水平管路水环输送稠油减阻模拟实验

随着石油开采的增加,黏度较大的稠油输送受到越来越多的关注。基于自主设计的两相流水环输送稠油实验系统,模拟并开展了水环输送稠油实验。拍摄了水环发生器在不同间隙尺寸下的流动流型,分析了不同实验条件下的水环输送稠油减阻效果。结果表明:水环输送可以大大降低管道输送过程中压降;结合实验和模拟,水环发生器间隙尺寸在0.9～1.4 mm时,水环的减阻效果最好;流速增加会增大单位管道上的压降,降低水环输送的减阻效果。     

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。     

聚丙烯酰胺对高黏油-水环状流流动特性的影响

针对稠油水环输送的水环流动改进问题,提出稠油流动边界层在聚丙烯酰胺（PAM）水环作用下的模拟实验方法,基于自主研发设计的室内油-水两相流可视化环道实验装置,采用500#白油模拟旅大稠油,实验研究了稠油-水环状流外环水相中添加PAM前后的流型特征与阻力特性,评价了PAM对水环润滑的协同减阻效果,分析了PAM对水环流动稳定性的作用机理。实验结果表明：PAM对稠油-水环状流的流型特征与阻力特性均有显著影响,使环状流的分布区域缩小,其缩减区域转变为分层流和塞状流,当其为分层流时减阻作用丧失;当油相表观流速为0.23～0.90m/s时,PAM减阻率随含水率增加先迅速增大后缓慢减小,在测试范围内最高达35%。研究结果可为稠油水环输送工艺优化提供理论指导和技术支持,也可为稠油管输流动改进提供新理念与新方法。     

稠油流动边界层水基泡沫减阻模拟

针对稠油水环输送的中心油流偏心问题,提出稠油流动边界层在AFS-2水基泡沫作用下的模拟实验方法,设计加工相应的管流模拟装置及泡沫发生、注入与泡沫层生成系统.用201甲基硅油模拟稠油,实验研究稠油在水基泡沫作用下的水平管流阻力特性,分析泡沫与硅油的流速与流量比对硅油流动流型和减阻效果的影响.基于上部泡沫-下部液膜复合边界层假设,建立硅油-泡沫-液膜中心环状水平管流的压降预测模型.结果表明:20℃室温下,当泡沫与硅油流量比为0.2～0.5时,硅油流动减阻率高于70%,其机理可归结为油壁间形成了上部泡沫-下部液膜的复合隔离润滑层;理论预测值与实验测量值吻合良好,相对误差为－17.55%～9.76%.     

水平管稠油掺气减阻模拟实验

依托流体可视化环道装置,设计并加工稠油掺气减阻模拟装置,实验研究水平管内两种稠油模拟油掺气流动阻力特性,拍摄不同气液流量比下的管流流型,分析不同实验条件下气相对稠油的减阻效果并建立相应的压降预测模型。结果表明：在气液比0~15范围内,共观察到六种流型,分别是泡状流、弹状流、分层流、段塞流、环状流、雾状流。220^#与440^#模拟油所对应的管路减阻率分别在气液比1.17和0.96时达到最大值48.19%和33.76%,当掺气比为0.9~1.2时,减阻率均可维持在20%以上。其机理可归结为空气使油-油接触转变为油-气-油接触,降低了混合相的层间剪切应力。Dukler法不适用于高黏气液两相流,所建立的稠油-气两相压降模型预测值与实测值吻合良好,平均相对误差在20%以内。     

水平管稠油掺气减阻模拟实验

依托流体可视化环道装置,设计并加工稠油掺气减阻模拟装置,实验研究水平管内两种稠油模拟油掺气流动阻力特性,拍摄不同气液流量比下的管流流型,分析不同实验条件下气相对稠油的减阻效果并建立相应的压降预测模型。结果表明:在气液比0~15范围内,共观察到六种流型,分别是泡状流、弹状流、分层流、段塞流、环状流、雾状流。220#与440#模拟油所对应的管路减阻率分别在气液比1.17和0.96时达到最大值48.19%和33.76%,当掺气比为0.9~1.2时,减阻率均可维持在20%以上。其机理可归结为空气使油-油接触转变为油-气-油接触,降低了混合相的层间剪切应力。Dukler法不适用于高黏气液两相流,所建立的稠油-气两相压降模型预测值与实测值吻合良好,平均相对误差在20%以内。     

稠油乳化降粘输送优化运行研究

随着石油不断开发使用,原油的储量减少,轻质原油的开发成本越来越高,对稠油的开发成为热点,而稠油存在粘度大且管道输送技术困难等问题,针对这一问题,本文对乳化降粘法进行深入分析,从稠油的物理特性及管道摩擦等因素探讨了稠油降粘的最佳条件。本文首先对稠油的粘度与含水率和温度之间的关系进行分析,根据实验数据拟合出,含水率、温度、粘度的关系式,然后通过环道对稠油进行模拟测试,对管道输送摩擦及压降等因素与流量及输送时间的关系,并最终通过实验确定稠油输送的最佳含水率和温度的范围。     

基于水环润滑装置在乳化炸药混装车上的减阻输送研究

本文分析了水环润滑装置减阻输送的机理,从水环结构上保证乳化炸药输送时的减阻效果,应用试验研究验证其减阻性能,并确定相关试验参数,对提高乳化炸药混装车的现场装药效率具有重要意义。     

湍流条件下原油对管道输送中的减阻及腐蚀的影响研究

原油在管道中流动,存在流体流动压降、腐蚀和泵送能耗大等问题。流动可以通过降低粘度或降低阻力的技术来增强,腐蚀问题可以添加缓蚀剂来缓解。首先,本文从原油粘度、稀释原油与腐蚀类型对湍流条件下原油对管道输送下的减阻及腐蚀现状进行阐述。其次,对湍流条件下原油对管道的减阻及腐蚀的反应机理进行了阐述。最后,分别对湍流条件下原油对管道输送的减阻和腐蚀的影响进行分析研究,以期为之后湍流条件下原油对管道输送中的减阻及腐蚀以及原油输送等相关研究提供理论依据。     

磷精矿料浆输送管道减阻效果研究

减阻剂可以在不改变管道运行方式的条件下,降低管道内处于湍流状态流体的摩阻压降,提高流体的输送流量。从某企业磷精矿料浆管道输送的实际情况出发,利用自行设计的减阻剂室内环道装置进行模拟与评价,研究了减阻剂种类和浓度及管道流体雷诺数对减阻效果的影响。实验得出,在室温(25℃左右)、聚丙烯酰胺质量浓度(单位体积的料浆中含有减阻剂的质量)为500 mg/L、雷诺数为14 154(对应管道流速为2.21 m/s)条件下,磷精矿料浆的输送流量从2.31 m3/h提高到3.36 m3/h,增速为45.6%。     

乳化/润湿耦合作用稠油流动减阻新思路

稠油节能增输是解决常规原油日渐枯竭、保障原油接替的紧迫需求,然而稠油黏度高、流道黏附性强,使其输送异常困难,是稠油节能增效输送技术瓶颈。根据前期研究本文作者发现,活性水作用下稠油乳化降黏的同时可改变稠油与管内壁界面特性,以及稠油提高采收率——润湿性之润湿反转,提出管输稠油乳化降黏及其流固界面润湿耦合作用流动减阻新思路。本文基于国内外相关研究成果的系统分析,探讨稠油乳化降黏、流固界面润湿及耦合减阻的有效性,剖析活性水作用乳化/润湿耦合减阻存在的主要问题,理论分析稠油在管输过程中实现乳化/润湿耦合减阻的可行性。结果表明,乳化/润湿减阻思路在理论上是可行的,而且在表面活性剂作用下乳化降黏的同时管输流固界面润湿反转更容易实施,然而,乳化/润湿减阻实际应用缺乏充分认识尚需深入研究其相关科学问题;其深入研究有望理解与认识流固界面特性对流动阻力的影响作用,可解决管输稠油流动阻力之难题,将为稠油流动改进提供理论与技术支撑,在稠油管输节能增效方面具有广阔的应用前景。     

Very-viscous-oil/water/air flow through horizontal pipes: Pressure drop measurement and prediction

Core annular flow pattern, where a low viscosity liquid surrounds a very-viscous one, may be very interesting for heavy oil transportation. However, in oil production, oil and water rarely flow alone and gas is usually present. Despite several publications on liquid-liquid core annular flow, no much work has been done towards a proper characterization of the effect of gas on pressure drop. The aim of this paper is twofold: to provide a new data base on three-phase (very-viscous-oil/water/air) flow, and to propose a simple model for the determination of pressure drop.     

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。     

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.     

Pipeline flow behaviour of heavy crude oil emulsions

Pipeline transportation of heavy oils as oil-in-water emulsions has been proposed as an alternative to blending the crude oil with natural gas condensate or other diluent. An 18 m long, 0.02 m I.D. closed loop was constructed to investigate the behaviour of an emulsified Cold Lake crude oil under pipeline flow. Pressure drop was measured as a function of flow rate for freshly produced emulsions to establish correlations of friction factor versus Reynolds number. Stability was observed for long term pipeline flow. The time at which the emulsion breakdown occurred was found to be a function of oil concentration and shear rate. The breakdown of the emulsion was clearly indicated by a simultaneous change in the system variables of pressure drop, temperature and power required to turn the pump at constant speed.     

The effect of gas injection on the flow of immiscible liquids in horizontal pipes

The flow of two immiscible liquids and the influence of an additional inserted gas phase in horizontal pipes is investigated. The experiments are carried out in a transparent horizontal pipe with an inner diameter of 59 mm and a total length of 48 m. Experimental results are presented for the flow regimes of the two phase and three phase flow of oil, water and gas mixtures. The effect of phase inversion on the pressure drop is measured. The experimental results obtained for the three phase flow of oil, water and air indicate that drag reduction is possible by injecting gas in laminar flowing mixtures of oil and water. In the aerated slug flow regime of oil, water and air a water dominated and an oil dominated flow system can be distinguished. The pressure drop of the three phase flow system is of the magnitude as the pressure drop of the two phase flow of gas and the dominating liquid phase.     

超稠油掺柴油集输水力及热力耦合模型研究

分析适合超稠油掺柴油输送方法的实际条件;在能量守恒的基础上推导出超稠油掺柴油集输过程中压力和温度的耦合方程,并以凤城油田超稠油物性参数做为数据参考,运用迭代法进行计算求解,得出超稠油掺柴油集输管道运行中,在不同混输流量下沿程各个节点的压力和温度。该计算模型能够较好的反应超稠油掺柴油集输过程中管线的水力及热力特性,为稠油掺柴油输送工艺提供了相关的理论基础。