涡流工具中液滴受力分析与工具角度优化

涡流工具可以改变井下流场流态,是一种新型排水采气技术。螺旋角度对井下流场状态起决定作用。安装涡流工具的井筒流动与常规气井不同,为此对采气井筒中液滴进行受力分析,分析液滴所受到的重力、浮力、离心力、Saffman力、Magnus力等典型力的作用效果并探讨力的成因,建立液滴运动方程,在对不同力的量级进行比较后,对方程进行简化,最终求解得到最佳螺旋角的数学公式。最后采用数值模拟和现场生产数据对比的方式,验证求得数学模型的可靠性。     

煤层气井筒气液两相流数值模拟

在煤层气井开采过程中由于井底积液的影响,会在管道中形成气液两相流动。用数值模拟方法研究含气率、进口压力、进口温度、压降等参数对气液两相流流态的影响。结果表明：进口压力和进口温度对气液两相流流态影响较小;含气率对两相流流态的影响很大,决定了气液两相的流态,当含气率小于0.2时,气液两相流呈现泡状流,当含气率在0.2～0.3时气液两相流流态呈现段塞流,当含气率在0.5～0.6时,气液两相流流态呈现搅动流,当含气率超过0.8时,气液两相流流态呈现环状流;压降对流体的影响较为复杂,随着压降增加,流态会缓慢发生变化,管内两相流中的气体膨胀,改变了截面含气率以及气液两相的表观速度,使两相流流态发生了转变;当压降超过一定值时,流态会从一种形态转变为另外一种形态。     

水平气井井筒气液两相流型预测

准确判断产水水平气井井筒流型是预测其井筒压降、合理制定排水采气方案的关键。水平井沿流向井斜角从90 °到0连续变化,目前尚无描述水平井两相流动的统一流型图,只能分别采用描述水平管、倾斜管和垂直管的3个流型图来分段处理,各流型图实验条件差异大;且产水气井日产水量极小,气液比极高,易超出工程常用气液两相管流流型图的坐标值范围,导致其预测结果误差大。为此研制了水平段-倾斜段-垂直段的水平井空气-水两相流动模拟实验装置,考虑产水气井特高气液比的特点开展了7组管斜角641组水平井气水两相管流流型实验,归纳水平气井的5种流型及其典型特征。引用Duns&Ros定义的无因次气液速度准数,增加管斜角为X轴,绘制了描述水平气井气液两相管流的三维流型图,给出了BP神经网络模型预测水平气井井筒流型的方法。川西气田20口水平气井测压数据验证表明,该流型图预测正确率达90%。     

井下涡流工具结构参数优化

涡流工具的作用是将气液进行分离,气液分离效果越好,涡流工具作用效果越好,为了提高气井涡流工具排液采气工具的工作效率和使用效果,进行了涡流工具的结构参数优化研究。运用SolidWorks和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型。从液相分布、切向速度、轴向速度三个角度分析螺距、导流叶片高度、内径、导程倍数、叶片数对涡流工具作用效果的影响,通过正交试验分析最优的涡流工具参数组合。结果表明,当涡流工具参数为：内径54mm、螺距200mm、叶片高度20mm、1倍导程、单叶片时,涡流工具作用效果最好。研究结果可以为现场涡流工具的优选和使用效果的提高提供依据。     

井筒气液两相流水击波速计算图版的研制与应用

为描述气井关井瞬间或产量调整过程中井筒压力波的变化,通过分析气井井筒水击产生机理,根据动量守恒定律和物质平衡原理,建立井筒气液两相流的水击波速计算模型。水击波速与流体各相的体积含量、流体密度、弹性模量、油管内径、油管壁厚等参数相关。通过分析主要参数对水击波速的影响,提出水击波速标准图版的绘制方法并绘制出水击波速图版,该图版能够查询井筒气液两相流在不同温度、压力和含水率下的水击波速。应用表明,水击波速图版查值与实测值平均误差为2.27%,能够精确地反映水击压力波速度大小,适合在水击参数计算中推广应用。     

非牛顿流体中气液两相流流场结构的小波分析

为了揭示流体流动中的隐含结构及湍流运动规律,利用三维激光多普勒测速仪对非牛顿流体中气泡上升过程液相速度场进行了测量,并借助小波方法对瞬时速度时间序列进行分析．局部间歇测度（LIM）峰分布的相似性说明湍流中存在大旋涡和小旋涡的串级结构,而LIM峰分布的不完全一致性说明湍流中存在相干结构．对不同小波尺度下能量分布的比较发现,在中尺度区,由于气泡的连续通过,该尺度范围内的能量占据了总能量的绝大部分,说明气泡的通过对液相的能量传递有很大贡献．另外,黏度增大使得小涡占据的能量减小,由小涡传递和耗散的能量减少,因此含能尺度的能量分布变宽．     

充氮气钻井井筒气液两相流流量设计图版与应用实例

充气钻井是发现和保护致密油气藏、防止裂缝性储层漏失、提高机械钻速的重要技术手段。通过实验资料和计算论证,阐述了充氮气钻井井筒环空与钻柱内两相流体呈现出的多种流型特征;并建立了充氮气钻井井筒气液两相流稳态流动的数学模型。通过数值解法的计算,绘制出常用井身结构中φ216 mm井眼实施充氮气钻井时井筒气液流体注入流量的设计图版,可供钻井施工和工程设计。对于准噶尔盆地百泉1井裂缝性致密储层的充氮气钻井现场试验,充分证实新建的钻井气液两相流参数设计图版完全满足充氮气钻井设计和施工要求;且充氮气钻井具有地层适应性强、压力控制范围大、专用设备需求量小、钻井流程简单的特点。     

基于复杂网络的气液两相流流型识别与动力学特性分析

气液两相流作为一个非线性动力系统,其流动演化动力学特性尚未得到清楚的认识.以垂直上升管内空气-水两相流为研究对象,在通过流态模拟实验系统获取流态压差时间序列的基础上,构建流态复杂网络和流动演化复杂网络对气液两相流流型及其非线性动力学特性进行了研究.通过对流态复杂网络社团结构的分析获得了其社团结构与不同流型的对应关系,从而实现了对包括过渡流型在内的5种流型的辨识.通过对流动演化复杂网络分析发现,不同流型的流动演化复杂网络呈现出不同的社团结构,而且网络的信息熵演化趋势与流型转化过程密切相关,可以较好地揭示垂直上升管内气液两相流流态演化的动力学特性.     

垂直井筒两相流温度场的模拟计算

井筒多相流体的物性参数和流变特性参数等均是温度的敏感函数,因此.精确计算井筒多相流体的温度分布是准确预测其压力分布、进行油井生产参数优化设计和工况分析等的重要基础.文中基于两相流动力学和传热学理论,建立了垂直井简及其周围地层温度场的数学模型.依据建立的模型,编制了不同开采工艺下的井筒温度场计算程序.并对单相和两相流体流动下的井筒温度场进行了计算与对比分析.     

水平管降膜蒸发器管内汽液两相流动与传热效果的数值分析

水平管降膜蒸发过程流动和传热现象复杂多变,传热过程的观测较困难,为了解蒸发器结构和运行参数对传热效果的影响,建立计算模型,通过计算机程序对水平管内汽液两相流动和传热进行耦合计算.数值计算结果表明,蒸发温度、管径、传热管内外传热温差对传热管内汽液两相流动和传热有较大的影响.对计算结果的分析为蒸发器的热力性能研究和结构设计提供理论参考.     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析,根椐气相和液相的连续性方程及动量方程,忽略加速度的影响,得到了气、液两相的混合动量方程,并由此建立了水平井筒变质量气、液两相流动的压力梯度模型,该模型中考虑了流体从油藏到井筒流动的影响。利用已有的处理水平管分层流动的方法,计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布。因为水平井筒上不同点的生产指数不同,所以,本模型更接近于实际。对沿井筒的压力降和流入剖面进行了实例计算。结果表明,随着水平井半径的减小,压力降逐渐增大,从而产生了不均匀的流入剖面     

水平井筒两相流压力计算模型

对水平井筒变质量分层流动进行了微元段流动分析，根据气相和液相的连续性方程及动量方程，忽略加速度的影响，得到了气，液两相的混合动量方程，并由此建立了水平井筒变质量气，液两相流动的压力梯度模型，该模型中考虑了流体从油藏井筒流动的影响，利用已有的处理水平管分层流动的方法，计算了考虑流体沿水平井筒有径向流入时水平井筒的压力分布，因为水平 不同点的生产指数不同，所以，本模型更接近于实际，对沿井筒的压力降和流     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

汽液两相介质中的音速分析

利用热力学有关理论，在考虑相交驰豫现象的基础上，推导出汽液两相介质中音速的简便计算式，并在一定压力范围内进行了计算，获得了压力、汽隙率、相变系数等对音速的影响规律。研究结果表明，驰豫现象的存在对音速的大小有较大影响。同时，通过分析还发现，γ=0时的计算结果更接近于实际情况。     

气-液两相流中液膜厚度的电阻抗法测量系统

在文中着重分析了传感器的工作机理,提出了传感器归一化和三电极传感器两种补偿措施,以克服流体电导率和介电常数变化引起的测量误差。本系统通过切换开关选择电导法或电容法测量导电和非导电流体,从而扩大了电阻抗法的适用范围。与测量系统适配的计算机对测量信号进行温度补偿和线性化处理,实时提供流体膜厚变化的情况。研制的电阻抗测量系统可连续检测两相流中液膜厚度。输出响应灵敏,测量范围可达0～4mm,抗干扰能力强,具有广泛的应用前景。     

质子交换膜燃料电池三维气液两相流数值模拟

质子交换膜燃料电池液态水的生成和传输过程研究,是进行电池水管理的关键。该文基于多相混合流理论,建立了质子交换膜燃料电池三维气液两相流动与传热的数学模型。该模型不仅能模拟燃料电池内部反应气的流动、扩散和化学反应过程,还能模拟液态水的传输和相变过程。应用该模型模拟了电池内液态水的分布及其对燃料电池性能的影响,结果表明液态水主要分布在阴极侧,在大电流密度下,液态水阻碍了氧的扩散过程,导致电池性能下降。模拟结果与实验结果吻合较好。     

采用气-液两相流动抑制膜蒸馏浓缩过程的膜污染

采用膜蒸馏技术浓缩中药提取液,在进料侧间歇鼓泡产生两相流。重点考察了气速、通气持续时间、通气频率对膜污染的抑制效果。结果表明间隔时间为30min时, 气速分别为0.06和0.09m³/h时抑制膜污染的效果明显不如气速分别为0.12和0.15m³/h时的效果。通气时间间隔为30min,实验进行到250min时,通气持续时间为3和2min的通量分别为22.0和15.0kg/(m²·h),前者抑制膜污染的效果明显好于后者。通气频率越高,则两相流抑制膜污染的效果越好。通过两相流技术,可以使跨膜通量在实验进行250min后仅下降5%。     

质子交换膜燃料电池一维气液两相流模型研究

为研究质子交换膜燃料电池内水对电池输出性能的影响,搭建了一维燃料电池气液两相流模型,该模型考虑了氧气、氢气、水蒸气和液态水在气体流道、气体扩散层和催化层中的流动以及膜结合水在聚合物中的传输过程,同时考虑了电池内部水的相变。采用该模型分析了进气相对湿度对燃料电池输出性能的影响,结果表明:在小电流密度工况下,高相对湿度入口气体能够降低电池内阻提高输出电压;在进气相对湿度较高和大电流密度条件下,阳极比阴极更容易发生水淹。     

高盐度气液两相流测量系统频率优化

针对用电容法测量天然气采集管道中气液两相流的液相含率时,由于液相介质电导率过高而无法采用纯净水标定的归一化曲线的问题,该文提出对测量电路的激励频率进行优化从而增加液相含率检测精度的方法,并采用理论推导的方式证明随着激励频率的增大高盐度溶液的高电导率对测量带来的影响将减小。采用直接数字频率合成器设计可变激励频率的微小电容测量电路用于实验测试。实验用NaCl溶液模拟工业现场高盐度水,分别使用100kHz,1MHz以及10MHz的激励频率对纯净水和质量浓度为0. 1%的NaCl溶液进行静态实验,对比两者归一化电压测量值的均方根误差分别为0. 081,0. 052和0. 011,可以得出,提高测量电路交流激励频率可以减小介质高电导率对气液两相流液相含率检测影响的结论。     

分析两相流速度场改进离心泵设计

本文对一元两相流设计的离心泵分析计算叶轮回转面液体速度场和固体颗粒运动轨迹，在此基础上分析迭代计算液固两相耦合速度场，并将其分析计算结果应用于两相流泵的改进设计。