稠油油井出砂监测室内模拟研究

针对海上稠油油井出砂监测装置进行了研究,设计了一种室内稠油出砂监测实验系统,并研制了易于传感器感受出砂振动信号的一次仪表装置,研发了出砂信号采集分析系统。出砂监测过程中利用压电加速度传感器识别砂粒撞击一次仪表引发的高频振动信号,采用动态信号处理方法对出砂信号进行时域和频域分析等。在实验室条件下,进行了不同含砂量的稠油(黏度大于100 mPa.s)出砂监测实验,取得了非常好的效果。实验结果表明:在砂样粒度、携砂流速等固定的条件下,随着含砂量的增加,出砂振动信号的均方根值、功率谱幅值、方差值等信号特征值不断增大。     

基于高频振动信号分析的稠油出砂量监测方法

针对海上稠油开发中的适度出砂监测问题,设计一种能够持续有效监测油井出砂的监测系统,并进行室内试验。利用专门设计的一次仪表对砂粒撞击产生的高频振动信号进行监测,在实验室条件下,进行不同出砂量条件下的黏度为130 mPa.s的原油出砂监测效果试验。采用编写的信号分析程序对监测的出砂信号进行时域、频域特征分析。结果表明,该系统能有效监测油流中含砂量的变化,随着含砂量的增加,出砂振动信号的方差值、均方根值、功率谱幅值等信号特征值均增大,且基本呈线性变化,试验结果验证了监测系统的可行性。     

振动信号分析用于出砂监测方法有效性研究

 海上稠油油田的适度出砂开采技术需要一种有效的实时出砂监测系统用以监测出砂信号,目前使用的出砂声测法和ER法都存在不同的问题。声测法目前主要用于气井和稀油油井出砂检测中,而ER法则存在寿命短、监测延迟等问题。因此,提出了可以利用流体中的砂粒撞击管壁产生的振动信号作为出砂监测的新思路。为了验证这一方法的有效性,在实验室内建立了一套用于模拟油井出砂的实验装置,系统中主要采用压电式加速度传感器接受砂粒撞击的振动信号,后期采用滤波、放大等动态信号的处理方法来处理;实验中利用高粘度的齿轮油模拟稠油流体,用柱塞泵、加热搅拌器来实现油井生产的出砂状况。实验采用60目砂样石英砂粒,室温下粘度为130mPa·s的稠油,实验过程中温度从室温逐渐增加,每5℃一个点,到70℃,含砂量从无砂加到0.8%,实验过程中通过不断搅拌保持砂粒在流体中的悬浮和均匀。通过对采集到的数据进行功率谱分析,试验结果表明,将振动信号用于出砂监测有效性很好。     

产水气井井筒携砂机制及携砂能力评价试验与应用

对垂直井筒不同水气比和含砂体积分数下的气水砂三相流动机制及气水携砂能力进行系统的试验研究。通过试验得到单相气体携砂和气水携砂临界流速与砂粒径的定量关系和规律。根据试验数据揭示的气液携砂机制,建立不产水和产水气井的临界携砂流速模型,用于预测给定生产条件下的携砂条件和携砂能力,并提出考虑井筒携砂的新型气井综合协调曲线用于实际气井工况分析和制度调整。结果表明:一旦气井见水,气井携砂能力将比不产水条件下严重降低,气体流速和水气比是控制携砂动态的主要因素;随着水气比从零开始升高,流型依次为无携砂现象的泥状流、具有携砂能力的环雾流、段塞流,以及其他相同水气比条件下的气水两相流型;气液两相流要达到携砂条件,气体流速必须达到携液流速,并且液相流速要达到基本的单相液体携砂条件。     

一种能有效监测稠油出砂信号的室内实验装置设计

稠油油井生产的适度出砂开采技术需要一种有效简便的出砂实时监测方式来监测油井生产的出砂状况。油井的过度出砂能严重损坏设备,影响生产。国内目前油井的出砂监测方法主要包括出砂声测法和电阻法,但是这两种方法对于稠油的出砂监测都存在一些问题。因此,实验室内设计了一种用于稠油出砂监测的一次仪表,主要是通过采用压电式高频加速度传感器来接收携砂流体中砂粒撞击管壁产生的振动信号来监测稠油的出砂状况。为验证这一装置设计的有效性,在实验室内建立了一套完整的稠油出砂监测系统。实验采用150目石英砂粒,含砂量从0‰到5‰,利用高黏度的齿轮油作为携砂流体。实验结果表明,这种一次仪表设计能够有效实时监测稠油的出砂信号,具有很好的应用性。     

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizable k-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.     

基于PVT法的小通道气液两相流段塞流的流量测量

针对小通道气液两相流段塞流,将常规通道的压力-体积-温度测量法(PVT法)应用于两相流流量测量研究。利用光电传感器、温度传感器以及差压传感器采集上、下游位置的气液两相流流速信号、温度信号和压力信号,然后根据PVT法测量原理实现气液两相流流量测量。实验中采用的小通道内径为5.0 mm。研究结果表明:本文提出的将PVT法应用于小通道气液两相流段塞流流量测量的方法是可行的,两相流互相关流速测量最大相对误差在6%以内,两相流液相流量测量最大相对误差在10%以内。     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

产气井内气液两相流流量测量方法

针对大庆油田气井内广泛存在的气液两相流流量测量问题,提出了伞集流式涡轮流量计与电导传感器组合的气液两相流流量测量方法,并采集了104组不同流动工况下气液两相流的涡轮和电导波动信号．采用从电导波动信号中提取的吸引子形态特征量对伞集流后测量通道内的气液两相流流型进行辨识,取得了较好的流型分类效果．在总流量为0．1～2．5m^3／h、含水率为0．04～0．97范围内,基于气液两相流涡轮波动信号建立了总流量测量模型,预测总流量绝对平均相对误差为7．9％．从电导传感器测取的波动信号提取了与相含率有关的时频域特征量,通过支持向量机软测量模型实现了含水率预测,预测含水率绝对平均误差为0．038．研究结果表明,采用伞集流涡轮流量计与电导传感器组合可以较好地测量气液两相流流量和相含率．     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟研究

结合k - ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

水平气液两相变擀分层流动模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流的流型转变机理及压降计算方法,对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展,根据气液两相界面波的迅速成长机理,考虑了管壁入流或出流的影响,得到水平井筒气流两 质量流动分层流向非分层流流型转变的判别方法,并对气、液两相分别应用质量守恒方和动量守恒方程,考虑管壁存在入流或出流对于分层流流型压降的影响,得到水平井筒气液两相变质量流动分层汉流的压降计算方法。     

功率谱熵在垂直于水平流向的气液两相流压差信号中的应用

对垂直于水平流向的气液两相流压差信号进行了实际测量,对采集的信号提取其功率谱熵值.结果表明:压差信号的功率谱熵受外界压力变化影响较小,对两相流流型变化是敏感的,通过分析功率谱熵值随气液两相流气相流速变化趋势,能够较好地揭示水平管道气液两相流流动特性,为两相流流型的准确识别方法提供有价值的参考.     

两相流固体速度测量的改进方法

提出一种气、固两相流的流速测量新方法．首先通过对两个传感器之间的流动噪声输送过程进行分析，建立两个传感器信号之间的数学模型．以此为基础提出流速测量的改进方法．实验结果表明：此方法在两相流流速测量中具有较高的精度和较快的软件运行速度，为两相流流速的在线测量提供了一种有效的手段．     

高温气流干燥氧化铝对流传热传质分析

基于两相流理论,提出了一个描述含湿氧化铝颗粒气流干燥过程的一维数学模型.模型考虑了干燥管内气固两相间的传热和传质、气固两相温度和含湿量的变化.利用Bird等所提出的努赛尔数经验公式对该气流干燥模型进行了数值计算,得到了含湿氧化铝颗粒在不同气流干燥条件下的干燥曲线.整个干燥过程的数值模拟结果与实验数据吻合得很好,可以用来预测含湿氧化铝颗粒的干燥湿度.另外,对固气比、气流温度以及气流速度对颗粒湿度沿干燥管高度变化的影响也作了计算和分析,结果表明固气比和气流温度对颗粒湿度的变化影响较大.低固气比、高气流入口温度,干燥过程颗粒湿度变化大,有利于颗粒干燥.而气流速度对颗粒湿度变化的影响则可忽略不计.     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟

结合k-ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.     

光纤两相流测试系统与实验

基于光纤双探针的方法设计了一套光纤两相流参数测量系统,可以满足两相流的微观特性测试的需求.该系统能够很好地识别气液两相流中的不同相,将光纤探针测得的光信号转换为电信号,经过偏置放大等处理后输送给采集系统,最终通过计算机编程进行数据处理.模拟实验测得了含气率、气泡速度、气泡大小等3个参数,分析了其径向分布规律:在一定的操作条件下,随着气流量的增加,含气率随之增加,径向分布由边壁峰、中间峰转向中心峰;气泡的上升速度增加,呈现管道中央速度大边壁速度小的分布;在一定的范围内,气泡大小的径向分布比较平稳.该实验验证了光纤两相流测量系统的可行性,展示了光纤探针技术用于两相流测量的优越性.     

壅塞现象法测量气粉两相流音速

实验研究了在水平等截面管道中空气-树脂粉两相流的音速.基于壅塞现象原理,提出了一种测量气粉两相流音速的新方法.得到了空气-树脂粉两相流在不同固气比下质量流量和滞止压强的关系,从而确定了发生壅塞现象的临界压强,进一步得到了临界压强比和固气比的关系式.考虑两相流连续方程确定出两相流的实际表观音速,并且与两相平衡流理论计算所得的理论音速进行了比较,仅为其0.5~0.7倍.     

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.