混输管路气液两相流模型的建立与验证

针对管路气液两相流,建立了一种捕获段塞流的形成和发展过程;并进行气液两相流水力计算的组合模型。以滑移速度和液相连续性方程为基础,通过建立动坐标系来求解液相连续性方程,得到以持液率的变化来反映段塞的形成和发展。加入地形起伏的影响和压降计算关系式,对气液混输管路进行水力计算。分别使用实验数据和工程现场数据来验证模型的准确性。实验数据分别来自于实验环道和大庆油田现场数据。结果显示:模型计算大部分压降误差在±17%以内,大部分积液量误差在±11%以内,具有较好的精度。     

基于焦耳汤姆逊效应的CO_2驱油过程热力学分析

考虑了CO_2气体的焦耳汤姆逊效应和CO_2水合物的分解吸热造成的影响,建立了水平集输管道温降数学模型,并结合节点换热公式对单管环状掺水集输管道进行了热力计算,得到了集输管道热水掺入量的计算方法,可为预防集输管道的冻堵提供一定理论依据。     

水平气井内温度分布影响因素的实验研究

为了建立利用水平气井温度数据定量解释产出剖面的解释模型,需要对水平井温度分布的影响因素进行分析评价。通过室内气液两相流实验平台,研究了产气量、产液量、射孔簇开孔方式、井筒倾角、重力场等因素对井筒温度分布的影响规律。结果表明:单相气和气液两相由射孔簇进入井筒后都会出现焦耳-汤姆逊效应,气量越大,井筒内温度越低,液量越大,井筒内的温降效应越弱;相同条件下,射孔数目越多,流量-温度曲线越平缓,射孔分布越均匀,井筒内温度分布越平缓;气液两相流时管道倾角对温度分布的影响大于单相气时的影响;由于重力作用,同一横截面上温度存在偏差。研究结果丰富了水平井温度分布规律的认识,为利用温度数据解释产出剖面的解释模型建立提供指导,具有重要的工程应用价值和学术意义。     

高含二氧化碳采出物节流特性的实验研究

随着CO_2驱油技术的发展,高含CO_2采出物在通过井口节流阀时由于焦耳-汤姆逊效应会造成阀后低温,继而可能产生冻堵的风险。本文通过实验研究了高含CO_2采出物(CO_2/天然气/N2/油/水)在通过节流阀时的温降情况,分别分析了阀前后压降、气液比、含水率等对节流温降的影响。研究发现:节流阀前后压降与节流温降呈线性关系;节流压降越大、二氧化碳的含量越高、气液比越大、含水率越低,节流效应越明显,阀后温度也越低,藉此提出基于阀后温度确定井口防冻的临界气液比的方法,该研究为高含CO_2油井井口防冻及集输工艺提供技术指导。     

超临界CO_2压裂井筒流动模型及耦合求解

超临界CO_2压裂是一种新型的无水压裂技术,井筒温度和压力准确预测是该技术成功实施的关键。基于Span-Wagner状态方程和Fenghour输运性质模型,结合质量、动量和能量守恒方程,建立考虑热量源汇的超临界CO_2压裂井筒流动解析模型,采用压力和温度以及油管-环空-地层的迭代计算,实现井深和径向方向的双重耦合数值求解。通过对比分析经典模型和现场实测数据,分别验证模型的推导过程和精度。结果表明:气体膨胀或压缩做功对井筒温度和压力的影响不能忽略;大排量超临界CO_2压裂过程中,须考虑摩擦生热对井筒温度和压力的影响;焦耳-汤姆逊效应对井筒温度和压力影响较小,工程计算中可忽略。     

海底热油管道悬空段停输温降过程的数值模拟

海底热油管道的悬空段由于没有周围泥沙的保温蓄热作用,停输之后管内温降比埋入海底泥沙中的管段快得多,故而其温降成为停输过程的关键。针对海底管线悬空段的热力特性,考虑原油凝固潜热对停输温降的影响,利用CFD软件,对其停输温降过程进行数值模拟。分析温降变化规律、不同海水温度对温降的影响,从而确定最佳停输时间,为海底热油管道制定再启动方案提供理论依据。     

高含二氧化碳采出物节流特性实验研究

随着CO₂驱油技术的发展,高含CO₂采出物在通过井口节流阀时由于焦耳-汤姆逊效应会造成阀后低温,继而可能产生冻堵的风险。本文通过实验研究了高含CO₂采出物(CO₂/天然气/N₂/油/水)在通过节流阀时的温降情况,分别分析了阀前后压降、气液比、含水率等对节流温降的影响。研究发现：节流阀前后压降与节流温降呈线性关系;节流压降越大、二氧化碳的含量越高、气液比越大、含水率越低,节流效应越明显,阀后温度也越低,藉此提出基于阀后温度确定井口防冻的临界气液比的方法,该研究为高含CO₂油井井口防冻及集输工艺提供技术指导。     

焦耳——汤姆逊系数随温度的变化

根据范德华方程计算了N_2、CO_2两种气体在不同温度和压力下的(PV_m)值。根据计算的结果讨论了焦耳——汤姆逊系数随温度压力变化的情况,其中在低温下所得到的结论修正了物化教科书中的不当之处     

用数值积分方法计算埋地热油管道的轴向温降

研究了埋地热油管道中油品流态变化时所对应的临界温度的求解方法,提出用临界温度来判断埋地热油管道中流态和流型的变化情况。在考虑原油物性和总传热系数随温度变化以及摩擦生热的基础上建立了埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型,并研究了数学模型的求解方法,提出了求解埋地热油管道正常运行时的轴向温降数学模型的步骤,由于模型中考虑了原油物性和总传热系数随温度的变化,因此,利用此方法的计算结果更接近于实际。     

反算管道传热系数影响因素的敏感性分析

采用系统单因素敏感性分析方法,结合苏霍夫温降公式和现场测试数据,对反算管道传热系数K的进出站温度、管道周围介质温度、含水率和输量,五个因素进行敏感性分析。研究表明:进出站温度对反算管道总传热系数的影响最敏感,其次为含水率和输量,管道周围介质温度最不敏感;因此应尽量减小现场采集进出站温度、含水率和输量的误差,以提高K反算的精度。     

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。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

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.     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

凝析气藏水平井产能计算新方法及影响因素分析

当前对于凝析气藏渗流和产能的研究是以直井研究较多,甚少有研究凝析气藏水平井产能。考虑压力变化对流体物性影响,对凝析气藏的产能进行研究评价。从常规的产能分析出发,考虑岩石应力敏感系数、气体高速非达西渗流因素,定义了气油两相拟压力,采用复变函数理论保角变换,推导凝析气藏气油两相渗流产能方程。实例计算表明,新公式与产能测试的误差仅为7.2%,准确程度高。产能影响因素分析表明,凝析气藏高速非达西渗流效应对产能影响较小,岩石应力敏感系数、油气体积比和滑脱因子对产能影响较大。随着岩石应力敏感系数和油气比的增大,气井无阻流量逐渐降低,而随着滑脱因子的增大,无阻流量不断增大。     

泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

高温高压下钻井液循环流动摩阻实验研究

深层油气勘探开发过程中常面临高温高压的挑战,钻井液在高温高压等复杂工况下,其性能会发生改变,研究钻井液在复杂工况下的流动摩阻变化规律,能为特深井钻井提速及井控提供理论基础。根据实际工况要求,建立了高温高压钻井液循环流动摩阻测试装置,实验研究了温度、压力、固相颗粒及含气率对钻井液流动摩阻的影响,采用多元回归方法拟合并绘制温压摩阻系数图版,能更好阐述温压与钻井液流动摩阻的定量关系。结果表明：顺北区块钻井液流动摩阻随温度增大而减小,随压力增大而增大,摩阻系数图版能更准确体现摩阻系数与温压的定量关系,固体颗粒含量对流动摩阻影响不大,钻井液流动摩阻随着含气率增加而增大。该实验装置与分析方法,对于研究复杂工况下钻井液流动摩阻变化规律具有重要意义。     

考虑实际界面张力的凝析气井临界携液流量计算方法

 为提高凝析气井井筒积液状态判断的准确率,通过对凝析气藏气液界面张力和气井携液常规模型的分析,研究了考虑实际界面张力的气井临界携液流量计算方法。根据气井井筒的温度及压力计算出实际界面张力,通过引入实际界面张力对常规模型进行修正,得到考虑实际界面张力的气井临界携液流量计算模型;在实际计算时将产油气井和油水同产气井区分对待,产油气井以油气界面张力计算,油水同产气井以气水界面张力计算。应用修正的3 种常规模型分别对新疆某凝析气田20 口气井的临界携液流量进行计算比较,表明修正Turner 模型计算结果对井筒积液判断的准确率达到90%,可作为该区域气井积液的判断标准。     

流型、流态变化对含蜡热油管道设计计算的影响

含蜡热油输送管道的设计通常忽略流态流型转变的影响,按照我国常用的简化算法——平均油温法进行计算,会造成较大的计算误差.为精确计算热油管道输送过程中含蜡原油流态和流型的转变对含蜡热油管道设计计算的影响,对不同流态流型应用不同的摩阻计算公式,建立了热油管道温降和压降计算的数学模型,并进行了含蜡热油管道设计计算.计算结果表明:采用简化算法与精确计算相比有较大的误差,流态和流型的变化对沿线压降的影响较大.建议含蜡热油管道的设计计算中考虑流体流态和流型的变化.