旁通管法消除严重段塞流的实验与模型

在内径为0.051m的下倾管-立管实验系统上对旁通管法消除严重段塞流的效果进行了模拟实验和理论分析。研究发现,旁通管法可以完全消除严重段塞流现象。使用旁通管法后会缩小严重段塞流的发生范围,特别是流型Ⅰ的范围显著缩小,并且稳定流动将流型Ⅰ和流型Ⅱ分开。在一定气相折算流速下,当旁通管完全消除严重段塞流后,改变液相折算流速对旁通管的消除效果没有影响。旁通管法会减弱严重段塞流的压力波动幅度,使压力波动幅度的最大值从流型Ⅰ和流型Ⅱ的边界移动到流型Ⅱ中。根据旁通管和下倾管-立管实验管路的压力平衡,提出了旁通管法消除严重段塞流的稳态数学模型,并给出确定调节阀压降的关系式。     

基于双系统数值理论的深海油气田段塞流捕集器创新设计

海上油气输送大多采用混输方式,段塞流为常见的流型,严重段塞流会对下游的生产设备产生较大的冲击。对墨西哥湾深海油气田开采过程进行数值模拟分析,采用OLGA软件对海底立管底部的段塞流进行动态的数值模拟,观察立管压力、入口压力以及持液率等影响因素,提出调节节流阀开度、调节立管底部注气量的双系统抑制段塞流方案,并根据模拟结果对段塞流捕集器的尺寸进行设计。     

垂直管气液两相严重段塞流研究进展

严重段塞流是一种在气液输送过程中有危害性的流型,在较长的立管中存在较长的液塞,会严重影响立管及下游设备的正常安全运行。介绍了严重段塞流的形成机理,研究了严重段塞流的流动特性,提出了能够有效减小立管段严重段塞流的方法。     

深海S形立管系统严重段塞流流动特性

对深海油气集输主要形式之一的S形立管出现的严重段塞流进行了分类和流动特性的分析,得到关键参数对该系统的影响情况,主要形成如下结论:①S形立管典型严重段塞流同L形立管一样具有严格的周期性,其形成过程可分为5个阶段,即下肢液塞形成、上肢液塞形成、液塞溢流、液塞喷发和液塞回流;②随着输量增大,严重段塞流的周期和液塞长度均减小,周期规整性有所减弱;③油气组成在较小范围内变动,对典型严重段塞流的影响不大;④增大管径或立管高度增大了严重段塞流的危险程度,大管径的深海集输管线一旦发生严重段塞流,将产生严重的后果;⑤随着分离器压力的增大,段塞周期增大,发生严重段塞流的后果越严重。     

水平管气液两相段塞流的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。结果表明,段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。     

海底油气混输管道严重段塞流的控制

本文首先介绍了海底油气混输管道严重段塞流的形成、分类及控制,典型严重段塞流的形成包括四个阶段:段塞形成、段塞流出、液气喷发、液体回落,段塞流主要分为动力段塞流、地形段塞流、立管段塞流。着重介绍了地形和立管诱发的严重段塞流,并研究了海底混输管道严重段塞流的控制措施和方法。     

大倾角上倾管气液两相流动特性

针对地形起伏区域常见的大倾角上倾管气液两相流动问题,利用室内实验装置进行气液混输实验,对气液两相流的流型、压力波动特性进行了研究。实验中观测到6种流型,得到了不同气液流量和倾角下压力波动的时域值、概率密度函数(PDF)、累积分布函数(CDF)和功率谱密度(PSD)特征。实验结果分析表明:由于气体的膨胀和段塞运动的惯性,严重段塞流气液喷发阶段时,上倾管上部会出现下部压力小于上部压力的现象;得到了不同折算气速、折算液速和倾角的压力信号并进行统计学分析;PDF呈单峰或双峰分布;不同流型的CDF的斜率、拐点和曲线位置不同;PSD图会出现一阶、二阶、三阶和多阶波峰,甚至无波峰分布;在同等气液流量下,随着倾角的增加,严重段塞流的周期和压力波动值增大;结合压力波动特性及对应分析结果可以进行流型识别并对设备的选型以及管道的安全运行提供参考。     

严重段塞流周期特性实验研究

为探索流动参数对周期特性的影响规律,在中国石油大学(华东)油气储运实验室的下倾-立管实验系统上对严重段塞流进行了实验研究.实验管道的内径为0.051 m,其中下倾管段长10.4m,立管高度4.0m.实验介质为水和空气.实验发现,严重段塞流的周期随气相折算流速的增大而减小:随液相折算流速的增大而减小;随下倾管倾角的增大而减小.气相折算流速较大的工况下液相折算流速和下倾管倾角变化对严重段塞流周期的影响要小于气相折算流速较小的工况.气相折算流速变化对严重段塞流周期的影响大于液相折算流速和下倾管倾角变化产生的影响,是严重段塞流周期的主要影响因素.文中还给出了严重段塞流周期的实验关联式,与实验数据符合很好.     

立管高度对严重段塞流的影响分析

随着我国对石油需求量的增加,海上油气开发越来越受到重视,并且将成为我国石油工业未来的主要增长点。在海上油气田开采过程中,经常会遇到立管系统严重段塞流问题,给安全流动保障带来严峻挑战。通过改变海洋立管高度,对立管高度对严重段塞流的影响进行了深入分析,得到了不同立管高度情况下,严重段塞流的特征参数分布规律,并分析了产生机理。研究结果对于未来海洋石油开采中的立管设计可以提供一定依据。     

自控泵吸法消除强烈段塞流

引言 在海洋油气开采过程中,当海底混输管线到达海洋平台时,需与上升管连接,从而构成了集输一上升管系统.而在油田开采后期,由于气液相速度较低,该系统中易形成强烈段塞流.由于该流型在生产实际中会带来许多问题,例如系统中压力的剧烈波动以及长液塞的出现会造成分离器的控制困难,甚至出现生产中断,同时在深海油田中强烈段塞流现象会产生很高的背压,对油藏造成不利的影响,甚至出现死井.因此,深入系统地研究强烈段塞流的发生机理和流动特征,探索消除强烈段塞流的可行方法,是我国海洋油气工业油田开发过程中亟须解决的科学问题.     

水平管与倾斜管中段塞流的特性研究现状

水平管与倾斜管中的两相流能引起实际操作时许多问题,而段塞流是气-液两相流最常见的流型。描述段塞流特性最主要的就是管道的几何尺寸（倾角,直径）,工作条件（粘度,压力,温度）以及气-液的物理特性（密度,表面张力）。对于海上采油,压降,段塞长度,持液率这些段塞流特性也是很重要的,了解段塞流的特性是气-液两相生产系统发展的关键。在总结国内外相关研究成果的基础上,针对不同学者的研究结果提出了现阶段可以进一步研究的方向。     

渤西油田群混输海管中流体段塞流的控制方法研究

严重段塞流一般都是在立管处形成的,它和水利段塞流的形成机理不同。严重段塞流通常是由于立管段低洼处容易形成分流层,液体积聚在立管底部弯管处堵塞管内气体通过而形成短液塞,随着液塞的不断积累长度逐渐增加,甚至会超过立管高度,上游管内气体压力逐渐增大最终将高于立管内液体的静压水头,管内被堵塞的气体会窜入立管底部,使立管内静压力水头不断减小,立管顶的液体开始急剧急速喷入分离器,液体单位时间内流量很快达到峰值(为平均流量的几倍),随着立管内液体的不断排出,当气体压力小于立管中积聚的液体的静压力,则立管底部,又开始积聚,逐渐形成下一个液塞,开始新一轮循环。这些严重的段塞流通过立管进入分离器时,将引起管道中压力的剧烈波动,造成终端分离器溢流或断流,继而产生影响下游设备正常工作等一系列严重后果。因而,控制这类严重段塞流的处理方法,提出合理处理方案具用重要的意义。     

柔性立管管径对严重段塞流特性的影响

用于将海底原油及天然气举升到海上平台的S型柔性立管是海洋石油工业中的重要设备.为研究柔性立管尺寸对严重段塞流特性的影响,在集输-S型柔性立管系统上分别实验研究了立管内径等于和大于集输管道内径时严重段塞流的特征参数规律.该实验环路内径为50 mm,由水平环路、倾角为-2°的下倾段和S型柔性立管组成,其中水平段长为114 ...     

气液两相段塞流特性分析及控制方法

段塞流是一种最常见的流型。严重段塞流会给设计和生产带来了许多问题。笔者结合从业经验,探讨了气液两相段塞流特性及控制方法。通过本文的而研究,对于油气处理设备的安全运行、保障运输设备以及优化工艺性能等都有较实际的应用价值。     

2种熵测度在分析流型信号复杂度上的应用

为研究气液二相流动特性,更深地了解气液二相流动,文章利用非线性复杂性测度:近似熵和样本熵,研究了气液二相流的3种流型,泡状流、段塞流和雾状流流型波动信号的复杂度,并对影响算法的容差r和序列长度N进行了讨论。结果表明:泡状流的熵值最高,段塞流的熵值最低,雾状流的熵值居中,且当序列长度N大于400时,近似熵和样本熵可以很好地识别泡状流、段塞流、雾状流。从计算结果可以看出,泡状流的复杂性最高,雾状流其次,段塞流最低,这说明泡状流的流动情况最为复杂,段塞流的流动最为规律。泡状流随机可变特性表现为熵的高值及振荡特征,段塞流气塞与液塞的间歇性运动表现为熵的低值及平稳性,雾状流极不稳定的振荡运动特性表现为介于泡状流及段塞流之间的熵值特点。     

严重段塞流中压力波动的理论与试验研究分析

为了探索严重段塞流的特性,在下倾-立管系统中进行了试验研究。通过对其压力曲线进行分析,发现了压力曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系,得出了压力在一个循环周期内不同时间段的表达式,将试验数据与理论分析进行比较发现,二者变化趋势基本一致,但由于实际流动的复杂性,二者之间存在一定的差异。另外,通过对比立管上某一测压点的压力和持液率曲线,指出了这2条曲线上的所谓特征时刻点对应的物理意义的差异。这些结论对进一步探索如何通过试验测量严重段塞流的特征参数以及建立数值模拟模型具有一定的指导意义。     

黏性段塞稳定模型预测水平气液两相流流型转变

在内径50.4 mm水平管道上进行气液两相流实验,实验介质是2种不同黏度的油,根据两相表观速度绘制流型图。使用段塞稳定性模型预测段塞流的转变边界。由于黏度增加阻碍大振幅波和滚动波的起波和波增,黏度大的液体出现段塞的临界液层高度高于黏度小的液体。段塞稳定性模型低估了大黏度液体的临界液层高度和临界表观速度。考虑液体黏性对段塞体内部湍流扰动的抑制作用以及气液表面张力的影响,修正了Benjamin泡移动速度关系式。修正后的段塞稳定性模型对中、低黏度液体适应性较好,预测出现段塞流的临界条件和实验数据比较吻合。     

上升管系统中严重段塞流的液塞速度特性

在海洋石油开采过程中,在较低的气液流速下上升管系统中易产生严重段塞流,其特点是压力波动剧烈、气液相流量变化大,并会带来多种危害。本文对上升管系统中严重段塞流四个阶段的液塞速度特性进行了深入地研究。结果表明：在液塞形成阶段,液塞速度随气液相折算速度的增大而线性增大;当气、液相折算速度恒定时,液塞速度随下倾管倾角的增大而稍有增大。在液气喷发阶段,液体在上升管中变加速流动,当液塞尾部到达上升管顶部时,速度达到最大值,液塞尾部到达上升管顶部时的瞬时流量远大于液塞流出阶段的液塞流量。气液相折算流速较小时液塞喷发过程更剧烈。     

水平管道段塞流流固耦合数值研究

管道中出现段塞流时,会造成管道损坏。因此预测段塞的发生及其影响非常重要。由于段塞流的不稳定性,输送段塞流的管道容易受到循环应力的影响。本文对段塞流和管道之间的相互作用进行了数值研究,进行三维计算流体(CFD)和三维管道模型之间的流固耦合(FSI),分析了管道应力变化及段塞特性。FSI模拟结果表明,由于段塞流,最大应力出现在管道支架附近,导致管道疲劳损伤,缩短管道的总寿命。因此,在管道设计阶段,应仔细考虑这些应力。     

段塞流防治技术的应用与比较

近年来,随着陆地油气田资源的过度开采,许多大型油气田都已经进入三期开采阶段。陆地油气资源面临着产能不足等严峻挑战。因此未来的开采重点必然转向海洋,海底深处蕴含着丰富的油气资源,而且开采地区也逐渐由浅水区走向深蓝水域。在海洋油气资源开采过程中,最常见的油气资源输送系统是气液混输组合管线系统,整个系统由铺设于海底的卧底管和连接于海洋平台的立管两大部分组成。严重段塞流现象极易发生在这种形式的组合管线系统中,段塞流是一种特殊的有害流型,带来了诸多弊端,比如:干扰正常的油气开采作业,大幅地减小海底油气田的产量等等。如何防治气液混输组合管线系统中可能出现的严重段塞流已成为深海油气工程中的重中之重,因此本文章着重研究目前常用的段塞流防治技术并对其优缺点进相比较,为气液混输组合管线系统规避和防止出现段塞流提供科学依据。