垂直上升管内油气水三相流数值模拟方法研究
基于PTV法对油气水三相流流场的测定
ＺＨ ＯＵ ｎｉ ｎｇ Ｙｕ ｏ ， ＬＩ Ｈｏ ｗｅ ， ＦＡＮ ｎｇ ｉ Ｚｈｅ ｒ ｎ ｕ
ｆ Ｓ ｈ ｏ ｆ Ｅｎ ｒ ｓ ｕ ｃ ｎ ｃ ａ ｉａ ｇ ｎ ｅ ｉｇ， Ｎｏ ｔ ｅ ｓ ａ ｌ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ； ｃ ｏ ｌ ｅｇｙＲｅｏ ｒ ｅａ ｄ Ｍｅｈ ｎｃ ｌＥｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｒｈ ａ ｔＤｉｎ ｉ ｉｅ ｓｔ Ｓ ｈ ｏ ｆＡ ｕｏ ｔｃＥｎ ｎ ｅ ｉｇ， Ｎｏ ｔ ｅ ｓ Ｄｉ ｎ ｉＵｎ ｖ ｒｉｙ，Ｊｉｉ ３ ０ ２ Ｊｉｉ ， Ｃｈｎ ） ｆ ｏ ｌ ｔｍａ ｉ ｇｉｅ ｒｎ ｏ ｒｈ ａ ｔ ａ ｌ ｉｅ ｓｔ ｌｎ １ ２ １ ， ｌｎ ｉａ
水 包 油 流 型 进 行 了 拍 摄 ，并 跟 踪气 泡 及 油 滴 ，对 流 速 与 流 场 进 行 了 测 定 ， 同 时 与 ＤＰ Ｖ 中 的互 相 关 法 求 出 的 流 Ｉ 速 进 行 了对 比 ，实验 结果 表 明 ，应 用 跟 踪 气 泡 及 油 滴 的 方 法 同 Ｄ Ｉ 的互 相 关 法 求 出 的 流 速 与 流 场 存 在 较 小 的 ＰＶ 误 差 ，可 以应 用 于 油气 水 三相 流 中 的 流 速 与 流 场 的 测 定 。
基 于 Ｐ Ｖ 法 对 油 气 水 三 相 流 流 场 的 测 定 Ｔ
周云 龙 ，李 洪伟 范振 儒 ，
（ 北 电 力 大 学 能 源 与 机 械 工 程 学 院 ； 东 北 电力 大 学 自动 化 工 程 学 院 ，吉 林 省 吉 林 市 １ ２ １ ） 东 ０ ２ ３
摘 要 ：以 ３ 润 滑 油 、空 气 和 自来 水 为 实 验 介 质 ，对 垂 直 上 升 管 内 的 油 气 水 三 相 流 的 流 场 与 流 速 进 行 了 实 验 研 ５ 究 。在 水 流 量 为 ３ １ ・ｈ 、空 气 流 量 为 ０ ２ ． ８ｍ。 ． ５ｍ。・ 、油 流 量 为 ０ ４ｍ。・ 的 工 况 下 应 用 高 速 摄 像 机 对 ｈ ． ｈ
不同工况下井筒中油气水三相流型预测研究
不同工况下井筒中油气水三相流型预测研究
池明;马文敏;黄超;郭玲;杜军军;关子越
【期刊名称】《石油天然气学报》
【年(卷),期】2022(44)1
【摘要】为改善井筒中三相流流型划分不精确的实际状况,本文采用室内实验与理论研究相结合的方法针对不同倾角、气液比工况下井筒中油气水三相流型开展了详细研究。
通过分析研究发现,不同工况下倾斜管及垂直管中油气水三相流流型总体上呈现气泡流、段塞流、搅动流、环雾流四种流型;基于此建立了油气水三相流流型划分综合有效模型,并明确了泡状流–段塞流、段塞流–搅动流、以及搅动流–环雾流的流型转换界限模型;通过实验数据检验该模型发现研究得出的不同倾角流型划分方法与实验结果吻合良好。
本研究中油气水三相流流型划分综合方法可为井筒中油气水三相流流型划分及压力预测提供依据。
【总页数】14页(P47-60)
【作者】池明;马文敏;黄超;郭玲;杜军军;关子越
【作者单位】中国石油新疆油田公司工程技术研究院克拉玛依;昆明理工大学化学工程学院昆明;中国石油新疆油田公司风城油田作业区克拉玛依
【正文语种】中文
【中图分类】O35
【相关文献】
1.大管径水平管油气水三相流流型试验研究
2.PCA&PSO在油气水三相流流型识别中的应用
3.油气水三相流的流型研究
4.油气水三相流动不同流型摩擦阻力的实验研究
5.生产测井油气水三相流动流型研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于小波神经网络的油气水三相流相含率的软测量方法
基于小波神经网络的油气水三相流相含率的软测量方法周云龙;袁俊文【摘要】利用高速摄影仪对垂直上升管中油气水三相流的流动进行了动态图像的拍摄,提取每一帧图像的灰度均值组成灰度时间序列,并从时间序列中提取了能反映油气水三相流流动特性的统计和分形特征量,将这些特征量作为人工神经网络的输入量.在水的体积流量为1 32～12 15 m3/h,油的体积流量为0 01～0 43 m3/h,空气的体积流量为0 75～2 5 m3/h条件下,采用小波神经网络作为相含率预测模型,结果表明,小波神经网络的预测值与测试值非常吻合,含气率预测最大误差为3 57%,含水率最大误差为3 3%,较好地实现了油气水三相流相含率的预测,为油气水三相流相含率测量提供了一种有效的软测量方法.【期刊名称】《化学反应工程与工艺》【年(卷),期】2010(026)003【总页数】5页(P218-222)【关键词】油气水三相流;动态图像;相含率;软测量【作者】周云龙;袁俊文【作者单位】东北电力大学,能源与动力工程学院,吉林,吉林,132012;东北电力大学,自动化工程学院,吉林,吉林,132012【正文语种】中文【中图分类】O359.1随着海上油田、沙漠油田和极地油田的相继发现,使油田开发活动向环境恶劣的边远地区拓展,混输的优势更加明显[1]。
相含率是研究多相管流的重要课题,也是实现多相流计量的重要参量,它对生产过程工艺优化、流量测量及控制具有重要意义[2]。
近年来,基于现代信息处理技术的多相流软测量方法受到了广泛关注,一些反映多相流非线性动力学特性的特征量也被引入到软测量过程中[3,4]。
赵鑫[5]等对垂直上升管中油水两相流的电导波动信号,从时频域内提取特征量作为人工神经网络的输入量,应用BP人工神经网络作为相含率预估模型,较好地实现了油水两相流含水率预测。
林宗虎[6]等采用伽马射线测量的高能计数和低能计数作为输入参数,截面含水率和含气率作为输出参数,构建了预测水平管油气水三相分层流相分率的径向基函数神经网络,有效地克服了传统双能伽马密度仪对流型敏感。
非牛顿流体中垂直上升油气水三相泡状流及段塞流的动力学特性非线性检验(英文)
非牛顿流体中垂直上升油气水三相泡状流及段塞流的动力学特性非线性检验(英文)朱雷;金宁德;高忠科;杜萌;王振亚【期刊名称】《中国化学工程学报：英文版》【年(卷),期】2012(20)5【摘要】Based on the conductance fluctuation signals measured from vertical upward oil-gas-water three-phase flow experiment, time frequency representation and surrogate data method were used to investigate dynamical characteristics of oil-in-water type bubble and slug flows. The results indicate that oil-in-water type bubble flow will turn to deterministic motion with the increase of oil phase fraction f o and superficial gas velocity U sg under fixed flowrate of oil-water mixture Q mix . The dynamics of oil-in-water type slug flow becomes more complex with the increase of U sg under fixed flowrate of oil-water mixture. The change of f o leads to irregular influence on the dynamics of slug flow. These interesting findings suggest that the surrogate data method can be a faithful tool for characterizing dynamic characteristics of oil-in-water type bubble and slug flows.【总页数】13页(P870-882)【关键词】水包油型;动态特性;三相泡沫;定流量;非线性测试;垂直;弹头;替代数据【作者】朱雷;金宁德;高忠科;杜萌;王振亚【作者单位】School of Electrical Engineering & Automation, Tianjin University【正文语种】中文【中图分类】TQ630.7;TE358.3【相关文献】1.水平管油气水三相段塞流压降预测模型 [J], 高伟;高晓亮;马杨洋2.垂直上升管内油气水三相流数值模拟方法研究 [J], 于莉娜;李英伟;郭学涛;孙跃义3.油气水三相段塞流与滚动波流型的转变 [J], 罗小明;何利民;吕宇玲4.油气水三相流段塞流不稳定周期轨道探寻 [J], 赵俊英;金宁德†;高忠科5.油气水三相段塞流引起的海洋立管耦合振动响应 [J], 钟强;骆正山因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
垂直上升管内油气水三相流数值模拟方法研究
２ 计 算模 型 的建 立
由于 国内油 田普 遍处 于低 产液 、高 含水 的开采 阶 段 ，所 以本 文 模 拟 了 油 气 水 三 相 总 流量 ５ ３ ～ ０ ｍ。 ｄ ／ 、含水 率 ４ ～ ９ 、含 油 率 １ ～ ４ 、 ０ ５ Ｏ Ｏ 含气 率 ３ ～４ 工 况 下 ，内径 为 ２ Ｏ ０ｍｍ 的 测 井 仪器 管道 内油气 水三 相流 的流动 。油 气水 三相 在管 道 内流动 时 ，三 相之 间存在 明显 的分 界面 ，因此 采
现状 ，借 助计算 流体 动 力学 （ ｏ ｕａｉｎ ｌ ｌｉ Ｃ ｍｐ ｔｔ ａ Ｆ ｕｄ ｏ
Ｄ ｎ ｍｉｓ ｙ ａ ｃ）软 件 Ｆ ＵＥ Ｔ，研 究 了高含 水 率 条 件 Ｌ Ｎ
下 内径 为 ２ ０ｍｍ 的 垂 直 上 升 管 内 油 气 水 三 相 流 型
及径 向含气 率 的分布 特性 ，以期更 好地 指 导油 气水 三相 流流动 参数 的测量 。
． （ ．燕 山大学 信 息科学 与工 程学 院 ２ 大庆油 田测 试技术 服 务分公 司） １ 摘要 ：利 用 计算 流体 动 力 学软 件 Ｆ Ｕ— Ｌ Ｅ ＮＴ对 内径 ２ ｌ垂直 上升 管 内油 气水 三 Ｏｍｉ ｌ 相流进 行 了数值模 拟 。按 油水界 面特征 和 气
仪器 管道 内 的多相 流 的流场 。
管道 内径 向含 气 率 的分 布 。计 算 结果 表 明 ，
在 水 基 分 散 流 型 下 ，径 向 含 气 率 最 大 值 基 本 出现 在 管 道 中 心 位 置 附 近 ，从 而 为 油 气 水 三
３ 油 气水 三相 流 流 型 划 分
首 先 ，采用 观察 法将 油气水 三相 流 流型大 致分 为水基 （ Ｗ） 流 型 和 油基 （ Ｏ） 流 型 。在 此 ｏ／ ｗ／ 基 础上 ，依 据油 水界 面特 征和 气液界 面 特征 ，进一
垂直管中三相流分相含率测量模型研究_金宁德
第21卷·第1期测 井 技 术·9·垂直管中三相流分相含率测量模型研究金宁德(大庆石油学院勘探系) 乔贺堂 张淑英(大庆生产测井研究所)摘要金宁德,乔贺堂,张淑英.垂直管中三相流分相含率测量模型研究.测井技术,1997,21(1):9～14基于集流型涡轮流量计与放射性密度计、持水率计在大庆生产测井研究所油、气、水三相流流动环路中的实验数据,本文提出了用于确定油、气、水三相流分相含率的测量模型,用此模型预测的油、气、水分相含率与流动环标定的数据进行了对比,在规定的实验范围内,取得了较高精度的油、气、水分相含率预测效果,为油井三相流测井提供了一种新的解释模型。
主题词:垂直流动 三相流动 含量测定 涡轮流量计 密度计 流动模型 解释模型 生产测井ABSTRACTJin N ingde ,Qiao Hetang ,et al ..A Study on the Measurement Model of Indi -vidual Phase Fraction of Three Phase Flow in Vertical Tubes .WLT ,1997,21(1):9～14Based on the da ta o btained by packer type turbine flow meter co mbined with aradioactiv e low energy source densitometer a nd w ater ho ldup m eter w orked in theflow loo p of Daqing Productio n Log ging Institute,a measurement mo del for indi-vidual phase fraction of oil-g as-w ater th ree phase flo w is pared w iththe flow loop data ,a goo d prediction accuracy of the individual phase fraction is ob-tained by using the model fo r the specific test range of this study.It prov ides a newinterpreta tion m odel fo r log s ta ken from th ree phase flow oil w ells.S ubject Terms :v er tical tube flow th ree phase flow co ntent determiningturbine flow meter densitometer flow m odel inter-pretation model pro duction log引 言大庆油田进入中晚期开采以后,为了提高注水、注气效果,以达到优化油井生产目的,必须准确确定油井分层分相含率(含水率、含油率、含气率)的变化。
垂直管流中气—液两相的研究现状
垂直管流中气—液两相的研究现状徐海军(西安石油大学机械工程学院，西安，710065)摘要：深井气举采油由于流程长、产量变化范围大而有着一系列的特点。
因流程长，使得气液两相混合物在流动过程中压力变化很大，不可避免地要产生两种甚至多种流动型态（Flow Pattern），而不同流动型态对压降、持液率（空隙率）、混合物密度影响非常大，影响着气举井的设计和运行。
有人认为，在深井、超深井气举中，有1000m左右的管段可形成段塞流。
另外产量变化也极大地影响着压力梯度和持液率，而压力梯度是气举井设计的最基本依据（以此确定注气点位置、气举阀分布及数量、注气压力），因此，要使气举井工作最优，必须研究铅直气液两相管流问题。
关键词：垂直管流流型两相１研究现状对于气－液两相管流的研究，一般多是从能量平衡和物质守恒关系出发，来计算气液混合物在管中的平均流速、密度、水头损失、压力梯度等有关参数问题。
早在1914 年Wisconsin大学的Davis-Weider便发表了在直径为31.75mm短玻璃管内以空气举升水的大量实验数据。
他们把管内摩擦因数与滑移关联起来，试图得到以DVP为自变量，与单相流摩擦因数f相一致的曲线，由于当时并未考虑混合物总的流动密度，只是使用了水的密度，而没有达到预期的效果，但却为后来的两相流研究奠定了基础。
经过近一个世纪国内外学者的大量研究工作，已经预测流动模型形成和发展了各种各样的力学模型。
研究方法上可概括为不考虑流动型态和考虑流动型态两类。
1.1不考虑流动型态方法是将流型、滑脱损失及加速度影响计入两相阻力系数中，根据现场和试验数据得出压力梯度相关式。
在早期Poettmann-Carpenter（1952）和M.R.Tek(1961)的摩擦损失系数法的基础之上，Baxendell、Thomax(1961)、Brown(1963)、Hagedorn(1965)及Govier、Aziz(1972)和大庆石油学院陈家琅(1979)等国内外学者先后针对井内气液比、密度和粘度等参数随井深变化、油井总流量、以及油管直径的影响等，在计算方法上作了进一步的修正，为推动后来的各种经验和半经验压降预测模型的建立和确保模型的精确度，起了重要的指导作用。
垂直上升管内气液两相流动特性的数值模拟
2006年第5期 总第153期低 温 工 程CRYOGENICSNo.5 2006Sum No.153垂直上升管内气液两相流动特性的数值模拟何鸿辉 刘国青 刘波涛（北京卫星环境工程研究所 北京 100029）摘 要：某空间模拟器的液氮制冷系统采用了结构简单、可靠性高、最节能的重力自循环系统。
基于气液两相流理论，建立了垂直上升管内液氮气液两相流动的一维均相流模型；数值模拟不同入口压力下的管内压力、质量流量、管壁温度和质量含气率等参量，研究其变化规律。
计算结果表明，建立的数学模型能够详细描述重力自循环系统垂直上升管内液氮流动的流体动力特性，为空间模拟器液氮制冷系统的研制提供了重要的基础数据和理论参考依据。
关键词：气液两相流 数值模拟 液氮 重力自循环 空间模拟器中图分类号：TB663，V573 文献标识码：A 文章编号：1000-6516（2006）05-0022-05收稿日期：2006-06-12；修订日期：2006-07-13Numerical simulation of gas-liguid two phase flowin the vertical tubeHe Honghui Liu Guoging Liu Botao（Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering ，Beijing 100029，China ）Abstract ：The naturai circuiation system with simpie construction ，high reiiabiiity and efficient ener-gy saving was appiied in the iiguid nitrogen refrigeration system of space simuiator.One-dimensionai hom-ogeneous modei based on the gas-iiguid two-phase fiow theory was estabiished.The pressure ，the mass fiux ，the waii temperature and the porosity parameters were simuiated numericaiiy.The reguiarity varied with the time-space was studied.The resuits showed the mathematicai modei couid describe the hydrody-namic characteristics of iiguid nitrogen in the verticai tube and provided the important originai dada and theoretic reference for the deveiogoment of the iiguid nitrogen refrigeration system of space simuiator.Key words ：gas-iiguid two-phase fiow ；numericai simuiation ；iiguid nitrogen ；naturai circuiation ；space simuiator1 引 言某真空热试验设备，主要由热真空系统（包括真空系统、液氮系统、控制系统等）和太阳模拟器系统组成，可模拟太空的真空、冷黑及太阳辐照环境。
管壳式换热器中油气水三相传热计算分析的开题报告
管壳式换热器中油气水三相传热计算分析的开题报告
背景：
管壳式换热器是一种常用的换热设备，它通过管内和管外的流体之间的换热传热，实现能量的传递和转换。
在石油、化工、食品等工业领域中广泛应用。
当管内同时存
在油、气、水等多相流体时，其传热计算变得更加复杂。
目的：
本文旨在探究管壳式换热器中油气水三相传热计算的方法，通过理论分析和数值模拟，为实际工程应用提供一定的参考。
内容：
本文将从以下几个方面开展研究：
1. 油气水三相流体的特性分析，包括流体物性参数、相变特征、相互作用等。
探究不同工况下三相流体相互影响的机理。
2. 管壳式换热器的传热模型建立，包括传热系数计算、壳管侧传热热阻分析等。
分析不同条件下传热性能的影响因素。
3. 数值模拟方法的选择和应用。
比较不同数值方法的优缺点，并选择适合本研究的数值模拟方法进行模拟。
4. 实验验证。
通过实验验证数值模拟方法的准确性和可靠性，为理论研究提供支持。
预期结果：
本研究预期通过理论分析和数值模拟，探究了管壳式换热器中油气水三相传热的特性和方法。
结果将为实际工程应用提供一定的参考和支持，有助于提高换热器的传
热效率和性能。
垂直上升管内气液两相流动特性的数值模拟
ｔｍｅ ｓ ａ ｅ ｗａ ｔ ｄ ｅ ｉ —ｐ ｃ ｓ ｓｕ ｉｄ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｅ ｔｃ ｌｍｏ ｅ ｏ ｌ ｅ ｃ ｉ ｅ ｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｃ ａ — ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｄ ｔ ｅ ｍａｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌｃ ｕ ｄ ｄ ｓ ｒｂ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ａ ｔ ｒｓｉｓ ｏ ｉ ｉ ｉｒ ｇ ｎ ｉ ｈ ｅｔｃ ｌｔ ｂｅａ ｄ ｐ ｏ ｉ ｅ ｈ ｍｐ ｒａ ｔｏ ｉｉ ａ ａ ａ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｒｆ ｒ ｃ ｅｉｔｃ ｆｌ ｄ ｎ ｔｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｖ ｒｉａ ｕ ｎ ｒ ｖ ｄ ｄ ｔ ｅ ｉ ｏ ｎ ｒｇ ｎ ｌｄ ｄ ｎ ｈ ｏ ｅｉ ｅｅ — ｑｕ ｔ
（ ｅ ｉｇＩ ｓ ｔｔ ｏ ｐ ｃｃａｔ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｂ ｉ ｎ ０ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｂ ｉｎ ｎｔ ｕｅ ｆＳ ａ ｅ ｒ ｖｒ ｍ ｎ ｇｎ ｅ ｎ ， ｅ ｉｇ１ ０ ２ ， ｈｎ ） ｊ ｉ ｆＥ ｏ Ｅ ｉ ｊ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ａｕｒｌｃｒ ｕ ａ ｉｎ ｓ ｓｅ ｗｉ ｉ ｐｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ，ｈ ｇ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ａ ｆ ｃ ｅ ｔｅ ｅ ｇ ｓ ｒ ｃ ： ｈｅ ｎ ｔ ａ ｉｃ ｌ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｔ ｓｍ ｌ ｏ ｓｒ ｃ ｉ ｈ ｏ ｉ ｈ ｒ ｌ ｉｉ ｎｄ ｅ ｉｎ ｎ ｒｙ ａ ｔ ｉ
ｅ
ｎ
Ｏ
ｗ
压力 下的 管 内压 力 、 量流 量 、 质 管壁温 度和 质量含 气率等参 量 ， 究其 变化 规律 。计 算 结果表 明 ， 立 研 建
的数 学模 型能够详 细描 述 重力 自 环 系统 垂直 上升 管 内液 氮 流动 的 流体 动 力 特性 ， 空间模 拟 器 液 循 为 氮制 冷 系统的研 制提供 了重要 的基础 数据 和理 论参 考依据 。 关键词 ： 气液两 相流 数值 模拟 液 氮 重力 自循环 空间模 拟 器 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０６ １ （０ ６ ０ － ２ －５ １０ －５ ６ ２ ０ ） ５ ０ ２０ ０ 中图分 类号 ： Ｂ ６ ， ５ ３ Ｔ ６ ３ Ｖ ７
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
doi:10 3969/j issn 1006 6896 2010 03 008
垂直上升管内油气水三相流数值模拟方法研究*
于莉娜1 李英伟1 郭学涛1 孙跃义2
(1.燕山大学信息科学与工程学院; 2.大庆油田测试技术服务分公司)
摘要:利用计算流体动力学软件FLU ENT 对内径20mm 垂直上升管内油气水三相流进行了数值模拟。
按油水界面特征和气
液界面特征将油气水三相流划分为4种流型,给出了相应的流型结构图,并得出4种典型流量下油气水三相流的流型图;计算了管道内径向含气率的分布。
计算结果表明,在水基分散流型下,径向含气率最大值基本出现在管道中心位置附近,从而为油气水三相流流动参数的准确测量提供了理论依据。
关键词:油气水三相流;FLUENT ;流型;垂直上升管
基金论文:国家高技术研究发展计划 863计划 (2007AA06z231);国家科技重大专项(2008ZX05020-005)
1 引言
油气水三相流动是一种十分复杂的流动现象,由于油水两相互不相溶及气相的扰动作用,加之油气水三相之间存在滑脱速度,使其流型变化非常复杂[1-2]。
目前,对油气水三相流流型转变的动力学机理尚未十分清楚,不同研究者对流型的定义也有很大差异,其划分准则和预测公式还不具有普遍性[3-4]。
针对我国多数陆上油田产液含水量较高的现状,借助计算流体动力学(Co mputational Fluid Dynamics)软件FLU ENT,研究了高含水率条件下内径为20m m 的垂直上升管内油气水三相流型及径向含气率的分布特性,以期更好地指导油气水三相流流动参数的测量。
2 计算模型的建立
由于国内油田普遍处于低产液、高含水的开采阶段,所以本文模拟了油气水三相总流量5~30m 3
/d 、含水率40%~95%、含油率10%~40%、含气率3%~40%工况下,内径为20m m 的测井仪器管道内油气水三相流的流动。
油气水三相在管道内流动时,三相之间存在明显的分界面,因此采用瞬态的VOF 模型及Geo-Reconstruct 算法对油气水三相进行数值模拟。
计算域的入口采用非稳态、均相的质量流量进口条件,给定各相的质量流
量及来流的湍流强度和水利直径,并假定入口处各相的体积浓度均匀分布;出口设为压力出口,全流道内与流体相接触的壁面上均采用无滑移壁面条件。
另外,为简化计算,采用二维模型来求解测井仪器管道内的多相流的流场。
3 油气水三相流流型划分
首先,采用观察法将油气水三相流流型大致分为水基(O/W )流型和油基(W/O)流型。
在此基础上,依据油水界面特征和气液界面特征,进一步对流型进行精细划分。
在本文所模拟的工况条件下,最终将油气水三相流流型划分为水基分散泡状流、油基分散泡状流、水基分散块状流和水基分散段塞流。
(1)水基分散泡状流。
当油气水三相流含气率较低时,气相在油水混合流体内形成分散的气泡,气泡周围附有小气泡;随含气率的增加,气泡变长但头部变大,油滴以泡状和絮状分散存在于连续相水中,如图1(a-c)所示。
图中Q 表示油气水三相流的总流量,K o 表示油气水三相流含油率,K g 表示油气水三相流含气率。
(2)油基分散泡状流。
油气水三相流量和含气率一定时,增加含油率,水相从管壁脱落,并由连续相转为分散相,以块状形式存在,油相在管壁形成一层间断的表面且呈波浪的油膜,气相在混合流体内形成大小不一、分散的气泡,如图1(d)所示。
(3)水基分散块状流。
油气水三相流量一定时,增加含气率,管内出现了极不稳定的块状流,如图1(e-g)所示。
(4)水基分散段塞流。
油气水三相流量一定时,持续增加含气率,塞状大气泡几乎占据了整个管道且长度较长,两个大气泡之间由液相隔开,液相中含有一些小气泡团,油滴以泡状存在于连续相水中,如图1(h-j)所示。
由于流型研究的目的是为了有效地建立多相流数学物理模型,以进行精确的多相流流动参数计算,因此流型的划分只要满足流动模型的条件,便可将具有相同流动特征的流型合并在一起。
依据这
15
油气田地面工程第29卷第3期(2010 3)
一准则,得到了本文所模拟工况条件下,垂直上升管内油气水三相流的流型图(如图2)
所示。
这些
图1
油气水三相流型结构
图2 油气水三相流流型
流型图都是基于油气水三相流总流量恒定,改变油相及气相的体积含率而得到的。
从图2可以看出,
油气水三相流动时,气相惯性力和液相重力是流型转变的主要控制因素,油水混合物的黏度也会对流型转变产生影响。
随着含油率增加,液相表观黏度逐渐增大,气液两相界面的摩擦阻力系数也随之增大,由此产生的界面切应力也会相应增大,从而使得气液界面的绝对粗糙度发生改变,因此发生流型转变所需的气相会随含油率的增加而增加。
4 管道内径向含气率分布
在进行数值模拟过程中,待油气水三相流在垂直上升管内发展稳定后,利用FLU ENT 软件工具,从管道中心位置开始向两侧分别取9条平行于管壁的直线,线间距为1m m;之后计算这些直线上含气率大于50%的点数和,由此得到内径20m m 垂直上升管内径向含气率的分布,如图3所示。
图中,横坐标表示管道内的径向位置,0mm 处为管道中心。
由于我国多数油田处于高含水开采阶段,所以图3主要考察了三种水基分散流型。
其中,(a)图表示泡状流型,(b)图表示块状流型,(c)图表示段塞流型。
从图中可以看出,在这3种典型流型下,含气率大于50%点数和的最大值基本位于管道中心位置附近,说明在接近管道中心位
置处,
气相出现的概率较大。
图3 径向含气率分布
5 结语
本文采用CFD 商用软件FLU ENT 的V OF 多相流模型,对内径20m m 垂直上升管内油气水三相流进行了数值模拟,揭示了油气水三相流流型变化的一些规律,从而为油气水三相流流动参数的准确测量提供了理论依据。
主要结论如下:
(1)将油气水三相流流型划分为水基分散泡状流、油基分散泡状流、水基分散块状流和水基分散段塞流。
(2)随着含气率的增加,流型的变化规律为:泡状流 块状流 段塞流。
(3)得出了总流量为5、10、20和30m 3
/d 条件下油气水三相流的流型图。
(4)在水基分散流型下,径向含气率最大值基本出现在管道中心位置附近。
参考文献
[1]刘晓燕,刘扬 油气水三相流流型国内外实验研究进展[J] 管
道技术与设备,2007(4):1-3
[2]王恺,郭海敏,戴家才,王芬 生产测井油气水三相流动流型研
究[J] 地球物理学进展,2008,23(4):489-492
[3]P L SPEDDING,G S WOODS,R S RAGHUNATHAN and J
K WATTERSON Flow pattern,holdup and press ure drop in verti cal and near vertical two-and-three-phase upflow [J] T rans ac tions of the Institution of Chemical Engineers,2000,78(4):404-418
[4]陈宣政 垂直上升管内油气水三相流流动特性研究[D] 西安
交通大学工程热物理研究所,1991
(栏目主持 杨 军)
16 油气田地面工程第29卷第3期(2010 3)。