整流后倒U型管内气液两相流动的稳定性及流型分布

在倒U型管垂直段的两端内分别放置一个整流环，来消除入口弯头对垂直段流动的影响，通过对单相流体在倒U型管内的流动进行数值计算，以及对整流作用下倒U型管内气液流动的稳定性和流型的分布进行实验研究，发现整流环的整流作用可以增强管道内流动的稳定性，实验还发现，倒U型管垂直上升段内的间歇性流动（弹状流和块状流）区域减小，环状流区域增大，流动的稳定性增强。     

不同管径水平管油气两相流压降模型

为得到准确的不同管径水平管气液两相流的压降预测模型,用5号白油和空气在内径为40、60、75 mm,长11.5 m的测试管内进行了水平管气液两相流实验,并结合理论分析研究了不同管径水平管气液两相分层流和环状流压降模型。结果表明:相同气、液量条件下,压降随着管径的增加而减小,且管径对压降的影响较大。结合实验中观察到的流型,分别建立了水平管层流和环状流的压降计算方法,其中层流压降模型中的液相折算系数和环状流压降模型中的气液界面摩擦系数均考虑了管径的影响,新方法对不同管径条件下实验压降预测准确,整体平均绝对误差为6.4%。     

水平管内气液两相流影响滑脱损失的实验研究

为了探究滑脱损失在气液两相流中对压降存在的影响,从而进一步减小滑脱带来的损耗,本文通过利用多相流实验设备,采用水-空气为流动介质,对水平管条件下的气液两相流中的滑脱损失进行了实验研究。在采用杜克勒Ⅰ法无滑脱压降模型的理论基础上,结合实验所得数据,利用滑脱密度、滑脱压降和滑脱压降比三个参数分别对不同管径、不同液相表观流速以及不同气液比条件下的滑脱损失进行了分析。结果表明：在相同气体表观流速条件下,最大滑脱损失会随管径的增大而增大;当气相表观流速一定,液相表观流速越大时,滑脱损失在管线的整体压降中产生的影响越大;在液体表观流速不变,气液比改变时,可根据滑脱压降大小判断滑脱损失影响;水平管中滑脱损失变化与滑脱密度之间没有明显的关联性;水平管中段塞流型相较于层状波浪流会产生更大的滑脱损失。以上结论可为工程设计、实践提供参考。     

并联管路气液两相流分流实验与数值模拟

为了研究气液两相流在并联立管中的分流状况,在实验室中建立了带有并联立管的气液两相流流动回路。建立了气液两相流分流数学模型,通过数值模拟方法对气液两相流分流进行研究。实验过程中发现了并联立管中三种不同的流动状态分别为弹状流-弹状流、搅混流-搅混流以及弹状流-搅混流。实验结果表明当并联立管中的流动状态为弹状流-弹状流时,两根立管中的压降相同,但是并联立管中的液塞排出并不具有同步性,可能产生偏流状况。在气液流速较高的搅混流-搅混流时两相流在并联立管中始终处于均匀分配状态。介于两者之间的弹状流-搅混流,并联立管中的压降产生较大的偏差,气液两相流流量更倾向于搅混流一侧流出,此时并联立管中产生严重的偏流状况。数值模拟过程中,通过对并联立管出口持液率进行监测,在较低的气液速下两相流并不能够均匀分配,但是在较高的气液速下,两相流始终处于均匀分配,可见所建立的数学模型具有良好的准确性。     

Ω型管的气液两相流动调整作用数值模拟研究

为了开发基于流动调整机制的严重段塞流抑制方法,提出了一种新型流动调整装置——Ω型管,应用数值模拟方法对Ω型管内气液分层流的流动特性进行了研究,探讨了Ω型管的基本单元个数(N)、基本单元之间的距离(d/D)、主弯管弯曲半径与管径的比值(r/D)、入口气液相流速(气相和液相折算速度,U_(SG)和U_(SL))等结构参数和流动条件对Ω型管气液两相流动调整作用的影响规律。研究结果表明:①Ω型管能够实现"液相对气相阻塞"和"气相对液相携带"两个物理过程,从而将分层流转变为间歇流型;②增加N和提高r/D均可增加上述物理过程的循环周期,N的增加为更多气相先于液相通过主弯管(气相被阻塞阶段)提供了条件r/D的提高有利于增加主弯管上游的液相累积量,使气相能够携带更多的液相通过主弯管(液相被携带阶段),使得Ω型管下游液相含率波动性增强、气液两相流动特性间歇性增强,从而增强Ω型管对分层流的流动调整作用;d/D的增加影响作用不显著;③U_(SG)不变、U_(SL)增加有利于增加主弯管上游的液相累积量,为气相携带更多的液相提供了条件;增加P导致U_(SG)降低,会减弱气相携带液相的能力;增加U_(SG)同时减小U_(SL)虽然可提高气相携带液相的能力;但液相供给的减少会降低液相的累积量,导致因气相携带而进入主弯管的液相减小,从而减弱Ω型管的流动调整作用。以上研究结果为优化设计Ω型管、探索其气液两相流动调整机理和应用于集输管线-立管系统提供了基础。     

高气液比气液两相流管内相分隔特性

管内相分隔技术是一种先进的多相流处理技术,为多相流分离和测量提供了新的思路。但是目前对多相流管内相分隔特性及流动机理的研究较少,一定程度上限制了该技术的应用。利用数值模拟的方法,对高气液比气液两相流管内相分隔特性进行了研究,并通过实验方法加以验证。高气液比气液两相流在旋流器的作用下被调整为气核-液环流型,即形成管内相分隔状态。研究结果表明,旋流器叶片角度为45°时相分隔效果最好;在气液两相流管内相分隔状态下,液环维持距离约为160 mm;气液两相进口流速和液相粒径对相分隔效果有较大影响,当进口速度大于5 m/s,液相粒径大于0.05 mm时,能够取得较好的相分隔效果。研究结论为基于管内相分隔技术的高气液比气液两相流分离和测量提供了理论支持。     

水平管内气液两相环状流形成机理实验研究

采用观察法和光纤探针信号识别流型,对水平管内气液两相环状流形成机理进行了实验研究,提出用表示气液两相惯性力之比无量纲准则数K和液相韦伯数来关联实验数据,得到了分层流和间歇流向环状流转变的准则关系式．结果表明。环状流可分别由分层流和间歇流转化而成,但其转化机理各不相同．分层流转化为环状流是帆船机理与二次流机理共同作用的结果,而间歇流转化为环状流则是气相对液相的冲穿机理作用的结果．计算结果和实验结果符合良好．     

水平气液两相变质量分层流动模型

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 ,得到水平井筒气液两相变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程和动量守恒方程 ,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流流型的压降计算方法 .     

黏度对垂直管气液两相流压降的影响

压降是气液两相流研究中的重要参数,而黏度对气液两相流压降有显著影响,因此有必要对不同黏度下压降规律进行研究。采用多相流试验平台测试系统,在内径60 mm,实验段长8 m的垂直管中开展油气两相流实验研究。表观液速0. 08～0. 20 m/s,表观气速1～19 m/s,气相为空气,液相为白油,黏度分别为25、50、70、150、200 m Pa·s,研究黏度对压降以及Beggs-Brill、Mukherjee-Brill和Hasan-Kabir三种压降模型计算准确性的影响。结果显示:压降模型的计算精度绝大部分会随黏度的增加而降低,其中Beggs-Brill模型在不同黏度下准确度较其他两种更为稳定,但黏度在200 m Pa·s时绝对误差高达42. 67%;黏度对于总压降影响明显,而对位差压降的影响较小;实验中观察到负摩阻压降现象,发现表观气液速度越小,黏度对负摩阻压降影响越大。     

颗粒堆积床内两相流动阻力及相间摩擦力

为了探究颗粒堆积多孔介质通道内两相流动阻力特性,使用不同尺寸的球形颗粒构建实验床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO)上进行了气-水两相流动实验.基于实验数据,对比验证了多孔介质内两相流动阻力压降预测模型,重点分析了颗粒床内气液两相相间摩擦力对阻力压降的影响.结果表明:对小尺寸(如d=1.5mm)颗粒堆积床,气液两相相间摩擦力对其两相流动阻力压降影响微弱,两相流动阻力压降随气速增大呈逐渐上升的趋势;对大尺寸(如d=6mm)颗粒堆积床,在低速下气液两相相间摩擦力对阻力压降影响显著,随气速增大,其阻力压降出现先下降后上升的趋势.     

悬链线立管多相流流型研究

以水和空气为介质,在不同倾角的水平段和悬链线段组合中,研究气液两相流可能出现的流型及其特点,其中流型主要通过肉眼观察结合压力波动检测的方法来进行辨别.同时针对实验范围内出现的部分流型,研究该流型下管段压力和压降随气液速度以及角度的变化规律,并对悬链线管段为段塞流和严重段塞流时管内含气率、气泡长度、气泡速度、气泡频率等参数进行测量.结果表明:试验范围内共出现9种组合流型,4种组合区域所占区域最广;气液流速的变化对管线压降有一定的影响,水平管段的角度对压降的影响远小于气液速度的影响;液速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随气速的增加而增加,气速一定时,段塞流和严重段塞流含气率随液速的增加而减小.     

液体填塞流的持液率与压力降研究

以不同粘度的流体为液相，在垂直管中研究了液体填塞流（包括弹状流，块状流和泛出流）的持液率和压力降，研究结果表明，对于不同粘度的液体，填塞流的持液率都随无量纲气流体积通量的增大呈对数规律减小，总压力降随气流体积通量也近似呈对数规律变化，研究同时发现，液体填塞流的摩擦阻力压力降为负值且存在极值点，摩擦阻力压力降在总压力降中所占的百分比与气流体积通量的关系存在拐点，拐点处在应于弹状流向块状流的流型转变。     

水平管内气液两相螺旋流压降规律实验研究

在气液两相流实验装置上进行了流型和压降的实验。以空气和水为实验介质,对水平管内气液两相螺旋流的流型进行了研究。依次得到螺旋波状分层流、螺旋泡状流、螺旋弥散流三种典型的流型图像。并分析了流型、体积含气率、气液折算流速以及叶轮起旋参数等因素对气液两相螺旋流压降的影响。最后实验表明,流型是影响压降规律的主要因素,其他因素对压降的影响亦有影响。螺旋弥散流是压降梯度最小的流型。以上结果对今后相关的研究以及工程实际应用具有重要的指导意义。     

水平气井井筒气液两相流型预测

准确判断产水水平气井井筒流型是预测其井筒压降、合理制定排水采气方案的关键。水平井沿流向井斜角从90 °到0连续变化,目前尚无描述水平井两相流动的统一流型图,只能分别采用描述水平管、倾斜管和垂直管的3个流型图来分段处理,各流型图实验条件差异大;且产水气井日产水量极小,气液比极高,易超出工程常用气液两相管流流型图的坐标值范围,导致其预测结果误差大。为此研制了水平段-倾斜段-垂直段的水平井空气-水两相流动模拟实验装置,考虑产水气井特高气液比的特点开展了7组管斜角641组水平井气水两相管流流型实验,归纳水平气井的5种流型及其典型特征。引用Duns&Ros定义的无因次气液速度准数,增加管斜角为X轴,绘制了描述水平气井气液两相管流的三维流型图,给出了BP神经网络模型预测水平气井井筒流型的方法。川西气田20口水平气井测压数据验证表明,该流型图预测正确率达90%。     

应用神经网络法智能识别油气水多相流流型

采用分形理论和神经网络技术来实现智能识别油气水多相流流型 .测量了水平管内油气水多相流的压差 ,应用分形理论中的重构相空间算法 (Grassberger Procaccia算法 ) ,算出压差信号的关联维数 ,然后将关联维数作为径向基函数神经网络的输入 ,从而实现对流型的智能识别 .实验结果证明 ,该识别方法十分有效 .     

水平井气液两相变质量流的流动规律研究

水平井井筒变质量流的流动规律是进行水平井产能预测、油井生产系统优化设计及动态分析的基础。从理论和实验两方面对水平井筒气液两相变质量流的流型判别与压降计算进行了探索性研究 ,建立了分层流、间歇流、分散泡状流和环雾流的流型判别模型以及分层流与间歇流的压降计算模型 ,并绘制了流型图。计算值与实验数据对比表明 ,分层流和间歇流模型与以空气和水为介质的实验结果具有良好的一致性 ,其压力梯度模型的计算值与实验测量值间的平均相对误差为 5 .3% ,大部分误差在 10 %以内 ,说明该计算模型有较高的精度