水平井筒油水变质量分散流动压降研究

针对水平井筒中油水两相变质量流动,从理论和室内实验两个方面对分散流型下压降进行了研究,着重考虑壁面流体的流入对壁面摩阻系数的影响与不同流型间的转换。根据质量守恒、动量守恒方程,建立了水平井油水两相分散流型下压降预测模型。采用水、白油为实验介质,测量了水平管不同注入比、不同含水率下油水两相流压降值。实验结果分析表明,当含水率为40%时,油水发生反相,管道中流动压降最大,这和Brinkman/Roscoe混合黏度公式计算出的反相点一致。同时,压降模型预测结果与实验结果相比较平均相对误差为13.6%。     

垂直管道内油-水两相环状流的流动特征

该文通过实验研究了垂直上升和垂直下降管道内油水两相混合液的流动特征。实验段管道的内径为25 mm,垂直段长度为1500 mm。为了得到油水两相环状流流型,分别在垂直管道的入口和出口处安装有收缩和扩张管道。实验中的油相为白油(97 mPa·s,860 kg/m3),水为普通生活用水(1 mPa·s,998 kg/m3),含油率范围为0–100%,混合速度为0.28 m/s–4.65 m/s。研究中,分别采用压力传感器、高速摄像机和快关阀对管道中两相流动的压降、流型和含油率等特征进行了测量和记录,并采用两流体理论模型对流动中的摩擦压降进行预测。研究结果显示:流动中形成的水包裹油的广义环状流型,可以很好的降低摩擦压降,并可以将摩擦压降分为壁面摩擦和界面摩擦两部分,采用两流体理论对压降梯度进行预测,误差小于20%;由于油水两相间的密度差和截面相分布特征,使两相之间存在速度滑移,可以看出垂直上升和下降管道内的油相的相速度值均高于水相,在含油率为60%–80%时其差值达到最大。     

超稠油水在倾斜管路中两相流动的研究

通过实验研究了超稠油(在20°C下,密度为860 kg/m3,黏度为1680mPa.s)、水两相在45°倾斜管中流动的流型和两相压降变化规律.倾斜实验段管线由内径50 mm的透明有机玻璃管组成,向上倾斜管段长为4.5 m.通过实验给出了不同入口条件下实验管段的流型图和两相压降图.结果表明:超稠油水两相在管道中流动流型与低黏度比下的流型具有一定的差异,特别在低入口水相流量下,管道内出现了壁面附着一层油膜而管内部为油水相互掺混流动的流型;油水两相压降随着入口含油率的增加而增加,但在较高入口含油率区域,两相压降出现了一个峰值和峰谷的演变过程.     

克浅10稠油采出水处理回用工程

克浅10稠油采出水油水密度差小,油珠表面呈现较高的负电性,水温高、成分复杂、物理化学性质不稳定,难以处理。采用调储→旋流反应→沉降→两级过滤→软化工艺对其进行处理,工程实践表明,出水达到《稠油油田采出水用于蒸汽发生器给水处理设计指标》(SY/T0097—2000)要求,可回用于注汽锅炉。     

重塑非饱和黄土中水-气两相运移规律研究

黄土区水分入渗的实质是水、气两相运移共同作用。长时间强降水影响下,水分入渗更易在远离边坡的土层底部形成封闭条件,而在靠近边坡区域形成开放条件。为深入剖析黄土中水-气运移规律,分别在封闭和开放条件下进行了重塑土柱试验,并统计分析了土柱内实测的含水率和气压数据。结果表明:在开放和封闭条件下,湿润锋运移速度初始时最大;体积含水率均为先增大后减小,封闭条件下含水率减小后趋于稳定,而开放条件下含水率仍存在小幅波动;开放条件下气压差先增大后减小,最后在0附近振荡,而封闭条件下浅层气压差波动上升,深层气压差振荡后减小趋于稳定。因此,在滑坡治理过程中应同时考虑水、气两相共同的影响,制定更为全面、高效的防治措施。     

近岸水母聚集的水动力机制最新研究进展

水母近岸聚集直接威胁滨海核电取水安全,并给沿岸旅游业、渔业和近海生态环境带来严重负面影响,开展水母运移研究对海岸防灾和生态保护具有重要意义。水母的运移分布主要由环境流驱动和其游泳行为主导。综述了国内外水母研究的最新进展,包括近岸水母聚集与动力环境的相关性、流体中水母个体的受力运动分析、动力环境中的水母生态行为和水母运移的数学模型研究。未来水母研究应致力于阐明水母近岸聚集的动力环境(波流、海风);揭示流动环境中水母被动输移力学机制;明晰水母在不同动力环境下的游泳行为;建立耦合动力输移和生物生态行为的水母运移精细化模型,为水母聚集致灾相关研究提供理论依据,为暴发性海生物入侵风险评估和近岸防灾预报提供技术支撑。     

稠油-水两相水平管流压降规律的实验研究

设计和建造了内径为25．7mm,长52m的水平不锈钢多相流实验环道,尝试性地利用稠油(50℃时,粘度为1314．89mPa．s,密度为958．05kg／m^2)与水进行了油-水两相流流型和压降实验。混合流速范围为0．2m／s～1．2m／s,入口含水率范围为0．25～0．7,实验温度分别为50℃、60℃和70℃,并加入破乳剂重复了以上的实验。本文着重分析了含水率、混合流速、温度、破乳剂等因素对两相管流压降的影响规律。实验表明：流型是影响压降规律的主要因素;在不同流型下,同一因素对压降规律的影响程度也有所不同。研究结论对油田现场的油-水混输管线的设汁与安全运行具有较好的指导意义。     

低渗透岩心渗流过程压力传播特征研究

深入认识低渗透储层的渗流特征,对如何经济有效开发低渗透油田具有重要指导意义。应用1米长露头岩心渗流模拟系统,研究了低渗透岩心单相渗流过程、恒压水驱油过程中压力动态传播特征,克服了短岩心模拟过程中产生的端面效应,较真实的反映了低渗透储层的渗流特征。低渗透长岩心单相水渗流实验表明,低渗透储层由于应力敏感效应导致渗透率沿渗流方向降低。储层渗透率并非常数,而是孔隙流体压力的函数。低渗透储层内部压力分布呈非线性特征,生产压差越大,岩心内部压力分布的非线性程度增强。压力损失因应力敏感效应主要消耗在生产井近井地带,越靠近生产井,压力分布的非线性程度越明显。恒压水驱油过程中,渗流阻力主要损失在油水两相区。在油水前缘到达各测压点之前,其压力逐渐下降,油水前缘通过该点后,其压力逐渐上升。     

采用电阻层析成像技术的油水两相流流型特征研究

流型问题在多相流研究中占有重要地位,对于流型转捩点的研究具有很高的学术价值,但是其研究比较困难,对其影响因素的研究有待完善,测量手段也有待改进。该文采用电阻层析成像技术和压力传感器等设备对油水两相流流型特征进行了实验研究,分析数据重建图像并绘制了流型图。实验使用白油和水作为介质,在管道内径为50 mm,总长约20 m的有机玻璃循环管路中进行。电阻层析成像(electrical resistance tomography,ERT)系统采用单截面16个电极,并在管道上加装压力传感器,通过改变管道入口处水相和油相的表观速度来产生不同流型。实验中采集了不同电极对上的电压变化,并运用反投影算法重建管道截面内电导率分布,进而判断其中各相相分布,实现可视化测量,最后基于流型特征根据实验结果做出对不同流况的流型预判,绘制流型图,并绘制各流型之间的转换边界曲线,和已有流型图进行对比,为流型识别的深入研究提供支持。     

同轴套管间涡旋流动及强化传热数值模拟

相对旋转两同轴套管间的涡旋流动,能够带来二次流强化传热传质作用,在航空、水处理、生态保护、生物工程和膜分离等领域都具有广泛的应用价值。本文使用Fluent软件,对同轴套管间涡旋流动及传热特性进行数值模拟,考察了内管转速、内外管壁面温差等操作参数变化对同轴套管间流体传热性能的影响,分析了涡旋流动与传热效率之间的关联关系。模拟结果表明:内管转速增加在流场中形成泰勒涡,涡流扰动增大了高温壁面与流体间的热流密度,增强了流体传热效率。增大内外管壁面温差,也可加强流体传热性能,但其强化作用不及内管转速的强化作用显著。受流场中泰勒涡影响,流体速度、温度及热流密度沿轴向的分布都呈正弦状周期性波动,在相邻两涡交界面处,流体传热性能最好,在涡中心处的传热性能最差。     

基于Lu 模型的浅部地温场与渗流场耦合研究

在浅埋地质体中开展温度示踪地下水运移或渗流热监测等技术研究时,浅部地温场是其背景温度场,热量运移过程涉及非饱和带。非饱和带的导热系数受含水量控制,为提高浅部地温场仿真模型的精度,采用Lu模型来表示导热系数与饱和度的定量关系,据此建立了考虑参数非均质性的饱和-非饱和渗流场与周期性地温场的耦合模型。通过修改COMSOL Multiphysics软件的相关模块,实现了双场耦合模型的有限元求解。数值算例的计算结果表明,非饱和带的水分分布及导热性能在垂向上是非线性变化的,地表附近岩土体的饱和度较低,其热导性能较差,地表的温度波动特征在向下传递过程中受到阻滞。与常用的热参数计算方法进行比较分析,认为常用的体积平均模型不能有效评价低含水量非饱和介质的热传递特性,计算时会引入一定的误差,而指数模型与Lu模型的计算结果较为接近。     

黄河上游十大孔兑冲积扇泥沙运动和沉积环境研究

泥沙的颗粒大小影响着泥沙的输移和淤积过程,而沉积物粒径组成反映了沉积环境的水动力条件。通过从十大孔兑下游冲积扇9个钻孔和1个沉积物剖面采集沉积物样品并进行粒级组成分析,采用矩法公式计算粒径参数,结合粒度参数散点图及C-M图解,分析搬运动力和沉积环境。研究结果表明:钻孔中所采集的样品主要沉积于河流环境。平均粒径主要分布在4. 32Φ以下;分选主要在较差和差之间;偏度值均大于0;大部分样点的峰度值均大于4. 5,样品粒度分布集中。除了哈什拉孔兑以外,十大孔兑下游淤积的泥沙搬运方式主要以滚动为主,滚动组分和悬浮组分相混合,孔兑之间的泥沙搬运方式不存在明显的空间差异。     

基于涡黏度模型的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解

冰盖的存在显著改变了河道水流结构,使流速垂向分布关于零切应力平抛物线面呈型。考虑到准确预测冰盖下水流流速分布是计算冰封河道流量、泥沙输移率和河床演变预估的基础,本文应用双层假定和冰盖流涡黏度模型,推导出一个物理意义明确且速度梯度连续的冰封河道纵向时均流速垂向分布解析解,并明确常见的冰盖流对数流速公式和双幂律流速公式的应用条件。采用水槽实测数据和原型实验数据,对比分析所提出的解析解与现有对数公式和双幂律公式的有效性和精确性,并基于本文解析解探究了纵向时均流速垂向分布对各物理特征参数的敏感性。结果表明,该解析解的流速计算值与实测值吻合较好且较现有对数公式和双幂律公式具有较高精度;雷诺数的较小变化并不会引起纵向时均流速垂向分布的较大改变,但流速分布对冰盖糙率与河床糙率的相对值比较敏感,且纵向时均流速的最大值偏向于较光滑边界一侧,该结论与以往基于k-ε湍流模型所得到的数值结果是一致的,再次证实了本文解析解的有效性。