基于LedaFlow和Fluent的冲蚀临界速率研究

利用水力压裂技术开采页岩气,生产过程中会携带泥砂等固体杂质。气体携砂在管道中流动时,速度过大会对弯头等关键部件产生冲击,从而造成冲蚀,对管道安全运行造成隐患。基于LedaFlow的API RP 14E冲蚀临界速率预测模型对页岩气管道携砂能力进行模拟计算,分析了管道直径、压力、流量对冲蚀临界速率的影响,并通过Fluent数值模拟计算出冲蚀临界速率对应的管壁最大冲蚀损失量,从而给出冲蚀临界速率和管壁最大年冲蚀损失量的关系式,既弥补了LedaFlow无法计算出管壁冲蚀损失的问题,也简化了Fluent的复杂计算过程,为实际生产提供参考。     

管道顺序输送高差混油研究

成品油管道线路起伏时相邻油品的密度差和粘度差是影响混油形成的重要因素.分析了两者对混油过程的影响,推导出了与混油区的物质分布相关的轴向有效分散系数,提出了管道顺序输送高差混油模型.湍流时,粘度对流速断面形成的影响在油流核心不明显,主要是密度差别导致流速断面变化而影响有效分散系数,因此,可忽略混油区粘度的变化.在此基础上简化模型,推导出了高差混油浓度分布的基本方程.通过算例对雷诺数、管长和倾角等影响混油的因素进行了分析.结果表明,倾角对混油的影响程度随着输送距离的增长和雷诺数的提高逐渐减小,特别是在高于临界雷诺数的高度湍流和长距离输送时,倾角对混油的影响程度相当小.     

水平管内油水两相流流型转换特性

以高黏度的油和水为工质,在内径为25.7 mm,长52 m的水平不锈钢油水两相流实验环道内对油水两相流流型及其转换特性进行了实验研究.根据实验结果定义了不同流动条件下出现的流型,绘制了流型图.对影响油水两相管流流型转换的各种因素进行了综合分析,利用量纲分析的方法得出了流型转换的准则关系式,并提出了一个较为准确的有关油水两相管流中反相临界含水率的计算相关式.     

长输管道动态模型及在控制系统中的应用

长输管道的生产监测控制主要是对管道内流体流动状态的监控。密闭输送管道中的一个泵站或某个设备的动作都将影响到数百公里至上千公里管道的运行状况。长输管道密闭输送的特点是全线为统一的水力系统,一般分为控制中心和控制站两个层次。控制的具体方式分为事故超前控制和正常运行控制。根据流体力学基本方程、管道运行特点和各种设备的特性,建立了管道动态模型。通过离线仿真计算,说明可用管道动态模型进行管道运行状态估计和在线实时控制,采用的方法对长输管道自动控制系统设计和生产运行管理有着重要的参考价值。     

油包水乳液体系水合物的形成对多相流动摩阻的影响

水合物浆液输送作为流动安全保障主要措施和天然气新型运输方法之一,其复杂的流动特性引起了学者的广泛关注。以国内首套水合物高压实验环路为依托,基于水合物生成后管路压降明显增加的现象,分析了4.5 MPa压力下,0.4、0.5、0.9、1.1 m/s四个流速下压降变化幅度,对比水合物生成前后体系摩阻系数的变化,定量表示了各个流速下颗粒存在对摩阻系数的影响。实验结果表明,流速越大,颗粒存在对于体系摩阻系数的影响越小;并且通过对比0.4和0.5 m/s的实验结果可知,在水合物浆液流动过程中,不同的流速对应着不同的液固流型,存在临界悬浮流速的概念。     

不可视环境下用声音信号测定间歇频率的新方法

针对不可视环境下的气液两相流动,开发了分析声音信号的方法,利用这两种流型下声音信号的特点来辅助辨识分层流流型和间歇流流型。由于声音信号采集频率高,对管内流体流动的变化更加敏感,故其不但能准确地反映出间歇流的周期波动特性,而且还能通过及时地捕捉由液塞通过时造成的声音信号的振幅变化来准确地确定间歇频率;此外,通过对声音信号的分析,分别得到了间歇频率随液体折算速度和气体折算速度的变化规律。     

含天然气水合物的海底多相管输及其堵塞风险管控

为了提升深水油气开发海底输送系统多相流动的安全运行水平、推进“天然气水合物（以下简称水合物）浆液输送技术”的工业化应用进程,基于所搭建的水合物流动保障实验平台,结合水合物动力学生成机理、多相流动规律和可靠性理论,开展了含水合物的海底多相管输及其堵塞风险理论与技术研究。研究结果表明：①水合物颗粒的存在,会减少分层流区域,增强段塞流动趋势,更易形成环状流和波浪流,基于小扰动法所建分层流判别准则,能合理划分实验流型数据;②考虑水合物颗粒间聚并剪切,结合有效介质理论,建立了水合物浆液的黏度、阻力计算方法,预测精度均在±20%以内;③提出了含水合物多相管输的临界悬浮流速概念,分别建立了低于该流速的气浆、高于该流速的固液多相流动机理模型,能更加合理地描述水合物颗粒与多相流动耦合影响规律; ④观察到水合物壁面沉积4阶段历程,通过不同实验条件下水合物沉积率的定量表征分析,揭示了各因素对水合物壁面沉积的作用机理;⑤定量分析了不同流型下水合物颗粒的聚并沉积状态,定性分析了各流型中水合物的堵塞机理及风险;⑥引入可靠性理论,建立了以水合物体积分数为判定条件的极限状态方程,耦合抽样及快速求解理论,实现了含水合物多相输送管道堵塞概率表征,并给出了水合物浆液管道稳定运行的安全评价等级划分原则。结论认为,该研究成果能从定性和定量两个方面有效预测多相混输管道中水合物的生成及堵塞风险,有助于保障海底输送系统多相流动的安全运行。     

注气对固溶物沉淀影响的研究与应用

注气采油是提高原油采收率的主要方式之一,在此过程中准确描述含有沥青质等高分子有机固相物质的油气体系相平衡十分必要。为此,将沉淀的沥青质视为固相,假设标准状态下必须有沥青质沉淀,将标准状态压力和温度引入沥青质固相逸度计算,并同时考虑了标准状态压力和温度对沥青质固相逸度的影响,建立了能模拟沥青质沉淀的气、液、固三相相平衡热力学模型。据该模型计算的结果表明:①能通过比较液相沥青质逸度和固相沥青质逸度大小来判断固相沥青质沉淀的出现。②当注入某油的气体为烃类混合气体时,烃类混合气体的添加使得含沥青质原油的组分发生变化;温度相同时,注气浓度越高,沉淀的压力越大;浓度相同时,温度越低,沉淀的压力越大;当沉淀量一定时,随着注气浓度增加,油品的饱和压力随之增大;相同注气浓度下,当压力高于饱和压力时,随着压力增大,沉淀量减少。③在温度不变的情况下,注入某油的气体为CO2时,其沥青质沉淀量是注CO2浓度的函数且随着CO2浓度的增加,固相(沥青质)的沉淀量不断增大。④在注气驱油过程中,气体的注入极易引发含沥青质原油中沥青质等重质有机物的沉积。