管道油流携水系统的界面分布

成品油管道低洼处积水引起的腐蚀产物堵塞管道事故严重威胁管道的正常运行,为研究管道中油流携水作用机制,从试验、理论两个角度对油流携水系统的特性进行研究。以柴油和水为介质,在内径27 mm的水平-上倾管流试验系统上对上倾管段0.5 m位置处的出水量以及临界油相流量(出水量不为零时的最小油相流量)进行测量,同时根据试验模型,基于油水两相动量方程和光滑分层流稳定的条件,建立水相厚度梯度的计算模型,对水平测试段中相界面分布进行分析,对出水量以及临界油相流量进行预测。结果表明:新模型能很好地预测两参数的变化;在油流携水系统中,油相处于层流状态时,建立的水相厚度梯度模型能很好地预测相界面分布。     

基于单丝电容探针的机油-水两相流水相高度的测量

利用一种单丝电容探针,对水平管内机油-水两相流的水相高度进行测量.实验中油、水相折算速度分别为0~0.2 m/s和0~0.8 m/s,覆盖了水为连续相的全部流态:包括波状分层流、三层流、水包油/水和水包油4种流型.每种流型下,给出了水相高度输出曲线和相应的流型结构,分析了不同流型下探针的检测性能.结果表明,单丝电容探针的敏感系数高达1.52 pF/mm,探针能够检测到连续相的水,无法检测到乳化在机油中的水.随着油泡尺寸的减小和速度的上升,探针识别油泡的能力逐渐下降.不同流型下的水相高度曲线特征各不相同,相应曲线的统计参数能够准确描述流型特征,以此为基础,有望实现流型识别.     

起伏输油管道临界完全携积水油速数值模拟

水力清管可有效减缓管输油品质量指标的衰减,研究水力清除成品油管内积水所需的临界完全携积水油速具有十分重要的现实意义.首先,分析了完全携水油速下管内油携水的流动型态,发现临界完全携积水油速下,上倾管内油携水流动属于油水两相波状分层流.基于此,建立了双极坐标系下的油携水流动数值模型,并给出了数值求解算法.最后,将模型计算值与文献数据进行对比分析,验证了临界完全携积水油速数值模型的可靠性.对上倾管道内柴油携水流动过程进行了数值研究,详细分析了水力清管过程中油流和积水的流动特性.研究结果表明:水膜在油流携带过程中主要受重力压降的影响,摩阻压降相比于重力压降可忽略;当管内油速较小时,靠近相界面处的水相部分在油相的携带作用下向下游流动,而管壁附近的水相在重力作用下回流至管道底部;随着油相速度增大,水相速度最小值位置逐渐向管壁偏移,当其首次出现在管壁位置时对应的管内油相速度即为临界完全携积水油速.     

成品油管道内杂质运移临界流速及其影响因素

利用自主搭建的实验环道,开展了不同颗粒加入量、不同管道倾角下的油携杂质实验;并用FluentDEM耦合的方法,模拟了实验条件下颗粒被清除出管道的临界流速,与实验结果对照后发现,该模拟方法能有效预测颗粒在管道内的临界流速。基于该模型,进一步讨论了颗粒构型、颗粒密度、管径等参数对临界流速的影响。结果表明:颗粒易在管道的上倾-水平段沉积;临界流速与管道倾角成正比;颗粒的球度大于0.90时,临界流速随着球度的增大而减小;在数值模拟的范围内,临界流速几乎不受颗粒密度的影响;随着管径的增大,临界流速减小。     

水平管内油流携水系统特性分析

根据油水两相动量方程以及油相连续性方程,对水平管道油流携水系统特性进行了分析,提出了油流状态为层流时,在剪切作用下水平管道中水相厚度的分布模型,对油流携水系统形成水塞所对应的临界水相厚度以及水相厚度在流动方向上的分布进行了理论分析,并对管径、积水厚度、油相流速以及物性等参数的影响进行了分析。结果表明:临界水相厚度取决于管径、油相流速以及两相密度,其中前两者的影响较大;水相厚度的分布则取决于管径、初始积水厚度、油相流速及物性参数。     

电磁流动成像测井识别气-水层流的信号处理方法

针对大斜度或水平气井中最常见的气-水分层流动,研究利用电磁流动成像测井判别分层流和波状流的方法.首先,分析水平或微倾圆形管道内较常见的气-水两相流型在管道截面上的特征,建立流体分布模型;其次,模拟流体分布模型的电磁流动成像测井响应,分析仿真数据特点;再次,提取仿真数据中与流体分布相关的特征参数,该参数不仅用于判定流体分布模型,而且用于计算分层流模型中的水层高度,从而求取持水率;最后,研究水平气-水两相流型在流动截面上流体分布模型的变化规律,实现气-水层流判别.仿真数据研究结果表明,用这种方法可以实现气-水层流判别和持水率求取,避免了图像重建的过程,计算简单速度较快.     

起伏管内局部油水两相流流动特性实验研究

地形起伏成品油管道积水不仅降低管输效率、加速管道内壁腐蚀,其腐蚀产物还可引起干线设备堵塞,甚至 计划外停输。采用0# 柴油、自来水在内径50 mm 的地形起伏透明有机玻璃测试系统上对油流携带积水这一局部油水 两相流系统进行了实验研究,发现：随油流剪切作用的增大,积水逐渐呈界面光滑分层流、界面波动分层流以及界面乳 化分层流3 种形态;一旦积水全部进入上倾管段,其平均运动速度随油相表观速度增大而线性递增,其平均截面含率 随油相表观速度增大而线性递减;积水全部进入上倾管段时对应的油相表观速度随上倾倾角增大而增大,而积水量对 其影响较小。结果表明采用上游来流可以将积水携带出去。     

45°弯段明渠剪切分层流稳定性分析试验研究

通过物理模型试验,对45°弯段明渠剪切分层流的稳定性进行研究,同时进行了直道和45°弯段两种水槽的分层流试验,获得不同工况下的断面流速、温度、紊动动能、雷诺应力等物理量.选用初始密度弗汝德数作为稳定性判数,对直道和45°弯段水槽的分层流稳定性进行了分析,得出试验条件下两种水槽的稳定性判别标准并进行对比.结果表明,45°弯段分层流稳定分层的临界初始密度弗汝德数值约为直道分层流的0 7倍,说明弯段的存在加剧了分层流的垂向掺混.     

积水在上倾输油管中运动状态研究

应用试验和数值模拟两种方法对积水在管道中的分布以及表观油速、管道倾角对积水运动的影响进行研究。在内径为0.1 m的环道上进行试验,用高速摄像的方法对积水在5°～30°上倾管道中的运动状况进行分析,在管道入口增加微小波动,对试验工况下积水的运动状况进行数值模拟。结果表明:表观油速对积水运动的影响较大,管道中剩余积水量随着表观油速的增大而减小,当表观油速达到临界值时积水能被完全清除;管道倾角对积水运动的影响较小,在4种试验倾角下清除积水所需的临界油速均相同;数值模拟结果与试验结果吻合较好,由于多相流模型的局限性,不能精确地模拟水滴的聚结与破碎。     

矩形微细通道内流场的可视化实验研究

以蒸馏水为工质,水溶伊红为着色剂,对水力直径为419.2μm,相对粗糙度为3.86%的矩形不锈钢微槽内流动流态进行了可视化实验研究.经光学显微镜放大后由CCD相机拍摄,得到了不同Re数下矩形微槽内的流型图,同时测量了微槽内的摩擦阻力系数.可视化实验表明随Re数增大,出口段、中间段及入口段依次出现层流向湍流过渡,层流向湍流过渡是渐进的、连续的.摩擦阻力实验表明无论层流区还是过渡区,摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,由于转捩提前层流区摩擦阻力系数随Re数增大,与传统理论预测值偏差越大.可视化实验与摩擦阻力实验均表明层流向湍流过渡的临界Re数在1 500左右.     

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。     

油-气-水三相流水平井携液临界气量计算方法

川西中浅层水平井不同程度产液,当气井积液时,需实施泡排等工艺技术排液后才能稳产,而判断积液最简单的方法是计算气井携液临界气量,气井携液临界气量计算常用液滴或液膜模型,此两种模型均基于液滴或液膜反转作为判断积液标志而建立,应用结果与实际符合率较低。针对以上问题,开展了水平井积液规律模拟实验及相关模型研究,结果表明,液滴或液膜反转时,井筒均未积液,以液滴或液膜反转判断积液建立的模型计算的积液时间比实际偏早,进而基于实验现象,分析气体带液能力,建立新的气井积液判断标准;倾斜段携液临界气量随井斜角度的变化先增加后减少,40°时携液临界气量最大;基于实验测试数据,考虑含油率、井斜角对携液临界气量的影响,建立了携液临界流量计算模型,应用于中浅层水平井油—气—水三相流井筒积液判断,符合率91.4%,在同类气井具推广应用价值。     

下倾管段塞流特征参数试验研究

为揭示下倾管段塞流的流动规律，在内径50 mm、长27.43 m的不锈钢多相流试验环道上对下倾管段塞流的特征参数进行了试验研究。采用差压波动信号相关分析技术，分析了气液相折算速度、混合速度以及管线倾角变化对液塞速度、平均液塞长度、最大液塞长度以及液塞频率的影响。结果表明，随混合速度的增加，液塞速度不是线性增加，而且对管线倾角的变化不敏感;平均液塞长度随着混合速度增大呈先减后增的变化趋势，但随着倾角的变化没有明确的规律，而当Froude数大于16时，管线倾角对最大液塞长度的影响减小;液塞频率随气、液相折算速度增加而单调增加，且倾角越大，液塞频率越小。     

储层伤害下的低速非达西斜井产能分析

在考虑启动压力梯度和储层损害因素的基础上,对斜井井眼周围的单相流体在储层的渗流规律分析,通过空间坐标变换,建立了适用于具有供给边界的稳定渗流条件下的斜井产能公式,并以海拉尔盆地某低渗透油田的一口斜井为例,进行了斜井的流入动态和产能分析,为斜井的合理配产提供了科学依据。分析研究认为,当启动压力梯度（小于0.001MPa）、井斜角（小于20oC）较小时,对斜井的流入动态影响较小,当启动压力梯度、井斜角较大时,对斜井的流入动态影响较大;当井斜角较小时,斜井非达西无阻流量变化不大,井斜角大于200时,曲线开始出现明显上翘,并且随着井斜角的增大,斜井的非达西无阻流量急剧增加;随着油层厚度的增大,斜井非达西无阻流量越大,并且斜井非达西无阻流量与地层厚度成线性关系。     

水平分层/雾化流中相间滑移特性的理论研究

通过对水平分层／雾化流中液滴和其携带流体间交互作用的分析，提出了一个预测水平分层／雾化流中轴向液滴速度分布以及弥散相和连续相之间相对滑移的理论模型，通过计算获得了两相速度参数及相对滑移参数。计算与实验结果表明：无论是从液滴轴向速度分布变化趋势的定性分析，还是从与实验数据的定量比较来看，建立的模型都是合理的。液滴速度与气相速度分布不同，在垂直方向上液滴的轴向速度近乎呈线性分布。油／气两相流动时气核中液滴与气相的平均滑移比约为0．7。     

倾斜管内气液两相上升流动流型转变的研究

对倾角为０°到２０°的范围的倾斜管内气液两相上升流动的流型及其转变进行了试验研究，通过对６种流型间转变的机理分析，提出了实现这些转变的动力学条件。进一步导出了环状流向弹状流转变；分散泡状流向泡状流或弹状流转变；泡状流向长泡状流；长泡状流向弹状流转变的４种界线方程，并与试验数据进行了比较，结果今人满意。     

一个简化的瞬态油气两相流模型

给出了一个简化的油气两相流瞬态模型。模型中对控制方程组中的动量平衡方程作了局部平衡假设，采用交错网格和隐式离散格式。该模型适用于任意角度管道，而且适用于油气两相流管线中可能发生的各种流型。与实验数据的比较表明，该简化模型可以满足工程需要，但计算量要比同类复杂模型少得多，有重要的工程应用意义。     

低渗透油层中单相液体渗流特征的实验研究

单相液体的渗流特征是油气渗流研究的基础问题,低渗油层中的渗流特征迄今研究尚少,这方面的研究对于低渗透油气田的开发具有理论及实际意义。本文总结了低渗透油层中单相液体渗流特征的实验研究结果,分别研究了蒸镏水、低浓度盐水和模拟原油通过天然岩心和人连岩心流动的渗流曲线特征,实验结果显示单相液体在低渗透岩心中渗流的特殊规律。在低渗流速度下流动为非线性,在较高渗流速度下为具有初始压力梯度的拟线性流动,在渗流速度由低到高的变化过程中,流动呈现非达西型的渗流特征,这种渗流曲线特征和岩心渗透率直接有关,当渗透率增大时(实验岩心渗透率为183.6×10~(-3)μm~2)出现达西流动情况。实验表明,这种非线性——线性非迭西型流动可能是低渗透油层中流体渗沆的基本特征。     

管内油气两相流流量变化瞬态过程研究

为了给油气两相流管线的设计和运行的安全性提供参考依据,并为油气两相流瞬态模型研究提供检验数据,对流量改变引起的油气两相流瞬态过程进行了详细实验研究．实验系统的管路采用管径为２９ｍｍ,总长为１８ｍ的有机玻璃管道,由水平段、垂直上升段和垂直下降段三种管道布置组成;实验工质为３０＃机油和空气．在垂直下降段、水平段和垂直上升段设置测量段,测量压力、压降、含液率和流型;用微机数据采集系统实现自动连续采集,能得到流动参数快速变化的详细信息．该系统可同时采集１６路信号,采集频率为１ｋＨｚ．实验发现,增加气相流量时压力会陡然增加,超过最后的稳态值,出口流量也会出现瞬间峰值,增加液相流量和分别减小两相流量的操作不会引起超越稳态值的问题,因此在油气两相流管线的设计和运行操作时应考虑气相流量增加过程中出现的极大值超越稳态设计值所带来的技术问题．