗流理论,对凝析气藏衰竭开发过程中反凝析气-液-固的渗流机理进行了实验研究,利用高温高压条件仿真微观可视化模型,模拟了地层凝析气-液-固的流动,直接观测了凝析油的流动特征,研究了凝析油气运移机理和流动方式,阐述了蜡沉积运移规律和凝析油-气-固变化特征和输送规律。研究结果表明,凝析油充填孔隙角隅和孔道,小孔隙充满连续流动,大孔道为溪状流,凝析液为贴壁流和溪流。凝析气-液-固在渗流过程中,蜡沉积吸附在多孔介质表面,并随气相进行悬浮流动和推移流动,同时蜡沉积在凝析液中也随凝析液流动。     

三元复合驱注入井共轭酸解堵增注体系

由于三元复合驱中聚合物、碱的存在,易形成“胶团”状混合物,使注入井堵塞,常规化学解堵技术解堵半径小、有效期短,容易产生二次沉淀且需要返排残酸,大幅增加了措施成本及安全环保隐患。为了解决措施有效期短及残酸返排不环保的问题,研发了三元复合驱注入井共轭酸解堵增注体系。通过扫描电镜及CT三维数字岩心重构,明确了堵塞物的微观形貌及结构特征;通过无机质溶垢及离子络合评价实验,研发出一种共轭酸解堵增注体系。实验结果表明,三元复合驱注入井堵塞物是由聚合物、垢质、蜡胶质形成的多元“团状”聚集体;共轭酸解堵增注体系可实现深部解堵,无二次沉淀;岩心渗透率的恢复率较常规解堵剂提高29.2%,平均措施有效期193 d,措施后无需返排,实现了三元复合驱注入井解堵措施的高效环保。     

New Proposals of Theoretical Models for Oil Dispersion Concentration in Flow Through a Packed Bed

When a fluid flows through a packed bed, dispersion of fluid occurs as a result of the combined effects of molecular diffusion and mixing in the voids. Thus, in using a packed bed as a coalescer, allowance must be made for the fact that the flow deviates somewhat from plug flow. In general, the dispersion coefficient in the longitudinal direction is greater than in the radial direction. New proposals for theoretical models for dispersion concentration in the packed bed were derived using an analogy between molecular diffusion and flow of secondary dispersion inside the packed bed. A general differential equation has been solved in two directions, the axial and the radial directions, under both unsteady and steady-state conditions.     

New Proposals of Theoretical Models for Oil Dispersion Concentration in Flow Through a Packed Bed

Abstract

When a fluid flows through a packed bed, dispersion of fluid occurs as a result of the combined effects of molecular diffusion and mixing in the voids. Thus, in using a packed bed as a coalescer, allowance must be made for the fact that the flow deviates somewhat from plug flow. In general, the dispersion coefficient in the longitudinal direction is greater than in the radial direction. New proposals for theoretical models for dispersion concentration in the packed bed were derived using an analogy between molecular diffusion and flow of secondary dispersion inside the packed bed. A general differential equation has been solved in two directions, the axial and the radial directions, under both unsteady and steady-state conditions.     

弹性液体胶塞修井防漏机理及应用

针对低压油气藏修井液漏失问题,研发了一种具有玻璃态特征的弹性液体胶塞,能显著提高地层承压能力并阻断压井液漏失,防止地层损害,且无需破胶工艺,能实现高效返排解堵。技术原理为地面预交联（泵得进）→井下高温再交联（堵得住）→后期在外力作用下破裂成弹性颗粒（返得出）。实验研究表明：弹性液体胶塞抗温为150℃、抗压为20 MPa、抗盐为30×10⁴mg/L,能满足盐水配制需求,岩心渗透率恢复值大于90%。现场试验表明：在地层压力系数为0.818、温度为133℃的凝析气井修井时采取弹性液体胶塞技术后,修井持续41 d,未出现气侵上窜,基本无漏失。弹性液体胶塞破裂返排后,憋压试验表明,滤饼暂堵层承压能力达29.4 MPa,气举仅12 h便诱喷成功,生产25 d压力恢复率为92%,产量恢复率达100%,生产恢复能力明显提高。     

筛管解堵工艺技术研究与应用

大港油田非注聚区细粉砂油藏采用精密复合筛管进行防砂,会遇到筛管堵塞影响油井产量的问题,常规的酸洗、冲砂作业解堵效果不明显。研发了集酸洗解堵和水射流解堵为一体的筛管解堵工艺,通过酸洗使地层堵塞物松动、脱落、溶解,通过水射流工具对筛管内壁进行有效清洗。对筛管水射流解堵工具喷嘴的自激振荡脉冲射流机理进行分析; 运用数值分析软件Fluent建立了脉冲射流解堵数值模型,采用Standard k-ε两方程湍流模型,对筛管脉冲水射流解堵过程进行了数值模拟仿真。结果显示,在泵压相同时,设计的自激振荡喷嘴较普通射流喷嘴具有更大的射流速度和冲击力。对筛管解堵施工时需要的工作液及泵注程序进行了设计。室内试验证明,所设计的水射流工具达到解堵要求。该筛管解堵技术在现场应用中取得了良好的效果。     

催化裂化柴油管式液相加氢流体流动与混合的研究

采用高径比约17的管式液相加氢反应器,在实验室中以催化裂化柴油为原料,加氢脱硫幂函数型表观动力学模型为基础,通过反应前加与不加陶瓷膜管混氢器的反应结果来考察流体流动和混合对反应的影响。结果表明：不加混氢器时,管式液相反应器内流体流动偏离平推流模型较大;加混氢器后管式液相反应器内流体流动偏离平推流模型较小,平均相对偏差仅为2.72 %;说明造成偏离的主要原因是气液的混合而不是返混;采用轴向扩散模型的偏差与平推流模型相当,说明加混氢器后催化裂化柴油管式液相加氢反应器内流体流动可视为理想平推流。     

基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟

水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示:水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。      

基于Cohesive单元法的弃置井水泥塞-套管界面胶结失效数值模拟

水泥塞-套管界面胶结失效对弃置井井筒完整性提出了严峻挑战。考虑地下流体与水泥塞的流固耦合作用,基于cohesive单元方法,建立水泥塞-套管-水泥环-地层系统三维有限元模型,模拟垂直井水泥塞-套管界面裂缝剥离过程,研究地应力对界面裂缝损伤演化的影响,并分析水平地应力、水泥塞力学参数及界面性质对裂缝剥离高度的影响。结果显示：水平地应力均匀时剥离裂缝沿着整个界面圆周延伸且高度相等,水平地应力非均匀时剥离裂缝倾向于沿着界面某一圆周角扩展且在最大水平地应力方向具有较大的高度;水泥塞弹性模量从30 GPa减小到1 GPa,裂缝剥离高度降低9.3 m,临界法向强度从0.25 MPa增大到2.0 MPa,裂缝剥离高度降低6.5 m,表明较低的弹性模量及较大的临界法向强度有利于减小水泥塞-套管界面胶结失效的风险;水泥塞泊松比从0.35减小到0.10,裂缝剥离高度仅降低2.0 m,临界剪切强度从0.5 MPa增加到4.0 MPa,裂缝剥离高度仅降低3.3 m,表明泊松比和临界剪切强度对界面胶结失效影响较小。建立的模型能够为水泥浆配方优选和井筒弃置工艺优化提供指导。     

温度增强型高弹性液体胶塞暂堵剂研发及应用

针对低压气井压井漏失难题,本文基于对有机交联凝胶结构上的认识,使用聚乙烯亚胺（PEI）作为交联剂制备了一种弹性液体胶塞EGL-1,能显著提高地层承压能力并阻断压井液漏失,降低储层损害。该体系基本配方为：2%抗高温聚合物SPAM+（1%～1.6%）交联剂PEI+0.02%稳定剂+清水,并对其地面流变性能、黏弹性能、破胶性能和堵漏性能进行了测试与评价。胶塞初始溶液流变测试结果表明,剪切速率为200 s-1时的表观黏度稳定在350 mPa · s内,具有较好泵送能力;交联成胶后的胶塞黏弹测试表明,弹性模量在100 Pa～470 Pa之间,黏性模量在10 Pa～60 Pa之间,温度越高,胶塞强度越高。物理模拟实验结果表明,胶塞在裂缝岩心抗压达9 MPa以上,返排突破压力小于1 MPa,岩心渗透率恢复值达90%,可实现自然解堵。该技术在长庆下古碳酸盐岩低压气井暂堵压井进行了成功试验,对类似低压气藏防漏失压井具有一定借鉴作用。