【摘要】：氣液混輸是石油與天然氣工業(yè)中常見的一種輸送方式。隨著深海油氣開發(fā)的逐漸深入,在海洋油氣開采中,氣液混輸系統(tǒng)越來越多地開始采用水平-下傾-懸鏈線立管系統(tǒng),它不僅包含有沿海底鋪設(shè)的組合管道系統(tǒng)(水平-下傾管線),而且還包含有將油氣資源從海底輸送到海洋平臺的懸鏈線立管系統(tǒng)。與純粹的水平或垂直混輸管道系統(tǒng)相比,在該種組合管道系統(tǒng)中氣液兩相流動特征要復(fù)雜得多,輸運(yùn)效果也與淺海油氣開采作業(yè)中常用的垂直立管系統(tǒng)有所不同。 嚴(yán)重段塞流即為該種管型中經(jīng)常會出現(xiàn)的一種特殊有害流型。這是一種液塞長度可達(dá)一倍或幾倍立管高度的流動現(xiàn)象,這種現(xiàn)象將造成管道壓力劇烈波動、立管出口氣液相流量隨時間變化很大等有害后果,而對海洋油氣開采系統(tǒng)帶來諸多危害,對這種流動現(xiàn)象開展研究具有重要的理論和實(shí)際意義。 在本文第一部分內(nèi)容中,對水平-下傾-懸鏈線立管系統(tǒng)中氣液兩相流特性開展了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)中,在水平管中形成了分層流、間歇流兩種主要流態(tài),立管中形成了嚴(yán)重段塞流、震蕩流和間歇流三種主要流態(tài),而嚴(yán)重段塞流又可細(xì)分為I型、II型和III型,通過實(shí)驗(yàn)得到了水平管和立管中的流型圖。 對嚴(yán)重段塞流的流動特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和分析,結(jié)果表明:嚴(yán)重段塞流具有明顯的周期性,周期隨氣液相折算流速增大而減小,壓力波動幅度隨氣液相折算流速的改變而變化,最大值出現(xiàn)在嚴(yán)重段塞流I型到II型的轉(zhuǎn)換邊界上。嚴(yán)重段塞流的壓力波動與氣液相折算速度有重要關(guān)系,壓力波動幅值隨著氣相折算速度的增加會出現(xiàn)先增大后減小的趨勢,隨液相折算速度的增加,在壓力波動極值點(diǎn)左側(cè),較小的液相折算速度對應(yīng)較大的壓力波動幅值,在壓力波動極值點(diǎn)右側(cè),較大的液相折算速度對應(yīng)較大的壓力波動幅值。 在本論文第二部分中,針對氣液混輸管線與懸鏈線立管系統(tǒng)嚴(yán)重段塞流問題,采用嚴(yán)重段塞流形成條件一致的等效原則,發(fā)展了一種將三維管道系統(tǒng)等效為二維管道系統(tǒng)的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬方法。以文獻(xiàn)中某水平/下傾管與懸鏈線立管組合系統(tǒng)為對象,結(jié)合其實(shí)驗(yàn)工況,數(shù)值模擬了該種管型下的嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象,分析了其壓力波動幅值及周期變化特性,數(shù)值模擬與文獻(xiàn)所述實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,表明了該數(shù)值模擬方法的有效性。
【圖文】：

圖 1-1 懸鏈?zhǔn)搅⒐芟到y(tǒng)Fig1-1 Catenary riser system.油氣開發(fā)中,管道內(nèi)的混輸流動屬于多相流的范疇。多相石油、冶金、動力等工業(yè)設(shè)備和自然界中的一類流動現(xiàn)象兩種或幾種相態(tài)共存，而且具有明顯相界面的流動現(xiàn)象。隨著工業(yè)技術(shù)需要發(fā)展起來的，特別是上世紀(jì) 40 年代，程、石化工程、原子能工程、航天工程及環(huán)境工程的興起受到重視，促使其形成一門完整的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科[1-7]。油氣開采系統(tǒng)中，將原油及其伴生氣從海底井口輸送到海經(jīng)過一段沿海底鋪設(shè)的管道和立管，油氣在海底管道和立于油氣比、管道尺寸和地形起伏等參數(shù)的不同，形成了各

圖 1-2 段塞流的物理模型Fig1-2 slugging physics model段塞流模型如圖 1-2 所示。該段塞單元由液塞段和氣泡段有一層液膜存在。根據(jù)管徑的大小和流動條件的不同，該或?yàn)楣饣耗ず筒钜耗さ慕M合。而液膜可分為兩部分，氣混合區(qū)，其余是邊界層充分發(fā)展區(qū)。邊界層充分發(fā)展區(qū)趨勢，含氣率分布趨于穩(wěn)定。除在液塞中會有小氣泡存在氣泡存在，同樣在大氣泡中也會有小液滴存在。典型的段塞尾部的流動速度等于大的 Taylor 氣泡的速度BU ；段塞塞前端中的低速氣泡在位置 2 混入液塞中。液塞中的小氣GS ，液塞中的液體平均流動速度為LSU ，，液塞中的空泡份
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2594825