油水两相流流型研究现状及展望

在油井采出液的开采、集输和处理过程中,普遍存在油气水三相流流动现象。当油田进入高含水开发期后,随着含水率的升高和气液比的降低,气相的影响显著降低,油水两相的流型变化对管输效率影响较大。通过按原油凝点划分,将不同学者对油水两相流流型的相关研究从高于凝点温度和低于凝点温度两方面进行分析梳理,总结归纳油水两相流流型研究现状,并结合室内试验研究中存在的问题和不利条件,对今后两相流的研究方向提出了一些建议和展望。     

频谱法气液两相流流型识别

1．试验部分 (1)试验条件。本论文的试验是在石油大学 (华东)室内小型气液两相流机理试验装置上进行 的。试验装置由水罐(1m3)、离心泵、气体涡轮 流量计、液体涡轮流量计、气液混合器、试验管段 和气液分离器组成。其中试验段为内径50mm,长 26．3m的钢管,在其上布置有14个Keller压力变 送器和2个Keller差压变送器(频响为4kHz),在 气体涡轮流量计附近布置有一个Rosemount电容式 压力变送器。试验段下游安装长1m、直径50mm     

充气控压钻井气液两相流流型研究

充气控压钻井是在充气欠平衡钻井技术的基础上发展起来的、针对具有窄安全密度窗口地层的一种钻井新技术。本研究将多相流体流动简化为气液两相流动,建立了充气控压钻井循环系统的物理模型,系统地总结和对比了气液两相流流型转换准则、压降计算模型,通过大量的模拟实验,验证、修正了常规气液两相流流型判别准则和压降模型,得出适用于充气钻井的压降计算模型。通过流型敏感因素分析,得出气液比、地面回压、流道的几何形状是流型主要影响因素,该研究结果为充气控压钻井的压力控制提供了理论依据。     

环空管内气液两相流流型研究进展

流型的研究一直是管路内两相流研究领域中的重要内容。从近些年的研究情况来看 ,由于结构的复杂性及应用等的限制 ,与圆管内两相流相比 ,对环空管内两相流流型的研究起步较晚 ,自 70年代末至今 ,只有少数学者对空气—水 (或油 )、空气—泥浆两相流流型及转换进行了一些理论及实验研究。现有的一些有关流型及转换的研究结果大多是针对垂直环空管内上升两相流而言的 ,对其他配置形式的环空管两相流研究不多 ,并且许多结果均是在较小的工况范围内取得的 ,还不能在更大的工况范围内广泛应用于石油开发生产中     

基于实验研究的水平井气液两相流流型判别修正

流型判别是研究气液两相流流动规律的重要内容。采用实验数据与理论分析相结合的方法,通过对常规管道和变质量管道Brill气液两相流流型判别方法的修正,建立了新的适用于海上水平井气液两相流流型判别方法。实验结果表明,修正的Brill流型判别方法与实验数据吻合较好,可为海上水平井气液两相流流型判别提供参考。     

基于隐马尔科夫模型的气液两相流流型识别方法

提出一种基于隐马尔科夫模型(HMM)识别垂直上升管中气液两相流流型的方法。首先对采集到的电导波动信号进行数据处理,借助语音信号处理中的线性预测方法,提取出反应两相流流动特征的特征量。将提取的特征向量作为观测序列输入到已经训练完毕的各状态HMM中,从而实现对气液两相流流型的识别。结果表明,该软测量方法能够准确地识别出三种典型的流型,识别效果良好,为流型的识别提供了一种有效的软测量方法。     

基于Hilbert-Huang变换的油水两相流流型特征提取

油水两相流的流型影响着流动参数的准确测量以及两相流系统的运行特性。油水两相流属于非线性、非平稳信号,针对此特点,采用Hilbert-Huang变换方法对油水两相流电导波动信号进行分析,实现信号的能量特征提取。首先,将油水两相流电导波动信号进行经验模态分解(empiricalmode decomposition,EMD),求出得到的固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)的能量,并对各层能量进行归一化,找出不同频段IMF的能量特征与流型之间存在一定关系。实验证明,Hilbert-Huang变换方法可以很好的表征油水两相流流型特征。     

近水平小管径油水两相流流型实验

为了研究水平井中测井仪器通道内油水两相流流动特性,利用水平小管径实验模拟井装置,通过改变倾斜角度、流量和入口含水率这3个变量对油水两相流流型进行全面系统研究。使用高速摄像机对有机玻璃井筒内流体进行拍摄,直观地反映流体的流动状态,将观察到的流型进行分类,研究流体流动特性。实验确定了近水平小管径内7种流型:光滑分层流、波状分层流、水包油和水层、水包油、油包水和水包油、油包水和水层、油包水,得到近水平7种角度下小管径两相流流型图,总结小管径两相流流动规律。对水平井仪器内部流体流动特性进一步认知,为测井仪器研发、改进以及测井解释提供参考依据。     

125mm垂直圆管中油水两相流流型辨识研究

在模拟井实验的基础上,通过直接测量方法,对125mm垂直圆管中油水两相流流型进行了重新划分,给出了垂直圆管中油水两相流流型的过渡边界,建立了用流量法和持水率法判别流型的标准,通过实验发现,小直径管中的流型划分结果不能成比例地应用到大直径管中,而且划分标准或界限也不能按比例放大或缩小。应用混沌分析方法,对油水两相流流动的持水率测量信号进行相空间重构处理,计算出不同流型下的分形维数和关联维数,实现了用混沌方法对两相流流型进行辨识。     

气液两相水平管流流态可视化分析

提出用图像处理技术进行气液两相水平管流流态可视化研究的基本方法,并建立了实验装置。实验装置由实验环道、流场图像获取系统和数字图像处理系统组成。实验环道中包括一个由透明玻璃管制成的实验段,利用数字流场图像获取系统将获取的流场视频信号转换成数字信号送入计算机处理。以此为基础,在实验条件下研究了大量的气液两相流流态,对泡状流、柱塞流、断塞流、层状流和波状流等几种典型流态进行了深入的分析,得到了各种流态的生成条件及相互之间的转换规律。     

油水两相管流反相模型研究

建立了管壁剪切应力与管流扰动动能之间的关系。利用扰动动能与乳状液液滴界面自由能之间的平衡关系,推导了形式简洁的液滴直径模型。结合系统最小自由能理论,获得了改进的反相含水率预测模型。利用已公布的油水两相管流反相实验数据,将模型与已有的反相模型对比表明:当油品黏度较低时,该模型的预测精度明显优于其他反相模型;当油品黏度较高时,各反相模型的预测结果均不理想。     

气液两相流确定性混沌分析

采用确定性混沌理论研究了空气 水两相流压力和压差信号的重构相空间、吸引子不变量的规律。结果表明 ,气液两相流是 1个低维混沌动力学系统 ,各流型间的非线性动力学特性不同。气液两相流的吸引子不变量 ,如Hurst指数、关联维数和Kolmogorov熵等都与流型关系密切。在多数流型内参数波动具有持久性特征 ,首次发现了高气速环状流区的反持久特征。     

水平井筒油水两相流压降计算模型

水平井的应用已越来越广,由于其增产效果明显,特别是对于底水油藏,能有效地延缓地水锥进的速度,从而为油田创造巨大的经济效益。以前人们都普遍把水平井视为无限导流,即：从根端段到指端段几乎没有压降消耗。但是随着水平井的技术越来越成熟,大位移水平井开始出现,水平井筒中的压降已不容忽视。对水平井筒油水两相变质量分层流动进行了微元分析,考虑壁面入流对其中油水两相变质量分层流动压降的影响,运用连续性方程和动量守恒方程,得出了水平井筒油水两相变质量分层流动的基本模型和压降计算模型,通过模型求解揭示了在壁面入流条件下沿水平井筒的压降分布。     

气液两相流通过管壁小孔分配特性的试验研究

以开有小孔的管壁为研究对象,对层流下气液两相流通过管壁小孔的分配特性进行了理论分析和试验研究。结果表明,气液两相流通过管壁小孔的流动存在一临界高度hb,如果小孔入口与气液界面之间的距离h大于该临界高度,将不会发生夹带现象,临界高度hb主要取决于小孔两侧的压差;对于小孔分别位于气相集中区或液相集中区的分配器,进入分流回路的分流体为单相气体或单相液体或质量含气率为固定常数的两相流体;对4孔分配器,进入小孔的气液含量与孔的位置以及管内气液相分布有关,气液相分流系数受主管流型波动影响较大。     

气液两相流流型判断及管径计算软件的设计与开发

以流体的基础数据(流量、密度、黏度、表面张力等)为基础,根据SH/T 3035-2007《石油化工工艺装置管径选择导则》中两相流型的计算模型,以VB6.0作为开发用户操作界面的平台,设计了一个适用于石化装置牛顿性流体的管道两相流流型判断及管径计算软件。通过实例计算证明,该软件不仅能提高手算或Excel计算的效率,还可方便地输出流型判断及管径计算的结果,为设计工作带来便利。     

油水比预测模型及应用

油田进入开发后期,普遍存在产油量递减、油井出水量增加的现象,传统的预测模型并未针对油水比这一生产目标函数进行分析.文章以生产数据数理统计为基础,依据现代预测方法,提出4种利用油水产量比进行动态预测的数学模型.实例预测表明,提出的模型能够很好地实现历史数据的拟合,对开发方案的调整具有重要意义.     

气井井筒气液两相环雾流压降计算新方法

气液两相环雾流是气井生产中最常见的流型之一,正确预测其井筒压降是气井节点系统分析、生产动态预测的重要基础。从环雾流气芯-液膜分相流结构出发,建立了环雾流压力梯度方程;其中持液率计算综合考虑了液膜及液滴的影响,通过引入Henstock & Hanratty无因次液膜厚度关系式,导出了液膜厚度计算显式方程,基于液滴沉降与液膜雾化的动态平衡,导出了适用于气井低液相雷诺数条件的液滴夹带率关系式;摩阻计算考虑了液膜与管壁的剪切应力,最终采用龙格库塔法迭代求解井筒压力。利用国内外91井次气井测压数据评价表明,新模型提高了凝析气井和产水气井井筒环雾流压降预测准确度,优于传统的均匀流模型和分相流模型,而且能够获得液滴夹带率、液膜厚度等特性参数,为油气田开发提供技术理论支持。     

多组分烃类混合物气液两相流格子玻尔兹曼模型

针对传统格子玻尔兹曼模型无法处理真实多组分混合物气液两相流的问题,提出了一种新的基于四参数(临界温度、临界压力、偏心因子、体积修正因子)状态方程的多组分格子玻尔兹曼模型。模型首先使用烃类混合物状态方程计算混合流体间作用力,并提出一种将混合流体作用力分配给各流体组分的方法,从而计算出混合流体中各组分所受作用力,再使用精确差分方法将组分作用力引入格子玻尔兹曼模型。同时为正确反应黏度变化对多相体系流动过程的影响,引入LBC(Lorentz-Bray-Clark)黏度模型计算混合流体的黏度。利用该模型,分别模拟了甲烷、乙烷、丙烷等多组分气液两相共存问题。新模型计算结果与使用逸度平衡方法获得的理论解吻合度较高,验证了新模型的正确性。图7表1参24     

橇装式气液两相混输计量装置设计与应用

设计了一种橇装式气井井口气液两相混输计量装置,采用气液分离法计量液量和气量,实现了实时在线计量天然气和水产量,结合智能流量计,可以连续稳定地在气液两相混合流动中计量两相瞬时和累计流量,数据通过无线系统上传。该计量装置采用气液混输,避免了液体外排污染环境,节能环保,同时设计为车载模式,移动方便。通过室内与现场试验表明,该计量装置能连续稳定地在气液两相混合流动中同时计量各相流量,平均误差均小于±5%,满足现场对气井产水、产气量计量精度要求。