叶轮开孔对高效气液混合器性能的影响

针对电潜泵用沉降式和旋转式油气分离器在高含气油井应用范围受限的问题,研究了适用于高含气条件的高效气液混合器。使用Fluent中的标准k-ε模型和气泡数平衡模型仿真模拟了高效气液混合器叶轮不同开孔孔径、开孔数量以及开孔位置的内部流场,以叶轮出口气体粒径的大小为依据得到了优化后的结构参数。仿真结果表明:在入口含气体积分数高于35%的高含气条件下,当叶轮开孔孔径为4.8 mm、开孔数量为2时,更有利于气泡的破碎;开孔的最佳位置位于高效气液混合器叶轮的轮盘低压区。研究结果对于我国高含气油井采油具有重要意义。     

蓄能液气泡钻井液的制备

针对普通泡沫流体抗压能力弱的缺点,研究了蓄能液气泡的制备原理,并设计研制出了蓄能液气泡钻井液发生装置,其可提供在0.1~20 MPa不同压力下产生的蓄能液气泡钻井液。蓄能液气泡内部是黏膜包裹的独立内气核,外部是由表面活性包裹水分子构成的双层膜结构,平均粒径约为0.29 mm,累计体积分布最多的气泡直径在0.25~0.33mm之间。研究表明:与常规泡沫相比,蓄能液气泡表现出很强的抗压能力,例如成泡气核压力为0.5 MPa的蓄能液气泡,其直径随压力的增加而下降,当压力增加到5 MPa时气泡直径分布在0.29 mm左右,压力大于7 MPa后气泡体积不再发生较大变化,趋于稳定,而且仍然能够有效降低钻井液密度。蓄能液气泡钻井液是对泡沫流体认识的一次飞跃。     

气侵后井底初始气泡平均直径预测模型实验研究

为了提高气侵后井筒气液两相流动计算结果的准确性，实验分析了气侵后井底初始气泡直径分布特征，建立了初始气泡平均直径预测模型。用不同质量分数黄原胶溶液模拟钻井液，用多孔介质模拟地层，实验分析了不同液相流变性、地层平均孔隙直径和不同气侵速度下井筒底部气泡群的直径分布特征。实验结果表明：模拟钻井液切力越大、气侵速度越大，生成的初始气泡直径范围越大，出现频率最高的气泡直径和最大气泡直径均增大；地层孔隙直径对初始气泡直径影响不明显。基于实验结果，综合考虑钻井液黏度、气体流量和表面张力等因素的影响，得到了侵入井底初始气泡平均直径实验预测模型；并考虑实际钻井过程中井壁处气体径向侵入特征和井斜角的影响，建立了侵入井底初始气泡平均直径预测模型。井底初始气泡直径预测模型的建立，为气侵后井筒气液两相流动精确计算提供了理论支撑。     

高气液比气井井底流压计算方法研究

为解决高气液比气井井筒温度分布和压力计算精度低、计算方法可用性差的问题,运用热力学、传热学以及两相流理论,对气井稳定连续生产时的流动特征和传热过程进行分析,采用Beggs和Brill普适化相关式,结合Kelessidis和Dukler流型判别方法及温度分布计算模型,建立高气液比气井井底流压计算模型并针对新疆一口气井进行求解。在高气液比情况下,计算得到的温度分布及井底流压与油田现场测试数据对比,平均相对误差仅为3%,表明了文中的温度模型以及压力计算方法具有较高的精确性。模型计算所需参数容易得到,具有较好的实用性,可大面积推广应用。     

上流式反应器中分布器气泡发生性能研究

气液分布器是上流式液相加氢反应器重要的内构件,一般为带有多组气液上升管的多孔板分布器。在上流式三维床冷态实验装置中,采用高速摄像法研究了单个圆柱形上升管和文丘里上升管的气泡发生性能,并考察了气速和液速对文丘里上升管气泡发生性能的影响。结果表明,在相同操作条件下,与圆柱形上升管相比,文丘里上升管产生的气泡数量更多,气泡平均尺寸更小,更有利于气体的均匀分布,其气泡发生性能更好。在相同液速下,随着气速增大,微气泡分率略有增大,气泡Satuer平均直径变大,气泡尺寸分布变宽;在相同气速下,随着液速增大,微气泡分率增大,气泡Satuer平均直径变小,气泡尺寸分布变窄。     

水平管内气液两相流中气泡滑移速度的数值模拟

基于多相流Euler模型,采用Fluent软件对水平管道内的气液两相流进行数值模拟,在水和气体初始速度相同的情况下,考察气泡直径、气泡体积分数和流体流速对气泡滑移速度的影响。模拟结果表明,气泡直径、气泡体积分数和流体流速对气泡滑移速度都有影响,其中流体流速的影响较大;在气泡直径小于等于0.10 mm,或气泡体积分数大于等于10%,或流体流速大于等于0.10 m/s时,对气泡滑移速度的影响可忽略;与水和气泡的速度相比,气泡滑移速度很小,可忽略不计。     

水下混输泵入口气液两相流数值模拟与试验

在油气输送过程中,由于混输泵入口缺乏缓冲调节装置导致泵入口含气体积分数波动幅度大,从而影响泵的工作性能。鉴于此,设计了一种新型水下气液混合器。该气液混合器将混输泵入口来液先进行气液分离,然后再混合。采用数值模拟与试验相结合的方法研究气液混合器内部流动特性。模拟结果表明:混合腔内能够形成明显的低压,对罐体内部分离的气体产生强烈的抽吸作用,同时其混合腔及扩散段内产生强烈湍流促进气液进一步混合。试验结果表明:安装气液混合器后,在不稳定含气率工况下能够减小约20%的波动幅度,混输泵增压能力提高17%左右,泵效提高约10%。研究结果可为气液混合器的相关研究提供参考。     

群体平衡模型在气液搅拌数值模拟的研究进展

气液搅拌反应釜在过程工业中应用广泛,在气液的分散和混合过程中,准确模拟预测离散相系统中气泡大小与分布在流体力学和传质中起着关键性作用。群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)是描述两相以及多相流体系中分散相的尺寸大小及分布程度随时间和空间变化的通用方程模型,可以较准确的预测釜内流场和气泡的大小与分布。对群体平衡模型在气液搅拌数值模拟中的应用进行了综述,讨论了PBM的数学模型和主要的数值求解方法,然后着重介绍了近年来采用PBM对气液搅拌数值模拟的情况,进行了总结和展望。     

螺旋轴流式混输泵导叶水力设计的一种选型方法

叶片泵在输送气液两相混合介质时,其扬程和效率与输送纯液体相比,有不同程度的降低,降低的程度与气泡群在叶轮内的滞留状况密切相关。现文推荐一种实用的泵导叶水力设计的选型方法。该方法将含气率α、增压Δp和气液混输泵综合性能指标λ作为选型的3个综合考虑依据,其原则是保证泵即使在高含气比下仍有较强的增压能力。按此方法对6组导叶设计方案进行了选型,最后综合评价增压单元内的叶轮和导叶,得到6组增压方案。     

气液并流上流式反应器中的气泡特性研究

在冷模试验装置中对气液并流上流式反应器中的气泡特性进行了研究,考察了气体流量和液体流量对气泡Sauter平均直径、气泡上升速率和床层压降的影响。结果表明：气泡平均直径和气泡上升速率均随气体流量的增大和液体流量的减小而增大;气泡直径分布和气泡上升速率分布均沿反应器径向先增大后减小;床层压降随气体流量的增大而先增大后减小,但受液体流量的影响不显著。通过对试验数据进行无量纲分析,提出了气泡Sauter平均直径与液相雷诺数、气相雷诺数的关系式,结果表明该式能较好地预测气泡Sauter平均直径。