組合立管系統(tǒng)中嚴(yán)重段塞流特性及其消除方法研究.pdf

1、在海洋石油開采過程中，嚴(yán)重段塞流是多相混輸管道中一種有害現(xiàn)象，對其進(jìn)行深入的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。本文在內(nèi)徑為0.051m的下傾管—立管、增加氣體緩沖空間的下傾管—立管、垂直下降管—下傾管—立管和下傾管—柔性立管共4套實(shí)驗(yàn)管段上對空氣—水嚴(yán)重段塞流進(jìn)行了深入、系統(tǒng)地研究，揭示了嚴(yán)重段塞流的產(chǎn)生機(jī)理和流動(dòng)特性，提出了采用旁通管消除嚴(yán)重段塞流的一種新方法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 對4套實(shí)驗(yàn)管段上

2、嚴(yán)重段塞流的流型圖進(jìn)行了對比研究和分析，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重段塞流的發(fā)生區(qū)域與實(shí)驗(yàn)管段的布置形式有關(guān)，主要受下傾管傾角和立管前氣體積累空間的影響。下傾管傾角為0°時(shí)，嚴(yán)重段塞流的發(fā)生區(qū)域遠(yuǎn)小于-1°～-4°時(shí)。下傾管傾角介于-1°～-4°時(shí)，傾角的變化對嚴(yán)重段塞流發(fā)生區(qū)域的影響很小。立管前氣體積累空間的大小對嚴(yán)重段塞流的發(fā)生區(qū)域有較大影響，嚴(yán)重段塞流的發(fā)生區(qū)域隨氣體積累空間的增加而增大。Bφe判別準(zhǔn)則預(yù)測的嚴(yán)重段塞流發(fā)生區(qū)域小于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文推導(dǎo)了

3、新的嚴(yán)重段塞流發(fā)生區(qū)域判別式，能更準(zhǔn)確的預(yù)測嚴(yán)重段塞流的發(fā)生區(qū)域。 對4套實(shí)驗(yàn)管段上嚴(yán)重段塞流的流動(dòng)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)管段入口處的氣、液相折算流速、立管前氣體積累空間對嚴(yán)重段塞流的流動(dòng)特性產(chǎn)生較大影響，下傾管傾角對其影響很小。嚴(yán)重段塞流具有嚴(yán)格的周期性，周期長度隨氣相折算速度、液相折算速度和下傾管傾角的增加(從-4°到-1°)而減小。嚴(yán)重段塞流的壓力波動(dòng)幅度隨氣、液相折算流速的改變而變化，壓力波動(dòng)幅度的最大值出現(xiàn)

4、在嚴(yán)重段塞流流型Ⅰ和過渡流型Ⅱ的轉(zhuǎn)換邊界上。 對增加氣體緩沖空間后下傾管—立管實(shí)驗(yàn)管段上嚴(yán)重段塞流的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液相流量較大時(shí)，液氣噴發(fā)階段高速流動(dòng)的氣相將下傾管內(nèi)液體吹起形成氣速誘導(dǎo)液塞。氣速誘導(dǎo)液塞會(huì)對立管底部產(chǎn)生很大的沖擊，同時(shí)會(huì)對嚴(yán)重段塞流的周期特性產(chǎn)生影響。通過對下傾管—柔性立管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中嚴(yán)重段塞流的循環(huán)過程進(jìn)行了分析，指出了液氣噴發(fā)階段和液塞形成階段液塞運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)步驟。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)中觀察到的各實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)氣、

5、液兩相的流動(dòng)特點(diǎn)，建立了包含氣體緩沖空間的下傾管—立管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和下傾管—柔性立管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的嚴(yán)重段塞流模型，并將數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，該數(shù)學(xué)模型能夠比較準(zhǔn)確的描述出實(shí)驗(yàn)管段上嚴(yán)重段塞流的循環(huán)過程，并且得到嚴(yán)重段塞流的周期長度、液塞速度等特征參數(shù)。 在有、無氣體緩沖空間的下傾管—立管實(shí)驗(yàn)管段上，對旁通管法消除嚴(yán)重段塞流的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并對有氣體緩沖空間的下傾管—立管實(shí)驗(yàn)管段上采用旁通管消除嚴(yán)重段塞