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     

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。     

水平圆管内油气水三相流摩擦阻力的模型与结构关系式

以双流体分相模型为基础,对水平放置圆管内油气流及油气水三相流摩擦阻力压降的特性的数理模型开展了系统的理论分析有关建立了各种流型的摩擦阻力压降关联式,揭示了摩擦阻力压降的变化规律。     

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.     

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．     

气液两相流临界分配特性及相分离控制

为实现对气液两相流的均匀分配,提出了一种由旋流叶片、整流器以及两个分流喷嘴组成的新型分配装置。其工作原理是:通过旋流叶片将来流调整为均匀环状流型,以保证两分流喷嘴入口接触气液两相流的几率相等;通过喷嘴加速两相流达到当地声速,形成临界流动,以克服喷嘴下游各支管路阻力特性不一致所导致的相分离。在气液两相流实验环道上开展了实验测试,实验分配器分流喷嘴喉部直径为8mm,扩张角为21°。实验气相折算速度范围为7~20m/s,液相折算速度范围为0.013~0.16m/s,出现的流型包括波浪流、段塞流以及半环状流。结果表明:在喷嘴喉部气液混合物速度达到声速的条件下,气液相分流系数接近理论值0.5,不受上游流型以及气液流速的影响。侧支管干度与主管干度最大偏差小于±5%,而当液相折算速度小于0.02m/s时,无法形成均匀环状流,气相更容易进入侧支管。提高液相折算速度以及喷嘴差压在分配总压降中所占比重,将有助于降低相分离程度。所提出的分配器结构紧凑,无分离装置和控制元件,基本无需维护,有望在高压两相流分配系统中获得广泛应用。     

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.     

水平管气液两相泡状流入口段流速场的实验研究

用热膜测速技术对水平管气液两相泡状流入口段中的液流速度及局部含气率分布进行了研究．实验时液流折算速度为3．5～4．0m／s，气流折算速度为0～0．44m／s．结果表明，在入口段中液流速度随液流折算速度的增加而增加，随气流折算速度的增加而分布更不均匀．含气率随气流折算速度的增加而增加，随液流折算速度增加分布趋于均匀．在本实验范围内，当实验测试段长度与管径比L／D大于109后，液流速度和局部含气率的分布随L／D的变化已不很明显，可认为达到充分发展区域．     

气-水环状流携带液滴粒径几何特性的测量

用激光衍射技术测量了水平管内空气－水环状流携带液滴的粒径几何分布特性,得到了Ｓａｕｔｅｒ平均直径、体积平均直径、体积分数、折算表面积等描述粒径几何特性的参数;用双参数模型描述了液滴粒径的分布,研究了折算气速、液相折算雷诺数对液滴粒径分布的影响;并利用双平行电导探针测量了气液界面波,根据界面结构分析了环状流中液滴携带的方式．     

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.     

水平管内油气水三相流动特性研究

通过对 4 5mm管径、水平放置圆管内油气水三相流流型的实验研究 ,采用实验方法整理出vsg- vsl平面流型图 ;从双流体模型基本方程出发 ,通过动力学分析 ,对水平管内油气水三相流动中各流型间相互转变的机理和预报模型进行了研究 ,得到了 4种基本流型间相互转变的预报关系式 ,并与实验结果进行比较 ,两者符合良好 .当油气水三相流中的油水乳化液处于 O/W型时 ,含油率对流型转换的影响很小 ,油水可作为一相来处理 .     

上倾管内油水两相流流型实验研究

国内多条成品油输送管道在投产和运行过程中,采用“水联运”投产方式所造成的上倾管道低洼处积水现象引起了严重的管道内腐蚀问题。利用上游来油将低洼处积水携出管道能有效缓解内腐蚀。采用0#柴油、去离子水在内径100 mm的上倾管道内观察油水两相流流型并测量油携水临界流速。结果表明,随油流黏性力增大和管道倾角增大,油水两相流依次呈现波状分层流、有水滴的波状分层流和油相占主导的分散流3种流型;同一流型下,油相能将水相携入上倾段的最低临界流速随倾角增大而增大;倾角从20°增大到25°使流型从波状分层流转化为有液滴的波状分层流时,油相能将水相携入上倾段的临界流速从0.203 m/s减小为0.187 m/s;倾角从30°增大至35°时,使初始流型从有液滴的波状分层流转换为水相在油相中的分散流,油相能将水相携入上倾段的临界流速从0.205 m/s减小为0.194 m/s;油相能将水相完全携出上倾段的临界流速随倾角增大而略有增大;发生流型转化的流速随倾角增大而减小。     

管内油气两相流流量变化瞬态过程研究

为了给油气两相流管线的设计和运行的安全性提供参考依据,并为油气两相流瞬态模型研究提供检验数据,对流量改变引起的油气两相流瞬态过程进行了详细实验研究．实验系统的管路采用管径为２９ｍｍ,总长为１８ｍ的有机玻璃管道,由水平段、垂直上升段和垂直下降段三种管道布置组成;实验工质为３０＃机油和空气．在垂直下降段、水平段和垂直上升段设置测量段,测量压力、压降、含液率和流型;用微机数据采集系统实现自动连续采集,能得到流动参数快速变化的详细信息．该系统可同时采集１６路信号,采集频率为１ｋＨｚ．实验发现,增加气相流量时压力会陡然增加,超过最后的稳态值,出口流量也会出现瞬间峰值,增加液相流量和分别减小两相流量的操作不会引起超越稳态值的问题,因此在油气两相流管线的设计和运行操作时应考虑气相流量增加过程中出现的极大值超越稳态设计值所带来的技术问题．     

含启动压力梯度油藏的两相渗流分析

在低渗透油藏中存在着启动压力梯度。根据ＢｕｃｋｌｙＬｅｖｅｒｅｔ不混溶两相渗流驱替理论,考虑启动压力梯度的影响,对水驱油两相渗流进行了分析,得到了含启动压力梯度油藏中线性水驱、径向水驱、垂直裂缝井水驱和水平井油水两相渗流的解析解公式。对于含启动压力梯度的油藏,两相渗流的效果受相渗曲线、注入速率、油水相启动压力梯度和重力的影响。启动压力梯度的存在,不仅增大了原油的开采难度,而且降低了原油的最终采收率。增大注入速率可以减少启动压力梯度对两相渗流的不利影响,提高原油的最终采收率。因此,开发低渗透油藏,应采用小井距、大流量、大压差的注水开发方案。对于倾斜地层,应尽可能采用从高位井注入,从低位井采出的方法     

特低渗透油藏启动压力梯度研究

针对单相和油水两相流体启动压力梯度的产生机理和对渗流规律的影响问题,通过稳态“压差—流量”测定启动压力梯度法,分别用模拟油、地层水、注入水和蒸馏水对我国某油田119块典型特低渗岩芯进行驱替实验,得到了单相和油水两相渗流的启动压力梯度值,分析了启动压力梯度的变化规律。物理模拟和理论研究都表明,不同渗流介质测得的启动压力梯度与渗透率均成幂函数关系,并且幂指数近似为-1。同时,由于毛管力和贾敏效应作用,油水两相启动压力梯度远远大于单相渗流的启动压力梯度。结合油田实际,说明了启动压力梯度在特低渗透油气藏开发中的应用。     

常规底水油藏水锥高度计算方法研究

基于静力学原理和地下流体的运动规律方程,建立了底水油藏水锥体侧斜面为曲线情况下的水锥高度模型.该模型定量地描述了水锥高度与产量、油层厚度、井径向距离以及油层渗透率、原油黏度等因素之间的关系,根据该模型可求出最大水锥高度、不同径向距离处水锥高度、无水临界产量.同时建立了底水油藏水锥高度模型的求解方法:假定油相流动为平面径向流并不考虑油相非达西流动,可以求出模型的解析解;假定油相流动为球面向心流以及考虑油相非达西流动时,只能求出模型的数值解.同时结合矿场实例分析了水锥特征,为底水油藏开发提供了参考依据.     

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.     

油藏近井地带油水两相径向渗流特征

实际油藏中近井地带渗流为平面径向流,首先建立了二维两相径向渗流方程,得到了相对渗透率比值与流体饱和度关系解析解,然后设计了平面径向渗流实验,并用该解析解对渗流特征进行了分析,并与常规JBN处理结果进行了比照,得到近井地带油水径向渗流新特征.研究结果表明,建立的解析模型,能表征近井地带油水相渗关系,并且平面径向流模型试验结果说明,在近井地带,相对渗透率比值与流体饱和度呈直线关系对应的饱和度区间变小,油水在渗流中呈现出更为复杂的渗流关系,以非线性作用为主.