管材特性对黏稠油水环输送稳定性的影响分析

针对水环输送稠油过程中不能一直保持环状流动形态的问题,基于VOF两相流模型、标准k-ε湍流模型及CSF表面张力模型,对油水环状流在水平管中的流动情况进行了模拟分析。应用控制变量法分析管壁粗糙度与静态接触角对水环稳定性的影响,通过油水两相体积分数分布特征、轴向速度分布特点、管道沿线压力变化特性等指标综合评价水环稳定性的强弱。结果表明:随流动时间和运行距离的增长,油水环状流经历了同心环状流-偏心环状流-不完全环状流-分层流的演变过程。随管壁粗糙度的增大和静态接触角的减小,水环维持稳定流动的距离增长,管道沿线的总压降减小。管壁粗糙度对轴向速度分布和油核偏心率基本没有影响,不同管壁粗糙度下轴向速度均呈对称状分布,油核偏心率均约为0.73;而静态接触角对轴向速度分布和油核偏心率有较大影响,随静态接触角的增加,速度分布由对称状分布转变为舌头状分布,油核偏心率由0.73上升到1.0。截面持油率不随管壁粗糙度与静态接触角的变化而变化,不同模拟条件下均约为0.74。因此在实际输送过程中,可对现场使用的管材进行内表面改性处理,适当增大管壁粗糙度和减小静态接触角,以提高黏稠油水环输送的稳定性。