超稠油水在倾斜管路中两相流动的研究

通过实验研究了超稠油(在20°C下,密度为860 kg/m3,黏度为1680mPa.s)、水两相在45°倾斜管中流动的流型和两相压降变化规律.倾斜实验段管线由内径50 mm的透明有机玻璃管组成,向上倾斜管段长为4.5 m.通过实验给出了不同入口条件下实验管段的流型图和两相压降图.结果表明:超稠油水两相在管道中流动流型与低黏度比下的流型具有一定的差异,特别在低入口水相流量下,管道内出现了壁面附着一层油膜而管内部为油水相互掺混流动的流型;油水两相压降随着入口含油率的增加而增加,但在较高入口含油率区域,两相压降出现了一个峰值和峰谷的演变过程.     

水平圆管内油水两相分散混合液的流动特征

管道内油水两相分散流动中的压降受相含率、相分布和流速等参数的影响,研究表明同一混合液流速条件下,随体积含油率的增大,压降呈现为先增加后减小的趋势,在连续相的相转化点处压降达到峰值。该文结合均相流模型和非牛顿流体流动理论,对管道内油水两相流动的压降进行分析,结果显示已有混合液表观黏度预测模型计算得到的压降与实验值存在较大偏差。综合考虑管道流动中油水两相的相分布特征,优化得到了油水分散混合液表观黏度的预测模型,可应用于计算流动中的压降,且精度均在10%以内,为管道混输系统的设计,以及两相分散流动理论的发展提供可靠的理论依据。     

垂直管道内油-水两相环状流的流动特征

该文通过实验研究了垂直上升和垂直下降管道内油水两相混合液的流动特征。实验段管道的内径为25 mm,垂直段长度为1500 mm。为了得到油水两相环状流流型,分别在垂直管道的入口和出口处安装有收缩和扩张管道。实验中的油相为白油(97 mPa·s,860 kg/m3),水为普通生活用水(1 mPa·s,998 kg/m3),含油率范围为0–100%,混合速度为0.28 m/s–4.65 m/s。研究中,分别采用压力传感器、高速摄像机和快关阀对管道中两相流动的压降、流型和含油率等特征进行了测量和记录,并采用两流体理论模型对流动中的摩擦压降进行预测。研究结果显示:流动中形成的水包裹油的广义环状流型,可以很好的降低摩擦压降,并可以将摩擦压降分为壁面摩擦和界面摩擦两部分,采用两流体理论对压降梯度进行预测,误差小于20%;由于油水两相间的密度差和截面相分布特征,使两相之间存在速度滑移,可以看出垂直上升和下降管道内的油相的相速度值均高于水相,在含油率为60%–80%时其差值达到最大。     

管道旋流中油芯的形成条件与形态研究

以石油工业为背景的油水流动是典型的液液两相流。管道中的两相流动研究的主要内容是充分发展之后的流型和压降等。此文通过实验研究了一种非稳态阶段的两相流动—经过导流片之后一段距离之内的两相旋涡流动。实验划分了不同相含率与表观流速下的流动形态,研究了导流片前后的压降规律。     

水平井筒变质量分散泡状流压降的理论与实验研究

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别，可以预知常规水平管流的压降计算方法对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。本文对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程，考虑管壁存在人流或出流对于分层流流型压降的影响，得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流流型的压降计算方法。同时，设计并建立了水平井筒流体流动模拟实验装置，在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的压降实验研究，获得了大量的实验数据。实验数据和理论计算结果吻合很好，这表明该计算方法具有实际应用价值。     

水平分支管路中油水两相流动研究

该文研究了两种直径的直管油水两相流动对流型和相含率的影响和在不同管径的水平并行分支管路中的相含率变化规律.实验设备包括内径为50 mm的水平主管道和内径为25 mm的分支管路.得到了不同入口条件下实验管段的流型和相含率图.实验指出:管道的尺度变化对于流型的影响较小,但对于油水两相的相含率和速度滑移有显著的作用.当油水两相流在并行分支管路中同时流动时,随着入口处水的表观流速增大,并行主管的截面油含率与并行分支管的差距逐渐缩小.     

停输海管内油水分布变化实验模拟及启动压力预测

根据海洋平台间集输海管的结构,自主设计并搭建了L型稠油-水混输海管停输再启动模拟装置。采用与稠油黏度相当的模拟白油和自来水,实验研究了含水率、静置时间和温度等因素对稠油集输海管停输后水平管与立管内油水分布与运移状态变化的影响,分析了其再启动过程中的壁面应力,建立了再启动压力与油水两相壁面应力的关系式。结果表明:受油水密度差影响,L型管中油相集中分布于立管段;随静置时间的增加,白油-水混合液在油水密度差作用下分别向管道上部和下部运移,0 min-10 min油水运移速率最大;随温度升高,白油黏度大幅下降致使油水运移加速;不同含水率下,相同温度的白油启动壁面应力计算值相对平均偏差约为7.19%,证实了基于油水两相停输分布系数的再启动压力预测具有较高的可靠性。     

水平管道油-气-水三相段塞流动持液率模型研究

油-气-水三相段塞流型持液率预测往往先将油水两相看作混合均匀的单相，再利用气液两相方法进行计算。这种方法适用于油水混合均匀的段塞流型。但在低气液相流速下，油-气-水三相段塞流型中有时油水是分离的，此时如果使用上述方法，可能导致比较大的误差。研究建立了分离假塞流型（油基和水基）的平均持液率计算新模型。统计分析发现新建模型与实验数据吻合很好。在实验的基础上，将油-气-水三相段塞流型划分为油基／分离／段塞流、油基／分散／段塞流、水基份离／段塞流、水基份散／段塞流四种。研究四种流型表明，在其他条件不变的情况下，对于气液两相流动和分散／段塞流型，持液率随着液相折算速度或液相黏度的增加而增加，随着气相折算速度的增加而减少。但对油基／分离／段塞流和水基／分离／段塞流，持液率则随着气相折算速度的增加，先上升后下降。     

稠油-水两相水平管流压降规律的实验研究

设计和建造了内径为25．7mm,长52m的水平不锈钢多相流实验环道,尝试性地利用稠油(50℃时,粘度为1314．89mPa．s,密度为958．05kg／m^2)与水进行了油-水两相流流型和压降实验。混合流速范围为0．2m／s～1．2m／s,入口含水率范围为0．25～0．7,实验温度分别为50℃、60℃和70℃,并加入破乳剂重复了以上的实验。本文着重分析了含水率、混合流速、温度、破乳剂等因素对两相管流压降的影响规律。实验表明：流型是影响压降规律的主要因素;在不同流型下,同一因素对压降规律的影响程度也有所不同。研究结论对油田现场的油-水混输管线的设汁与安全运行具有较好的指导意义。     

低渗气藏产水水平井井筒压降规律研究

利用水平井开发低渗透气藏过程中,产水使得水平井筒压降规律异于井筒单相压降,因此分析产水水平井井筒压降规律至关重要。该文基于气水两相渗流原理以及水平井周围椭圆形渗流场,考虑启动压力梯度、应力敏感性、滑脱效应以及高速非达西流动等因素的影响,定义气水两相广义拟压力,得到了低渗气藏中气水同产水平井地层渗流模型,并考虑水平井筒变质量流动,建立了地层两相渗流与井筒两相管流的耦合模型。实例分析发现:低渗气藏水平井井筒压降约为0.01 MPa,远远大于气藏单相井筒压降。由敏感性分析可知,随着水气体积比和滑脱因子的逐渐增大,井筒压降不断增大,而随着启动压力梯度和应力敏感指数的增大,井筒压降则不断减小。该文为低渗气藏气水同产水平井井筒压降规律的研究提供了新的思路。     

FLOW PATTERN AND PRESSURE LOSS OF OIL-WATER TWO-PHASE FLOW IN HORIZONTAL STEEL PIPE

Experimental Study on oil-water two-phase flow patterns and pressure loss was conducted on a horizontal steel pipe loop with 26. 1mm inner diameter and 30m total length. The working fluids are white oil, diesel oil and tap water. Several instruments, including a new type of liquidprobe are successfully integrated to identify 7 different flow patterns. The characteristics of the flow patterns and the transition process were observed and depicted in this paper.Investigation revealed that the pressure loss was mainly depended on the flow paiterns.     

Experimental study of flow patterns and pressure drops of heavy oil-water-gas vertical flow

A stainless steel apparatus of 18.5 m high and 0.05 m in inner diameter is developed, with the heavy oil from Lukeqin Xinjiang oil field as the test medium, to carry out the orthogonal experiments for the interactions between heavy oil-water and heavy oil-water-gas. With the aid of observation windows, the pressure drop signal can be collected and the general multiple flow patterns of heavy oil-water-gas can be observed, including the bubble, slug, churn and annular ones. Compared with the conventional oil, the bubble flows are identified in three specific flow patterns which are the dispersed bubble (DB), the bubble gas-bubble heavy oil, and the bubble gas-intermittent heavy oil (B_g – I_o). The slug flows are identified in two specific flow patterns which are the intermittent gas-bubble heavy oil (I_g – B_o) and the intermittent gas-intermittent heavy oil (I_g – I_o). Compared with the observations in the heavy oil-water experiment, it is found that the conventional models can not accurately predict the pressure gradient. And it is not water but heavy oil and water mixed phase that is in contact with the tube wall. So, based on the principle of the energy conservation and the kinematic wave theory, a new method is proposed to calculate the frictional pressure gradient. Furthermore, with the new friction gradient calculation method and a due consideration of the flow characteristics of the heavy oil-water-gas high speed flow, a new model is built to predict the heavy oil-water-gas pressure gradient. The predictions are compared with the experiment data and the field data. The accuracy of the predictions shows the rationality and the applicability of the new model.     

虹吸管气液两相流压降特性试验

通过系列试验量测了不同安装高度、不同水位差时虹吸管水平管段的压降、含气率及过流量,探讨和分析了虹吸管气液两相流压降的变化规律及气液两相流流型不同时影响管道压降的因素。结果表明,气液两相流管道压降与液相满流时压降规律相同,即压降值随管道水头的增大而增大;但是,与液相有压管流不同,水位差一定时压降值随安装高度的增大而减小。当虹吸管内为气泡流时,气泡存在对沿程阻力系数λ影响很小,可忽略不计。管道实测压降小于计算值的原因是气液两相压降减小率等于流速减小率。当虹吸管内为过渡流和气团流时,气液两相压降减小率与流速减小率相差较大,实测压降的减小不仅与流速减小有关,含气率的大小对气液两相压降的影响也不可忽略,含气率的增大使气液两相流动阻力增大,即压降增大。     

水跃对水平管弹状流压力降的影响

本文对气、液两相分别应用一维形式的质量守恒方程和动量守恒方程。假设各流动物理量在水跃面上具有第一类间断点,推导出水平管弹状流中水跃压降的表达式。对以水和空气为流动介质,内径为２５．８ｍ,５１,２ｍｍ和３００ｍｍ的三种管道,在液相表观流速为１．１１ｍ／ｓ,气相表观流速为２￣１０ｍ／ｓ的范围内,计算出了水跃压降的大小随Ｌｏｃｋｈｒｔ－Ｍａｒｔｉｎｅｌｌｉ参数的变化关系,分析了水跃压降对水平管弹状流摩擦     

阶梯水平井生产段油藏渗流与井筒变质量管流的耦合模型

随着油气勘探和开发技术的迅猛发展，阶梯水平井作为水平井的一种特殊井型，日益在国内外油田得到广泛应用。基于势叠加原理和镜像反映原理，推导出了薄互层油藏中阶梯式水平井生产段的空间势分布；采用微元线汇理论和动量守恒定律建立了薄互层油藏阶梯水平井生产段沿程压降计算模型。推导出了裸眼完井方式下阶梯水平井生产段油藏渗流与井简变质量管流耦合的数学流动模型，并提出了相应的数学解法。     

井筒与油藏耦合条件下水平井变质量流动规律研究

本文在无限大均质地层弹性不稳定渗流模型解析解的基础上,建立了与地层耦合的水平井筒压降模型。结合具体实例通过对耦合模型的求解得到了水平井筒内的压降与产量分布,从而揭示了井筒与油藏耦合条件下射孔完井水平井的变质量流动特性。     

A MODEL FOR PREDICTING PHASE INVERSION IN OIL-WATER TWO-PHASE PIPE FLOW

1. INTRODUCTION Flows consisting of mixtures of two immisciblefluids such as oil and water are encountered frequentlyin many areas of the process industry and in thepetrochemical industry. The phase inversion refers toa phenomenon where, with a small chan…     

水平井井筒内压力产量变化规律研究

对水平井生产系统进行分析,必然涉及到井筒中的流动问题,过去人们不考虑水平井井筒中的压降,这给水平井的生产系统分析带来较大的误差。本文考虑井筒摩擦和加速度对井筒压降的影响,同时考虑地层渗流和水平井筒流动,建立了水平井井筒流动与地层流动耦合的数学模型,以此获得了计算水平井井筒压降和产量分布的表达式,实例计算和分析了海上油藏一口水平井井筒的压力和产量变化规律。本文的研究为水平井的生产系统分析提供了理论基础。