泡沫排液采气井筒多相流机理模型

基于基本物理原理建立了适用于多种流型的泡排井多相流机理模型。首先,基于Mitchell 和Taitel 的实验成
果,将泡排井流型分为泡状流、段塞流、均质泡沫流和雾状流,建立了流型转换机理模型;随后,建立了各流型的压降
计算方法,其中泡状流、段塞流采用漂移模型描述,将均质泡沫流视为幂律流体处理,而雾状流简化为无滑脱模型处
理。和川南、鄂尔多斯39 口包含多种流型的泡排井测压数据对比,模型的相对误差仅为–0.55%。敏感性分析表明,低
气液比泡排井可能呈现泡状流或段塞流,适度注气可实现流型向泡沫流的转变,提高举升效率。     

多相管流流体温度分布计算公式的推导与应用

以两相流动的能量守恒方程为依据,推导出了用于多相管流温降计算的一个通用公式,该公式考虑了焦耳汤姆逊效应导致的温降,液体摩擦生热引起的温升,以及地形起伏、气液相速度变化等因素对流体温度分布的影响,并用两个现场实例验证了四个常用温度计算简化公式在油气混输工艺计算中的有效性。与实测管线终点温度对比验算结果表明,影响混输管线温降的主要因素是传热系数、焦耳汤姆逊效应、液体摩擦生热,而气液相速度变化及地形起伏对温降计算影响较小,可以忽略不计。     

基于非均质多相流模型的液舱晃荡数值模拟

应用非均质多相流模型对不同装载率和激励频率下矩形液舱的横摇晃荡运动进行了数值模拟.分析了液体重心的横向和纵向运动情况,计算了不同工况下自由液面形状与速度场分布以及舱壁测点处压力的时间历程和相应的功率谱密度.模拟结果与均质模型计算结果和试验结果的对比分析验证了非均质模型在模拟液舱晃荡时的优越性.     

基于多相流模型的腔体内纳米流体自然对流换热数值模拟

运用多相流混合模型和单相流模型模拟了纳米流体在封闭腔体内的自然对流换热特性,将模拟结果与相应的实验值进行对比,分析了瑞利数、格拉晓夫数和纳米颗粒体积分数等物理量与努塞尔数的关系;同时,对比分析了纳米流体和纯水在水平与垂直中心截面的速度分布,以及封闭腔体内流体的温度场及流场.结果表明:基于N-S方程的单相流模型所得努塞尔数变化曲线与水的努塞尔数曲线较吻合,但不能反应纳米流体的换热特性;而基于多相流混合模型所得努塞尔数变化曲线与相应的实验结果较吻合;纳米颗粒的添加能够显著增强封闭腔体内的流体运动,有利于强化封闭腔体内流体的能量传输,起到了对流换热作用.     

基于多相流模型的纳米流体在水平细圆管内强制对流换热数值模拟

运用2种多相流模型模拟了纳米流体在细圆管内的强制对流换热特性,并与已有文献的实验值和传统流体经验公式的计算值进行对比.其中,采用混合模型和欧拉模型分析了雷诺数、纳米颗粒体积分数等物理量对换热特性的影响.结果表明:在纳米颗粒体积分数较低时,模拟值与其实验值及经验公式的计算值相差不大;随着纳米颗粒体积分数增加,其非常规的流体特性逐渐突出,当纳米颗粒体积分数达到一定值时,常规的流体经验公式已不再适用,纳米流体换热呈现出一定的多相流特性,且多相流模型的模拟值更接近于其实验值,表明运用多相流模型能够模拟纳米流体的换热特性.     

多相流计量工艺在石西油田的应用

目前新疆油田石西油田现场仍采用的是分离器与浮子液位计的计量方式,该计量方式存在实时性差、排液困难和计量精度不高等问题。采用原油多相流自动计量系统,解决了长期困扰油田单井在线计量中实时性的问题,并且通过使用质量流量计,得到了单井油、气、水及含水率等计量数据。     

多相流体流量测量的采样分流方法

借用数据采集中的采样概念,提出了一种多相流采样分流方法,以获得具有高度代表性的分流体,从而提高多相流体的流量测量精度.首先,以足够高的频率从被测多相流中采集流量数据(分流体),然后把采集到的分流体分离成单相流体,再分别用单相流量计测量其流量,最后根据采样关系确定被测多相流体的总流量.由于分流体只占总流量的很少一部分,因此所需分离器的体积可以大幅度缩小,基本接近普通单相流量计的大小.在油气水三相流实验回路上进行了实验研究,结果表明在实验范围内,采样机构运转平稳、可靠,获得的分流体具有足够高的代表性,测量结果与流型无关,干度偏差小于2%,总流量的测量不确定度小于3.82%.     

欠平衡钻井多相流模型评价分析

为了给欠平衡钻井工程设计提供切实可行的井底压力预测模型,比较了利用均匀流动方法（Guo Boyun模型）、经验公式方法（BeggsBrill模型、Orkiszewski模型、韩洪升和陈家琅模型）以及力学方法（HasanKabir模型和修正的Ansari模型）建立的三类欠平衡钻井稳定流动模型。利用FORTRAN90分别对6个模型进行了编程求解,模拟了欠平衡钻井过程的环空气液两相流动规律,预测了充气液欠平衡钻井的井底压力。并把模型预测结果和现场施工数据以及全尺寸试验井试验数据进行了验证,分别指出了6个模型的预测精度。验证结果表明用力学方法建立的修正的Ansari模型的预测精度较高,可以满足欠平衡钻井井底压力设计的工程精度要求。推荐在欠平衡钻井工程设计中使用该方法,保证全过程的欠平衡钻井,实现欠平衡钻井的经济效益。     

多相流热物理研究的进展

首先阐述了工程热物理领域中研究多相流动及其传热传质规律这一新的学科分支─—多相流热物理学的重要意义及其在我国国民经济发展中的作用和地位，其次介绍了西安交通大学在这一方面的研究工作，特别是近十五年来研究多相流及其传热特性开展的情况，最后提出了今后多相流热物理方面研究工作发展的方向和趋势。     

油气层渗流与井筒多相流动的耦合及应用

以油气层渗流及多相流理论为基础,将地层渗流与井筒复杂多以动结合考虑,建立了一套动态理论模型,并采用数值方法和技术进行了求解和计算分析.该模型较为全面地考虑了地层渗流规律和影响井筒多相流动的各种因素,可以动态地反映和描述油气井钻探和开发过程中各种复杂情况下井筒内多相流动特性以及对地层渗流的影响,对研究和指导油气钻探、开发和油气藏的动态描述具有现实意义.     

垂直井筒气液段塞流压力梯度的简便算法

以流动机理研究为基础，应用等效段塞单元分析方法，建立了垂直气液段塞流压力梯度的计算模型，依据实验数据确定了模型中液相段塞持液率的预测方法，借用公开发表的相关实验数据对新建模型进行了验证。经对比分析认为，所提出的压力梯度计算方法不仅涉及的中间参量少、计算简便，而且对不同来源的数据适应性好、计算精度高。另外，不同液相段塞持液率相关式的计算结果相差较大，但实验条件下对压力梯度的预测值影响并不大。     

页岩气藏流固耦合数学模型

页岩层是超低渗透率的储气层,页岩气藏开采过程中流固耦合效应表现明显.基于渗流力学和Biot固结理论,综合考虑页岩气藏储层的启动压力梯度,页岩气渗流过程中的解吸附,建立了一个适用于滑脱流、孔内扩散等页岩基质孔隙内所有气体流态形式的流固耦合数学模型.页岩气开采流固耦合数学模型包含了气体渗流和页岩变形相互作用的耦合项,必须进行耦合求解.使用显式迭代编制相应程序求解其数值解,计算结果表明,考虑流固耦合和不考虑流固耦合对页岩气开采过程中压力分布影响较大,考虑流固耦合情况下,压力降低趋势比不考虑耦合情况下要快,更符合实际开采情况.流固耦合现象对页岩气渗流过程影响较大,页岩气开采过程中必须考虑流固耦合影响.     

浓相气固两相流质量浓度摩擦电法测量研究

研究了一种气固两相流质量浓度在线实时检测的测量方法———摩擦电法 .推导了固体颗粒与管壁摩擦产生的电流与气固两相流固相质量浓度、气体平均流速以及固相颗粒大小间的关系 .以煤粉为研究对象进行实验研究 ,煤粉质量浓度在 1 7～ 45g/m3 、气体速度在 3～ 7m/s范围内 ,测量段产生的电流和气体流速、颗粒质量流量关系为 Im =4.92× 1 0 -11 u1.77W ,实验数据与理论计算基本符合 ,误差分析表明其测量误差为 2 0 % ,从而也验证了摩擦电法的可行性 .     

页岩储层压裂液吸收能力及其影响因素研究

研究发现：人工裂缝壁面的压裂液渗吸是导致页岩储层返排率普遍低于30%的主要原因。针对四川盆地页岩样品开展室内自发渗吸实验,并与鄂尔多斯的致密砂岩和松辽盆地致密火山岩进行对比。结果表明：页岩储层压裂液吸收的驱动力为毛细管力和粘土吸附力。页岩中压裂液的空间为孔隙空间和粘土晶格空间,富粘土页岩的粘土吸水体积会明显超过气测孔隙体积。页岩的自吸能力与粘土含量及类型有关,粘土含量越高,自吸能力越强。伊利石和伊蒙混层的存在会大大提高自吸能力。此外,阳离子表面活性剂通过改变毛细管力进而降低压裂液自吸能力,Kcl溶液通过抑制粘土膨胀进而降低压裂液自吸能力。研究页岩基质自吸能力有助于确定压裂液用量、优化返排制度以及分析低返排对页岩气产出的影响。     

Y型组合式微通道多相流流动形态实验研究

微通道设备具有高效的传热、传质能力,有利于实现气液多相流的有效混合,从而提高工业应用生产效率。但对于工业应用中,形状不规则的微通道的气液两相流流动形态研究一直是微通道研究的难点。本文基于优化过的Y型组合式微通道结构,进行了复杂微通道内部全流场流动显示实验,实现了对微通道内部不同流量下的气液多相流流动形态的综合测量,获取了基于高速摄像的微通道内部气液两相流分布,对Y型组合式微通道内部流型进行判别,并对气液两相间流动规律进行了数值模拟,提取了沿流道方向的压力分布。研究以时均特征面积为指标评判了不同流型下的时均气液高效混合区域面积。结果表明,气液多相流流型会显著影响气液多相流混合剧烈程度,大大促进了气液两相流混合效果,增大了气液接触面积。     

泡沫压裂液在裂缝内的层流流动

泡沫流体流变模式的研究表明幂律模式和H-B模式的层流流动完全能满足泡沫压裂液的实际流动.对于宽度相比于长度和高度来说相当小的裂缝,可以将其内部泡沫压裂液的流动简化为无限大平行平板的流动.本文将分别以幂律模式和H-B模式来分析不同流变模式对流动的影响.     

基于LBM方法的天然气水合物沉积物中多相流动规律研究

根据沉积物中水合物分解过程中流体运移和孔隙介质的特点,提出将格子Boltzmann方法(LBM)用于天然气水合物沉积物中多相渗流规律研究的新方法,该方法是介于宏观和微观之间的介观模型方法,是用格子Boltzmann模型对多孔介质中水合物生成、分解过程中饱和度的变化影响多孔介质渗透率的特性进行模拟.模拟结果表明,多孔介质...     

考虑井筒热效应的气体井底压力计算

将井筒热效应考虑成一维热对流,将地层简化成热传导,使用Ramey定义的综合换热系数将井筒温度与地层温度联系起来,从而建立温度方程,通过解析求解得到温度变化函数.由气体状态方程将温度与压力联系起来,得到由于温度变化而产生的附加压力,将这一附加压力通过内边界条件加入到气体渗流方程中,最终得到考虑井筒热效应的井底压力表达式.比较了考虑热效应与不考虑热效应井底压力的不同,并使用某油田一个实例验证了考虑热效应时井底压力表达式的正确性.     

HHT在多相流差压信号消噪上的应用

为有效提取噪声背景下的多相流差压信号,提高流量的测量精度,针对实际差压信号非线性非平稳的特点,提出基于Hilbert-Huang transform(HHT)的多相流差压信号消噪方法.该方法利用经验模态分解(EMD)把差压信号分解成有限个固有模态函数(IMF),然后分析各个固有模态函数的边际谱,利用HHT不同频段能量分...     

多相混输管道水合物生成及其浆液输送

根据经典的理论研究,依托良好的实验条件,对多相混输管道水合物生成及其浆液输送规律进行研究。结果表明:综合结晶本征动力学传热与传质所建立的水合物壳双向生长模型能有效预测油水乳状液下水合物生成过程中的气体消耗量;在高压水合物生成实验环道上,借助FBRM(颗粒粒度分析仪)和PVM(颗粒录影显微仪)设备可探究水合物生成过程中颗粒/液滴的分布规律;考虑到多相混输管道水合物浆液的输送安全性,流动须满足"最低安全流量"的要求;在高压水合物生成实验环道上,可直观研究不同含水率下天然气-水合物浆液的流型特点。