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。

地形起伏条件下页岩气管网布局优化研究

页岩气富集区多处山地,地形复杂,集输管网优化布局难度大,多采用分级平面优化,难以适应实际复杂的地形条件,无法获得系统最优解。考虑地形起伏条件,针对页岩气管网枝-枝状管网形式,在传统分级优化子问题的基础上,将井组划分与站址优化作为整体进行优化,并引入起伏管道路径寻优方法,形成地形起伏管网布局优化方法,以管道、集气站建设费用最小化为目的建立目标函数,以达到方案经济性最优,采用改进后遗传算法求解井组划分与站址优化问题。结果表明,改进后的遗传算法具有较好的收敛性;引入管网初步连接机制剔除不合理连接方案,采用Kruskal算法优化管网连接形式,并针对起伏程度较大管道采用A*算法进行路径优化,实际应用表明,该方法能够有效降低路径最大边坡、降低最大路径高程、提高最小路径高程、缩短三维管道长度。研究结果对页岩气管网设计具有指导意义。