【摘要】：隨著世界能源需求的不斷增長、常規(guī)原油礦藏的消耗,高粘度原油成為未來最重要的碳氫能源之一。迄今為止的實驗研究、模型與經驗公式,主要著眼于低粘度的常規(guī)原油,導致很多商業(yè)用氣液兩相流模擬軟件在高粘度下誤差較大。而隨著石油行業(yè)的發(fā)展,高粘度原油在全世界各地發(fā)現(xiàn)及生產�，F(xiàn)有的絕大部分多相流模型將粘度作為一個不變量。粘度的變化改變了液相的物性,會影響相當多相流流動性質,包括液滴的形成、表面的波浪、氣泡的夾帶與段塞混合區(qū)。雷諾數(shù)較低的油相與雷諾數(shù)較高的氣相的混合流動,可能會進一步導致新流型的形成及其伴隨的壓降變化。綜上所述,深入研究粘度對水平管氣液兩相流壓降的影響,可以為石油生產解決重要的技術難題,具有重要意義。本文針對高粘度下水平管氣液兩相流進行分析,展開了以下幾方面的研究:對迄今為止的國內外氣液兩相流實驗研究以及模型研究進展進行了調研,調研發(fā)現(xiàn)迄今為止的實驗研究、模型與經驗公式,且主要著重于低粘度的常規(guī)油,高粘度下的水平管氣液兩相流研究較為少見,并對目前常用的模型進行了歸納。設計、開展了高粘度下水平管氣液兩相流實驗。實驗在內徑60mm、長8m的有機玻璃管中進行,測量了液相粘度、兩相流氣相流速、液相流速、壓力、壓降、持液率和溫度等基本參數(shù)。通過肉眼觀察和高速攝像機相結合觀察到了三種流型:波浪層流、環(huán)狀流與波浪層流和環(huán)狀流間的過渡流;并根據(jù)實驗獲得的流型數(shù)據(jù),按不同粘度,以氣相折算流速、液相折算流速分別為坐標繪制了流型圖。通過流型圖,研究了液相粘度對持液率和壓降的影響,得出了粘度對持液率影響較小,對壓降有一定的影響的結論。將實驗與理論結合,使用TaitelDukle模型所得的三個不同粘度下的流型轉換分界線與實驗數(shù)據(jù)進行了對比,發(fā)現(xiàn)TaitelDukle模型對粘度的影響估算較小,實際上在高粘度下,粘度對流型有一定影響;將雙圓模型所得的三個不同粘度下的流型轉換分界線與實驗數(shù)據(jù)進行了對比,雙圓模型與實驗所得流型圖吻合度較高,但粘度較大時,仍與實驗所得流型的存在誤差。由于其考慮了粘度對水平管氣液兩相流的影響,因此選擇Zhang-Sarica模型與穩(wěn)態(tài)點模型計算在本實驗的三個粘度(1142cp、740cp和518cp)與不同氣、液兩相折算流速下該兩種模型的持液率和壓力梯度,并與本實驗獲得的數(shù)據(jù)進行比對,發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)點模型對高粘度下的持液率和壓降的預測效果較好。
【圖文】：

第２章氣液兩相流實驗研究逡逑存在波動時，則為波浪層流。本實驗由于氣液比較大，未觀察到明顯的光滑層流。逡逑波浪層流的流型見圖２－２所示，高速攝像機所記錄實驗流型圖見圖２－３所示：逡逑圖２－２波浪流流型示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．２過渡流逡逑當氣體流速增大時，由于氣液兩相界面上波浪的加劇，波浪的波峰可高達管壁逡逑的頂部，此時，由于波浪流速較低，將對氣流流動形成阻礙，又由于氣流的夾帶，逡逑被夾帶的液相形成液滴或與氣體形成泡沫狀，此時的流型為過渡流。當氣相流速較逡逑低時，在過渡流的下部仍能觀察到不明顯分層的液相。過渡流的流型見圖２－４所逡逑示，高速攝像機所記錄實驗流型圖見圖２－５所示：逡逑圖２－３過渡流流型示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．３環(huán)狀流逡逑隨著氣相流速的繼續(xù)增大，需要更大的過流斷面，氣相會將液相的過流斷面壓逡逑縮至新月形，而隨著氣相流速再次增大，液相的過流斷面進一步減小，最后液相的逡逑過流斷面形成沿著管壁的環(huán)形。因此

第２章氣液兩相流實驗研究逡逑存在波動時，則為波浪層流。本實驗由于氣液比較大，未觀察到明顯的光滑層流。逡逑波浪層流的流型見圖２－２所示，高速攝像機所記錄實驗流型圖見圖２－３所示：逡逑圖２－２波浪流流型示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｗａｖｙ邋ｓｔｒａｔｉｆｉｅｄ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．２過渡流逡逑當氣體流速增大時，由于氣液兩相界面上波浪的加劇，波浪的波峰可高達管壁逡逑的頂部，此時，由于波浪流速較低，將對氣流流動形成阻礙，又由于氣流的夾帶，逡逑被夾帶的液相形成液滴或與氣體形成泡沫狀，此時的流型為過渡流。當氣相流速較逡逑低時，，在過渡流的下部仍能觀察到不明顯分層的液相。過渡流的流型見圖２－４所逡逑示，高速攝像機所記錄實驗流型圖見圖２－５所示：逡逑圖２－３過渡流流型示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｆｌｏｗ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑２．４．３環(huán)狀流逡逑隨著氣相流速的繼續(xù)增大，需要更大的過流斷面，氣相會將液相的過流斷面壓逡逑縮至新月形，而隨著氣相流速再次增大，液相的過流斷面進一步減小，最后液相的逡逑過流斷面形成沿著管壁的環(huán)形。因此
【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE832

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 徐孝軒;劉德生;宮敬;孫長征;;液相粘度對水平管氣液兩相流型的影響[J];油氣儲運;2013年03期

本文編號：2707866