油气水多相流压降研究新进展

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 油气水多相流压降研究新进展 摘要：对国内外学者在油气水多 相流压降研究进展进行了阶段总结，主 要集中在压降计算模型及影响因素分析 两方面。结果表明：在计算模型研究中， 一部分人对 Baker、Martinelli 及 Chishlom 等经典模型进行修正，一部分 人运用新方法建立适合实验工况模型， 一部分人利用已有模型及算法验证实验 准确性；压降影响因素包括各相介质流 速、含水率、温度、管壁粗糙度、流动 形态、油品物性等，实验条件不同，影 响因素对压降作用效果不同。 中国论文网 /7/view-12990229.htm 关键词：压降；计算模型；影响 因素；进展 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TE973.1 文献标识码：A 文章编号： 16749944（2017）16014303 1 引言 集输管路中油气水多相流压降规 律变化一直是各方学者研究重点所在， 由于混合液需克服湍流时流体质点间相 互碰撞并交换动量造成能量损失及自身 内摩擦力，这时管路中流体流动前后处 便会产生压差而引起压力降低，称为压 降。在油田开采过程中，管道的压降是 集输系统运行管理的主要技术依据，关 系到整个系统的安全运行1。基于外围 油田地区分散、原油物性各异、含水高、 产能低的现状，为了达到不加热或少加 热集输的目的，节省能源的同时又保证 安全生产，这就需要准确地计算出不同 工况油气水混输管道压降特性。为此， 需了解当前国内外各位学者的研究现状， 为开展压降研究打下基础。 2 油气水多相流压降研究进展 刘晓燕等26 于 20032006 年 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 间在大庆油田现场做了多次油气水压降 测试实验，对象为高含水油气集输管线， 找到了影响压降变化的因素，介质温度、 含水率和流速，对比分析了间歇出油和 正常出油油井的每 100 m 平均压降大小。 同时，用实测数据修正了经典 Baker 模 型，给出不同含水率间歇出油和正常出 油的压降计算式。该课题组通过降温方 法进行混合液流动实验，确定了不加热 集输界限为原油凝点以下 3。2014 年， 对温度为 25，含水率 70%95%，流 量为 2.46.7 m3/h 流态化整形后的胶 凝原油与水的混合液进行压降试验研究， 确定出其四种典型流型的压降计算模型， 结果表明：模型计算准确率在 17%以内， 含水率对压降的影响存在一个转折点， 转折点之前，对于同种流型，定流速时 压降随含水率的增加而降低；转折点之 后压降是流速的单调递增函数7。 刘文红和郭烈锦等8做了机械油 -水两相流摩擦阻力实验，实验管径 40 mm，含水率为 10%90%，经过详细 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 分析实验数据，整理得到了多种典型流 动形态下的摩擦阻力压降表达式。2004 年，该课题组9研究了油气两相流压降， 实验介质空气和 46#机械油，实验温度 为常温，对 Lock-hart-Martinelli 关联式 中的参数 C 进行了重新定义，给出了各 流动形态压力梯度计算式。2015 年，课 题组成员10 在内径为 76.2 mm，水平 管段长度为 400 m，立管高度为 20.9 m 的不锈钢管内，对集输立管气水两相流 压差信号特征进行了分析，结果表明： 四类流型的压差变化速率差别明显，过 渡流型立管内压差变化速率最为剧烈， 稳定流动压差变化速率最为频繁；严重 段塞流流型、过渡流型及稳定流动都有 明显主频，但稳定流动频率幅值明显小 于其他三类流型。同时，还对集输立管 内非稳定流压差波动特性进行了实验研 究，实验发现，中高折算速度条件下， 立管整体压差波动幅度与水平管段压差 波动幅度均随折算速度的增大先大 后减小；而在低折算速度条件下，则表 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 现为单调递减的变化规律；并建立了各 自相应的压差波动特性等高线图11。 吕宇玲等12 研究了原油-水两相 流压降变化规律，实验管径 25.4 mm， 温度 40，研究结果表明压降随含水率 的变化分为油包水、反相和水包油三个 阶段，油包水阶段压降随含水率的升高 而逐渐变大，水包油阶段含水率对压降 的影响较小；加入表面活性剂后，压降 梯度在不同流量下都大于不加剂的情况； 反相阶段出现二次分散现象，且反相后 温度和含水率变化对压降影响较小13。 该课题组还对原油凝点以下的油水混合 物分析了温度对压降的影响效果，结果 表明：压降随温度的升高略有降低，这 是因为油水混合物的压降梯度主要由外 相决定，在水漂油块流型下外相水相的 黏度随温度变化较小，导致油水混合物 的压降梯度随温度的升高而略有减小 14。 秦立森等15 以白油为油相介质， 在水平管中开展了油气水三相流实验， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 研究了含水率及混合液流量对压降的作 用效果，所得结论如下：混合液流量越 大，压降越大；随着液体含水率的增加， 压降先增大后减小。宫敬等16以 3 种 高粘度油品和自来水为实验介质，进行 了油水两相流压降变化规律研究，利用 定常圆管层流流动的阻力公式估算了不 同流型压降值，研究结果表明，压降是 流速、含水率、温度、混合物粘度的函 数，流型转化时压降波动较大，分层流 和环状流压降最小。周云龙等17对比 研究了钢管和有机玻璃管内的油水两相 流动摩擦阻力随流速及含水率变化特性， 结果表明：随含水率升高压降增大，在 低含水率较低及含水率较高时压降几乎 不受流速影响；有机玻璃管内油水两相 摩擦阻力大于钢管，分层流除外。高伟 等18建立了油气水三相段塞流基本方 程并进行实验模拟测试，建立了高含水 期油气集输管路流动特性智能预测模型， 实验结果与模型计算误差较小，实现了 压降的准确预测。汪国琴等19以 10# -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 白油、自来水和空气为介质，对水平管 内油气水多相流压降特性进行了实验研 究，基于 Chishlom 的压降关联式，重 新定义了关联参数 C，并提出了适用于 水平管油气水三相流的压降预测关联式， 与实验结果吻合度较好。韩悦20研究 了油气两相流压降计算模型，实验介质 温度分别为 40和 50，管道总长度 340 m，采用 6 种算法计算了管段压降， 结果表明：BBM 算法能较好的适用于 水平管道和小倾斜角度管道，但当产气 量大于 80 m3/h 时和含水率在 55%75%间 时，误差均15%，因此需要对 BBM 算 法进行修正。 Angeli 等21 做了玻璃管和钢管 内油水两相流实验，基于所得实验数据 对典型压降计算模型进行了修正，作者 发现在油水转相点处压降值最大；分析 了压降影响因素，主要因素除管壁粗糙 度以外还有管壁润湿度。Chakrabarti 等 22在管径 25 mm，流速为 0.032 m/s 情况下，详细分析了煤油-水两相流多 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 种流型下的压降变化，并基于压力均衡 化及能量最低化原理建立了压降计算模 型。Sotgia 等23以相对密度为 0.9 的矿 物油和水为介质，对两相流压降做了大 量实验，作者指出混合液压降依据油水 界面形状不同而变化，并根据流速变化 修正了不