油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术,其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据.首先,通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W/O)向水包油型(O/W)的转变发生在含水率约为0.45时.垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流.通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式,该转变发生的临界截面含气率约为0.35,计算结果与实验值的平均误差为11%.泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小,含水率对转变界限的影响较弱.     

水平管油-气-水三相流压力梯度变化特性

在内径50 mm、长40 m的不锈钢水平环道内,利用压力传感器对油-气-水三相管流压力波动特性进行试验研究,从流型的观点分析三相管流平均压力梯度随液相中入口体积含水率、气相折算速度以及液相折算速度的变化规律.结果表明:油-气-水三相管流条件下的转相点对应的人口体积含水率为40%,低于油水两相管流转相点对应的体积含水率(60%),油-气-水三相流动转相的发生与折算液速、折算气速和液相含水率均有关, Lockhart＆Murtinelli两相模型可以用来预测AN ‖ O/W流型的油-气-水三相流动压力梯度.     

垂直管内油—气—水三相弹状流流动特性的研究

采用高速动态分析系统和光纤含气率测量仪,研究了垂直上升管内油－气－水三相弹状流流动特征的规律．实验表明,短时域内平均截面含气率是判断三相流流型的有效方法．通过改变三相流系统中的体积含水率,研究了它对液弹内平均截面含气率的影响;最后,用高速动态分析仪可视化测定了各个工况下的平均液弹长度．     

油气水三相流动不同流型摩擦阻力的实验研究

采用双流体模型,将油水混合物作为非牛顿流体,重点进行了间歇流的摩擦阻力计算分析,并在管径４５ｍｍ、水平放置圆管的实验台架上对不同流型的油气水三相流动的摩擦阻力进行了计算和测量．结果表明,间歇流摩擦阻力计算式与实验测量结果基本一致,进一步改进后可用于工程计算和运行检测;水平管内油气水三相流动摩擦阻力特性受折算气速、折算液速以及含油率等因素的影响较大     

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。     

油水两相乳化液流动特性的实验研究

对垂直上升管内油水两相流动特性进行了实验研究,指出油包水流型向水包油流型发生转变的界限点在含水率φw=0．3处．在前人研究的基础上,提出了通过实验测量得到的压力降来计算油水两相乳化液粘度的新模型．结果表明,这种计算油水乳化液粘度的方法较为精确。     

水平圆管内油气水三相流摩擦阻力特性的实验研究

给出了水平放置的圆管内气水、油气两相流及油气水三相流动摩擦阻力夺降特性的实验结果。应用理论研究中推导出的各种流型下的摩擦坟降关联式进行了计算,并与实验数据进行了比较,提示了摩擦阻力压降随折算气速、折算液速、油水混合液中的含水率以及管子直径的变化规律。     

多相流流量的电容相关测试技术研究

应用电容传感器和相关分析技术，对常温、常压下内径为６２ｍｍ垂直上升管中的水气两相流、油气两相流、油水两相流以及油－气－水三相流流量进行测试研究．同时考虑物性和流型对流量测试的影响，利用漂移流动模型提出了对以上两相流及三相流流量计算的计算公式．通过实验，证实了电容相关测试方法的可行性和可靠性．     

水平管内油—气—水三相流流型的研究

在较为宽广的实验参数范围内,对水平管内油－气－水三相流动的流型及其转变规律进行了实验和理论研究,分析了各种流型间的转变机理,并根据实验数据建立了水平管内的油－气－水三相流型间的转变关系式和流型图,结果表明：随着含水率的减小,在相同液速下,不同流型的转变均有提前的趋势,即转变所需的气速小;含水率对不同流型转变界限的影响程度有所不同,这主要是由于三相混合物的物性对流型的影响。     

圆管内油—气—水三相弹状流的生成和发展

利用高速动态分析仪清晰的可视化效果。在一个宽广的流速范围内,观察了垂直上升圆管内油－气－水三相弹状流的形成和转化。将Weisman流型转化过渡区的概念应用到油－气－水三相弹状流流型的研究中,量化了弹状流转化过渡区的边界。提出的弹状流的生成转化边界、弹状流的发展转化边界,很好地包容了前人所得到的弹状流转化边界,为解释众多弹状流边界模型的不一致性,以及合理认识弹状流的特性提供了更可靠的理论依据。     

垂直管不同黏度下油气水三相流压降规律研究

为研究垂直管不同粘度油气水三相流压降变化规律以及建立新的三相流压降预测计算方法,依托于中石油气举试验基地多相流试验室,对垂直上升管道中不同粘度油相下的油气水三相流动进行模拟。在固定油水比条件下,通过调整不同油相粘度、气液比、气液流量等参数进行油气水三相流试验,研究油相粘度对油气水三相管流压降变化影响规律。利用CFD软件参考试验工况模拟油气水三相流动,确定在不同粘度条件下气液两相分布情况,通过CFD软件模拟确定油水两相在充分混合后可视为单一非牛顿流体混合相。基于CFD模型结果,将三相流看作油水混合相与气相的两相流动,考虑粘度对摩阻系数的影响,根据非牛顿流体剪切特性建立了新的摩阻系数计算方法,基于M-B模型重新建立了新的压力计算方法。对比试验数据与计算结果,发现压降计算模型误差范围在15%内,满足工程实际需求,说明压降模型具有实用性。     

垂直及倾斜上升弹状流的实验研究——下降液膜

目的 研究垂直及倾斜上升弹状流中下降液膜的流动特性。方法 采用ＥＫＴＡＰＲＯ１０００型高速动态分析仪测量垂直及倾斜上升管内气液两相弹状流中下降液膜运动速度及其厚度沿Ｔａｙｌｏｒ气泡的变化情况。结果 获得了有关下降液膜流动特性的无干扰流场测量数据。结论 液膜的流动特性与管倾角、气液流速以及Ｔａｙｌｏｒ气流长度有关,其中气泡长度是最主要的影响因素,在高混合物流速下,流动趋于轴对称,此时可忽略倾角的影响     

气液两相流中压力波传播的实验研究

在含气率为0-0.7 m/s,折算液速为0-1.5 m/s范围内实验研究了气液两相泡状流和弹状流中压力波的传播.利用压力信号分析了气液两相流中压力波传播的速度和衰减特性,证明气液两相流中压力波的传播具有色散特性,其传播速度和衰减系数受含气率和扰动角频率的影响很大,而工质的折算速度对压力波的传播几乎没影响.     

充气钻井环空弹状流稳态流动模型与实例验证

国内外针对弹状流(段塞流)管流的力学模型研究很少,且计算误差较大,无法应用于钻井工程。为此,针对充气钻井开展环空气液弹状流稳态力学模型研究,可准确预测和设计井筒流体参数。首先,借鉴国外研究成果,对钻井气液两相管流型态进行描述分析,推导出环空弹状流与泡状流的转换判别关系式,认为环空充气钻井液主要出现泡状流和弹状流两种流型,且充气钻井井深小于300 m的环空内为弹状流。然后,建立环空弹状流单元的物理模型,并对其流动参数进行解析计算。依据管流机械能守恒定律,建立充气钻井环空弹状流稳态力学模型,并给出数值解法。通过两井连通充气钻水平井(DNP02井)的实钻模拟,计算出的环空流动参数与现场实测数据非常吻合,误差小于5%。证实模型的理论体系完整,计算结果满足钻井工程需求,具有很好的通用性。     

多相流流量的相容相关测试技术研究

应用电容传感器和相关分析技术，对常温，常压下内径为６２ｍｍ垂直上升管中的水气两相流，油气两相流，油水两相流以及油－水三相流流量进行测试研究，同时考虑物性和流型对流量测试的影响，利用漂移流动模型提出了对以上两相流及三相流流量计算的计算公式。通过实验，证实了电容相关测试方法的可行性和可靠性。     

基于空隙率波特性的垂直气液两相流流型判别研究

通过实验得到了垂直管内气液两相流动各种流型的空隙率波，对空隙率波进行信号处理，得到了泡状流、弹帽泡状流、段塞流、沫状流等各种基本流型的空隙率概率密度分布规律和频谱。结果表明，不同流型的空隙率波、概率密度函数(PDF)曲线和频谱曲线具有不同的特征，截面平均含气率越高，空隙率波的频率越趋于单一。因此在不可视的条件下可以根据空隙率波特性，利用这些曲线特别是PDF曲线特性判别流型。     

垂直上升管内未充分发展弹状流流动特征参数的研究

采用电导原理对气-液两相弹状流中的弹状气泡速度、液塞速度、弹状气泡长度和液塞长度进行了测量．得到了各自随表观气速或表观液速的变化规律．并对弹状气泡长度进行了统计分析，结果表明：弹状气泡长度在显性水平α=0．05的条件下符合正态分布．     

倾斜上升气液两相弹状流模型

基于等效弹单元思想,发展了一组方程,以此来预测生趣及近垂直倾斜上升管中充分发展气液弹状流的流动特性,模型中考虑了界面切应力对液膜运动的影响;并在液弹空隙度预测中引入临界气体夹速度的概念,以此来描述弹状流中在在气泡尾部的混合特性,本文提出的模型这径对液弹空隙度的影响,弹状流模型的计算结果得到实验的验证。     

基于空隙率波特性的垂直气液两相流流型判别研究

通过实验得到了垂直管内气液两相流动各种流型的空隙率波,对空隙率波进行信号处理,得到了泡状流、弹帽泡状流、段塞流、沫状流等各种基本流型的空隙率概率密度分布规律和频谱。结果表明,不同流型的空隙率波、概率密度函数(PDF)曲线和频谱曲线具有不同的特征,截面平均含气率越高,空隙率波的频率越趋于单一。因此在不可视的条件下可以根据空隙率波特性,利用这些曲线特别是PDF曲线特性判别流型。     

垂直及倾斜环形管内上升气液泡状流存在条件

对垂直环形管内上升气液两相泡状流存在条件进行了研究 .根据Taitel的气泡结合及积聚理论及小气泡群的实际上升速度 ,将小气泡和Taylor气泡上升速度与截面含气率进行关联 ,并采用Das的预测垂直环形管内Taylor气泡上升速度的关系式 ,获得了一种改进的泡状流区存在模型 .通过该实验数据及其他研究者实验数据的比较 ,表明该改进模型比Caetano模型更加符合实际 .通过上述类似方法 ,笔者还给出了倾斜环形管内泡状流的存在模型 .