井筒内超临界多元热流体注入过程的数值模拟

在稠油热采过程中,提高注入工质的流动参数可显著增加采收率。为评价超临界多元热流体注入井筒后的流动传热特性,建立了相应的计算模型,得到了井底温度、压力与沿程热损失随注入流量、井口温度及井口压力的变化规律,并与注入超临界蒸汽情况下的流动传热规律进行了比较。结果表明,井底参数与注入流量呈单调关系;井底压力与井口温度、压力亦呈单调关系;而其他井口、井底参数的组合呈现出复杂关系。相同井口压力条件下,为使井底参数达到超临界状态,超临界多元热流体的井口温度和注入量高于注入超临界蒸汽的情况。适当选取较低的井口压力,可以减少热损失,提高经济性。所得结果可为注入工质参数的选取提供参考,进而为海洋稠油开发中的能源与动力保障的研究及设计明确需求。

基于EMD-LSTM的集输立管内稳态及瞬态工况预测

针对离岸油气管道流动参数时间序列及流型转变的预测,建立基于经验模态分解(EMD)和长短期记忆神经网络(LSTM)组合模型,运用贝叶斯理论对LSTM神经网络相关参数进行优化。相比于单独使用BP神经网络、随机森林算法和LSTM神经网络,本文提出的EMD-LSTM组合预测模型可以更好地追踪立管压差和幅值的演变趋势,大幅度提高预测精度,对流动原始信号及其统计量时间序列均适用。

集输立管气液流量变化暂态过程实验研究

在大型集输立管多相流实验系统上进行了单相或两相流量变化实验研究,比较并分析了集输立管系统与简单水平管压力过升、过降现象的异同,研究了压力、压差的均值或幅值的暂态变化以及压力、压差达到稳态的顺次。结果表明集输立管系统流量变化的暂态响应受下倾管立管结构与入口流量改变的共同影响,在不同流速范围内两种影响因素呈不同的主次关系。实验结果还表明不同压差信号的响应可用于立管不稳定流型或不规则流型形成的预报。

集输立管系统气液两相流流量变化的响应时间研究

实验研究了集输立管系统内气液两相流单相或两相流量变化的响应时间。结果表明响应时间的最大值出现于极低气液流量的情况,但在稳定流型与严重段塞流的边界附近出现极大值;响应时间的最小值则出现于不规则震荡流型的情况。这一复杂规律由不同流量下流型主导因素的差异所决定,差异具体体现为下游流动状态对上游的影响程度不同。针对一相或两相流量变化的不同情况,分别提出了响应时间的计算关联式。

基于非完整周期信号的集输立管流型在线识别

为改善集输立管系统流型识别实时性,本文初步提出了一种基于非完整周期信号的识别方法。从严重段塞流过程中液塞生长、液塞流出、气液喷发、液塞回落的某一阶段或相邻两阶段选取较短时长的压力、压差波动信号序列,采用计算速度较快的方法进行特征提取。通过自组织神经网络融合局部流动特征,描述集输立管系统空间流动特性,实现流型识别。本文实验流速范围内,该方法对稳定流型与不稳定流型的平均识别率达到90%以上,初步验证了该方法的可行性。

管内蒸汽射流凝结压力波特性的小波分析

本文实验研究了蒸汽以射流形态喷射入管内流动水中,发生蒸汽-水直接接触凝结所诱导的压力波动特性。实验是在蒸汽质量流速0~500 kg.m^(-2)·s^(-1)以及管内流动水温度20~70℃的条件下进行的。通过管道壁面安装的高频压力传感器捕获凝结诱导的压力波动信号,并通过小波多分辨率工具揭示压力波在时频平面的特性规律。小波多分辨率分析及能量分析结果表明尺度4,5(对应频率f=125~250 Hz)代表了凝结压力波的主要特征信息,而其他频带的信息几乎为0。小波多分辨率幅值结果分析表明在较高频带和较低频带压力波的小波多分辨率幅值趋近于0。在尺度4,5上(对应频率.f=125~250 Hz),随着蒸汽质量流量的增大,小波多分辨率幅值先增大后减小;随着水温的升高小波多分辨率幅值逐渐增大。

垂直管内音速蒸汽射流凝结汽羽形状研究

本文针对质量流量376～773 kg·m^(-2)·s^(-1)的饱和蒸汽在温度变化范围为10～55℃流动水中形成的音速蒸汽射流凝结进行了实验研究。实验观察到了四种不同的汽羽形状,并且汽羽形状受Re影响较大。当Re与凝结驱动势减小时,最大膨胀比和汽羽喷射长度增大,其值小于蒸汽音速射流在静止水中的情况。本文给出了汽羽喷射长度实验关联式,大多数实验数据与预测值的误差小于10%。

基于压差信号融合特征的集输立管流型识别研究

集输立管系统内流型的快速准确识别是及时有效执行消除严重段塞流发生控制动作的前提条件,也是海洋油气集输系统安全平稳运行的重要保障。本文通过采用集输立管系统管线沿程四组双压差信号的融合特征,研究了不同位置压差信号融合特征作为流型识别输入信号的识别效果,得到了不同压差信号位置及其融合方式对集输立管内流型识别的影响规律,发现压差信号的融合特征能够显著改善流型识别的实时性与准确率。

井筒内超临界水流动传热特性数值研究

随着世界油气资源的日渐枯竭,稠油开采在油气开发中的地位日益凸显。对于埋藏深、黏度大的稠油资源,实验研究发现超临界水技术对于深层超稠油具有采收率高且具有原位改质功能,应用前景广。准确预测井筒传热流动特性是进行超临界水开发作业设计与规划的前提。本文发展了一种适用于超临界注入井筒内的传热计算模型,该模型针对各种流型分别选择最优压降计算公式,并考虑超临界蒸汽物性参数对管流摩擦压降计算的影响,修正单相管流摩擦压降公式;模型计算结果与工业现场结果具有较好的一致性,并基于该模型分析了超临界水注入参数对流动传热规律的影响规律。