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。     

离散缝洞网络油水两相流动的数值模拟

基于溶洞内油水两相流体瞬时平衡和重力分异的假定,采用流相流动分数模拟离散缝洞网络中油水两相的流动,提出一种离散缝洞网络两相流动的数值模拟方法,并编制相应的数值计算程序。分别采用计算流体力学的VOF(volume of fluid)模型和本文中提出的方法对缝洞网络模型算例进行计算,验证了本文方法的正确性。     

油水两相流超声测试机理仿真建模

针对油水两相流双连续分散流动条件下流动参数的有效获取问题,采用仿真建模技术,对油水两相流超声测试机理进行研究。通过建立反映实际流动状况的数值仿真模型,讨论超声频率和离散相粒径尺度对超声传播的影响,分析双连续分散流中超声衰减与油相含率之间的关系和超声的作用方式。研究结果表明:所建立的仿真模型可有效描述油水两相流超声测试方法机理。     

自然冷却均温板数值模拟

为实现电子设备无噪声、高均温的温度控制,设计了1种新型自然冷却均温板。在均温板内设置两相流体管路,通过管路中工质的相变换热,强化均温板的传热性能与均温特性。通过经典相变理论并结合流体体积函数方程建立自然冷却均温板的流动与传热模型,计算模拟了均温板内部的工质两相流动、传热以及气液相变的过程。模拟结果显示:均温板主要在重力的作用下运行;在充灌量为70%时,均温板的温差和热阻最小;工质R134a的换热性能明显优于工质R236fa和R245fa。     

考虑变应力影响的粗糙裂缝油水两相流动能力数值模拟方法

油水两相相对渗透率和毛管力曲线是表征裂缝中流体流动特性的重要指标。基于侵入逾渗模型,建立一种考虑变应力影响的粗糙裂缝内油水两相流动数值模拟方法。通过蒙特卡洛法构建单条粗糙裂缝模型;利用侵入逾渗模型模拟单条粗糙裂缝中的稳态油-水驱替过程,数值求解毛管力及相对渗透率曲线。通过与Mualem解析模型比较验证模型的准确性。借助裂缝所受有效应力与开度间的解析关系,研究变应力影响下油水两相流动能力的变化规律。结果表明:油-水驱替过程中,随着裂缝有效应力增加,毛管力曲线呈整体抬升趋势,其中油相相对渗透率明显减小,而水相相对渗透率基本不变,同时发现油相开始流动对应的含水饱和度和水相基本失去流动能力对应的含水饱和度均随有效应力的增加而减小。     

油水分离器中液滴流动模拟方法研究

对油气储运行业来说,油水两相流是不可避免的问题.然而储运设施中油水两相带来了一系列风险,因此油品在储运过程中进行油水分离处理是必要的.对油水两相流中液滴流动的实验观测和数值模拟这两种主要研究方法进行了分析比较,指出了当前实验水平所具有的模糊、定性化和不统一等问题.在此基础上,提出了基于CahnHilliard方程的相场模型,引入了"Shift-Matrix"矩阵快速解法,通过与LBM方法的对比来论证本算法优越性,并通过对不同条件下水滴和油滴的运移及融合过程的模拟,验证了本文模型和方法的可靠性和正确性,指出了当前在油水分离器设计中所采用公式的不足,从而能够为日后油气储运领域实际油水两相流过程的研究提供理论依据和技术基础.     

水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟

由于计算模型的局限性,目前对水力旋流器内两相湍流的模拟计算仅限于来流分散相浓度低于10%(体积分数,下同)的情况.文中利用Fluent软件,将多相流欧拉分析方法与各向异性的雷诺应力湍流模型相结合,实现了水力旋流器内油水分离过程的三维数值模拟并预测了分离效率.该模拟可用于来流分散相浓度超过10%、湍流具有各向异性的一般广义情形,展示了油水两相由开始的均相来流逐渐在旋流器内分离、聚合、迁移的过程.实测结果验证了文中对旋流器分离性能预测的正确性.     

仰角式游离水脱除器分离过程数值模拟

仰角式游离水脱除器属于重力式油水分离设备,其分离效率高于立式和卧式脱除器.为了分析脱除器仰角对分离效果的影响,采用多相流欧拉分析方法,结合标准k-ε湍流模型对脱除器的内部流场进行了数值模拟.分析了脱除器在不同仰角时油水两相由开始的均相流逐渐在脱除器内分离、聚合、迁移的过程,研究了油水两相体积浓度随时间的变化规律.模拟结果表明,脱除器仰角为12°时,分离效率最高,出油口油中含水体积百分比为7.6%.     

小波神经网络在油水两相流软测量中的应用

油水两相流流动参数的准确测量对于众多工业工程的有效监控具有重要作用.针对V型内锥测量油水两相流所获取的差压信号,提出了一种水平管道中油水两相流的质量流量软测量方法.采用的方法中构建了基于自适应小波神经网络的油水两相流质量流量软测量模型,实现了两相混合总质量流量的测量.实验测量结果与油水两相流的均质模型计算结果进行了比较.结果表明,基于V型内锥差压测量和自适应小波神经网络的软测量方法可以应用于油水两相流的总质量流量测量,与理论的均质模型比较,测量误差较小.     

基于两相启动压力梯度和应力敏感的油藏油井产能模型研究

低渗透油藏水驱开发过程中,储层中油水两相共同流动,油水两相启动压力梯度和储层应力敏感性同时存在。基于Buckley-Leverett方程,建立基于油水两相启动压力梯度和岩石本体有效应力理论为基础的应力敏感性的低渗透油藏油井产能模型,实例验证了该产能模型的准确性。与其他4个模型的预测结果比较表明:本文模型误差较小,能较好描述低渗透油藏油水两相渗流特征。说明低渗透油藏水驱开发过程中应该充分考虑油水两相启动压力梯度和应力敏感性的综合影响,研究结果可为低渗透油藏水驱开发提供理论支撑。     

高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力模型

 为准确计算某矿山高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力损失,在固-液两相流理论的基础上,综合全尾砂充填料浆管道输送阻力影响因素,通过因次分析法构建高浓度超细全尾砂充填料浆管道输送阻力模型。运用计算流体动力学方法（CFD）研究充填料浆体积浓度、流速、管道直径、固体混合料密度等因素对管道输送阻力的影响,得到360 组管道阻力损失值;采用最小二乘法回归计算管道输送阻力模型系数,并抽取4 组常用工况点对计算模型进行误差分析,根据回归系数显著性检验方法,得到各因素的影响程度关系。计算模型结果与泵送环管实验的误差在5%左右,能满足本矿山充填系统设计需要。     

低浓度多相流管道冲蚀磨损数值模拟

液固多相流冲蚀磨损会严重影响管道的使用寿命。以某输油管线设计为研究对象,运用Fluent软件中的Mixture-DPM双向耦合模型研究低浓度颗粒的油水多相流管道流场变化,分析集输管线整体冲蚀速率分布,得到了不同管件冲蚀磨损较严重的区域。为了进一步研究冲蚀磨损的影响因素,选取3种不同的入口流速及原油含水率进行综合对比分析,结果表明：不同管件的冲蚀磨损区域各不相同;90°弯管磨损区域主要集中在外拱壁面,三通管磨损区域主要位于下支管右壁面,渐缩管磨损区域主要位于喉部区域及出口处,盲三通在盲端1/3处形成小型旋涡,且磨损区域主要位于盲端与下支管相贯线区域以及下支管右壁面处;冲蚀速率随入口流速的增加呈指数型增长,指数系数为1.89;随原油含水率增加,冲蚀速率呈倒"U"形变化,当含水率为20%时,冲蚀速率达到最大值。     

集流环结构对淬火炉内两相流流场的影响

为了分析集流环结构对淬火炉内两相流流场的影响,以常压高速氮气和雾化水混合物喷射淬火炉内的复杂流场为研究对象,采用Mixture两相流数值模型,利用CFD数值模拟软件FLUENT对其进行了数值模拟分析。分析了不同集流环角度和尺寸时对淬火炉内的流场的影响。研究结果表明,淬火炉内的流场非常复杂,内腔、外腔及集流环附近存在回流。集流环的角度对出口流速影响较小,而集流环内部直径影响较大。数值模拟结果表明,所设计的淬火炉对淬火介质的流动具有加速作用,可以实现对试件的快速冷却。     

有限元法油水两相油藏数值模拟研究

 研究了利用迦利金有限元方法模拟油藏中油水两相渗流问题,提供一种油藏数值模拟方法。研究方法从数学模型出发,严格推导了油藏油水两相渗流方程的有限元弱形式,在井边界处理及上游权选择等非线性处理方面给出了可行的策略。采用商业性有限元代码生成平台FEPG,生成六面体八结点有限元软件代码,模拟三维两相油藏的油水渗流规律。为验证有限元方法及软件的正确性,与基于有限差分的商业软件进行对比,结果表明有限元方法模拟计算结果有效可靠,同时网格弥散现象有所控制。     

油水井瞬态流入动态关系曲线研究

基于质量守恒原理,建立了油水两相地层瞬态渗流的数学模型。通过定义油水两相拟压力函数,将渗流数学模型线性化,在获得数学模型解后,推导出在地层中为油水两相渗流的油水同产井的产能方程,从而建立了油水同产井瞬态流入动态关系曲线的理论,由此,可以作出油水同产井的瞬态流入动态关系曲线,为油水同产井的动态分析提供了理论基础。     

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。     

基于双流体模型的人工煤气管道腐蚀预测

人工煤气管网中广泛存在的多相流动腐蚀是造成人工煤气管道减薄的主要原因。针对现有检测技术难以检测输送复杂介质管道的剩余壁厚的问题,以昆明市燃气管网为例,基于双流体模型进行人工煤气管网的多相流动分析,采用实验与理论研究相结合的方法,确定了人工煤气管道的腐蚀特征,计算得到管道的腐蚀情况,结果表明：管道腐蚀程度主要与持液率和CO₂分压相关;采用多相流动仿真模型平均腐蚀速率为0.054 3 mm/a,全动态多相流模拟的腐蚀预测结果存在明显误差;建立的人工煤气管网腐蚀速率预测模型误差平均值为8.9%,优于全动态多相流模拟多相流腐蚀预测结果。     

单锥式油水分离旋流器内流场的数值模拟

为了研究水力旋流器用于油水分离的复杂情况,使用FLUENT软件中的多相流欧拉分析方法,结合雷诺应力湍流模型对单锥式旋流器的内部流场进行了数值模拟.分析了旋流器内部的体积浓度分布、压力分布,以及切向、轴向和径向速度分布的规律,揭示了油水两相流的分离特性.在不同流量下,计算出了旋流器的流量-效率曲线,计算结果与实验数据吻合较好,从而证明了该湍流模型和数值算法的可靠性.     

突扩管分离流场的数值模拟

边界突然扩大的流动在管道输运工程中是一种常见的流动现象,管道的设计对节能及生产成本的降低起着至关重要的作用.利用计算流体力学(CFD)中的FLUENT软件对突扩管路牛顿流体层流情况进行数值模拟,并通过后处理软件Tecplot和Origin对模拟结果做了数据处理,给出了不同雷诺数和不同突扩比情况下的突扩管分离流场的流线图,分析了它们对突扩管流的影响.结果可以很好的反映突扩管流的基本特征,为工业生产中常见的此类问题的研究提供了理论依据和分析方法.