（机械工程专业论文）大庆油田特高含水原油管输及油水分离特性研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 大庆喇、萨、杏老油田的原有综合含水已经达到8 6 5 ，有些区块含水 已经超过9 0 以上，进入特高含水开采期。在这个时期，如果尽快充分利用油 田特高含水阶段的有利条件，就能降低运行能耗和节省地面工程改造投资。 首先，本文进行了是特高含水原油管输特性研究。借助模拟试验介质， 实际观察出特高含水原油管输流动具有三种流动型态：层状流型、团状流型、 均匀油分散流型；绘制流动型态图；确定流动型态的判别依据。确定特高含 水期采出液管输压降的计算相关公式。然后，进行了特高含水原油游离水沉 降分离特性研究。 本文通过研究，给出特高含水原油的管输压降计算方法，建立了管输压 降计算相关式：a p ：旦掣兰。4 5 1 0 - - ；得出了流型变化规律 2 d 以及游离水沉降分离规律，建立并完善合理的游离水沉降分离现场测试方法。 大量实验结果表明，在特高含水条件下，含水原油的管输特性和游离水 沉降分离特性与高含水开采阶段相比已经发生了明显的变化，原来的含水原 油达到特高含水后，出现管输磨阻降低、游离水脱除速度加快的趋势。因此， 本文可应用于大庆油田“十五”后两年和“十一五”地面工程建设规划设计中， 将使对已建系统在特高含水条件下的管输和游离水脱除能力预测更加准确， 有利于充分利用已建系统的能力，可降低调整改造投资1 0 以上；可应用于 油气集输系统节能降耗中，可使特高含水原油管输和游离水脱除温度降低 5 一l o ，原油集输自耗气降低3 0 以上；可在大庆喇、萨、杏油田推广应 用。 关键词：含水原油；管输；游离水；沉降 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n h e r ei n t e g r a t ew a t e rc o n t e n to ft h ed a q i n go l do i l f i e l da sl a 、s a 、x i n g h a sb e e nt o8 6 5 p e r c e n t ，s o m er e g i o n sh a v eb e e no v e rt o 9 0p e r c e n t ，t h e e x p l o r i n gp e r i o do f h e a v y w a t e rc o n t e n th a sc o m e a tt h i st i m e ，i f w ec a l lu s ef u l l o fa d v a n t a g e o u sc o n d i t i o n sa ss o o na sp o s s i b l e ，e n e r g yl o s sw i l lb er e d u c e da n d t h er e c o n s t r u c t i v ei n v e s to f s u r f a c ee n g i n e e r i n gw i l lb es a v e d f i r s t l y , t h ea r t i c l es t u d yt h ec h a r a c t e ro fp i p e l i n et r a n s p o r t i n ga b o u th e a v y w a t e rc u to i l b ys i m u l a n te x p e r i m e n tm e d i u m ，w ef i n dt h a tt h ef l o wi np i p e l i n e h a st h r e e f l o w i n gt y p e s t h e y a r e l a y e rf l o w i n g 、a g g l o m e r a t ef l o w i n g a n d d i s p e r s i n gf l o w i n g w ed r a wf l o w i n gt y p ec u r v ea n d a s c e r t a i ni t se s t i m a t i n gb a s e s w ee d u c er e l a t i v ep r e d i c t i o nf o r m u l a o f p r e s s u r ed r o pf o rf l o wo f h e a v y w a t e rc u t c m d e 。i l i n p i p e l i n e i t i s p ：竺坐笔兰4 5 x 1 0 一- 2 d ”+ l a s t l y , t h ea r t i c l es t u d yt h ec h a r a c t e ro f f r e ew a t e rs e m i i l ga n ds e p a r a t i n g a b o u t h e a v y w a t e rc u to i l t h ee x p e r i m e n tc o n d u c t st h er u l eo ff l o w t y p e sc h a n g e a n dt h er u l eo f f r e ew a t e rs e t t l i n ga n d s e p a r a t i n g c o m p a r i n g w i t ht h e p e r i o d o fw a t e rc o n t e n t e x p l o i t a t i o n ，p l e n t i f u l e x p e r i m e n t r e s u l t ss h o wt h a tt h ec h a r a c t e ro fp i p e l i n e t r a n s p o r t i n g a n dt h e c h a r a c t e ro ff r e ew a t e rs e t t l i n ga n ds e p a r a t i n gh a v eh a da p p a r e n tc h a n g e w h e n t h ei n h e r ew a t e rc o n t e n ta c h i e v et h eh e a v yw a t e rc o n t e n t , p i p e l i n et r a n s p o r t i n g f r i c t i o nw i l ld r o pd o w na n df r e ew a t e rs e p a r a t i n gw i l la c c e l e r a t e s ow em a y a p p l yt h ea r t i c l et o s u r f a c ee n g i n e e r i n gl a y o u t ，d u r i n gt h ep e r i o do ft h eh e a v y w a t e rc o n t e n t ，i t sf o r e c a s tt ot h ec o n s t r u c t e ds y s t e mw i l lb em u c hm o r ee x a c t i t w i l lb ea d v a n t a g e o u st o u s i n gf u l lo ft h ec o n s t r u c t e ds y s t e m sp o w e r i tm a y r e d u c er e c o n s t r u c t i v ei n v e s tt om o r e1 0p e r c e n t i tm a yb e a p p l i e dt os a v i n gt h e - _ _ - - _ _ _ - _ - - l _ _ - _ _ - _ - - - _ l - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ - _ - i 。一 e n e r g y a n dr e d u c i n gc o s t ，t h er e s u l tm a ym a k et h et e m p e r a t u r e o fp i p e l i n e t r a n s p o r t i n ga n ds e p a r a t i o n t od r o pd o w nt o5 - 1 0c e n t i g r a d e ，t h es e l f - c o n s u m i n g g a sw i l lb e r e d u c e dt om o r e3 0p e r c e n t i tm a yb ea p p l i e da b r o a dt od a q i n go l d o i l f i e l da sl a 、s a 、x i n g k e y w o r d s ：w a t e rc u to i l ；p i p e l i n et r a n s p o r t i n g ；f r e ew a t e r ；s e t t l i n g 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本文的所有工作，是在导师的指导下， 由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等引 用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发 表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 ， 作者( 签字) ： 日 期矿。( 年了且嘭日 哈尔滨：e 程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 概述 大庆喇、萨、杏、老油田的原有综合含水已经达到8 6 5 ，有些区块含 水已经超过9 0 以上，进入特高含水开采期。在特高含水条件下，含水原油 的管输特性和游离水沉降分离特性与高含水开采阶段相比已经发生了明显 的变化，原来的含水原油达到特高含水后，出现管输磨阻降低、游离水脱除 速度加快的趋势，这就为进一步降低油气集输系统能耗和调整改造投资创造 了有利条件。在特高含水开采期，由于油井总数的不断增加和产油量的持续 下降，原油生产成本呈上升趋势。如何尽快充分利用油田特高含水阶段的有 利条件，降低运行能耗和地面工程调整改造投资，一直是摆在我们面前的紧 迫任务。但是，由于目前没有适于大庆油田不同区块特高含水原油的管输压 降计算方法和游离水沉降分离实测数据，给油气集输系统调整改造设计和低 能耗运行技术界限的确定，造成了一定困难。有必要开展特高含水原油管输 特性和游离水沉降分离特性的研究，给出特高含水原油的管输压降计算方 法、流型变化规律以及游离水沉降分离规律，为特高含水原油开采期，充分 利用大庆喇、萨、杏老油田已建地面工程系统的能力和有利运行条件、降低 调整改造投资和运行能耗提供可靠依据。为此，我们开展了“特高含水原油 的管输压降特性及油水分离特性”的研究。 1 2 课题的来源及研究意义 目前，国内对含水原油管输特性的研究大都以转相特性的粘度变化规律 为主，主要采用旋转粘度计对实际介质进行测试的研究方法。国外对含水原 哈尔滨工程大学硕士学位论文 油的管输特性进行了大量的研究，主要采用小型室内试验环道迸行j 流型和压降规律研究；采用的介质主要为模拟油和水，但其试验介 率大都在8 0 以下，很少对特高含水原油开展研究。 因此，2 0 0 1 年开始石油天然气股份有限公司勘探与生产分公司 “高含水后期开采新技术”项“特高含水原油管输及油水分离特性 的课题。 该课题取得了三点创新： ( 1 ) 借助模拟试验介质，实际观察出特高含水原油管输流动j 流动型态：层状流型、团状流型、均匀油分散流型；绘制出了流动! 确定了流动型态的判别依据。 ( 2 ) 初步确定了特高含水期采出液管输压降的计算相关公式。 降计算公式经生产管线验证其计算相对误差平均为1 4 ，低于开题t 中确定的3 0 以下的指标。 ( 3 ) 建立了特高含水期采出液油水分离特性的测试方法：研 “特高含水原油油水沉降分离测试装置”，解决了中低含水原油用小 漏斗无法应用于特高含水期原油静置分层试验的矛盾，为特高含水其 行研究开辟了一条新路。 该课题的成果可应用于大庆油田“十五”后两年和“十一五”捌 建设规划设计中，将使对已建系统在特高含水条件下的管输和游离才 力预测更加准确，有利于充分利用已建系统的能力，可降低调整改造 以上：可应用于油气集输系统节能降耗中，可使特高含水原油管箱 水脱除温度降低5 1 0 ，原油集输自耗气降低3 0 以上；可在大房 油田推广应用，对于油田开采后期节约投资控制成本意义重大。 哈尔滨一l ：程大学硕士学位论文 1 3 本课题研究的内容 1 3 1 特高含水原油的管输压降计算方法研究 1 在介质温度为2 0 4 0 。c 、流速为0 5 2 o m s 、含水率为8 5 9 5 的 条件下，通过室内小型试验环道，测试特高含水原油的管输数据，建立管输 压降计算相关式。 2 在介质温度为2 0 4 0 、流速为0 5 2 0m s 、含水率为8 5 9 5 的条件下，通过现场试验基地的大型实液试验环道，测试特高含水原油的管 输数据，验证和修正由室内试验确定的管输压降计算相关式。 3 在6 条输送温度为2 0 4 0 c 、流速为o 5 2 o m s 、含水率为8 5 9 5 的特高含水原油生产管道上测取管输数据，验证管输压降计算相关式。 1 3 2 特高含水原油的管输流动型态研究 在介质温度为2 0 3 0 。c 、流速为0 5 2 o m s 、含水率为8 5 9 5 的条 件下，采用与特高含水原油年度相似的重柴油和水的混合介质为试验介质， 在透明试验环道上，观测特高含水油的管输流动型态，绘出流动型态图。 1 3 3 特高含水原油的游离水沉降分离特性研究 1 研制适于现场测试用的游离水取样及沉降分离测试装置。 2 建立特高含水原油游离水沉降分离参数测试方法。 3 在介质温度为2 5 4 0 c 、加破乳剂浓度为o 2 0m g l 条件下，测试 大庆采油一六厂具有代表性的含水8 5 9 5 油井产出液的游离水沉降分离 时间。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章研究方案与试验原理 本课题包含两方面内容：1 特高含水原油管输特性研究：2 特高含水原 油游离水沉降分离特性研究。 2 1 特高含水原油管输特性研究方案 2 1 1 总体思路 目前，国内对含水原油管输特性的研究大都以转相特性的粘度变化规律 为主，主要采用旋转粘度计对实际介质进行测试的研究方法。国外对含水原 油的管输特性进行了大量的研究，主要采用小型室内试验环道进行含水油的 流型和压降规律研究；采用的介质主要为模拟油和水，其试验介质的含水率 大都在8 0 以下，很少对特高含水原油开展研究。另外，国外研究含水原油 管输特性的目的是探索油水乳状液的转相规律、粘度随含水率的变化规律、 管输压降规律及管输流型变化规律等，用以指导含水原油管道的设计和生产 运行。所采用的研究方法主要以试验装置测取的数据为基础，建立经验和半 经验的含水原油粘度计算相关式和压降计算相关式；在流态研究方面，多采 用流动型态图法，即根据透明试验管段的流动观测结果绘出流动型态图。 本课题采用以试验数据为基础的经验型方法来建立预测特高含水原油 管输压降的模型。试验数据从环道试验室的试验管道上测取。通过对试验数 据的回归处理，建立特高含水原油管输压降的预测方法。流态研究方面，是 通过“集输工艺综合试验基地”透明试验管段的流动观测，再根据透明试验 管段的流动观测结果绘出流动型态图。 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 1 2 试验装置及原理 2 1 2 1 室内环道试验装景及原理 图l 是室内原油、水两相流动压降规律试验环道装置。中、低含水原油 的配制方法是将油水按比例加入配液罐，经搅拌，即配制成试验介质。由于 特高含水原油不同于中、低含水原油，由于含油量很低，不能保证试验介质 中所需的含水率。为保证试验介质所需的含水率，采用油、水单相计量后， 经混合器进行混合，再进入试验管道的制备方法。试验时，在管道起、终点 分别装有压力、温度变送器，实现数据的自动采集。试验后的介质进入预分 离罐进行油水预分离，再进入沉降罐中进行沉降。室内试验管道参数见表 2 1 ，流程见图2 1 。 表2 1 试验管道参数 室内试验管道参数 公称直经规格内径( m m )长度( m ) d n l 5币2 1 x 21 7 o1 3 9 2 1 2 2 管输流动型态观测试验装置及原理 管输流动型态通过现场装置上的透明试验管段观测。在试验管段上装有图 像记录仪器，当油水两相混合物在透明装置中流动时，摄录装置中的流动型态， 根据判断流体流型并绘制出流动型态图。该项研究试验介质采用c d 4 0 号机油 和水，按照粘度一致原则来模拟生产用的实际介质一原油和水。机油和透明 试验管道参数见表2 2 、流程见图2 2 油水两相流动型态环道试验装置。 表2 2 透明试验管道参数 公称直经规格内径( n l m )长度( m ) d n 5 0垂6 0 x 5 5 0 02 4 机油物性( c d 4 0 ) 粘度 i 4 6 5 8 0m p a s i 密度2 0 0 * c l8 9 0 k g m 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 1 2 3 试验基地试验环道流程及原理 图2 3 是大庆油田建设设计研究院油田地面工程试验基地多项流试验环 道装置的工艺流程。油、水介质分别由油泵和水泵按一定的油水比率和流量 输送至静态混合器，然后通过含水分析仪测定其含水率。打开旁通，调节流 量至试验所需的流量值。在试验管道起、终点分别装有差压变送器、温度变 送器，试验数据自动采集。 2 1 3 试验参数范围 特高含水原油管输特性试验所确定的参数范围为： ( 1 ) 原油含水率：8 5 0 9 5 o ； ( 2 ) 试验介质温度：2 0 4 0 ； ( 3 ) 试验介质流速：o 5 2 o i i f f $ ； 哈尔滨工程大学硕士学位论文 7 桐-唰蜊剡薛翻簿鼯鞲鞋邕蒋攥罂陵*，曩避_【n匝 雌忙 桐一瓢媒承箩捌簿搀耐臀蠖幂匿*墓醯 懈r 蛐 懈r 坦 9 帖h删群捌瞻魏艇艇林蠼辞骣野蚺簧埔嚣筇罂h旧簧田暴en匝 油 唧 7 1 争舟 坛 恼 l ；毋 一 、 蚕 固毋 i j i ， 固 亲 蔫 一 k 似鬟化 里 蕊厂川8 厂 枉l萋 l 泮十 鱼 固奉奉 去 l 圣 一 尹萋芏藿芏2 日囊 二： 一 $ l一 一囝 卫 一 自j 二： 移 母 謇 l l 傀奉奉 塞i i 驯 孽 一 矽l - ， 瓢 期l l 习 |裙 l 。 营t 麓 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 特高含水原油的游离水沉降分离特l 生研究方案 2 2 1 静置分层装置的研制 原有的静置分层测试方法用分液漏斗取样，加入破- 孚l ? f j 后，用j 次后，放入恒温水浴，开始记时测试，测得不同静置分层时间时的泪 水中含油等参数。这种方法存在一些缺点： 1 ) 人工手振动，每个人振动的频率、幅度是不一样的。 2 ) 放入恒温水浴内，开始计时测试，由于样品没经过充分恒j 样品的温度和要测试的温度不一致，如果要经过恒温后再开始测试， 恒温过程中已经开始分离，因此，在同样条件下测的数据误差较大； 3 ) 在油田进入高含水开发后期，由于含水率增高，含油量非j 有的分液漏斗是2 5 0 m l 、5 0 0m l ，利用它来测试含水9 0 0 9 5 0 酐 分离后的油样只有2 5 5 0 m l ；油样量少，实际操作中无法取样分析； 率。 为了克服上述缺点，我们研制了新型的静置分层测试装置。 新型静置分层现场取样装置扩大了取样容积，取样容积增加到 加装自动升温、降温、保温装置，实现低温测试。装置的温度控制i 2 0 0 。c 8 0 o c 、精度4 - 0 - 3 ；测试瓶内装有电动搅拌装置，可实j 油样的充分混合，避免样品恒温过程中油水分离。新研制的测试装j 特高含水原油的沉降分离测试。 新型静置分层试验装置上装有可调速电动搅拌装篝，可以调整j 转速而对试样进行均匀搅拌。它可使药剂与油样的充分混合，避免 温过程中分离。新型静置分层装置见图2 4 、图2 5 。 图2 4 静置分层装置外形图 图2 5 静置分层装置示意图 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 2 井口取样工艺流程 在试验时，首先在井口取样，然后对样品加入破乳剂，进行恒温、搅拌； 达到试验条件时，开始计时，测取数据。试验的工艺流程见图2 6 。 取 样 4567 鬟 1 井口来液2 恒温水域3 放样口4 测试瓶5 油相6 水相7 水 图2 6 现场井口试验工艺流程示意图 2 2 3 联合站系统测试流程 为了验证井口测试的结果，我们又在联合站进行了测试，测试流程见 图2 7 。 - l _ _ _ _ _ i _ l _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - _ _ l - - _ l _ _ _ _ _ - _ l - - - _ _ _ _ - _ - _ 。一一 1 一游离水脱除器流量检测点 2 游离水脱除器油出口检测点 3 一游离水脱除器水出口测点4 一电脱水器流量检测点 5 一电脱水器油出口检测点6 一电脱水器水出口检测点 图2 7 试验流程、测点布置简图 2 2 4 试验测试仪器( 仪表) 及试验参数 分离后的原油油中含水及采出液的综合含水，采用国标g b 8 9 2 9 - - 8 8 原 油水含量测定法( 蒸馏法) 规定的方法测定；分离后的水中含油，依照 s y t 0 5 3 0 - 9 3 油田含油污水中油量测定方法测定，仪器为7 2 1 分光光度计； 原油的粘度依照s y t 0 5 2 0 - 9 3 油田原油粘度测定方法一旋转粘度计法测定， 仪器采用c v l 0 0 旋转粘度计；采出液聚合物含量测试采用大庆石油管理局企 业标准q d q0 9 6 7 - 1 9 9 6 聚合物含量测试方法一浊度法，仪器采用7 2 1 分 光光度计。所有仪器都有检定证书，并且在有效时间内。 2 2 5 搅拌强度的选择 为了弄清新型静拌器搅拌强度对静置分层的影响，我们在采油三厂三矿 北2 1 0 丙2 7 4 抽油机并做了现场试验。该井综合含水为9 0 6 ，聚合物含量 哈尔滨工程大学硕士学位论文 6 2 m g 1 ，每天产液量为6 5 7 m 3 ，产油6 1 8 m 3 。试验时分别在2 5 。c 、3 0 。c 、 4 09 c ；加药s p l 6 9l o m g 1 沉降t 5 m i n 条件下，做了手动振动与电动搅拌静 置分层对比试验。 从试验过程中的现象观测可以看出：当加入破乳剂、搅拌速度过慢时， 在恒温过程中已经分离；若搅拌速度过快，油水重新乳化程度严重，不易分 离。将试验数据归纳，得到了适合于不同温度的搅拌器的搅拌速度，结果见 表2 3 。 表2 3 手工振摇与电动搅拌静置分层对比试验 手工振摇混合( 5 0 次)电动搅拌 温度 样品油中样品油中 水中含水中含搅拌强度 ( ) 含水含水含水含水 油( r a g 1 )油( r a g 1 ) ( n m i n ) 率( )( )率( )( ) 2 5 o9 0 63 7 o1 6 7 8 09 0 63 8 o1 4 9 5 o2 3 0 0 3 0 09 0 63 5 01 4 3 6 09 0 63 6 o1 2 7 0 02 2 5 0 3 5 o9 0 63 1 o1 1 0 5 09 0 62 9 01 0 8 6 02 1 0 0 4 0 09 0 62 4 o9 9 6 09 0 62 2 o9 8 7 02 0 5 0 2 3 本章小结 本章为特高含水原油管输特性的研究确定了总体思路、研究方案和试验 参数范围，介绍了试验基地试验环道流程及原理，同时确定了特高含水原油 沉降研究用的取样工艺流程和联合站系统测试流程，设计制造了静置分层装 置。 1 4 哈尔滨：程大学硕士学位论文 第3 章特高含水原油的管输流动型态研究 3 。1特高含水下的管输流型研究 与其它多相流体一样，特高含水原油油水两相介质在管道中流动时，油 和水在管道中呈现不同的分布型态。试验表明，其流动型态随流速的变化而 变化。特高含水的管输流动型态对管输压降具有一定的影响。 在特高含水管输流型观测中，我们观察出三种型态：层状流型、团状流 型、均匀油分散流型，下面进行分别说明。 3 1 1 层状流型 该流型油相( 油包水型乳化液) 在管道上部流动，水相在管道下部流动。 油相和水相之间有一过渡带，流速越低过渡带越薄，油水两相闻的界面则愈 分明。流型图见图3 1 。试验条件见表3 1 。 图3 1 层状流动形态图 表3 1 层状流型试验数据表 温度( 口)含水( )流速( m s ) 2 8 08 0 0 0 7 0 2 8 08 5 o 0 ，8 0 2 8 09 0 0 o 9 0 2 8 o9 0 0 1 1 0 2 8 o9 5 o 1 1 0 3 1 4 不同流型管输压降变化规律 在观测流型的同时，进行了不同流速下的压降观测试验，试验数据见表 3 4 、表3 5 及表3 6 。在相同温度下，流速不断增加流型发生变化，压降同时 增大。 表3 4 流型测试表 含水压降温度油流量 水流量总流量 流速 流型 ( )( k p a )( )( m 3 h )( m 3 h )( i n 3 m ) m s 9 5 4o 2 61 7 5o 0 91 8 9 1 9 80 2 8层流 9 5 11 3 7 1 7 60 1 93 6 53 8 40 5 4层流 9 5 02 5 9 1 7 70 2 44 5 94 8 3 0 6 8层流 9 4 84 5 21 7 70 2 8 5 7 56 0 3o 8 5湍流 9 5 39 0 71 7 9 0 4 l7 7 78 1 81 1 6紊流 9 4 41 0 9 01 7 9o 5 0 8 3 28 8 21 2 5紊流 9 4 82 2 3 l1 8 0 o 6 21 1 2 51 1 8 71 6 8 紊流 表3 5 流型测试表 含水压降 温度油流量水流量总流量 流速 流型 ( )( k p a ) ( )( m s h )( m 3 h ) ( m s h )( m s ) 9 0 60 8 21 8 2o 2 0 1 9 12 0 3o 2 9 层流 9 0 21 6 41 8 2 0 3 43 1 63 5 0o 5 0 层流 9 0 8 3 8 31 8 20 4 84 7 3 5 2 l0 7 4 层流 9 0 24 8 41 8 2o 5 7 5 2 85 8 5o 8 3 层流 9 0 56 6 21 8 3o 6 6 6 2 66 9 20 9 8 湍流 9 0 88 6 01 8 3 o 7 37 0 57 7 8 1 1 0 湍流 9 0 71 1 1 01 8 3 o 8 27 9 68 7 8 1 2 4 紊流 9 0 41 2 2 1 1 8 30 8 88 3 7 9 2 51 3 1 紊流 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表3 6 流型测试表 含水压降温度油流量水流量 总流量流速 流型 ( )( 心a )( )( m 5 h )( m 3 h ) ( m 3 h ) ( m s ) 8 5 71 4 61 7 5o 2 l 1 2 31 4 40 2 0 4 层流 8 5 42 0 51 7 60 4 22 7 0 3 1 2o 4 4 1层流 8 5 02 8 91 7 7o 6 4 3 2 63 8 8o 5 4 9 层流 8 5 54 5 01 7 7o 7 74 2 65 0 3o 7 1 l层流 8 5 55 1 21 7 9o 8 14 3 75 1 8o 7 2 l层流 8 5 46 6 31 7 90 8 94 9 15 8 00 8 2 0 湍流 8 5 38 3 71 8 oo 9 35 4 26 _ 3 50 8 9 8紊流 8 5 6 1 4 2 61 8 o1 0 56 6 27 7 71 0 9 9 紊流 8 5 12 3 2 81 8 o1 “8 4 09 8 41 3 9 2 紊流 在含水9 5 时，流速小于o 8 米秒为层流，流速0 8 1 1 米秒为湍流， 流速大于1 1 米秒为紊流。在含水9 0 时，流速小于0 9 米秒为层流，流速 0 9 1 1 米秒为湍流，流速大于1 1 米，秒为紊流。在含水8 5 时，流速小于 0 8 米秒为层流，流速o 8 o 9 米，秒为湍流，流速大于0 9 米，秒为紊流。根 据表3 4 一表3 6 ，绘出压降一流速关系曲线图3 4 。 图3 4 压降一流速关系试验曲线 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3 2 特高含水原油的管输流变特性 通过在室内试验环道测试特高含水原油在不同含水、流量和温度下的管 输压降，可计算出剪切应力( h ) 和流动特性参数值t ( 8 v d ) 。然后，对相 同温度下的t b 和t ( 8 v d ) 数据组取对数回归，求出流动特性参数n 。 图 3 5 、图3 6 、图3 7 分别为4 0 。c 、3 5 * ( 2 、3 0 。c 时的1 nt 和1 n t ( 8 v d ) 关系曲 线。测试结果表明，剪切应力随着剪切速率增加而持续升高，压降也随之增 大。图3 8 、图3 9 、图3 1 0 分别为试验基地试验环道在4 0 、3 5 、3 0 时的1 nt 和l n t ( 8 v d ) 关系曲线。 表3 7 、表3 8 、表3 9 是对不同条件下的试验数据对数回归求出流动特 性参数n 和。可以看出，实测的1 n “和1 n t ( 8 v d ) 在座标上呈线性关 系。相关系数r 在0 9 8 5 0 9 9 4 之间。n 可视为常数，在意义上和量值上与 流变行为指数n 等同。 图3 54 0 一剪速应力曲线 1 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图3 63 5 一剪速应力曲线 图3 73 0 一剪速应力曲线 2 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图3 8 试验站4 0 一剪速应力曲线 图3 9 试验站3 5 一剪速应力曲线 2 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图3 1 0 试验站3 0 一剪速应力曲线 表3 7 试验基地油样室内试验环道实测f i 、i ( p 7 温度含水流速 n k 相关系数 ( ) ( ) ( m s ) 9 4 62 o o1 5 1 2 0 0 0 1 7 9 4 71 5 3 1 5 1 20 0 0 1 7 9 4 9 1 2 21 5 1 2 0 0 0 1 7 0 9 8 5 9 4 81 1 11 5 1 2 0 0 0 1 7 9 4 90 7 81 5 1 2o 0 0 1 7 9 5 10 5 l1 5 1 2 0 0 0 1 7 9 2 9 1 9 81 3 9 9o 0 0 2 8 9 2 91 5 11 3 9 90 0 0 2 8 9 3 41 1 91 3 9 90 0 0 2 8 0 9 9 1 9 2 71 0 21 3 9 9o 0 0 2 8 9 3 30 8 01 3 9 9 o 0 0 2 8 9 3 1o 5 l1 3 9 90 0 0 2 8 9 0 o 2 0 41 3 8 00 0 0 3 2 9 0 31 5 l1 3 8 00 0 0 3 2 8 9 91 2 01 3 8 00 0 0 3 2 4 0 0 9 9 3 9 0 1o 9 91 3 8 0o 0 0 3 2 9 0 0o 8 01 3 8 0 o 0 0 3 2 8 9 1o 5 11 3 8 0o 0 0 3 2 8 8 o2 0 41 3 9 40 0 0 2 9 8 8 11 5 21 3 9 4o 0 0 2 9 8 7 9 1 1 9 1 3 9 4 o 0 0 2 9 0 9 9 4 8 8 o1 0 21 3 9 4o 0 0 2 9 8 7 30 8 01 3 9 40 0 0 2 9 8 8 20 5 31 3 9 40 0 0 2 9 8 4 42 o l1 3 3 90 0 0 5 l 8 5 11 5 21 3 3 90 0 0 5 l 8 5 11 1 91 3 3 9o 0 0 5 1 0 9 8 9 8 4 8 0 9 91 3 3 90 0 0 5 1 8 5 1o 8 11 3 3 90 0 0 5 1 8 4 60 4 91 3 3 90 0 0 5 1 表3 8 试验基地油样室内试验环道实测r l 、k p 7 温度 含水流速 n k p 相关系数 ( ) ( ) ( m s ) 9 5 o2 1 41 3 2 2 0 0 0 4 5 9 4 81 4 91 3 2 20 0 0 4 5 9 4 61 2 01 3 2 2 0 0 0 4 5 0 9 8 7 9 5 71 0 31 3 2 2 o 0 0 4 5 9 4 7o 8 0 1 3 2 20 0 0 4 5 9 5 1 6o 5 01 3 2 20 0 0 4 5 9 3 o 1 9 9 1 3 7 2o 0 0 3 4 9 3 o1 4 9 1 3 7 20 0 0 3 4 9 3 o1 1 81 3 7 20 0 0 3 4 0 9 9 1 9 2 91 o o1 3 7 2o 0 0 3 4 9 3 20 7 81 3 7 20 0 0 3 4 9 3 1 0o 5 l1 3 7 20 0 0 3 4 8 9 42 0 01 3 6 60 0 0 3 5 8 9 71 5 01 3 6 60 0 0 3 5 8 9 61 2 01 3 6 60 0 0 3 5 3 5 0 9 8 9 8 9 81 o o1 3 6 60 0 0 3 5 8 9 3o 8 01 _ 3 6 60 0 0 3 5 8 9 4o 5 l1 3 6 6 0 0 0 3 5 8 8 21 9 81 3 6 70 0 0 3 6 8 7 91 4 81 3 6 70 0 0 3 6 8 7 81 1 91 3 6 7 0 0 0 3 6 0 9 9 1 8 7 8o 9 81 3 6 70 0 0 3 6 8 7 40 7 91 3 6 70 0 0 3 6 8 7 80 5 21 3 6 70 0 0 3 6 8 4 4 2 0 01 4 4 40 0 0 2 9 8 5 21 5 11 4 4 4o 0 0 2 9 8 4 7 1 2 0 1 4 “ o 0 0 2 9 0 9 8 8 8 4 61 0 11 4 4 4 0 0 0 2 9 8 5 3o 8 01 4 4 40 0 0 2 9 8 5 1 0 5 l1 4 “0 0 0 2 9 2 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表3 9 试验基地油样室内试验环道实测r l 、k p 温度含水流速 n k p 相关系数 ( )( ) ( m s ) 9 4 62 0 01 3 3 20 0 0 4 4 9 4 31 5 11 3 3 20 0 0 4 4 9 4 41 1 91 3 3 2o 0 0 4 4 0 9 8 4 9 5 2 1 0 01 3 3 20 0 0 4 4 9 5 60 7 81 3 3 20 0 0 4 4 9 4 40 4 91 3 3 2o 0 0 4 4 9 3 12 0 31 3 3 9o 0 0 4 2 9 2 41 5 01 3 3 90 0 0 4 2 9 3 o1 2 11 3 3 90 0 0 4 2 0 9 8 3 9 2 41 o o1 3 3 90 0 0 4 2 9 2 00 8 11 3 3 90 0 0 4 2 9 2 4o 5 01 3 3 90 0 0 4 2 8 9 61 9 91 5 6 00 0 0 1 7 8 9 81 4 91 5 6 00 0 0 1 7 3 0 9 0 31 2 01 5 6 00 0 0 1 7 0 9 8 0 9 0 21 o l1 5 6 0o 0 0 1 7 8 9 20 8 01 5 6 00 0 0 1 7 8 9 30 4 91 5 6 00 0 0 1 7 8 8 21 9 91 3 3 50 0 0 4 5 8 7 61 5 31 3 3 50 0 0 4 5 8 7 31 1 91 3 3 50 0 0 4 5 0 ，9 9 3 8 7 80 9 91 3 3 50 0 0 4 5 8 7 90 7 91 3 3 5o 0 0 4 5 8 7 40 5 31 3 3 50 0 0 4 5 8 4 42 0 11 2 6 60 0 0 7 1 8 5 o1 5 01 2 6 6o 0 0 7 1 8 5 21 2 01 2 6 60 0 0 7 1 0 9 8 3 8 5 1 31 0 01 2 6 6o 0 0 7 1 8 4 5o 8 01 2 6 60 0 0 7 1 8 5 2o 5 01 2 6 6o 0 0 7 1 通过数据回归得出的1 3 大于1 ，试验介质为膨胀型流体。 3 3 本章小结 本章对特高含水下的管输流型进行观测、研究。共观察出三种形态：层 状流型、团状流型、均匀油分散流型。总结了不同流型管输压降变化规律。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第4 章特高含水原油的管输压降计算方法研究 4 1 特高含水原油的管输压降预测方法 通过对试验数据的回归分析，可以得出：在一定条件下，具有非牛顿流 体特征的特高含水原油的流变行为符合幂律方程。验算表明，在温度3 5 o 4 5 0 、含水8 5 o 9 5 o 的条件下，m e t z n e n w e l t m a n 方法的计算压降值与 实测值基本吻合，二者的相对误差在2 0 o 以下，数据见表4 2 。 m e t z n e n - w e l t m a n 方法： 卜雷诺数置一= 等等 2 流态判别 层流：r m r 2 1 0 0 ； 3 管输压降 幂律流体 邝，= ( 彳 一2 等掣 将( 3 ) 式积分得 a p ：! ：! 墨i ! ：兰。1 0 一。 2 d ”+ 1 式中：r m r 雷诺数； 卜流速，m s ； p 试样密度，k g m 3 ： ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) _ _ _ - _ _ i _ _ i _ _ _ l - l _ _ _ _ - _ - - _ _ _ - _ - - - - _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ - - 。一。 口一管内径，m ； p 压降，k p a ； i _ 一管长；m ： n 流态特性参数； k ，稠度系数； r la - 一表观粘度，p a s ； 1 广剪切应力，p a ； ( 4 ) 现应用水力计算公式： 1 ) 雷诺数 2 ) 流态判别 层流：r e 3 0 0 0 ； 3 ) 管壁相对粗糙度 4 ) 临界雷诺数 r 。：生 玎 占：丝 d r o l = 等 r 。：篁二坠 5 ) 各种流态的摩阻系数 ，见表4 1 ( 5 ) ( 6 ) ( 7 ) ( 8 ) 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表4 1摩阻系数九计算公式 流态雷诺数范围摩阻系数计算公式 6 4 层流r e 2 0 0 0 r e 。0 1 6 过渡区2 0 0 0 r e 3 0 0 0 九3 万 水 力 光 s o o o 黜地= 舅 a=uz ， 滑 区 紊混 厶 口 r e l r 。2 ：6 6 5 7 6 5 培5 1 占 。o 7 4 2l gg ) ： 区 6 ) 管道摩阻