【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?xì)淠茉粗�。迄今為止的�?shí)驗(yàn)研究、模型與經(jīng)驗(yàn)公式,主要著眼于低粘度的常規(guī)原油,導(dǎo)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(chǎn)。現(xiàn)有的絕大部分多相流模型將粘度作為一個(gè)不變量。粘度的變化改變了液相的物性,會影響相當(dāng)多相流流動性質(zhì),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(jìn)一步導(dǎo)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(chǎn)解決重要的技術(shù)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(jìn)行分析,展開了以下幾方面的研究:對迄今為止的國內(nèi)外氣液兩相流實(shí)驗(yàn)研究以及模型研究進(jìn)展進(jìn)行了調(diào)研,調(diào)研發(fā)現(xiàn)迄今為止的實(shí)驗(yàn)研究、模型與經(jīng)驗(yàn)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(jìn)行了歸納。設(shè)計(jì)、開展了高粘度下水平管氣液兩相流實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在內(nèi)徑60mm、長8m的有機(jī)玻璃管中進(jìn)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(jī)相結(jié)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(shí)驗(yàn)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(biāo)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(jié)論。將實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合,使用TaitelDukle模型所得的三個(gè)不同粘度下的流型轉(zhuǎn)換分界線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,發(fā)現(xiàn)TaitelDukle模型對粘度的影響估算較小,實(shí)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(gè)不同粘度下的流型轉(zhuǎn)換分界線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,雙圓模型與實(shí)驗(yàn)所得流型圖吻合度較高,但粘度較大時(shí),仍與實(shí)驗(yàn)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(diǎn)模型計(jì)算在本實(shí)驗(yàn)的三個(gè)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(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,發(fā)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)點(diǎn)模型對高粘度下的持液率和壓降的預(yù)測效果較好。
【圖文】：

第２章氣液兩相流實(shí)驗(yàn)研究逡逑存在波動時(shí)，則為波浪層流。本實(shí)驗(yàn)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(jī)所記錄實(shí)驗(yàn)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(dāng)氣體流速增大時(shí)，由于氣液兩相界面上波浪的加劇，波浪的波峰可高達(dá)管壁逡逑的頂部，此時(shí)，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(shí)的流型為過渡流。當(dāng)氣相流速較逡逑低時(shí)，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(jī)所記錄實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)研究逡逑存在波動時(shí)，則為波浪層流。本實(shí)驗(yàn)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(jī)所記錄實(shí)驗(yàn)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(dāng)氣體流速增大時(shí)，由于氣液兩相界面上波浪的加劇，波浪的波峰可高達(dá)管壁逡逑的頂部，此時(shí)，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(shí)的流型為過渡流。當(dāng)氣相流速較逡逑低時(shí)，，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(jī)所記錄實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE832

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)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(yùn);2013年03期

本文編號：2707866