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。

倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率实验及预测方法

准确预测持液率可为井筒中的流型判断和压降预测提供重要依据,段塞流为稠油井筒中最常见流型,井筒高黏流体将加重气液两相滑脱,导致现有持液率模型应用于高黏流体的预测精度变差。为此,基于多相管流实验平台,在内径为60 mm的测试管段内开展段塞流持液率实验,获取了不同黏度、不同倾角段塞流流型及持液率数据,研究了黏度对持液率和流型转变的影响规律,并结合实验现象和理论推导,提出了倾斜管不同黏度气液两相段塞流持液率新模型。研究结果表明:液相黏度的增加,会增加液相与管壁之间的黏滞力,导致持液率增加;黏度对持液率的影响会改变段塞流与其他流型的转变界限。以Kora液塞区持液率关系式为基础,建立了用混相黏度代替液相黏度的倾斜管气液两相段塞流持液率新模型,并利用实验数据和文献数据进行了验证,证实新模型具有更高的精度。该研究可为预测稠油井井筒压降提供技术支持。

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.

静态及摇摆条件下弹状流壁面切应力实验研究

壁面剪切力是气液两相流近壁面传递过程的关键参数。基于极限扩散电流方法实验研究了摇摆状态下上升实验段内气液两相弹状流的壁面切应力特性,获得了壁面切应力的径向分布规律和轴向演化规律。实验段的内径为50 mm,高度为2.3 m,摇摆频率为1~2.5 Hz,摇摆幅度为10~30 mm。结果表明,弹状流下Taylor气泡和液塞的间歇性流动导致瞬态壁面切应力具有脉动性特征,静态条件下壁面切应力的径向分布比较均匀,沿流动方向略有增大。随着摇摆幅度和频率的增加,Taylor气泡逐渐变短,瞬态壁面切应力的峰值区域减小。

严重段塞流中压力波动的理论与试验研究分析

为了探索严重段塞流的特性,在下倾-立管系统中进行了试验研究。通过对其压力曲线进行分析,发现了压力曲线上的特征点与液塞相对于测压点位置之间的对应关系,得出了压力在一个循环周期内不同时间段的表达式,将试验数据与理论分析进行比较发现,二者变化趋势基本一致,但由于实际流动的复杂性,二者之间存在一定的差异。另外,通过对比立管上某一测压点的压力和持液率曲线,指出了这2条曲线上的所谓特征时刻点对应的物理意义的差异。这些结论对进一步探索如何通过试验测量严重段塞流的特征参数以及建立数值模拟模型具有一定的指导意义。

水平管气液两相段塞流的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。结果表明,段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。

水平管段塞流液塞持液率试验研究与预测模型对比

在内径50 mm、长27.3 m的水平管上利用空气-水作试验介质对段塞流的压力和液塞持液率进行了试验研究。采用压力传感器测量压力变化,采用平行电导探针测量液塞持液率变化。通过试验发现:液塞通过测量点时持液率的变化比压力变化迅速,持液率能更真实地反映段塞流动特性,可以用持液率的波动情况来确定液塞频率。将液塞持液率模型预测值与试验值进行了比较,结果表明,水平管大多数试验工况下的Zhang H Q模型预测值与试验值吻合最好。

水平管段塞流持液率的波动特性

气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。今对水平管中段塞流持液率的波动特性进行了分析。结果表明:在同一折算液速下,随着折算气速的增加,段塞单元的平均持液率和液膜持液率先快速下降再缓慢下降,而液塞持液率先缓慢下降再快速下降。段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;概率密度函数中较完好的峰所对应的持液率与光滑分层液膜区和液塞区的平均持液率相一致。

水平管段塞流持液率波动规律研究

以空气和水为工质,采用双平行电导探针,在水平多相流环道(d=50.00 mm)中研究了段塞流持液率与压力波动的关系以及折算气速、折算液速变化对持液率的影响,并将持液率的试验值与预测模型进行了比较。结果表明:持液率波动能更真实地反映段塞流动特性,可以用来确定液塞频率;增加折算气速时,液塞持液率减小;增加折算液速时,持液率增大。

气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计

快关阀法(quick closing valve,QCV)是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性,不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。首先,采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速,根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列,采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率;在此基础上,再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。通过分析持气率序列波动,从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。最后,在快关阀门间距为1.55m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析,证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。

水平管道气液两相段塞流参数计算的精确模型

分析了水平管内气液两相段塞流的运动特性和形态特征以及段塞单元内部的速度分布规律,建立了水平管路气液两相段塞单元的物理模型。将一个完整的段塞流单元分为液相段塞区和液层/气泡区,建立了液相段塞区的质量和动量守恒方程,计算了其压降和持液率;对液层区,模型考虑液层厚度分布不均(坡状液层)对参数计算的影响,通过建立局部控制方程,推导了液层高度随流动方向坐标变化的表达式,并将持液率和湿周写成液层高度的函数。通过与实验和其他模型的计算结果对比,本文建立的模型可以对压降和持液率有更准确的预测结果。

水平管段塞流持液率的试验统计分析

对水平管段塞流持液率进行了试验研究。通过对试验结果的统计分析可以得出:①可以利用段塞流持液率的波动情况来确定液塞频率。②在段塞流动中,当气相折算速度和液相折算速度相差不大时,持液率概率密度函数呈双峰分布;当液相折算速度不变时,随着气相折算速度的增大,持液率概率密度函数第2峰值逐渐减小,直至消失而变为单峰分布;利用这一特征可初步确定段塞流动中气、液相流量相对大小。③折算速度的变化会引起液塞持液率的变化,液塞持液率随气相折算速度的增大而减小,随液相折算速度的增大而增大。

水平管道油-气-水三相段塞流动持液率模型研究

油-气-水三相段塞流型持液率预测往往先将油水两相看作混合均匀的单相,再利用气液两相方法进行计算。这种方法适用于油水混合均匀的段塞流型。但在低气液相流速下,油-气-水三相段塞流型中有时油水是分离的,此时如果使用上述方法,可能导致比较大的误差。研究建立了分离/段塞流型(油基和水基)的平均持液率计算新模型。统计分析发现新建模型与实验数据吻合很好。在实验的基础上,将油-气-水三相段塞流型划分为油基/分离/段塞流、油基/分散/段塞流、水基/分离/段塞流、水基/分散/段塞流四种。研究四种流型表明,在其他条件不变的情况下,对于气液两相流动和分散/段塞流型,持液率随着液相折算速度或液相黏度的增加而增加,随着气相折算速度的增加而减少。但对油基/分离/段塞流和水基/分离/段塞流,持液率则随着气相折算速度的增加,先上升后下降。

气液两相段塞流压力降特性的实验研究

通过自制环状电导探针对气液两相段塞流压力降特性进行了试验研究,对段塞流压力降曲线的特点和液塞中压力分布规律进行了分析。实验结果表明:当液塞到来时,压力降值开始增大,并逐渐增大到最大值;当液塞离开时,压力降值逐渐下降至最小值,但是压力值并不随着液塞的离开而下降;并研究了液塞长度对压力降分布的影响特点和液塞长度的估算方法:液塞长度不同,压力降曲线具有不同数的峰值,可以根据压力降曲线的峰值数近似估计管路中液塞长度。

水平管弹状流液膜区的流动特性研究

将一维形式的双流体模型用于水平管弹状流的液膜区，导出液膜区截面含液率随距离而变的控制方程，讨论了方程的封闭性并提出壁面和界面阻力的计算方法．对液膜区平均截面含液率的计算结果与前人的测量结果作了比较，分析了影响平均截面含液率的因素．通过对截面含液率、液相流速和气相流速沿长度变化的计算分析，首次提出液膜和气弹都是连续波．

长喉颈文丘里管气液两相流弹状流机理研究

为了实现气液两相流相含率测量并得到相关模型,结合气液两相流研究现状,采用近红外光谱技术与高速摄影技术结合的手段,利用近红外系统布置于长喉颈文丘里管喉管位置的新装置,将弹状流相间流动特征与近红外测量系统接收光强信号特征相结合,提出了把弹状流分成泰勒气泡与尾部气泡两部分的简化模型,在数据处理时对近红外接收光强高频信号进行有效分组,建立了新的气液两相流弹状流相含率测量模型。从一定程度上解决了弹状流不同部位的两相交界面对近红外接收探头接收光强信号影响差异较大的问题。新型模型的测量效果较好,所得结果测量误差较小。

混输管线段塞流分析

段塞流是混输管线流动保障中遇到的最严重问题之一。随着水深加大,其严重性也随之增加,影响到下游工艺设备的正常操作,甚至引起生产关断,因而在制定油气田前期开发方案时须要统筹考虑。分析了段塞流的产生机理,并分项阐明生产段塞、地形段塞和清管段塞等管线的段塞流情况,以及为降低段塞流对生产设备的影响而采取的措施。根据南海某项目具体情况,利用OLGA软件进行分析,对各种工况下的段塞流提出了解决方案。

积液在湿气输送管道中的发展过程分析

针对湿气输送管道运行过程中存在的积液问题,基于OLGA软件的清管工艺瞬态仿真方法,建立了积液在湿气管道中的发展过程预测模型,对积液发展过程的流动特征参数变化进行了分析,指出在运行压力和温度条件下有冷凝水和重烃的析出是湿气管道产生积液的必要条件;积液会优先在管道的较大落差低洼段形成,伴随运行时间的延长,大落差低洼管段的持液率不断增大,积液进而会扩展到其他位置的起伏管段,并最终以段塞流的形式存在,基于管道起伏的变化,在流动过程中会发生液塞的耗散;受管输量、管道路由及沿线环境等因素的多重影响,积液在管道中的发展过程会持续数天至数月不等。积液在湿气管道中的发展过程是湿气管道运行过程的一个重要阶段,会对湿气管道清管周期以及清管方案的制定产生影响。

水平管与倾斜管中段塞流的特性研究现状

水平管与倾斜管中的两相流能引起实际操作时许多问题,而段塞流是气-液两相流最常见的流型。描述段塞流特性最主要的就是管道的几何尺寸(倾角,直径),工作条件(粘度,压力,温度)以及气-液的物理特性(密度,表面张力)。对于海上采油,压降,段塞长度,持液率这些段塞流特性也是很重要的,了解段塞流的特性是气-液两相生产系统发展的关键。在总结国内外相关研究成果的基础上,针对不同学者的研究结果提出了现阶段可以进一步研究的方向。

基于大数据分析的段塞流持液率预测模型

为了解决气液两相段塞流的持液率问题,在大数据分析的基础上,改进传统模型,建立了一种新的预测段塞流持液率模型。该模型适用的倾角范围为0°~90°,并利用软件编程实现在各种特性条件下气液两相段塞流持液率的预测。为了对新模型进行准确性与可行性分析,选取了Beggs-Brill和Lockhart-Martinelli两种传统模型进行预测对比。结果表明:新模型不仅比传统模型的应用范围广,而且精确度更高。由此可见,新模型用于预测气液两相段塞流持液率是准确可行的。