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。     

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。     

水平管稠油水环输送稳定性数值研究

流动稳定性问题是稠油水环输送的难点。使用CFD软件,从油水密度差、黏度差、油水两相速度几个因素出发展开研究。模拟结果表明,缩小油水密度差会减小压降梯度降低偏心率增加输油效率η,η最高可达11.54;油相黏度的增加虽然会增加压降梯度但输油效率会提高,η最高可达92.47。变水速情况下,水速过小会形成大压降的分层流,稳定水环形成后水速过大会增大管输总流量减小输油效率;变油速情况,油速增长会增加压降梯度,输油效率存在峰值,存在最优速度范围。     

水平管两相流减阻率与单相流减阻率的基本关系

以聚丙烯酰胺为减阻剂,在内径40mm的光滑管中,对比研究了两相流与单相流的减阻规律.单相流为水在管中的流动,两相流为空气与水的混合流动.实验结果表明:一般情况下,单相减阻率大于两相减阻率,少数工况两相减阻率大于单相减阻率;单相流体减阻率最大可达到55.5%,两相流体减阻率最大可达到50.5%.建立了两相流减阻率与单相流减阻率的基本关系式,该关系式以Lockhart-Martinelli模型中的参数为函数,依据这一基本关系提出了由单相流减阻率预测评价两相流减阻率的新方法,预测结果与实验结果相符合.     

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。     

静态混合器气液两相流压降的研究

在气相和液相均为湍流的情况下,测定了SK10,SK25,SV20,SV25静态混合器的压降。采用Lockhart-Martinelli关联方法,对不同类型的静态混合器,得出X_a～φ_L线和X_U和φ_L的经验关联式。     

分相式多孔壁微通道流动冷凝传热强化与减阻

微通道换热器应用广泛,强化传热和减阻是新型换热器设计的重要目标。为了同时实现这两相目标,本文提出了一种分相式多孔壁微通道冷凝器,利用微针肋阵列组成的多孔壁在冷凝传热过程中实现了汽液两相分离。采用实验研究方法对比了分相式多孔壁微通道与普通实心壁微通道的流动和传热特性,结果证明分相式微通道在冷凝传热中同时具备强化传热和减阻的作用。深入研究了通道内两相流动摩擦耗散原理并提出了相分离减阻理论,指出汽液两相流内部摩擦耗散的减小是分相流减阻的关键。另一方面,分相过程使针肋换热面侧壁直接与高温蒸汽接触,极大消减了蒸汽与换热壁面之间的传热液膜厚度。沿流动方向不断扩展的液通道截面与不断减缩的汽通道截面积适应了流动冷凝过程延工质流动方向"水渐多,汽渐少"的规律,保证沿程传热效果不会恶化。     

水平管中油水两相流动研究进展

综述了国内外有关水平管线中油水两相流动过程中的流型、反相以及压降计算等方面的研究成果,同时指出了研究中所存在的问题和研究方向,为进一步开展油水两相输送的研究提供参考。     

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.     

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。     

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。     

塔河油田超稠油水溶性减阻降粘剂的研究与应用

针对塔河稠油高粘及油田地层水高矿化度的特点,研制了耐盐型稠油减阻降粘剂,考察了药剂浓度、矿化度、油水比例以及破乳效果等对稠油降粘效果的影响。结果表明,在A剂加量为3 200 mg/L,B剂加量为800 mg/L,w(油)∶w(水)=6∶4时,降粘剂最佳适用矿化度为9×104mg/L左右,对破乳基本无影响。现场试验结果表明,稠油减阻降粘剂能满足50℃时原油粘度在50×104mPa.s以下的稠油降粘,其对矿化度敏感,最佳矿化度使用范围在7×104~12×104mg/L,耐盐型稠油减阻降粘剂应用于电泵型油井降粘试验效果较好。     

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%.     

Experimental research on drag reduction by polymer additives in a turbulent pipe flow

In order to investigate the effects of injection position on drag reduction as well as further the effects of polymer additives on turbulent structures, LDA measurements of turbulent pipe flows were conducted. The results show that the amount of drag reduction grows with the increase of the Reynolds number, and injecting the polymer at the centre of pipe is more effective than at the wall. Due to the addition of polymer solution, the axial, radial r.m.s. velocity fluctuations and Reynolds stress decrease over the entire pipe cross‐section, the time auto‐correlation coefficients of axial and radial velocity fluctuation at the centre of pipe decay more slowly, the number of spectrum peaks is decreased, and the peak shifts towards lower wave numbers. The results also reveal that, due to the addition of polymer solution, the large‐scale vortices are enhanced and small‐scale vortices are suppressed.     

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。     

天然气减阻剂减阻机理探讨

对现有天然气减阻剂减阻机理进行了较深入的分析,重点介绍了光滑减阻、粘弹减阻和光滑一粘弹减阻机理。从微观结构分析了输气管道近壁区阻力的成因,进一步证实了输气管道近壁区是实现湍流控制和减阻增输的关键区域;从实验研究和理论研究两方面对各个减阻机理进行了评述,并列举了各减阻机理的理论依据或事实依据。此外,简要介绍了天然气减阻剂的应用条件,并提出了减阻机理的研究重点。     

聚丙烯酰胺水溶液管道流动特性研究

采用可控温不锈钢环道对集输管道常见浓度范围内含聚丙烯酰胺水溶液的流动特性进行了室内实验研究。研究结果表明:温度对聚丙烯酰胺溶液压降梯度的影响存在一个临界浓度,在临界浓度后,聚丙烯酰胺溶液的压降梯度随温度的升高逐渐减小,在临界浓度前会出现随温度升高压降梯度增大的现象;压降梯度随聚丙烯酰胺浓度的升高先减小后增大,随流速的降低、温度的升高聚丙烯酰胺溶液的最低压降点后移。减阻率随流速的升高逐渐增大;随流速的降低、温度的升高最高减阻率点后移。聚丙烯酰胺溶液表现出明显的剪切稀释性。通过对实验数据的分析得到了聚丙烯酰胺溶液的增黏特性占主要地位时其混合黏度符合的方程组。