一种新的水平气井临界携液气流速预测模型

气井中积液现象为井筒中液体的回流和聚集,是气井中严重的生产问题之一,会导致产量降低,甚至造成停产。气井积液预测能力对于保证气井正产生产和优化相关生产工艺具有重要意义。为了及时采取适当的对策防止积液现象的发生,准确预测和识别积液点至关重要。使用空气-水混合物在管径为60 mm的管道中进行了压力为0.2 MPa和0.5 MPa时0~90°倾角的室内实验,分析了在不同角度、压力和液体流量下临界气体流量的变化,随着角度的增大,临界气量先增大后减小,倾斜段是最难携液的井段,且55°倾角是最难携液的角度。在液膜受力分析的基础上,考虑到倾斜气井井壁的液膜分布不均匀,采用SHEKHAR的最大液膜厚度分布关系式进行计算,考虑到气芯中液滴载荷和液膜夹带的平衡,建立了一种新的水平气井临界携液气流速预测模型。利用实验数据和现场数据将新模型与LUO模型、BARNEA模型和LIU模型进行比较,新模型计算结果与现场数据吻合最好,准确率为91%,表明该模型比其他积液预测模型具有更好的性能,可用于对水平气井积液的判断。

某双油路离心式喷嘴雾化性能分析

燃油喷嘴的雾化对于解决航空发动机燃烧室问题是至关重要的,为探究某双油路离心式喷嘴的雾化性能,运用两相界面追踪流体体积(Volume of Fluid,简称VOF)方法对该喷嘴的内外部流场进行数值仿真。以双油路离心喷嘴的雾化锥角、质量流率以及液膜厚度作为雾化性能指标,分别模拟出主油路单独供油、副油路单独供油以及主副油路同时供油三种不同工作模式在不同压差条件下喷嘴燃油流动的稳态情况,获得双油路离心喷嘴的雾化性能指标并对其影响规律进行研究。结果显示:数值仿真能较好地模拟出喷嘴的雾化特性,随着压差增大,扩口式主油路单独工作时的雾化锥角减小,平口式副油路单独工作时的雾化锥角增大。当主、副油路同时工作时,雾化锥角随压差的增大而增大且始终处于单路单独工作时的雾化锥角之间;质量流率随着压差的增大而增大且增幅逐渐减缓;液膜厚度在低压区随压差的增大而迅速减小,随后趋于稳定。

页岩气水平井全井段临界携液流量计算模型

全生命周期气液同产是页岩气井重要的生产特征,井筒积液是影响气井中后期正常生产的重要因素。传统临界携液流量计算模型未全面考虑气芯中液滴、液膜流速、返排液量动态变化和页岩气水平井复杂井身结构。为此,基于井筒内两相环雾流理论,运用液膜模型,考虑气芯中液滴、液膜流速以及液膜厚度不均匀分布,建立了页岩气水平井全井段临界携液流量计算模型,运用牛顿—拉夫森迭代法求得临界携液流量数值解,并分析了临界携液流量的影响因素。研究结果表明:(1)相较于传统临界携液流量计算模型,新模型井筒积液的预测符合率最高,达到88.2%。(2)临界携液流量随井斜角的增加先升高后降低,36°达到最大值。(3)临界携液流量随油管内径的增加而升高,随温度的增加而降低,随压力的增加而升高,随产液量的增加而降低。研究模型为页岩气水平井的井筒积液预测提供了指导。

压流膜阻力对超微量点胶过程的影响及胶液转移率预测方法

超微量点胶技术是微纳制造技术发展中的关键环节,对封装效果起着决定性作用。然而,这项技术存在精度不高和控制困难等问题,需要进一步研究和改进。因此,基于胶液转印机制,根据液桥挤压模型得到压流膜阻力的数学模型,利用公式法和扫描法确定了胶滴体积,研究和预测了压流膜阻力对胶液转移率的影响,实现了pL量级的胶液转移。实验结果表明,压流膜阻力在胶液转移过程中起重要作用,随着压流膜阻力由0.5 mN增大至4 mN,接触面积从0.5×10^(4)μm^(2)左右增加至2.0×10^(4)μm^(2)以上,胶液转移率从约0.4增加至约0.8。除此之外,通过胶液转移率预测公式预测的胶液转移率与实际结果的平均差异率为2.18%,证明了胶液转移率预测方法的可行性。

定向气井临界携液流量预测新模型

针对定向井气体携液机理不清、临界携液流量预测误差较大等问题,基于定向井筒中液膜的受力状况,考虑气芯与液膜之间的剪切力、液膜与管壁之间的剪切力、流体重力和液膜前后的压差等作用,建立了定向气井临界携液流量预测模型,并推导了该预测模型相对于Turner模型的修正系数。敏感性分析结果表明,修正系数主要与油管内径和井斜角有关,受管壁摩擦系数的影响较小;同时还给出了修正系数速查表,以便于实际中使用。现场实例计算分析结果表明：①所建立的预测模型计算误差小于5%,与定向气井临界携液流量常用计算模型相比,计算精度提高10.03%～48.72%;②计算结果与现场生产实际更加吻合,可准确地预测定向气井的临界携液流量。该研究成果对定向气井合理配产、携液动态预测具有指导意义和实用价值。

气藏水平井连续携液理论与实验

在气藏水平井中随着生产管柱倾斜角度的变化,井筒内液体的重力作用会发生改变,从而引起气液两相流型的变化。以产气为主的气井井筒内液体主要以液膜、液滴的形式出现,由此出现了液滴模型与液膜模型两种解释积液的理论。从这两种携液理论出发,考虑生产管柱倾斜角度的影响,对倾斜管内液滴、液膜进行受力分析,推导出了随管柱倾斜角度变化的连续携液临界流速的计算式,使之适用于水平井连续携液临界流量的计算。设计制作了水平气井连续携液实验装置并进行了实验研究,观测气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量,结果表明,气藏水平井中水平井段的液体以液膜携带为主,但直井段中越接近井口,越以液滴携带为主,液滴模型也能适用于计算气藏水平井的连续携液临界流速。

大斜度高液气比气井连续携液气流速预测方法

南堡油田天然气井液气比高,井型以定向井、大斜度井为主,现有携液液膜模型未充分考虑倾斜角的影响,导致临界携液气流速计算不精确。基于倾斜管环状流液膜厚度分布实验数据,提出了倾斜管底部液膜厚度与垂直管环状流液膜平均厚度之间的关系式,确定了垂直管液膜平均厚度以及界面摩擦因数的经验关系式,建立了大斜度高液气比气井临界携液气流速预测新模型。实验和生产数据表明,模型准确可靠,临界携液气流速平均误差-7.67%。该模型是对现有定向井携液理论的发展和完善,有助于提高气藏大斜度井的管柱设计水平、气井配产水平以及气井投产后的积液诊断能力。

基于超声波的气液两相分层流液膜厚度及流量的非介入测量

传统液膜厚度测量方法会干扰液膜流动进而引发测量偏差,为了克服传统测量方法的不足,提出了采用超声多普勒进行非介入式测量液膜厚度的新方法,通过超声多普勒流速仪测量气液界面回波信号,通过反射回波识别气液界面测得液膜厚度,通过对液膜速度分布曲线进行积分,还可获得液相质量流量。在气液两相流实验环道上开展了测试,液相折算速度范围为0.027~0.066 m/s,气相折算速度范围4.85~15.81 m/s。实验表明:液膜厚度的分辨率0.01 mm,液膜厚度最大测量误差4.32%,液膜质量流量最大误差5.0%。

垂直降膜式吸收机内布液器的实验研究

吸收式热泵技术由于能有效利用低势热能而节约高品位的电能,已经成为一项重要的节能技术。吸收器是吸收式热泵的最重要的部件,其性能主要取决于换热管的传热与传质系数,而传热管表面液体降膜状态对传热和传质系数将产生直接影响。布液器是实现液体降膜的关键部件,而目前国内外鲜有相关研究。针对这种现状,共试制了四种规格的布液器样品,针对Φ19和Φ25的紫铜光管与强化换热管进行了管外垂直降膜布液实验,得到了各种布液器布液流量与静液柱高度关系的实验数据,并且拟合了布液器的流量系数与雷诺数的函数关系。根据实验结果提出了优化布液的方法,并用于指导热泵机组的设计。优化后的布液器已经被成功应用于国内首台供热量为1.3MW垂直降膜式吸收式热泵机组样机。

预测低渗气田水平气井积液的新模型

水平井是低渗气藏提高单井产量的有效井型和开采方式,但相较于直井更容易受到积液的影响,建立适用于低渗气藏水平井的积液预测方法具有重要意义。以水平井斜井段为分析对象,从液膜运动出发,考虑井斜角的影响,建立了新的临界携液预测模型。结合实例计算,讨论了该模型的适用性。计算结果表明,该模型在生产中后期能较为准确地预测水平井是否发生积液,对低渗气田水平井的生产具有一定的指导意义。

水平气井临界携液流量预测新方法

针对水平气井连续携液机理不清、临界携液流量计算误差较大等问题,基于水平气井连续携液的实验结果,首先对水平井筒中的液膜和中心气流进行受力分析,综合考虑液膜稳定存在和连续携液这两方面,建立了水平气井的临界携液流量预测新模型,并给出相应的修正因子。敏感性分析表明:在水平气井中,修正因子主要由油管内径、液相黏度和举升因子决定;随着油管内径与液相黏度的不断增大,临界携液流量也相应增大;而随着举升因子的增大,临界携液流量随之减小。实例研究表明:新模型的计算结果相对误差小于10%,比常用计算模型提高精度10. 5%~62. 8%;计算结果与现场实际数据吻合度更高,可用来准确预测水平气井的临界携液流量。新模型对提高水平气井的最终采收率具有指导作用。

高效精密动静压主轴热动力学耦合特性分析

针对采用液体动静压轴承支承的高效精密磨床砂轮主轴工作状况,在砂轮主轴静动态特性分析中,考虑了轴承油膜温升的影响。建立了轴承-油膜流固耦合模型,得到随主轴转速和供油压力的变化而改变的轴承油膜温升和动态轴承支承刚度,然后对主轴系统分别进行静态和动态分析,得到轴承油膜温升影响下的主轴静挠度、动挠度和主轴系统的固有频率。结果表明,对于高效精密磨床,轴承油膜的热特性对砂轮主轴系统的静挠度和动挠度具有显著的影响。

气井积液理论预测及室内实验验证

气井中的液体逐渐积累会导致气井产量下降,生产时间缩短,甚至停产。为了揭示气井积液的机理,预测气井积液的临界携液流量,结合理论研究和室内实验开展工作,基于牛顿内摩擦定律气液两相力学平衡建立了液膜反转新模型,反转临界点采用最小气液界面剪力方法计算;该模型考虑了倾斜角对液膜厚度的影响,并基于实验数据改进了气液界面摩擦系数,与前人模型相比准确度更高;将改进模型的结果与室内模拟实验值相比,最大误差不超过10%,可用于气井临界携液流量的计算。模拟实验和理论成果加深了气井积液现象的认识,对积液的原因做出了解释,所提出的预测模型有助于预防气井积液带来的危害,增加了气井产量和经济效益。

气液叉流下受热液膜的热质传递特性

采用VOF两相流模型研究了气液叉流条件下受热液膜热质传递特性,在模型中添加了表面张力源项和气液相间传质源项.为了验证所建立模型的可靠性,采用非接触式红外热成像测温方法,进行了相应的气液叉流试验.对叉流条件下受热液膜热质传递过程进行了试验和模拟计算,结果显示无量纲壁面温度计算结果与试验结果吻合很好.应用所建立的模型,模拟计算并分析了表面张力、固液接触角、液膜流量等因素对液膜流动侧形和热质传递性能的影响,结果表明:在其他参数保持不变的情况下,表面张力从0.014 N/m增大到0.072 N/m的过程中,液膜覆盖面积由82.7%减小到73.2%;固液接触角从30°增大到60°的过程中,液膜覆盖面积由80.6%减小到69.4%;液膜流量越小,液膜厚度越小,越有利于液膜的蒸发;相反,较高的液膜流量会使液膜厚度增大,阻碍了液膜蒸发,从而使外掠过液膜的单位体积空气含湿量减小.

饱和温度及热流密度对水平管外降膜蒸发传热影响的实验研究

实验研究了不同热流密度、不同液膜流量下,饱和温度对R134a在水平光管外降膜蒸发传热系数的影响。结果表明:当液膜流量较小时,降膜蒸发传热系数随着液膜流量的增大迅速增大,当液膜流量较大时,降膜蒸发传热系数随着液膜流量的增大维持在一个稳定值;随着热流密度的增大,降膜蒸发传热系数表现出先增大后减小的趋势,并且随着饱和温度的升高,这一趋势增强;当热流密度较小时,饱和温度的升高有利于降膜蒸发传热,当热流密度较大时,较高的饱和温度不利于维持液膜的完整性,从而不利于降膜蒸发传热。

旋转液膜反应器高度对临界流量影响的研究

提出了一种计算临界流量(CVFR)的数值方法,它基于计算流体力学和Navier-Stokes(N-S)方程,依据旋流数选取湍流模型,使模型的选取规范化;同时引入可攀爬壁面函数来提高边界处流体速度的计算精度,并采用自适应时间步长以及网格自适应方法对反应器临界流量进行数值求解,进一步提升计算准确度。通过对不同转速、高度、夹缝宽度及倾角的临界流量数值研究发现,计算结果与实验结果一致性较好,验证了算法有一定的可靠性。在此基础上进一步研究了临界流量与反应器高度的关系,并分析了临界流量对反应器高度和速度的偏弹性。

高液气比气井临界携液流量计算方法

高液气比气井环状流场中的液相主要以液膜形式被携带,从液膜逆流角度建立气井携液模型比从液滴回落角度建立更为合理,因此研究了倾斜管低边液膜厚度、平均液膜厚度和气液界面摩擦因数的计算方法。基于液膜受力平衡和动量守恒,建立了适用于不同井型(直井、定向井、水平井)的液膜携带机理模型,得到了临界携液流量的理论计算方法;基于机理模型宽范围计算结果,建立了类似Belfroid模型的经验关系式。Belfroid模型中经验系数为常数,而文中提出的经验系数随管径增大而增大,随液相表观流速增大先增加后减小,随温度增加而减小。根据南海西部产水气井实例验算,积液预测准确率达100%,说明该方法具有较高的预测精度,可为海上和陆地气井积液预测提供理论支撑。

涡轮导叶W型孔全气膜冷却效率实验研究

为了研究涡轮导叶W型孔全气膜冷却效率的分布规律,使用热色液晶测量了在流量比为5.5%,8.4%和12.5%,主流湍流度为1%,9%和15%下W型孔全气膜涡轮导叶的气膜冷却效率,并与相同工况下的圆柱型孔全气膜叶片的冷却效率结果进行了对比。结果表明:在低湍流度下,流量比变化对W型孔叶片不同区域冷却效率的影响规律不同;而在高湍流度下,流量比增大使W型孔叶片的冷却效率整体升高;在研究的所有流量比下,W型孔叶片的冷却效率均随着湍流度的升高而降低;与圆柱型孔叶片相比,在中低湍流度下,W型孔的冷气壁面贴附性和展向覆盖效果更好,W型孔叶片的冷却效率具有明显优势,然而在高湍流度下由于W型孔的冷气速度低且分布分散,易在高湍流度影响下耗散,W型孔叶片的冷却效率优势较小,甚至在高湍流度大流量比下,圆柱型孔叶片的面平均冷却效率比W型孔叶片高15%左右。

光杠杆测量液体流速方法探究

光杠杆放大原理广泛应用于对微小变化量的测量,也同样适用于液体液面下降速度的测量。根据流速与流量的关系,如果液体流速稳定不变,可由液面的下降速度表示。因此,液体液面的下降速度可以通过观察光杠杆放大原理记录望远镜内的刻度变化速度来测量,从而计算得到液体的流速。同时,本文还采用了油膜实验,用油膜前进的速度来测量液体流速,将2种方法形成对照,分别分析各自的特点,简要讲述了2种方法的测量原理及过程,并总结测量的局限性及优缺点。

旋转液膜反应器倾斜角对临界流量影响的研究

针对旋转液膜反应器的不同倾斜角和不同夹缝宽度下的临界流量进行了数值模拟。结果表明,对给定的转速,临界流量与倾斜角之间大致呈二次抛物的关系,并且存在临界角使得反应器的临界流量达到最大;当转速增大时,相应的临界角会递减,并最终趋于一个稳定值;当夹缝宽度变小时,这个稳定值几乎不变。