气水两相下降流中泡状流与段塞流转换边界研究

针对塔河油田气水混注驱替“阁楼油”过程中泡状流与段塞流转换边界不清的问题,利用数值模拟方法对气水两相下降流中泡状流与段塞流进行了模拟分析。结果表明:在气相表观流速为0.01~1.00 m/s、液相表观流速为0.03~2.00 m/s、管径为76 mm的模拟条件下,管道中主要为泡状流和段塞流;与模拟结果相比,Barnea、Kokal、薛玉卿模型预测的转换边界偏小,Bhagwat和Yijun模型预测的转换边界偏大;随着气相表观流速增加,泡状流向段塞流转换时所需液量逐渐增大;在低液量条件下,越靠近管道中心,气泡数量越多,空隙率越大;随液量增加,单个小气泡体积减小,气泡在整个管道横截面上分布越均匀。基于漂移模型,考虑气泡群滑脱速度,建立了新的泡状流与段塞流转换边界模型,216组文献数据验证结果显示,新模型准确率为95.37%,准确度较高。建立的泡状流—段塞流转换边界模型,不仅可提高井筒压力、温度模型的计算精度,同时对塔河油田现场注入井井口参数优化、注入设备优选和提高“阁楼油”驱替效率有很好的理论指导意义。

基于高速摄像法的气液段塞流特性参数测量

在气-液两相段塞流中,液膜段的湿壁分数和弹头倾角是研究气弹段持液率和气弹特性的关键.文章基于光学成像技术设计了高速摄像法的视觉传感器测试系统,实现了气液两相段塞流气弹特性参数测量.基于图像分析技术,优化边缘检测算子,精确定位边缘位置,高质量提取了轮廓分布,将机器学习模型作为预测多相流特征参数的一种新方法,对气弹弹头倾角进行数据建模研究,分析了适用于分层平滑流、波浪和环状流的表观粗糙表面(modified apparent rough surface,MARS)模型以及段塞流气弹区和液膜区流动状态机理,在MARS模型基础上进行了参数优化,使其适用于段塞流液膜处的湿壁分数和持液率求解.结果表明:通过数据拟合的多项式模型弹头倾角α的模型预测结果的平均绝对百分比误差(MAPE)为8.87%,94.6%预测结果处于相对误差±20%的范围内.通过修正MARS模型提出的水平管段塞流液膜处湿壁分数预测结果的MAPE为9.42%,96.1%预测结果处于相对误差±20%的范围内.液膜持液率预测模型结果的MAPE约为8.04%,93.4%预测结果处于相对误差±20%的范围内.

气液两相段塞流在裂隙中流动规律实验

针对储层裂隙中段塞流流动规律认识不清、控制因素不明确的问题,利用气液两相运移产出微观流动模拟实验装置,研究了段塞流在裂隙中的流动规律,分析了裂隙直径、气液两相流量等对段塞流流动关键参数的影响及流量波动特征。研究表明:气液两相段塞流在裂隙中呈现周期性特征,从形成到消失可分为气塞形成、气塞扩大、气塞主导3个阶段;裂隙直径与段塞频率呈线性负相关,与气液相流量波动幅度呈线性正相关;当液相流量为15.00、20.00、25.00、30.00 cm^(3)/min时,随着气相流量的增加,段塞频率的变化速率分别为0.130、0.012、0.009、0.007,持液率变化速率分别为1.503、1.175、0.918、0.820。该研究结果对煤层气开发过程中段塞流机理研究具有指导意义。

基于Hurst指数的严重段塞流多尺度分形特性

基于多尺度方法和Hurst分析方法,分析了严重段塞流的多尺度结构及其非线性特征。以空气、水两相混合物作为实验介质,利用高速数据采集板获得了集输立管内气液两相严重段塞流的压差波动信号。使用db4小波在1~8尺度下对压差信号进行分解和重构,提取不同尺度的系统动力学特征,发现严重段塞流气液喷发和液体回落的瞬态过程主要体现在d5~d8尺度的细节信号上。通过对压差波动信号不同尺度下的分解信号进行Hurst指数分析,发现严重段塞流存在显著的双分形特征,同时受正持久性和反持久性两种动力学因素的制约,但概貌分量和细节分量表现出截然相反的分形结构,概貌分量具有正持久性,而细节分量具有反持久性。d1尺度下的细节分量描述了微尺度的气泡与气泡之间的相互作用;d2~d5尺度下的细节分量描述了微尺度的液体与气泡之间的相互作用;d6~d8尺度下的细节分量描述了宏尺度的气液两相与管壁之间的相互作用。压差波动信号的能量主要分布于宏尺度上。

气液混输管道段塞流泄漏流场特征

气液混输是油气管道运输的常用技术,与单相管道相比,当气液混输管道泄漏时,由于气液相间相互作用,流动情况复杂。所有流型中,段塞流研究最为困难。为了研究气液混输管道段塞流型下泄漏的流场特征,对比单相管道与混输管道泄漏动态压力波的波形特点,基于动网格与UDF(user-defined function)模拟泄漏发生的全过程,分析泄漏过程以及液塞经过泄漏孔口过程的压力、流速、湍流强度变化,得到气液混输间歇流泄漏流场特征。结果表明:与单相管道相比,当泄漏方位为上部和中部时,混输管道段塞流泄漏瞬间形成明显的方向向下的动态压力波脉冲,持续泄漏则交替出现多个向上和向下的信号脉冲,且信号的幅值远大于正常流动信号的幅值。泄漏瞬间产生的方向向下的动态压力脉冲是由压力突然下降引起,泄漏瞬间引起的压力变化主要反映在管道压力上,通过管道安装的动态压力传感器可有效反映泄漏瞬间产生的压力变化。液塞到达与离开泄漏位置是影响管道压力波动的主要因素。动网格仿真模拟与试验结合的方法可用于研究气液混输管道段塞流泄漏的流场特征。

基于RBF的油气水段塞流流型超声识别方法

石油管道内的多相流流型识别主要集中在气液两相流和油水两相流方向且准确识别流型范围有限,为了解决油气水段塞流流型识别问题,本文提出一种基于RBF神经网络和超声传播规律的油气水段塞流流型识别方法。根据油气水段塞流的相分布特点,建立了流型识别超声测试仿真模型。采用超声透射衰减技术和反射回波技术研究水平管道油气水三相段塞流超声响应特性,提取透射衰减信号区分段塞流液膜区、气泡夹带区和稳定液塞区。利用反射信号时间序列数据中的回波能量等统计特征,通过RBF神经网络对油气水段塞流进行流型识别。结果表明,基于超声传播机理以及RBF神经网络三相段塞流流型识别率为95.7%。基于RBF神经网络的流型识别算法研究为超声技术实现水平管油气水段塞流流型识别提供了理论基础。

海上平台降低混输海管内段塞流对流程影响的方法

本文旨在研究气液混输海管中的严重段塞流对生产流程的影响,并提出了一种旁路泄压法以缓解登陆端压力对生产流程的冲击。通过分析严重段塞流的周期性和阶段性,结合实例,论文介绍了旁路泄压法的原理和流程,提出了适用范围和局限性,并进行了讨论。结果表明,该方法适用于单向流动的海管,具有实用性和经济性。本文的主要贡献是提供了一种针对气液混输海管生产过程存在的严重段塞流对生产流程造成冲击的解决方法,以期能为相关领域的研究和实践提供一定的参考和借鉴。

段塞流捕集器管线穿孔原因分析

腐蚀问题已成为影响国民经济和社会可持续发展的重要因素之一。对此,文章通过宏观检查及分析、化学成分分析、金相检验、流体冲蚀模拟试验等方法研究了海上平台某段塞流捕集器管线的三通穿孔失效的原因。结果表明,介质腐蚀、流体冲蚀、应力腐蚀等不是引起失效的主要原因,是焊缝和熔合区组织的不均匀性引起了局部优先腐蚀,此处的紊流加剧冲蚀,长期作用下形成腐蚀穿孔。

输油管道气液两相段塞流数值分析

输油管线中,气液流量较小时,管内流动为分层流流型.在流量增大时,分层流上有限波浪的增长会导致两种流型出现,即段塞流和伪段塞流.而当气相速度较高时,伪段塞流的双重特征会导致段塞流识别上困难.文中运用计算流体力学软件Fluent对输油管路内不同流速的多相流进行仿真模拟,并结合管道截面气液分布、流体压力脉动、压力信号的振幅和功率谱密度函数特征去辨别管内流动为段塞流或伪段塞流.根据监测所得的管道截面气液分布,可以较直观辨别两种流型发展中的特征,根据压力脉动图,段塞流在压力上升后会出现典型的冠状突起,但伪段塞流只是液层瞬态上跃触及管顶,无法充分且持续地堵塞管道,故无冠状压力脉动特征,压力振幅也较小,再根据PSD特征的分析,进一步揭示了段塞流与伪段塞流的波动特性.

下倾-立管系统中严重段塞流实验研究

针对严重段塞流的周期特性,通过下倾-立管实验系统进行了实验研究。基于实验数据及管内压力变化情况,分析了严重段塞流周期的变化规律,并与计算模型结果进行了相互验证。结果表明,在不同的下倾管倾斜角度、气相折算速度或液相折算速度等实验参数下,管内的流动状态会发生变化;由于立管高度不变,液塞喷发和液塞回流的时间基本不变,因此严重段塞流周期主要由液塞形成和液塞出流组成,且主要受下倾管倾斜角度、气相折算速度或液相折算速度等参数的影响。

段塞流诱导水平U型管振动数值仿真研究

基于计算流体力学和计算结构动力学方法,对气液两相流诱导水平U型管振动进行数值仿真研究。对比分析气液两相流典型流型,重点研究了段塞流工况下流体动态激励特性和管道振动响应特性。结果表明:段塞流是振动最强烈的流型;在气相折算速度不变的情况下,随着液相折算速度的增大,段塞速度和段塞频率增大,段塞长度减小;水平U型管两弯头的振动响应基本对称;段塞频率、流体激励力、管道模态以及振动响应之间相互关联。本研究可为气液两相流流固耦合振动数值仿真提供参考。

弯曲柔性立管段塞流致振动实验研究

随着深海战略的推进,海洋油气开采向深海挺进,越来越多的海洋立管投入使用.因油气输量的变化及海底地形起伏的影响,立管中经常出现气液两相段塞流,段塞流动的周期性变化使立管受到不稳定的流体力作用从而激发振动,造成立管的疲劳损伤.本文在气液两相流循环实验系统中开展了水动力段塞流诱导的悬链线型柔性立管振动响应测试,利用高速摄像非介入测试方法同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的段塞流动细节,研究了气液混合流速和气液比两个流动参数对柔性立管振动响应的影响,分析了振幅与振频的时空分布、管内液塞长度、压力波动的变化规律及它们间的内在联系.发现固定气液比时,随着混合流速的增大,柔性立管的振幅逐渐增大,但振动模态始终由一阶主导.液塞长度随混合流速的增大变化不明显,但压力波动随混合流速的增大愈发剧烈.固定气液混合流速时,随着气液比的增大,立管振幅逐渐增大,气塞和液塞长度也逐渐增大,进出口压差波动加剧,但压差平均值逐渐减小.

下倾管-垂直立管严重段塞流数值分析

运用计算流体力学(CFD)软件ANSYS FLUENT对下倾管-垂直立管系统中出现的严重段塞流现象进行多工况数值模拟,根据液塞形成过程图和弯管处的速度矢量图揭示了液塞的形成机理,并结合XY面的相分布图和监测得到的压力脉动变化图划分出了3种典型的严重段塞流流型。为了抑制严重段塞流现象,提出了“下倾管”注气法,最后通过数值模拟的方式来加以验证。结果表明:采用“下倾管”注气法后,管系内的严重段塞流现象被明显削弱,产生了具有高频低振幅脉动特征的稳定流型,对管网系统稳定性的影响较小。

后期天然气井段塞流特征简析及井口采气压缩机对策

从天然气井口压缩机面临的问题入手,结合试验数据,分析了井口段塞流的特征;从对压缩机影响的角度,提出了段塞产出的3个阶段:生成期、排水期和释压期。依据不同阶段的影响及井口机发展现状,以低成本为立足点,针对井流物为气-液两相的工况,提出了改进的旁通排水方案;针对井流物为气-液-固三相的工况,提出了柔性串联缸方案。

油气混输管道段塞流模拟及段塞流捕集器设计研究

油气混输管道经常出现段塞流,泰梯尔-杜克勒-巴衲(TDB)流态图将油气两相流动分为五种流态,段塞流可分为三种类型。石油-天然气(OLGA)软件可模拟运行期段塞流及清管期段塞流。油气混输管道下游应设置段塞流捕集器,以确保下游设备正常运行。

段塞流捕集器三通管线穿孔失效分析

某海上平台的段塞流捕集器管线的三通位置出现穿孔失效,为查找管线穿孔原因,文章通过宏观分析、微观分析、化学成分分析、金相检验、硬度测试、流体冲蚀模拟评估等方法,对三通管段进行失效分析。根据分析结果,三通管线的穿孔位于介质双向汇聚的出口侧管体,穿孔所在管体部位母材大面积壁厚减薄且延伸至环焊缝。分析结论为管体材质符合标准要求,排除由于介质的腐蚀性造成的局部减薄影响,管线穿孔的主要原因是当前运行工况下介质双向汇聚部位的局部流速大于临界冲蚀速率,经过长期的冲刷腐蚀,最终导致管体局部穿孔。

段塞流捕集器改造方案的设计论证

随着对海洋能源的深入开发,新建的一些无人驻守井口平台井产物须流入已建平台,导致已建平台设备处理量增加,有的甚至达到段塞流捕集器处理极限能力。针对该问题,文章以渤中34-9油田CEPA平台段塞流捕集器改造为例,提供一种解决方法。该方法既节省项目投入的成本,又减少海上施工的工作量,而且能够满足增产的需要。

海底油气混输管道严重段塞流的问题分析

对海洋平台油气混输管道易发生段塞流的问题进行了分析,给出了工程中预测严重段塞流发生的经验公式以及控制严重段塞流发生的几种常用控制措施,并在自供气举法的基础上提出采用改进调节注气量的方式可实现对强烈段塞流的有效控制。

集输-上升管路系统严重段塞流实验研究

在模拟集输上升管路系统的实验装置上,研究了多种倾斜管角度下严重段塞流发生规律,给出了流型图。实验发现,倾斜管水平时仍会出现严重段塞流。流动参数分析表明,严重段塞流具有显著的周期性,压力大幅度振荡,气液间歇流出上升管,出口气体速度可能超过入口数十倍,对分离器造成剧烈冲击。研究发现,严重段塞流周期随气液流量增大而减小,并且符合幂律定律。

混合立管系统严重段塞流流动特性的实验研究

深海油气田开采过程中混合立管系统会出现严重段塞流,造成系统流动特性参数周期性剧烈波动,严重危害海洋开发系统。在混合立管系统的模拟装置上,实验研究了混合立管系统严重段塞流的流动特性。研究结果表明:混合立管严重段塞流的1个周期分为液塞形成、液塞生产、液气喷发和液体回流4个阶段,立管的垂直管段与U形柔性管段的流动特性稍有不同,U形柔性管段在液气喷发阶段产生剧烈抖动;严重段塞流周期随气液相折算速度的增大而减小;立管压力波动幅度随气相折算速度的增大先增大后减小;液塞长度随气相折算速度的增加而减小,且下倾管增加缓冲容积时液塞长度明显增大,减小出油管长度有利于抑制严重段塞流;在深水混合立管系统结构尺寸变化范围内,垂直管高度和U形柔性管尺寸对严重段塞流的发生范围及特性影响不大。该研究结果将为混合立管的设计提供一定的参考依据。