管道内油水分离技术的理论与实践——吴应湘、许晶禹著作《管道式油气水分离技术》介绍

管道式油气水分离是未来油气田开发中油气水分离技术的发展趋势，不但能有效地节省产液处理设备的占地空间，节省油田开发投资，提高开采效率，而且可以突破海上采油平台和采油井井底的空间限制及深海海底的水深限制，解决井底和深海水下油水分离的难题。该技术的发展涉及力学、化学、自动控制等学科领域，融合了油气水多相流、界面测试与控制等诸多科学与技术问题。

油水分离技术

随着油田开采时间的增长,产出液中含水率逐年增加,部分井液的含水率高达95%以上,给目前已有的处理工艺带来新的挑战.为了解决这些问题,急需研发新型的油水分离技术,以解决传统技术所遇到的瓶颈.该文结合目前油气开发的新需求,系统地介绍了油水分离的技术现状,讨论了含油污水深度处理技术的特点,分析了未来油水分离技术的发展趋势.同时,结合力学研究所研制的新型管道式油水分离技术,详细介绍了柱型分离、导流片型分离、以及T型管分离等新技术,提出了新型管道式分离技术具有的技术优势,可解决稠油开采、海底作业、以及井下分离等难题,指明了技术发展方向.

油气混输系统的实验研究与实验模拟准则

描述了油气混输系统的实验研究，特别是多相流的流态、增压、计量系统的实验研究，并用动力相似理论分析了油气混输两相管流实验模拟所需满足的相似参数，提出了各种简化条件下的相似规律，讨论了用水和空气的两相流动来模拟原油和天然气的两相流动的可靠性和提高实验精度的手段和方法。

带有新型涡激振动抑制罩的圆柱体的水动力特性

通过模型实验和数值模拟计算,研究了带有涡激振动抑制罩的圆截面柱体的水动力特性.模型实验主要测试了柱体上附加谐波型和类圆锥型涡激振动抑制罩的单摆结构在不同流速下发生涡激振动的性质;数值模拟则针对谐波型和圆锥型扰动,在雷诺数Re为10~2到10~5范围内,研究其水动力参数,如阻力、升力和涡脱落频率等,随扰动波长和波动强度的变化.模型实验结果表明,在直圆柱开始发生共振的流速下,带抑制罩的柱体的振幅显著降低,而在更高流速下则显著增大.数值模拟结果表明,谐波型和圆锥型扰动具有相似的水动力特性;且在不同Re时,阻力、升力和涡脱落频率具有相似的变化规律;随波动强度的增大,阻力一般逐渐增大,升力则在多数情况下先减小而后增大,而涡脱落频率一般逐渐减小.

海洋立管的涡激振动模型预测方法

本文给出了海洋立管涡激振动模型预测方法，评述了近年来国内外研究进展，并对未来的发展趋势进行展望，为海洋工程领域的立管研究提出建议。

海洋油气开发中的多相流技术

系统阐述了海洋油气开发中经常遇到的多相流动问题，如确定油藏量和油藏的分布与变化规律的多相渗流问题，油井中产液的变质量多相流问题，油井和立管的竖直与倾斜管多相流问题，油气水在管线中的水力与热力规律问题，输送管道系统提升泵和增压泵的性能、分离器的效率，混相流量的计量等问题。文中还介绍了中国科学院力学研究所在油气水多相增压、多相计量、多相分离、稠油除砂、倾斜井多相流态等方面的研究工作。重点阐述了集离心、膨胀、重力分离原理为一体的新型油气水高效分离器的性能和特点，以及用γ射线硬场层析成像方式来实现油气水混相流量测量方案。

深水张力腿平台设计中的流体动力学问题

从流体力学的角度介绍了深水海洋资源开采所需的主要平台形式—张力腿平台结构设计中所遇到的流体动力学问题 ,探讨了张力腿平台部件设计对线性外载、低频外载、高频外载和海流外载的依赖程度 ,以及流体力学领域应该重点研究的问题。

跨声速高雷诺数圆球绕流的实验研究

本文采用无支撑干扰、洞壁影响很小的带加压抽空系统的弹道靶设备,进行了雷诺数在10~5<Red<10~6范围的圆球跨声速自由飞行实验,取得了一系列能清楚反映流场结构的阴影照片,为分析和了解圆球跨声速高雷诺数绕流的性质和马赫数、雷诺数对流场的影响提供了依据,也为圆球跨声速粘性分离流动的数值模拟创造了条件。

轻气炮性能计算

采用一元非定常特征线理论分析了单级轻气炮的发射性能,给出了储气室长度,储气室与发射管截面积比,弹丸质量,破膜压力和环境压力等参量变化对弹丸运动规律的影响,还得到了发射过程中弹丸底部压力的交化规律,为轻气炮的工程设计和性能计算提供了一个较好的方法。

跨声速半球柱绕流流场的激波系结构

本文在1<M_∞<1.2和0≤α≤5°范围内对半球柱模型利用单级弹道靶中模型自由飞行进行了绕流流动的实验研究,揭示了跨声速流动当来流马赫数趋近于1时绕流流场中头激波、侧体激波和尾激波的复杂变化现象。这些新的现象的发现为马赫数十分接近1的跨声速流动研究提供了重要的实验依据。

管道式油气水高效分离技术

目前我国原油开采面临陆上油田采出液含水率高,以及海上平台空间局促、指标严苛等实际问题,因此对传统油气水分离技术提出了巨大挑战。中国科学院力学研究所研发的新型管道式油气水高效分离技术,主要包括T型管分离技术、柱型旋流管分离技术、以及导流片型分离技术等,不仅取得了创新性的研究成果,还进一步推动了技术成果转化,在工业现场取得了良好的应用效果,符合我国未来科学技术的发展方向。

低超声速圆球绕流后体流场的数值模拟

本文根据圆球跨声速自由飞行实验的流谱结构,建立了低超声速圆球分离流动的流动模型,它成功地计算了考虑粘性分离影响的圆球绕流的后体流场。在计算得到的后体流场中,反映流谱特征的分离激波、尾激波、分离界面等,其位置和形状与实验结果吻合很好,因此本文给出了一种能反映真实流动情况的圆球后体流场介。

第十四届国际近海与极地工程学术会议简介

国际近海与极地工程学术会议(International Offshore and Polar Engineering Conference)是每年一度由国际近海与极地工程学会主办的旨在促进近海工程、极地工程等领域的科技进步以及国际间学术交流与合作的大型国际学术会议.

用涡轮流量计测量多相流流量

对涡轮流量传感器进行了理论分析,给出了涡轮流量计仪表常数的计算方法,讨论了获得较大固有仪表常数K0时涡轮传感器结构参数(如叶片数、涡轮半径、口径等)的优化组合问题,通过多相流动实验,总结出K0与流动密度之间的实验关系,由此给出用涡轮流量计测量多相流的半理论半经验公式,并在油井多相流量测量中得到了实际应用,符合较好。

关于气液两相流流型及其判别的若干问题

气液两相流体系是一个复杂的多变量随机过程体系,流型的定义、流型过渡准则和判别方法等方面的研究是多相流学科目前研究的重点内容．本文就与气液两相流流型及其判别有关的研究状况进行了回顾和评述,力图反映近年来气液两相流流型及其判别问题研究的状态和趋势．

海流引起海底管道悬空的数值模拟

海底管道悬跨将影响管道的安全运营。在海底管道稳定性设计中，需要合理分析具有初始嵌入深度的海底管道产生悬空的物理机制。本文对海流作用下铺设于砂质海床上的海底管道悬空进行了数值模拟。求解不可压缩流体N-S方程，分析了海流作用下管道周围的流场特性，研究了管道两侧的压力分布特性和海床表面剪应力的分布特点。在管道绕流流场分析的基础上，通过对土体渗流方程的求解，得到了管道周围砂质海床内的渗流场以及渗流水力梯度场的分布情况。与海床表面剪应力计算结果进行比较分析发现，管道下方渗流出口处土体的流土渗透破坏将诱导管道发生悬空。

深水张力腿平台与系泊系统的耦合动力响应

把张力腿简化为非线性梁结构,运用Hamilton原理,推导出平面情况下平台本体与张力腿系泊系统的耦合运动方程及边界条件;分析了不同流场条件下,两种不同张力腿模型(非线性梁和无质量弹簧模型)对平台动力响应预测结果的影响;分析结果表明:随着流场条件的不同,采用不同的张力腿简化模型得到的平台动力响应预测结果具有明显的不同。阐明了两种模型所得结果产生差异的原因。

油水分离技术研究之一——直管和螺旋管的数值模拟

本文采用数值模拟的方法研究油水混合物在直管和螺旋管中的流动状况。计算采用Euler Euler法和Euler模型:支配油水分离两相流动的基本方程包括连续方程和动量方程,湍流模型采用多相流中混合型k ε模式,基本方程的离散和求解采用SIMPLE算法。利用Fluent软件,以直管和螺旋管为例进行了计算,获得了初步计算结果。计算表明,本文所用方法可以较好地模拟直管中油水在重力作用下的分离,以及螺旋分离器中油水在重力和离心力共同作用下的分离现象。并可为实验研究提供参考。

电潜泵井生产动态分析

提出了原油物性模拟的修正模型 ,其结果与PVT曲线具有良好的相关性。给出了电潜泵内流体温升及井筒中流体温度梯度的计算方法。通过引入井眼轨迹的描述与计算技术 ,成功地解决了弯曲井段的多相流计算问题 ,从而可以计算出任意井眼形状中的参数分布规律。在此基础上 ,借助于毛细管、动液面或泵特性测试资料 ,实现了对电潜泵井生产动态的模拟和分析 。

柱形旋流器入口结构对油水分离影响的数值模拟

通过数值模拟,分析了入口结构对油水在柱形旋流器中分离性能的影响。数值模拟时,油水两相流动采用Fluent中的混合模型,相间的相对运动采用代数滑移模型,湍流影响则使用修正的RNG K-ε湍流模型。获得了入口形状、入口方式和入口位置对柱形旋流器油水分离性能的影响。这些结果为优化柱形旋流器结构奠定了基础。