多相流检测技术在石油工业中的应用

多相流体流动在石油工业中普遍存在,多相流检测技术须用于解决石油工业中多相流体流动问题。近几年来石油工业中多相流检测技术正在快速发展,为解决多相流体流动问题带来了希望。石油工业中多相流体检测中的几个重要参数包括压降、空隙率、速度、流量等。随着科学技术发展的趋势,石油工业中多相流检测技术有较好的发展方向     

多相流检测研究进展

流体的多相流动广泛存在于多个领域,如动力、石油、化工等。多相流检测一直是流体测量领域的一个难点。本文分析了多相流体的流动特征,说明工业检测多相流的困难所在。本文介绍了现阶段多相流流体检测现状,详细介绍现阶段较为成熟的工业多相流检测手段、说明其检测原理并分析各自的优缺点。主要介绍过程层析成像技术理论以及过程层析多相流基本原理以及结构组成。由此分析并提出多相流检测今后可能的发展方向。     

多相流的近期工程应用趋向

为了进一步促进多相流在现代工程中的应用,对近6看来国内外多相流在工程应用方面的应用趋势进行了综述,内容主要包括多相流在石油工业、各种工程中的多相流化床、各种换热器、多相流泵、液力输送和气力输送工程中的应用,以及多相流测量技术等,附着参考文献55篇。     

基于双流体模型的人工煤气管道腐蚀预测

人工煤气管网中广泛存在的多相流动腐蚀是造成人工煤气管道减薄的主要原因。针对现有检测技术难以检测输送复杂介质管道的剩余壁厚的问题,以昆明市燃气管网为例,基于双流体模型进行人工煤气管网的多相流动分析,采用实验与理论研究相结合的方法,确定了人工煤气管道的腐蚀特征,计算得到管道的腐蚀情况,结果表明：管道腐蚀程度主要与持液率和CO₂分压相关;采用多相流动仿真模型平均腐蚀速率为0.054 3 mm/a,全动态多相流模拟的腐蚀预测结果存在明显误差;建立的人工煤气管网腐蚀速率预测模型误差平均值为8.9%,优于全动态多相流模拟多相流腐蚀预测结果。     

气液两相流管道泄漏流场特性数值模拟分析

气液两相流管道声波泄漏检测技术在研究过程遇到流动参数无法准确测量难题,不能充分了解泄漏声源特性,阻碍了声波泄漏检测技术的发展.基于多相流体流动过程中声场和流场是密不可分的,且两者之间相互作用、相互影响.为补充实验研究和理论分析不足,利用ANSYS软件,建立了简化的管道泄漏几何模型,采用Fluent动网格技术和自定义函数编程实现气液两相流管道泄漏开启过程和完成的流场模拟.通过对比分析泄漏流场各参数变化分析得到泄漏声源特性,与理论相验证.进一步分析分层流、波浪流、段塞流三种流型下泄漏过程流场参数变化,得到各流型泄漏开启过程的声场变化,深入探讨气液两相流管道泄漏声源产生机理,为声波检测技术提供理论支持.     

多相流热物理研究的进展

首先阐述了工程热物理领域中研究多相流动及其传热传质规律这一新的学科分支─—多相流热物理学的重要意义及其在我国国民经济发展中的作用和地位，其次介绍了西安交通大学在这一方面的研究工作，特别是近十五年来研究多相流及其传热特性开展的情况，最后提出了今后多相流热物理方面研究工作发展的方向和趋势。     

基于耦合模型的电容法两相流相含率测量性能分析

对于电学法多相流参数检测系统,电学传感器的结构是影响测量系统性能优劣的关键因素之一。目前,常采用静电场仿真或大量的实测试验来选择传感器结构及参数,然而,静电场仿真只能研究传感器的静态电学特征,并不能结合实际的多相流流动特性,且试验验证需要消耗大量的人力、物力及时间来应对不同对象及应用条件。针对以上问题,该文采用一种流场-电场耦合的三维动态仿真方法,建立混合流体的分布状态与电学传感器输出信号变化之间的关系,结合多相流流动特性综合评估传感器系统的测量性能。该耦合模型以气固两相流相含率检测为研究对象,分别对3种传感器系统的灵敏度和相关系数进行量化分析,以评估它们的测量性能,并在搭建的气固两相流相含率测量平台上验证该耦合模型的有效性。     

基于小波变换与贝叶斯决策的多相流相态辨识方法

分离式多相流各相流量的准确测量依赖于流态转换点的准确识别.为识别流体相态,建立了基于多传感器特征提取技术的相态在线辨识模型.采用小波变换对流动信号进行分析,提取对信号敏感的均值、方差、均方差和导数组成相态识别特征向量,通过最小错误率的贝叶斯算法建立相态在线识别模型,并采用该模型进行了多相流相态辨识实验.实验结果表明,采用该方法可准确识别多相流流态,该模型的建立为多相流各组分分相流量的准确测量奠定基础.     

“泡沫冲砂技术研究”通过鉴定

由石油大学 (华东 )博士生导师李兆敏教授主持完成的“泡沫冲砂技术研究”近日通过了由山东省科技厅组织的专家鉴定。鉴定委员会一致认为该项研究成果达到国际先进水平。科研人员针对弱胶结砂岩高含水及油田现场存在低压漏失井作业施工中作业液漏失、污染油气层的实际问题 ,根据非牛顿流体流变模式理论、多相流理论 ,在国内首次系统地研究了泡沫流体体系在油管和环空的流动特性 ,得出了固体砂粒在泡沫流体中的悬浮规律 ;通过泡沫流体性能的室内评价实验和泡沫流体的流变模式的研究 ,建立了泡沫流体流动的数学模型 ;在理论研究和室内评价实验…     

油气井地面管道防蚀的新方法

基于多相流基础理论，采用原型观测与室内实验相结合的方法，研究了油气井生产及测试管道中多相流的流动过程。由于油嘴上游流体流速明显低于油嘴下游，提出了在油嘴上游对管道进行除砂防蚀的新思路。依据扩径沉砂、主流防砂、引流推砂及稳定收砂的分离防蚀原则，设计了水平环空筛管分离装置——捕砂器。使用结果表明，该装置具有很高的除砂率，防砂效果优于单纯地改进管道及附件材料的方法。     

仪器插入情况下倾斜井内油水两相流型测量实验

为了考察生产测井仪器插入式测量对于倾斜油井内的流体分布影响,利用柴油和自来水作为实验介质,在多相流动模拟实验装置上进行了油水两相倾斜流动测量实验。通过实验测量和观察,油水两相的分布可以分为4类:层状流-波状流、泡状流、沫状流和乳状流。利用实验数据绘制出流型图,并对流型转换边界进行了比较,分析了倾角和仪器插入对于流型的影响,其可在油水两相流动测井条件下识别和预测倾斜井内流体的流型。     

多相流体动力学基本方程

本文设想多相流是由大量流动微团连续地组成,只是在流动微团中各相均占有某一个体积分数。 在建立微团运动方程时,将它们引入,就得到具有各相运动参数的一组方程。文中主要推导出多相流系统积分型方程组,多相流第一输运公式,多相流控制体第一积分型方程组,多相流第二输运公式,多相流控制体第二积分型方程组,以及多相流控制体微分型方程组。     

气-液界面对亲水微通道减阻特性的影响研究

采用格子Boltzmann方法和Shan-Chen多相流模型,模拟研究了气-液两相流体在具有疏水凹坑的亲水微通道中的流动减阻特性,重点研究了凹坑中滞留的气体与液体形成的气-液界面的曲率对流动减阻的影响,同时也分析了气-液界面随流体流动的变形规律。研究结果表明气-液界面的曲率对流体流动有显著影响,当气-液界面曲率达到一定程度时,能够显著地减小流体的流动阻力,而当气-液界面曲率超过某一临界值,反而增加了流动阻力,在流动过程中气-液界面的形状改变与毛细管数相关。     

非牛顿型流体的动量与热量传递 Ⅰ.非牛顿型流体在园管中层流区内压强降的计算

不论在化学工业、石油工业、机械工业和土木工程的领域中,都要碰到不服从牛顿粘性定律的流体,即“非牛顿型”流体在管内流动的问题,文献上对此类流体在圆管中流动的阻力计算,屡有发表。本文仅限于对其中之一种,即施维多夫——宾汉塑性流体在圆管中层流内流区动的压强降加以探讨,结果得到下式     

对本构方程书写形式的探讨

在研究非牛顿流体圆管和环空管流层流流动问题时，确定其速度分布是关键。对于非牛顿流体圆管和环空流动问题，有些文献中的推导结论有错误，原因是混淆了运动方程和非牛顿流体本构方程中的切应力概念。为了解决此问题，在分析流体运动方程中各项物理意义的基础上，给出了一种统一的本构方程的书写形式，用于研究非牛顿流体圆管和环空管流层流流动规律。应用结果表明，该方法物理意义明确，容易得出有关流动的正确解。     

水-气二相流本构模型参数的反演识别

在地下水多相流问题的模拟研究中,需要确定各相流体的本构模型参数.为此,首先通过非稳定水-气二相流试验获取砂土中水-气二相流动过程的试验数据,然后建立考虑水相、气相流动及相互溶混的水-气二相流数学模型,采用Marquart-Levenberg最优化算法建立水-气二相流本构关系模型参数反演模型,结合非稳定水-气二相流的试验数据,对水-气二相流本构关系模型（VG和VGM）参数进行了反演识别,得到了与试验中土样相关的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值.将所得到的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值代入到水-气二相流数值模拟模型中,对该非稳定水-气二相流试验过程进行模拟,将对应的模拟值与试验过程的观测值进行对比分析,二者吻合较好,证明了最优参数估计值的准确性和参数反演识别模型的有效性.该研究成果可以为确定多相流系统中与各相流体（包括水相、气相和非水相流体（NAPL））有关的本构关系提供帮助和技术支持.     

多相流体流量测量的采样分流方法

借用数据采集中的采样概念,提出了一种多相流采样分流方法,以获得具有高度代表性的分流体,从而提高多相流体的流量测量精度.首先,以足够高的频率从被测多相流中采集流量数据(分流体),然后把采集到的分流体分离成单相流体,再分别用单相流量计测量其流量,最后根据采样关系确定被测多相流体的总流量.由于分流体只占总流量的很少一部分,因此所需分离器的体积可以大幅度缩小,基本接近普通单相流量计的大小.在油气水三相流实验回路上进行了实验研究,结果表明在实验范围内,采样机构运转平稳、可靠,获得的分流体具有足够高的代表性,测量结果与流型无关,干度偏差小于2%,总流量的测量不确定度小于3.82%.     

气液固三相流体润滑技术及其应用

在机械产品设计中，常常由于润滑问题处理不当，造成很大浪费。因此，寻求新型高效润滑技术，对于提高机械零部件的工作可靠度、延长其使用寿命具有重要意义。当前，润滑技术的发展日新月异，传统的单相流体润滑已不能满足工业生产发展的要求，气液两相流体润滑技术（油雾润滑、油气润滑）在生产实践中的应用，标志着润滑技术发展到了一个新阶段。由单相流体润滑向多相流体润滑方向发展是润滑技术发展的必然趋势。三相流体润滑是新型高效润滑技术研究的新成果，它具有广阔的应用前景。1三相流体润滑原理材料学科中对超细粉末的研究取得了很…     

基于多相流模型的纳米流体在水平细圆管内强制对流换热数值模拟

运用2种多相流模型模拟了纳米流体在细圆管内的强制对流换热特性,并与已有文献的实验值和传统流体经验公式的计算值进行对比.其中,采用混合模型和欧拉模型分析了雷诺数、纳米颗粒体积分数等物理量对换热特性的影响.结果表明:在纳米颗粒体积分数较低时,模拟值与其实验值及经验公式的计算值相差不大;随着纳米颗粒体积分数增加,其非常规的流体特性逐渐突出,当纳米颗粒体积分数达到一定值时,常规的流体经验公式已不再适用,纳米流体换热呈现出一定的多相流特性,且多相流模型的模拟值更接近于其实验值,表明运用多相流模型能够模拟纳米流体的换热特性.     

绕平板气液两相流数值计算方法

为探究现行多相流模型和湍流模型对通气两相流动的适应性及所体现的数理本质,选取典型的绕平板气液两相流为研究对象,通过对比不同多相流模型、湍流模型对绕平板气液两相流的数值计算结果与实验结果,建立了适用于绕平板气液两相流的数值模型。 结果表明,基于单流体理论的Mixture多相流模型忽略了流场内客观存在的气-液相界面,计算结果不能真实反映实际流动现象,与实验结果不符;Level Set方法由于考虑了气液界面的表面张力的影响,能合理反映气液界面波动的特性,可以获得和实验较为一致的计算结果;滤波器湍流模型在标准k-ε模型的基础上,通过对湍流黏性项的修正,降低了计算流场中的湍流黏度,可以更精细地描述与时间相关的气液多相复杂流动现象,进而有效提高对非定常流动计算过程的预测精度。