油水气三相流的流型及泡状流向弹状流的转变

油水气多相混输是海上油气田开发中赖以取得重大经济效益的技术，其流动特性的准确计算是管线设计及安全、经济运行的重要依据．首先，通过实验确定出了油水两相混合物由油包水(W／O)向水包油型(O／W)的转变发生在含水率约为0．45时．垂直下降管内油水气三相流的流型基本上可以划分为油包水和水包油型的泡状流、弹状流及环状流．通过对垂直下降管内气泡碰撞、合并机理的分析建立了油水气三相流动过程中泡状流与弹状流间的转变界限的计算式，该转变发生的临界截面含气率约为0．35，计算结果与实验值的平均误差为11％．泡状流向弹状流的转变主要取决于折算气速和折算液速的大小，含水率对转变界限的影响较弱．     

水平管油-气-水三相流压力梯度变化特性

在内径50 mm、长40 m的不锈钢水平环道内,利用压力传感器对油-气-水三相管流压力波动特性进行试验研究,从流型的观点分析三相管流平均压力梯度随液相中入口体积含水率、气相折算速度以及液相折算速度的变化规律.结果表明:油-气-水三相管流条件下的转相点对应的人口体积含水率为40%,低于油水两相管流转相点对应的体积含水率(60%),油-气-水三相流动转相的发生与折算液速、折算气速和液相含水率均有关, Lockhart＆Murtinelli两相模型可以用来预测AN ‖ O/W流型的油-气-水三相流动压力梯度.     

垂直管内油—气—水三相弹状流流动特性的研究

采用高速动态分析系统和光纤含气率测量仪,研究了垂直上升管内油－气－水三相弹状流流动特征的规律．实验表明,短时域内平均截面含气率是判断三相流流型的有效方法．通过改变三相流系统中的体积含水率,研究了它对液弹内平均截面含气率的影响;最后,用高速动态分析仪可视化测定了各个工况下的平均液弹长度．     

油气水三相流动不同流型摩擦阻力的实验研究

采用双流体模型,将油水混合物作为非牛顿流体,重点进行了间歇流的摩擦阻力计算分析,并在管径４５ｍｍ、水平放置圆管的实验台架上对不同流型的油气水三相流动的摩擦阻力进行了计算和测量．结果表明,间歇流摩擦阻力计算式与实验测量结果基本一致,进一步改进后可用于工程计算和运行检测;水平管内油气水三相流动摩擦阻力特性受折算气速、折算液速以及含油率等因素的影响较大     

倾斜管内气液两相上升流动流型转变的研究

对倾角为０°到２０°的范围的倾斜管内气液两相上升流动的流型及其转变进行了试验研究，通过对６种流型间转变的机理分析，提出了实现这些转变的动力学条件。进一步导出了环状流向弹状流转变；分散泡状流向泡状流或弹状流转变；泡状流向长泡状流；长泡状流向弹状流转变的４种界线方程，并与试验数据进行了比较，结果今人满意。     

垂直及倾斜上升弹状流的实验研究——下降液膜

目的 研究垂直及倾斜上升弹状流中下降液膜的流动特性。方法 采用ＥＫＴＡＰＲＯ１０００型高速动态分析仪测量垂直及倾斜上升管内气液两相弹状流中下降液膜运动速度及其厚度沿Ｔａｙｌｏｒ气泡的变化情况。结果 获得了有关下降液膜流动特性的无干扰流场测量数据。结论 液膜的流动特性与管倾角、气液流速以及Ｔａｙｌｏｒ气流长度有关,其中气泡长度是最主要的影响因素,在高混合物流速下,流动趋于轴对称,此时可忽略倾角的影响     

水平管内油—气—水三相流流型的研究

在较为宽广的实验参数范围内,对水平管内油－气－水三相流动的流型及其转变规律进行了实验和理论研究,分析了各种流型间的转变机理,并根据实验数据建立了水平管内的油－气－水三相流型间的转变关系式和流型图,结果表明：随着含水率的减小,在相同液速下,不同流型的转变均有提前的趋势,即转变所需的气速小;含水率对不同流型转变界限的影响程度有所不同,这主要是由于三相混合物的物性对流型的影响。     

水平圆管内油气水三相流摩擦阻力特性的实验研究

给出了水平放置的圆管内气水、油气两相流及油气水三相流动摩擦阻力夺降特性的实验结果。应用理论研究中推导出的各种流型下的摩擦坟降关联式进行了计算,并与实验数据进行了比较,提示了摩擦阻力压降随折算气速、折算液速、油水混合液中的含水率以及管子直径的变化规律。     

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。     

圆管内油—气—水三相弹状流的生成和发展

利用高速动态分析仪清晰的可视化效果。在一个宽广的流速范围内,观察了垂直上升圆管内油－气－水三相弹状流的形成和转化。将Weisman流型转化过渡区的概念应用到油－气－水三相弹状流流型的研究中,量化了弹状流转化过渡区的边界。提出的弹状流的生成转化边界、弹状流的发展转化边界,很好地包容了前人所得到的弹状流转化边界,为解释众多弹状流边界模型的不一致性,以及合理认识弹状流的特性提供了更可靠的理论依据。     

水平管内油气水三相流动特性研究

通过对 4 5mm管径、水平放置圆管内油气水三相流流型的实验研究 ,采用实验方法整理出vsg- vsl平面流型图 ;从双流体模型基本方程出发 ,通过动力学分析 ,对水平管内油气水三相流动中各流型间相互转变的机理和预报模型进行了研究 ,得到了 4种基本流型间相互转变的预报关系式 ,并与实验结果进行比较 ,两者符合良好 .当油气水三相流中的油水乳化液处于 O/W型时 ,含油率对流型转换的影响很小 ,油水可作为一相来处理 .     

基于小波变换的气液两相流流型信号的奇异性特征

在室内气液两相试验环道上测试了气液两相水平管流中分层波状流向段塞流的转变过程 ,采用基于小波变换的奇异性理论对流型信号局部点的奇异性进行了量化分析。结果表明 ,分层波状流和段塞流信号局部点的奇异性之间存在显著差异 ,其Lipschitz指数可以作为流型量化描述的一个新指标     

含水原油流变规律实验研究

从大庆油田现场实际出发全面研究高含水原油流变特性 ,即含水原油视粘度与含水率的关系 ,含水原油视粘度与剪切速率的关系 ,含水原油视粘度与油温的关系等 ,给出了测试的相应曲线并对曲线进行了分析 .该油田油水乳状液转相点在 w( H2 O)为 65 .2 %左右 ,在转相点以前是以油为外相 ,水为内相的 W/O型乳状液 ,视粘度随含水量上升而增加 ,且受温度影响较大 ,同时剪切速率影响也相当明显 .随着剪切速率的增加 ,转相点的视粘度明显下降 .在转相点以后 ,形成水为外相 ,W/O型乳状液为内相的 ( W/O/W)水包油包水型复杂的多重乳状液 ,乳状液视粘度随含水量增加而降低 ,且受温度和剪切速率影响 ,乳状液视粘度进入高含水区后变化趋于平缓 .用曲面拟合方法回归出流变参数方程 .通过现场取样和数据处理分析可知 ,含水原油其流变特性可由幂律本构方程表示 .这一结论为准确计算高含水原油管道工艺参数奠定了基础     

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.     

基于离心法引发的气液两相环状流的数值模拟及流量测量研究

用数值模拟方法研究了水平管内气液两相流经过旋流叶片这种离心原件的流动特点。入口为段塞流,空气为主相,水为次相。研究在离心力作用下给气液相分布和流型转变带来的影响。模拟结果表明段塞流经过离心原件后流型转变为环状流;且环状流的液膜相对比较均匀。实验引进了3D打印技术,试制了旋流叶片,并开展了气液两相流实验研究,采用多普勒流速仪测量,通过对液膜速度分布曲线积分即可获得液相质量流量。实验取得了良好的结果,误差基本都在10%以内。实现了管内相分离和流量的非介入式测量,为气液两相流计量提供了指导意义。     

气侵期间岩屑运移规律研究

基于井筒多相流、传热学原理,综合考虑高温高压下天然气和钻井液物性参数变化,建立了环空气液固多相流数学模型,并采用多相流流动和井筒-地层传热耦合方法进行数值求解,着重进行气侵期间岩屑运移规律和敏感性参数分析。计算结果表明:相比泡状流,段塞流携岩能力较差,不利于维持井眼清洁;随着井口回压/循环排量的增加,气相体积分数逐渐减小,岩屑体积分数逐渐增加,而当流型发展为段塞流时,岩屑体积分数随井口回压/循环排量的增加而减小,而气侵量对其的影响正好相反;钻井液塑性黏度、机械钻速、岩屑粒径以及岩屑颗粒球形系数对气相体积分数基本没有影响,而对岩屑体积分数影响较大。     

毛细管中两相流动特性的电导测量方法

建立了单毛细管中两相流动传递参数实验系统,基于该系统开发了测取泰勒流下气泡速度气含率、气泡频率以及液栓长度等参数的双电导测试系统。结果表明,与常用的摄像法进行比较,双电导探针具有在线、实时和动态响应快等特点,可替代摄像法,并可扩展应用于结 构化催化剂内部测定气液两相流动参数分布。同时,采用电导法对毛细通道中多种流型——包括分散气泡流、气泡串流、泰勒流、膜流及多种过渡流型——进行辨识,取得了较好的实 验结果.     

垂直上升气液柱塞流中含气率分布

针对柱寒流含气率分布不明确的问题,在分析现有试验数据基础上,以含气率为标准提出柱塞流新的划分方式,建立柱塞流物理模型.综合考虑含气率径向和轴向的分布,对柱塞流含气率和过渡段长度的分布规律进行研究,并进行误差分析.结果表明:过渡段长度和含气率的分布主要受表观含气率的影响;过渡段长度在径向上的衰减主要由气液两相流速关系决定;含气率以及过渡段长度分布的计算值与试验值符合较好.