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。     

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。     

表面活性剂添加对气液两相流摩阻压降特性的影响

研究了表面活性剂添加对水平管内气液两相流摩阻压降特性的影响.实验中选用了环境友好的纯度为95%的十二烷基硫酸钠(SDS)作为减阻添加剂,浓度为100 mg•kg^-1.结果表明阻力减小率与流型有关,分层流型的阻力减小率可达83.3%、塞状流型和弹状流型的阻力减小率可达83.2%、环状流型的阻力减小率可达31.2%.表面活性剂可以通过改变液体物性和改变流型两个方面来影响气液两相流摩擦压降.     

U形弯头单元内气液两相流型及压降波动特性

对空气-水两相流在内径16 mm、弯曲半径100 mm的横向U形弯头单元内向上流动时的流型进行了实验研究。利用流动可视化技术及其相应压降波动规律实现了流型的客观识别。总结了不同流型的压降波动特性并据此提出了定量识别流型的新方法。实验范围内发现了分层-搅拌流、塞状-泡状流、段塞-波形流、环状-波形流和环状弥散流等5种与水平直管和垂直直管不同的流型。相比标准偏差,压降波动的功率谱（PSD）分布能更好地反映U形弯头单元内不同流型的流态演变特征与动力学特性。PSD分布的偏度或峰度与气液表观流速比的结合可以定量客观地识别U形弯头单元内的流型,流型转变时的气液表观流速比为1和13。     

U形弯头单元内气液两相流型及压降波动特性

对空气-水两相流在内径16 mm、弯曲半径100 mm的横向U形弯头单元内向上流动时的流型进行了实验研究。利用流动可视化技术及其相应压降波动规律实现了流型的客观识别。总结了不同流型的压降波动特性并据此提出了定量识别流型的新方法。实验范围内发现了分层-搅拌流、塞状-泡状流、段塞-波形流、环状-波形流和环状弥散流等5种与水平直管和垂直直管不同的流型。相比标准偏差,压降波动的功率谱(PSD)分布能更好地反映U形弯头单元内不同流型的流态演变特征与动力学特性。PSD分布的偏度或峰度与气液表观流速比的结合可以定量客观地识别U形弯头单元内的流型,流型转变时的气液表观流速比为1和13。     

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。     

水平井油水两相流型实验研究

为了研究水平井油水两相在不同流量和不同含水率条件下的流型流态,采用多探头系列仪器组合常规涡轮,在多相流模拟实验室进行水平井油水两相模拟实验。通过实验研究,油水两相在水平井中的流型类别可分为分层流、油包水-水、水包油-水、油包水和水包油五种,建立了流型图,可为水平井生产测井施工设计和状态分析提供流型参数。     

气液两相流破口泄漏的相分离实验研究

为研究气液两相流体通过破口泄漏时的相分离规律,设计了新型泄漏测量装置,在空气-水两相流实验环道上开展了实验研究.实验测量段水平布置,管径为40mm,采用直径为2.5mm的圆孔模拟破口.实验中出现的气液两相流流型包括波状流、环状流以及弹状流.结果发现气液两相流体通过管壁破口时会发生严重的相分离现象,相分离程度主要受小孔方位、流型等因素的影响.在环状流型下,由于周向液膜分布的不均匀性,随着小孔位置偏离管壁底部,进入小孔的液相逐渐减少,气相逐渐增多;在分层的波状流型下,当破口位于管壁顶部时,在小孔两侧差压较大时由于伯奴利效应,液相也会进入破口;由于弹状流独特的流动特性,在液塞来临时,破口两侧压力急剧增加,从而导致弹状流型下进入管壁破口的液相远大于其它流型.     

螺旋管内油-水液液两相流流型

在两种不同放置位置螺旋管内进行了油 -水液液两相流流型的实验研究 ,定义了各种不同流动条件下油-水两相流的流型 ,给出了螺旋管内液液两相流的流型图 .进而讨论了各流型之间转变的机理 ,并考察了螺旋管结构尺寸及放置方式对油水两相流流型及相转变特性的影响 .     

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。     

高宽比对矩形通道内蒸汽冷凝传热特性及流型影响的研究

通过可视化流型观测及实验测量,研究了单边换热矩形小通道的高宽比对两相流型、平均冷凝传热系数及两相流动阻力的影响,采用高速摄像机拍摄了环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及泡状流6种典型流型。研究表明,高宽比为1：2及1：3的通道内出现流型种类较为全面,而在高宽比为1：5通道内基本无弹状流、塞状流及泡状流。1：5通道内环状流所占区域较1：2及1：3通道大,随入口蒸汽质量流速的增加,差值逐步减小。随着通道高宽比的减小,平均冷凝传热系数逐渐增大;不同高宽比通道中平均冷凝传热系数间的差值随入口蒸汽质量流速的增加而减小;蒸汽质量流速足够高时,高宽比对传热系数基本无影响。通道内两相流压降随通道高宽比的减小而增大;随着入口蒸汽质量流速的增加,不同比例通道内的两相流动压降差距逐渐增大。     

高宽比对矩形通道内蒸汽冷凝传热特性及流型影响的研究

通过可视化流型观测及实验测量,研究了单边换热矩形小通道的高宽比对两相流型、平均冷凝传热系数及两相流动阻力的影响,采用高速摄像机拍摄了环状流、环波状流、波状流、弹状流、塞状流及泡状流6种典型流型。研究表明,高宽比为1:2及1:3的通道内出现流型种类较为全面,而在高宽比为1:5通道内基本无弹状流、塞状流及泡状流。1:5通道内环状流所占区域较1:2及1:3通道大,随入口蒸汽质量流速的增加,差值逐步减小。随着通道高宽比的减小,平均冷凝传热系数逐渐增大;不同高宽比通道中平均冷凝传热系数间的差值随入口蒸汽质量流速的增加而减小;蒸汽质量流速足够高时,高宽比对传热系数基本无影响。通道内两相流压降随通道高宽比的减小而增大;随着入口蒸汽质量流速的增加,不同比例通道内的两相流动压降差距逐渐增大。     

基于流场-电场耦合的典型流型条件下双环形电极响应特性仿真研究

针对管道内气液两相流动过程中出现的不同流型,建立了耦合两相流流场与双环形电极电场的仿真模型,模拟了分层流、波浪流、段塞流、泡状流和环状流5种典型流型,获得了典型流型条件下双环形电极间轴向电流密度空间分布特性和混合电导率动态变化特性,结合理论模型和仿真数据讨论了气液两相混合电导率与液相含率之间的定量关系。研究结果表明:双环形电极之间轴向电流密度的空间分布能够刻画气液两相流的流型特征;当利用无量纲电导率计算平均液相含率时,BegovichWatson模型适用于分层流、波浪流和环状流,而Maxwell模型适用于泡状流。     

T型微通道内两相流流型及相分离特性

以氮气和水为工作流体,在矩形截面为100 μm×800 μm的T型微通道内进行了气液两相流可视化实验,观测到弹状流、弹状-液环流、环状流、分层流和搅拌流,得到了流型图和流型转换界限.通过对比对弹状流、环状流和分层流相分离实验结果,证明在T型微通道内气液两相流相分离特性受上游流型影响.上游流型为弹状流时,气体优先从侧支管采出:上游流型为环状流时,液体优先从侧支管采出:上游流型为分层流时,气体只从其中一条支管中采出.当流型一定时,液相采出分率随着入口液体速率增加而减小,而气体速率变化对液相采出分率影响不大.     

大流量下倾斜管气液两相流实验研究

在较高的气液范围内,以水和空气为实验介质,在多相流实验平台上进行了倾斜向上的高产量气液两相流模拟实验研究。实验采用内径为40 mm、长8 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。对实验流型进行分析,发现了倾斜管中低气流速下的一种新的流型-振荡冲击流,并研究了表观气、液流速和倾斜角对气液两相流动中压降的影响,建立气/液膜流动模型来分析表观气、液流速对压降梯度的影响作用,实验研究结果表明:在高气液量范围内,倾斜管中观察到的气液两相流型主要为振荡冲击流、过渡流和环状流,并且倾角对流型转变边界的影响不显著;振荡冲击流压降随气流速的增加而降低,环状流压降随气流速的增加而增加,过渡流压降梯度最小;倾斜管压降梯度随着倾斜角度的增加而增大。     

微通道内伴有化学吸收的气液二相流型

采用高速摄像仪对T型进口的矩形微通道内气液二相流型进行了实验研究,实验物系采用单乙醇胺(MEA)水溶液-N2和单乙醇胺水溶液-CO2。对于无相间传质的单乙醇胺水溶液-N2二相流动过程,观测到了泡状流、弹状流、弹状-环状流和液环流;对于伴有化学吸收的单乙醇胺水溶液-CO2二相流动过程,未观测到泡状流,而观测到弹状-泡状流。在实验范围内,随着深宽比减小,无论是否伴有化学吸收,弹状流区域均减小;对伴有化学吸收的气液二相流,随化学反应速率的增大,流型转换线向右移动。以化学反应速率为控制参数,分别给出流型转换判别式,预测结果与实验数据吻合良好。在弹状-泡状流型中,随着气相表观流速的下降和液相表观流速、深宽比以及化学反应速率的上升,微通道内临界泡状距离减小。