一个简化的瞬态油气两相流模型

给出了一个简化的油气两相流瞬态模型。模型中对控制方程组中的动量平衡方程作了局部平衡假设，采用交错网格和隐式离散格式。该模型适用于任意角度管道，而且适用于油气两相流管线中可能发生的各种流型。与实验数据的比较表明，该简化模型可以满足工程需要，但计算量要比同类复杂模型少得多，有重要的工程应用意义。     

大落差管道下坡段不满流流动特性分析

根据流体力学原理，分析了大落差管道有不满流存在时的稳态和瞬态流动特性。阐明虽然不满流的存在对压力波的传递有抑制作用，且可节省减压站的投资，但由于气体空间的存在，使管道中的部分管段呈气液两相流特性，而两相流管道的压力波传播过程与单相流动有着相当大的差别．因此不满流的存在不便于全线的生产管理和运行控制，高峰后的管段对事故反应慢，难以对可能发生的管线泄漏事故进行报警、定位，汽袋会使再启动产生困难。文中给出了计算实例。     

气液混输管线气相流量瞬态变化特性实验研究

在大型多相流实验环道上进行了气体流量快速变化的瞬态特性实验。结果表明 ,气体流量突变产生沿管线衰减传播的压力波 ,它在分层流中的传播速度大于其在段塞流中的传播速度。气体流量突变后 ,不同流型下其压力变化趋势相同。在气体流量突然增加的过程中 ,出现压力过增量 ;在气体流量突然下降过程中 ,出现压力过降量。但是 ,压力在两种流型中的瞬态变化机理不同 ,分层流中压力的瞬态变化取决于气体的惯性和可压缩性 ;段塞流中压力的瞬态变化过程则取决于液塞的惯性和液膜区气体的可压缩性。在气体流量瞬态变化过程中还可能出现对应准稳态过程未出现的流型。当气体流量突然增加时 ,在分层流的瞬态变化过程中可能出现段塞流 ,在段塞流的瞬态变化过程中会出现冲击性增强的高频段塞流 ;当气体流量突然降低时 ,在段塞流的瞬态变化过程中则会出现短时间的分层流。     

输气管模拟实验系统开发

该文对自主设计和开发天然气长距离管道输送模拟实验系统进行研究,可准确模拟管道长度、起终点压力的变化对管路沿线压力流量的影响,以及管线出现泄漏时沿线压力和流量的变化。该实验系统可用于油气储运专业天然气管道输送课程的实验教学以及相关科研实验。     

垂直环空气液两相流流型的实验研究

针对国内外井涌理论中存在的问题，对空气－水、空气－泥浆两相流系统进行了实验研究．用垂直环空管流实验架、井眼数据测量与传输遥测系统，以及计算机实时数据采集系统，获取了大量实验数据．在此基础上，绘制了空气－水、空气－泥浆两相流的流型图，并利用回归分析的数学方法获取了空气－泥浆两相流泡状流向弹状流过渡的过渡区数学模型．     

整流后倒U型管内气液两相流动的稳定性及流型分布

在倒U型管垂直段的两端内分别放置一个整流环，来消除入口弯头对垂直段流动的影响，通过对单相流体在倒U型管内的流动进行数值计算，以及对整流作用下倒U型管内气液流动的稳定性和流型的分布进行实验研究，发现整流环的整流作用可以增强管道内流动的稳定性，实验还发现，倒U型管垂直上升段内的间歇性流动（弹状流和块状流）区域减小，环状流区域增大，流动的稳定性增强。     

大落差管道下坡段不满流流动特性分析

根据流体力学原理，分析了大落差管道有不满流存在时的稳态和瞬态流动特性，阐明虽然不满流的存在对压力波的传递有抑制作用，且可节省压站的投资，但由于气体空间的存在，使管道中的部分管段呈气液两相流特性，而两相流管道的压力波传播过程与单相流动有着相当大的差别。     

气液混输管线气相流量瞬态变化特性实验研究

在大型多相流实验环道上进行了气体流量快速变化的瞬态特性实验。结果表明，气体流量突变产生沿管线衰减传播的压力波，它在分层流中的传播速度大于其在段塞流中的传播速度。气体流量突变后，不同流型下其压力变化趋势相同。在气体流量突然增加的过程中，出现压力过增量；在气体流量突然下降过程中，出现压力过降量。但是，压力在两种流型中的瞬态变化机理不同，分层流中压力的瞬态变化取决于气体的惯性和可压缩性；段塞流中压力的瞬态变化过程则取决于液塞的惯性和液膜区气体的可压缩性。在气体流量瞬态变化过程中还可能出现对应准稳态过程未出现的流型。当气体流量突然增加时，在分层流的瞬态变化过程中可能出现段塞流，在段塞流的瞬态变化过程中会出现冲击性增强的高频段塞流；当气体流量突然降低时，在段塞流的瞬态变化过程中则会出现短时间的分层流。     

水平气-液两相流伪段塞流和段塞流的识别及其理论预测

水平气-液两相流中,由于气相流速较高时出现的伪段塞流具有环状流和段塞流双重特征,故导致流型识别上的困难.通过对实验数据的分析,利用压力脉动、压力信号的振幅、液塞的速度3种特征来辨识伪段塞流和段塞流,并应用于40和50 mm管径水平管道油气两相流实验.在压力脉动时序图上,段塞流具有伪段塞流所没有的维持段特征,且伪段塞流的压力振幅和液塞速度都要明显低于段塞流.在较高的气相表观速度下,判断段塞流出现的依据在于其上游的液层能否提供足够的液体来维持一个稳定的段塞体单元.根据段塞稳定性理论,对段塞流出现的临界条件进行理论预测,结果与实验数据较吻合,计算得到的流型转变曲线能较好地区分段塞流和伪段塞流区域.     

基于PVT法的小通道气液两相流段塞流的流量测量

针对小通道气液两相流段塞流,将常规通道的压力-体积-温度测量法(PVT法)应用于两相流流量测量研究。利用光电传感器、温度传感器以及差压传感器采集上、下游位置的气液两相流流速信号、温度信号和压力信号,然后根据PVT法测量原理实现气液两相流流量测量。实验中采用的小通道内径为5.0 mm。研究结果表明:本文提出的将PVT法应用于小通道气液两相流段塞流流量测量的方法是可行的,两相流互相关流速测量最大相对误差在6%以内,两相流液相流量测量最大相对误差在10%以内。     

输气管道稳态计算公式改进研究

输气管道工艺计算稳态公式在管道设计和管理过程中起着十分重要的作用。针对目前我国有关规范中常用稳态计算公式忽略了流速变化所带来的影响,适用范围受到限制的实际,根据天然气     

油气集输管道的腐蚀速率预测研究进展

中国大多数油气田开发步入中后期,采出介质腐蚀性不断增强,导致油气集输管道频繁发生腐蚀、穿孔及泄漏。系统综述了油气集输管道的腐蚀环境、主要腐蚀类型、关键影响因素以及基于不同方法建立的腐蚀速率预测模型等方面的国内外研究进展。研究结果表明,油气集输管道的腐蚀环境恶劣、腐蚀风险较大,在油-气-水三相复杂流动状态下容易发生氢去极化腐蚀,主要两种腐蚀类型是均匀腐蚀和点蚀。同时,影响集输管道腐蚀的因素与流体介质和运行工况密切相关,导致腐蚀速率预测是一个非线性、多因素参与和交互的复杂问题。目前提出的主要三类腐蚀速率预测模型中,经典理论解析模型应用范围有限、精度欠佳;回归方程模型可以考虑更多的影响因素即提升了应用范围,但对于建立的高度复杂的表达式精度仍不足;但数值计算模型可以解决参数多样、关系交错且不连续的非线性问题,经过优化算法,模型的精度、适应性、可拓展性也会随之提升。进一步,展望了腐蚀速率预测模型的未来重点研究方向。     

汽—液—液三相蒸馏筛型塔板流动工况及其转变的研究

本文以空气—水—石蜡油为介质，在６００×１５０ｍｍ２矩形冷模塔内进行了汽—液—液三相蒸馏导向筛板混合工况到泡沫工况转变规律的研究。利用γ射线吸收技术作为工况转变的检测手段，以雾沫夹带率和板压降的转变作为工况转变的判据，分析了汽液负荷、油分率和板结构等参数对工况转变点的雾沫夹带率、液流强度和板压降值的影响，提出了工况转变点的以雾沫夹带率和板压降的“判据参数”的新的关联式。     

振动信号在跨越油气管道安全检测中的应用

跨越油气管道安全检测是油气管道保护的难点,对此提出了一种基于振动传感器的跨越油气管道意外载荷检测方法。基于阈值处理理论,构建了阈值-模极大值去噪方法,将重心频率、均方频率和频率标准差作为判断油气管道运行状态的特征参数;通过搭建长输管道振动实验系统,采用外物撞击的方法模拟跨越油气管道的意外载荷,对振动信号进行降噪处理并提取特征参数。结果表明,与传统去噪法相比,本文提出的去噪方法信噪比和计算速度获得大幅提升;管道正常运行和外物撞击状态下的振动信号的相关特征参数存在显著差异,说明了振动信号作为跨越油气管道状态监测指标的有效性;振动信号相关特征参数随着信号源与传感器距离的增加而增加,而对管道输量不敏感;流体流向对振动信号有重要影响,信号源在传感器上游时,相关特征参数显著高于信号源在传感器下游的情况。     

基于水气二相流的稳定饱和-非饱和渗流模拟研究

非饱和带的渗流过程实质上是水、气两种流体在土壤孔隙中相互替代的过程,因此采用水-气二相流模型求解饱和-非饱和渗流问题更加合理.根据水、空气的质量守恒定律和达西定律,结合多相流理论建立水-气二相流模型,采用高效的积分有限差分法求解,给出精确模拟水相、气相边界的处理方法.通过求解Muskat稳定渗流问题得到逸出面长度与解析解基本一致,验证了水气二相流模型的有效性;由孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的分布可知,稳定渗流中气相的影响几乎可以忽略,而非稳定渗流中气相的影响有待进一步研究.     

输气管道末段储气规律动态仿真

 末段储气是输气管道短期调峰的重要手段,工程上经常用稳态计算法估算输气管道末段储气量,而末段储气过程是一个复杂的非稳态过程,因此用稳态计算法估算末段储气量具有一定的偏差。本文通过对管道末段进行多种工况下的非稳态模拟来界定末段储气量稳态计算法的偏差范围,并得到了若干管道末段的储气规律。针对影响输气管道末段储气的各种因素,分别按不同管径、管长、进口压力和流量设计了6种工况并利用国际上通用的管道仿真软件SPS 9.6(Stoner Pipeline Simulator 9.6)进行动态仿真。结果表明,在非稳态工况下,稳态法计算末段储气量比非稳态计算末段储气量低约14%—25%;输气管道末段储气量的变化受用气负荷变化规律的影响,在不同工况下末段最大储气量出现的时间一般比管道末端最大用气负荷出现的时间有所提前或时间相近;当管道末端用气流量发生变化时,管道末段起点压力的变化较终点压力的变化具有滞后性,管段越长、管径越大,滞后越明显。     

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。     

地层H2S侵入时井筒压力变化规律及控制研究

随着我国酸性油气藏勘探开发的深入,处于对井控安全的考虑,需对酸性气体侵入后井筒多相流动及相态转变规律进行研究。针对H₂S特殊的物理性质,并考虑其在井筒内相态变化,建立了钻井过程中H₂S侵入时井筒流动与传热的数学模型。将井筒传热、压力与H₂S物性参数耦合迭代计算,给出了求解方法并编写程序进行数值计算。计算结果表明:井口回压较小时,H₂S在环空上升过程中由液态转化为气态,相态转变点上部为气液两相流,其压力梯度较小,下部为井筒单相流,其压力梯度较大。H₂S侵入速度对环空压力和相变井深均有影响。随着侵入量增大,井底压力先急剧减小,后基本保持不变,而相变井深先增大后减小。井口回压对井底压力影响较大。随着井口回压增大,井底压力增大,但影响程度逐渐减小。井口回压不仅可以控制井筒是否发生相变,而且对相变井深位置影响十分大。对是否考虑传热对相变井深和井底压力的影响进行了对比分析。研究对提高酸性油气藏开发勘探安全具有一定指导意义。     

流场诱导下新疆某凝析气集输管道内腐蚀模拟研究

由于冲蚀的影响,新疆某凝析气集输管道出现了多处刺漏,这使得管线的输运系统存在着很大的安全隐患。在凝析气管道输运过程中流道变化位置亦存在着高压与速度多元化的特点。因此,于该工况下的两相流模拟采用了基于EULER模型与相耦合SIMPLE算法的二维计算流体动力学（CFD）程序。计算结果表明了如三通管、大小头及弯头等流体介质流向突变处为冲蚀较严重区域。求解方法得出的结果与实测值吻合得较好。该研究对于掌握凝析气在管道内流态变化具有重要意义。