气液两相流管道中的瞬态流动及清管操作模型

对于气液两相流的瞬态模拟,需要对连续性方程、能量方程及动量方程进行复杂的计算。简化的瞬态清管模型是采用近似的稳态假设和某一流态下两相局部动量平衡的方法,对连续性方程和动量方程进行适当的简化。TACITE瞬态清管模型是以漂移流动模型的数值分辨率为基础,可用于多相传输中遇到的有关坡度、流动特性和流动状态的任何情况,其精确的数值格式可以对混合物组成进行精确的追踪。通过将模拟结果与实测数据进行对比表明：这两种模型的模拟结果均可满足工程需要,TACITE模型模拟数据与实测数据具有更好的一致性。     

非稳态模型下的间歇气举流动特征分析

间歇气举时发生在井筒及地面管线内的流动是不稳定的气液两相流,目前学者对这种流动的研究多基于稳态模型,认识程度还不够深,这对精确刻画间歇气举流动特征带来一定困难。利用瞬态模拟软件OLGA建立了间歇气举非稳态流动模型,分析了间歇气举流量、压力、持液率、流型等参数随时间及空间的变化规律;对比了低产能井在连续气举与间歇气举举升状态下的产能差异,研究结果对实际开采具有一定的理论指导意义。     

欠平衡钻井正气举过程井筒瞬态流动数值模拟

正举法气举作业的实施效果直接决定着欠平衡钻完井施工的成败,特别是气举过程中的井下压力动态演变,关系到整个作业过程中的井控安全。正举法气举作业的实质是在井下停止循环的初始条件下氮气连续气举作业,井下流体由静止状态到气体穿越液体滑脱至井口的不同于常规稳态流动的瞬态气液两相流动。针对这一特殊流动研究,完成了停止循环开井条件下气举时井下瞬态气液两相流动特征参数变化数值模拟计算方法和数学求解模型的建立,通过实际井数值计算连续气举时井下瞬态气液两相流特征参数变化得出规律性认识,如氮气沿井眼滑脱上升运动速度逐步加大、顶出钻井液随时间的增多、井底流压瞬时波动在初始阶段最大等。研究成果丰富了欠平衡氮气钻完井施工正举法气举作业的井筒流动模型体系和压力控制方案,增强了该特殊流动规律的认识,为井控安全提供了理论保障。     

深部盐膏层蠕变关系研究

盐膏层蠕变有瞬态、稳态和加速度蠕变3个阶段。对于石油工程．盐膏层蠕变主要表现为瞬态蠕变和稳态蠕变。在大量现场盐膏层岩心力学试验的基础上，对盐膏层的蠕变进行了研究，分析了稳态蠕变规律，提出了稳态蠕变三维分析方程，为更准确地计算蠕变压力，合理设计套管程序和钻井液密度奠定了基础。     

天然气管网稳态和瞬态仿真的边界条件

确定边界条件是仿真的关键环节，分别建立了稳态、瞬态仿真的数学模型并采用了合适的求解方法，开发了相应的计算软件。在对比分析两类仿真问题边界条件提法异同的基础上，重点讨论了所有节点都给定流量边界条件的瞬态仿真问题，在软件的编制过程中增加了一些商业软件没有考虑的瞬态仿真中所有节点都给定流量边界条件工况的计算，使得仿真软件的功能更加完善，便于其在工程实际中应用。研究发现，所有节点均给定流量边界条件的瞬态仿真问题是可以求解的，并有一定工程实际应用价值。当气源控制参数为气体的供气量时，必须事先较好地预测各节点用气量的变化趋势，提前制定进气计划，以避免造成供气不足或者管网局部超压的事故。     

苏里格气田集输管线清管过程瞬态模拟

对清管过程中的两相流流体特征的研究有助于管线及上下游设备的设计及操作。为此,采用稳态Barua模型与具有较好组分追踪功能的TACITE编码瞬态模型对苏里格气田集气管线清管操作中两相流瞬时流动规律进行了研究,重点分析了通球过程中流型、液体流量、压力、清管速率及天然气水合物堵塞等工况的变化规律。结果表明：由于清管过程中地形起伏较大,流体出现了多种流型,液体流量与压力沿程波动较大;清管器速度在上升管段和下降管段的凹凸结合处由于前后压差的明显变化会发生较大的改变。通过对管道总持液量变化的分析,获取了清管后各阀组管线恢复稳态的时间。采用瞬态分析方法对清管器运行中温度变化研究的结论表明：各阀组在清管过程中没有天然气水合物的形成。进一步验证了清管节流理论的正确性。     

控压钻井停止循环期间垂直环空连续气侵机理研究

为了提高控压钻井精度、反馈速度,确保井筒物质平衡及钻井安全性,有必要深入开展停止循环工况下的气液两相瞬态流动规律研究。基于计算流体动力学方法,应用VOF方法对停止循环期间垂直环空连续气侵的机理进行了数值模拟研究,得出了气侵发生后环空流体的运动特性。结果表明,气侵量越大,被顶出的钻井液体积越多、井底压力越小,但当气相的能量不足以将剩余的钻井液携带出井口时,井筒混相流体的流动由瞬态变为拟稳态的零液量流动,与常规气液两相流动一般性规律不同,零液量流动摩阻压降为负值。     

深水气井测试温压场耦合模型求解及实现

为求解深水气井测试温压场耦合模型，需优选气液两相流动模型，结合两相嘴流模型、两相持液率公式、两相产能方程，建立关于时间和空间的非稳态压降与传热模型差分方程组，并采用Newton Raphson方法计算，实现对开井放喷瞬态过程的模拟。结果表明：①该方法真实再现了放喷过程中液位上升和地层产气等2个阶段；②预测井口参数与现场工况吻合，井口压力、温度平均误差小于5%，满足工程精度要求；③模拟结果再现了井筒内诱喷液及测试完井液动态过程，为合理制定测试设计提供依据；④高产能深水气井测试期间，应采用较大尺寸管柱及油嘴放喷，提高清井速度，防止冰堵。算例分析结果表明数学模型真实反映了深水气井测试放喷过程。该研究成果对深水气井测试方案设计及后续跟踪评价具有指导意义。     

随钻测量阀控式液压信号发生器动态数学模型

根据正脉冲液压信号发生器的基本结构和工作原理 ,简化出二通先导阀控式液压信号发生器的液压系统模型。以信号发生器液压系统工作原理为基础 ,应用液压阀的流量压力特性关系 ,建立了系统的入口和出口的动态流量平衡方程 ;在综合考虑运动件的液压力、稳态液动力、瞬态液动力 (阻尼力 )的情况下 ,建立了主阀心和溢流阀心的动态受力平衡方程 ,从而为该类型液压信号发生器的设计和动态性能分析提供了基本的理论依据     

胺法气体脱硫胺液中热稳态盐离子的组成分析

建立了两种胺法气体脱硫胺液中热稳态盐的分析方法：离子交换-容量法和固相萃取-离子色谱法，优化了这两种方法的试验条件，并对这两种方法的线性范围、检出限、相对偏差，以及对实际样品的分析进行了对比，结果表明，固相萃取-离子色谱法检出很低，且重复性好；当胺液中的质量分数大于1．0％时，应采用离子交换-容量法，简单快速，当HSS的质量分数小于1．0％时，应采用固相萃取-离子色谱法，比较准确，相对偏差为3．6％。     

移动式多级分离的管线气液分离装置

针对目前气液分离器存在的问题,研制了移动式多级分离的管线气液分离装置。该装置采用四级分离装置逐级进行油气分离和油雾中的油滴分离,通过研制无压干涉浮子控制器来提高气液分离效率,达到自动控制分离过程的目的。该装置采用不受压力干涉的液位控制器,能根据液位的变化自动打开、关闭气路或液路,动作灵敏可靠;装置采用拖车式结构,机动性强,且当气液分离位置固定时,可以只安装气液分离单元,降低运行成本。实际应用表明,该装置操作简单,排出气体中不含有液体,可实现油气的彻底分离。     

注聚过程中高分子聚合物的防窜研究

针对地层非均质性造成的注聚过程中聚合物窜流,研究了高分子聚合物溶液的驱油封窜性能.考察了聚合物黏度随温度变化的趋势,随着温度升高,聚合物黏度呈反“厂”字型降低.注入0.3 PV高浓度的高分子聚合物溶液段塞后,高渗透层相对出液量降低,低渗透层相对出液量明显增加.在后续水驱阶段,高分子聚合物溶液段塞注入压力变化趋势与常规分子聚合物溶液段塞基本一致,但相对分子质量越高,下降趋势越缓,有效时间越长,封堵效果越好.相对分子质量为1.8×10 7和2.0×107的聚合物溶液段塞对低渗透层的采收率比常规分子聚合物(1.4×107)溶液段塞的采收率分别高出9.05％和11.75％,组合段塞比常规段塞更高出19.64％.还讨论了高分子聚合物驱油机理.     

基于超声回波特性的湿气集输管线积液检测技术

针对目前高含硫湿气集输管线中积液严重的现状,对气-固界面和液-固界面的超声回波特性进行了研究,提出了一种非介入式管线积液检测方法,通过数值模拟可准确实现定量分析。超声波在气-固界面和液-固界面的超声回波特性差异明显,随着反射回波次数的增大,两种界面回波特性差异越来越显著,选取第5次回波信号作为界面特性判断依据。实验表明：利用超声波可以准确地检测到管线内的气-液界面,测量精度可达±3 mm;该检测方法应用简单、不破坏管道结构,不受管内温度、压力的影响,检测结果准确可靠,可为工艺运行和管线清管提供依据。     

降低气液分离集成装置携液率现场试验研究及应用

气液分离集成装置广泛应用于长庆油田中小型站场,但生产运行过程中发现存在气液分离效果差,导致气体管路积液、冻堵,加热炉火嘴液堵的现象。通过采用故障统计方法确认了导致伴生气携液率高的主要原因在于气液分离集成装置自身的分离效果较差。通过采用关联图法进一步确认装置伴生气携液率较高的影响因素后,对集成装置的结构采取了延长排液管、分液包增设液位检测器、取消气液平衡管、改动气体管路结构等措施,使改进后的气液分离集成装置携液率低于2%,有效地保证了正常的生产运行。     

超深高含硫气藏气—液硫两相渗流实验

超深高含硫气藏开发过程中会在储层中出现气—液硫同流的现象,其对气井产能的影响目前还缺乏实验数据的验证。为此,研制了一套适用于高温高压条件下气—液硫两相驱替实时测试的装置,并制订了相应的测试流程,选取四川盆地元坝气田的取样岩心开展气—液硫两相驱替实验,并采用非稳态法计算气、液硫两相相对渗透率,得到气—液硫相对渗透率曲线,进而开展气—液硫两相渗流规律的定量化研究。结果表明:(1)气、液硫两相共渗区较窄,当液硫临界饱和度高于40%时,井筒附近的液硫饱和度达到液硫临界流动饱和度,从而阻碍井筒附近气体的流动;(2)围压的变化会引起气—液硫相对渗透率曲线的变化,当围压增大时,气相相对渗透率及液硫相对渗透率均下降;(3)随着驱替压差增大,气体流速加快,携硫能力增强,气相相对渗透率及液硫相对渗透率均有所上升。结论认为,气—液硫两相相对渗透率曲线的获得,实现了对气—液硫两相渗流规律的定量化研究,可用于超深含硫气井的产能评价。     

柱状气液旋流器的耦合流变水力特性模型

利用改进的柱状气液旋流器(GLCC)机械设计模型计算并预测出该模型的气液耦合流动的流变水力特性,如临界速率、平衡液位高度、零净液体流量及液体携带起始点等。柱状气液旋流器机械设计模型的确定对平衡液位模型和气-液界面模型的建立有重要意义。推导出了净液体流量为零时的最大液体容量,并得出在一种临界参数下气体中无液体携带和液体中无气体携带的条件。液体携带起始点的提出和预测为获得较为完整的气液耦合流变临界操作参数提供了依据,而且为今后柱状气液旋流器的推广应用提供了参考。     

新型高效离心式气液分离器设计与试验研究

针对常规离心式分离器进行结构改进,开发出新型离心式气液分离器。通过试验证明,该分离器解决了在一定压力下气液分离经常出现的气、液夹带现象,改善了气液分离用离心式分离设备气、液2相流的流场,使分离器对于气、液2相混合流中粒径在3~8μm以上的液体组分分离效率达到90%以上。     

气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

Evaluation of gas-liquid separation performance of natural gas filters

Fibrous filters are often used to remove contaminants including both dusts and liquid droplets from natural gas.This paper aims to evaluate the gas-liquid separation performance of three types of cartridge filters used in the West-East natural gas transmission project.The comparison of the original pressure drop of clean filters and the evolution of pressure drop as liquid droplets deposited in the filter media are described.The original pressure drops of these filters were similar but the pressure drops at a steady state were different.Fractional efficiency was used to study the separation performance of cartridge filters.Droplets at the outlet of the filters had small diameters,no more than 3 μm,but were very numerous.The effect of filtration velocity on gas-liquid separation performance was analyzed.Higher filtration velocity indicated better gas-liquid separation performance.Finally the quality factor related to pressure drop and filtration efficiency was applied to evaluate the gas-liquid separation performance.     

煤层气集输管道持液率影响因素及排液点优选

煤层气开采压力低、产量小,且常含有大量液态水,集输管道上坡段容易产生管道积液,使得摩阻增大并出现段塞流,引起压力骤降,不利于集输管道安全运行。本文利用模拟软件OLGA分析入口流量、管径、气液比和出口压力对煤层气集输管道持液率的影响,得到了煤层气集输管道各管段持液率分布规律,并进一步比较了基于管道持液率、流型、压降和排液点个数的4种排液点设置方案。结果表明,煤层气集输管道压力骤降段均出现在上坡段,出口压力对管道持液率影响最为显著,入口流量和气液比对管道持液率影响规律相似,不同管径下管道持液率在流动方向上的分布也具有一定的相似性;设置排液点后,管道持液率明显下降,管道积液情况得到改善,且方案比较表明,当排液点设置在管段低洼处时,管道持液率最低,且各管段均无段塞流出现,管道压降最小。