分流法消除严重段塞流实验研究

严重段塞流是海洋立管系统中形成的液塞长度等于或大于立管高度的不稳定流型,容易引起剧烈的压力和流量波动,对下游生产设备的操作及管线的运行带来许多不利的影响.在S型立管系统上探索采用分流法对严重段塞流进行控制研究.实验结果表明,该方法能够达到消除严重段塞流的目的.     

气液混输管线系统严重段塞流理论模型

针对管线与垂直立管系统内严重段塞流的流动特性,建立了一种高效的不完全依赖于实验参数的一维瞬态理论预测模型.该模型不仅能够预测不同类型严重段塞流的发生范围,还能得到压力、周期、流量、气液速度、含气率和折算速度等严重段塞流特性参数,并可对管道系统内气液流态的变化进行实时判别.理论模型预测结果与实验吻合较好.     

基于CFD的海洋立管系统严重段塞流数值模拟

利用CFD软件Fluent建立二维全尺寸仿真模型,对立管实验装置中的严重段塞流现象进行数值模拟研究。模拟方法中,采用液体体积函数(volume of fluid,VOF)法追踪气液界面;将长距离海底管道等效为箱体,以提高计算效率。模拟出了立管系统中的四种流型:典型严重段塞流(SSI)、严重段塞流II(SSII)、过渡流型(SST)和稳定流动;并对这四种流型的模拟结果进行了实验验证。最后,对典型严重段塞流的瞬态流动特性进行了深入分析。结果表明:采用数值模拟方法计算效率高,可准确模拟严重段塞流现象,为长距离立管系统中严重段塞流研究提供了切实可行的模拟方法。模拟工况下,气液喷发的瞬时质量流量可达入口的2.5倍以上,气液平均流速可达入口的4.5倍以上,其瞬态流动特性的分析对严重段塞流危害的准确评估有重要意义。     

考虑弹性基础的气液两相流海洋立管耦合振动分析

基于气液两相流立管系统的模态分析和气液两相流流动特性试验,预测与评估不同流态的气液两相流引起弹性基础上海洋立管的振动特性。模态分析中考虑流体密度分布的变化和不同弹性基础系数对振动模态的影响;气液两相流流动特性试验中,绘制含7种流型的流型图,测试各流型的压力波动特性并进行时频分析。模态分析与试验结果相结合,分析不同弹性基础时7种流型引起立管共振的可能性,并预测各流型引起立管振动的特性。最后,测试7种流型引起的试验装置的振动响应,验证耦合振动分析方法的准确性。结果表明:气液两相流和弹性基础对立管系统的固有频率和振型有显著影响;立管系统无弹性基础支承时,严重段塞流I、严重段塞流Ⅲ、段塞流和波动气泡流会引起立管系统的共振;基础的弹性系数较大时,两相流不会引起立管系统的共振,试验装置的振动响应与管内两相流流动参数的波动规律一致。     

海洋油气集输系统中强烈段塞流压力波动特性

在海洋油气集输过程中,管路中易形成强烈段塞流,从而导致管线的机械损坏、加剧管壁腐蚀等危害。为了消除这种危害,对海洋油气集输系统中带有水平管的下倾管-立管系统强烈段塞流压力波动特性进行研究。结果表明,安装有水平管段的这种管路系统与没有安装水平管段的系统相比,其压力波动有两个明显的区别:一是立管中部测压点压力波动曲线在喷发时刻产生急剧上升的压力尖端,折算液速对压力尖端的出现有很大的影响,而折算气速变化对压力突增尖端的影响不大;二是在低的折算液速条件下,下倾管底部测压点最高压力大于其他所有测压点的压力,随折算液速的增大,该点的压力变小,达到正常值。     

极端海况下海洋立管的动态可靠性分析

运用ANSYS有限元模拟软件,以一海洋立管为模型,采用Morison方程结合Stokes五阶波理论计算波浪力。研究了海洋立管在波浪、海流载荷同时作用下的动力可靠性。利用格拉马-沙尔勒叶级数拟合法分别对海洋立管在三种极端海况下最大米塞斯等效应力响应的分布密度函数进行求解,获得其概率密度分布模型。利用数值积分,采用应力-强度模型计算海洋立管的动态可靠度。分析结果表明:当海况严峻程度增大时,结构的最大米塞斯等效应力随之增大,海洋立管的动态可靠度随之减小,失效概率随之增大。研究结果可以为极端海况下海洋立管的可靠性评估和安全开发提供了一定的理论依据和重要的参考价值。     

S型柔性立管内空气-水两相流流型特征的实验研究

实验研究了S型柔性立管内空气-水两相流流型特征.实验环路由长114 m的水平环道,16 m的-2°下倾管和高15.3 m、长24 m的S型立管组成,环路内径为50 mm.使用立管底部压力、立管出口持液率HL及其概率密度函数(PDF)分布特征识别和区分流型.实验发现了典型严重段塞流、过渡型严重段塞流、稳定流动3类流型.典型严重段塞流下HL曲线呈方波状,相应的PDF分布呈HL分别为0和1的双峰结构;过渡型严重段塞流下HL曲线呈针刺状,其PDF分布也为双峰结构,但HL的低峰远高于HL的高峰;稳定流动下的PDF分布呈HL为0.27左右的单峰状.分析表明,典型和过渡型严重段塞流分别与垂直上升管弹状流和块状流具有相似的PDF分布特征,但彼此的流动形态却完全不同.     

水平管气液段塞流液塞长度演化规律研究

以水-空气为工质,在内径50mm、长27m的水平管中实验研究了段塞流液塞长度的统计分布规律。实验结果表明,液塞长度受气液混合速度的影响很小,主要与管内径相关．以Taitel和Barnea提出的段塞流跟踪模型为基础,进一步考虑加速压降的影响,建立了新的段塞流跟踪模型,并采用面向对象技术编制了数值模拟软件,实现了数值跟踪。计算结果表明,液塞长度的变化主要受大气泡尾波控制,与气体膨胀关系不大;模型对液塞长度的预测结果基本不受入口平均值和分布形状的影响。实验和模拟结果均说明统计液塞长度较好地符合对数正态分布。管道中的U型弯头阻碍液塞充分发展,但对于较长液塞影响不大。     

模拟混相驱动态的拟四组分模型

通常模拟混相驱动态采用组分模型,由于组分模型求解工作量大,计算速度慢,要求输入的参数较多,而这些参数很难取全取准,同时组分模型不易被油藏工程师所掌握。因此,介绍了一种模拟混相驱动态的模拟模型,该模型是在黑油模型基础上发展起来的拟四组分模型,它兼有黑油模型和多组分模型的某些优点,如黑油模型的稳定性好和计算速度快、组分模型的可模拟凝析气藏和混相驱等;给出了数学模型及各种物理参数以及混相流体性质的处理方法。该模型还以SPE为例进行计算,结果与SPE的结果一致,从而验证了本模型的可靠性。     

附着管线高层钢结构抗震性能分析

对台北市附着管线的某12层钢结构建筑物(其附着管线包括横管与立管两部分)进行了抗震性能分析.深入研究与分析了附着管线的抗震性能以及管线与主体结构两者在地震作用下的相互耦合作用.为了比较分析计算结果的可靠性,分别利用Ansys以及Sap2000两种有限元软件对该附着管线钢结构进行了地震响应的反应谱分析和时程分析,得到了钢结构附着立管以及横管在地震作用下的内力响应结果,同时针对横管几何形式的变化组合进行了优化选择,得出组合形式最佳的横管几何尺寸.分析结果为该类结构合理设计和布置附着立管与横管提供了参考依据.     

Stability of stratified flow and slugging in horizontal gas-liquid flow

A transient one-dimensional two-fluid model is proposed to investigate numerically the interfacial instability and the onset of slugging for liquid-gas flow in a horizontal duct. In the present model, the effects of surface tension and transverse variations in dynamic pressure are taken into account. The evolution of interfacial disturbances is displayed and compared with the linear viscous Kelvin-Helmholtz stability analyses. It shows that interfacial wave is more instable due to the non-linear effect. The model predicts well the stability limit of stratified flow in comparison with the experimental data, and also automatically tracks the onset of slugging. The results show that the initiation of hydrodynamic slugging is related to local interfacial instability. Based on the cycle of slugging, a model for slug frequency is presented, which predicts the trends of slug frequencies with gas/liquid flow rate well in comparison with the available data. The effects of physical properties on slugging have been examined. It is found that with the increase in the gas viscosity and liquid density the slugging would be inhibited, whereas, with the increase in liquid viscosity and gas density, the slugging can be promoted.     

严重段塞流压力波动特性试验

为了考察上升管中严重段塞流的变化规律,在强烈段塞流模拟试验装置上利用压力传感器对严重段塞流进行了测试.通过对单个液塞经过管道上某一测压点时的压力信号的理论分析,给出了压力波动曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系,并得到了利用单压力信号求得液塞运动速度、液塞长度和循环周期等特征参数的方法.研究结果表明,在进口气液相流量恒定的流动中,严重段塞流具有严格的周期性,它的液塞速度、液塞长度和循环周期等参数随时间变化而波动的幅度很小.     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律,在高4 m、内径50 mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号,并用互相关法对其进行了分析,得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明,当气相折算速度恒定时,随着液相折算速度的增大,液塞速度、液塞长度均线性增大;当液相折算速度恒定时,随着气相折算速度的增大,液塞速度线性增大,而液塞长度呈双曲型减小;当气、液相折算速度恒定时,随着下倾管倾角的增大,液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

强烈段塞流特征参数试验研究

为了寻求强烈段塞流特征参数的变化规律，在高4m、内径50mm的管线中利用双平行电导探针测试了强烈段塞流的持液率信号，并用互相关法对其进行了分析，得到了强烈段塞流的液塞速度、液塞长度随气、液相折算速度及下倾管倾角的变化规律。结果表明，当气相折算速度恒定时，随着液相折算速度的增大，液塞速度、液塞长度均线性增大；当液相折算速度恒定时，随着气相折算速度的增大，液塞速度线性增大，而液塞长度呈双曲型减小；当气、液相折算速度恒定时，随着下倾管倾角的增大，液塞速度、液塞长度都稍有增大。     

新型屏蔽暂堵钻井完井液技术研究

针对胜利油田不同区块水敏性强、渗透率差异大的特点，将不同类型的油层保护剂加入有机正电胶钻井液，研制出一种新型屏蔽暂堵保护油气层钻井完井液体系。该体系突破传统屏蔽暂堵技术观念，封堵效果好，抑制作用强，返排渗透率恢复率高，是一种理想的保护油气层钻井液。     

裂缝地层随钻段塞止漏技术

针对全部循环井浆加入刚性颗粒的随钻防漏技术中由于震动筛使用和井浆性能调控要求的限制,随钻防漏颗粒粒径和浓度不能太大的问题,提出了随钻段塞止漏技术.该技术机理就是通过单独配置高浓度段塞防漏堵漏浆,在出现漏失趋势或已经出现漏失的时候向井内注入一定体积的随钻段塞防漏堵漏浆进行防漏和堵漏.随钻段塞止漏技术使用防漏堵漏颗粒粒径可以较大,浓度也可以较高,因而能够封堵较大开度裂缝的漏失,并可以较好地协调全井浆加入刚性颗粒进行防漏堵漏的技术限制.现场试验证实了该技术对裂缝性地层的防漏和对地层出现漏失时不停钻堵漏的工艺可行性和良好的止漏效果.随钻段塞止漏技术的成功实施完善和丰富了随钻防漏技术的发展.