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，對其進行深入的研究具有重要的理論和實際意義。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套實驗管段上對空氣—水嚴(yán)重段塞流進行了深入、系統(tǒng)地研究，揭示了嚴(yán)重段塞流的產(chǎn)生機理和流動特性，提出了采用旁通管消除嚴(yán)重段塞流的一種新方法，并進行了實驗驗證。 主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 對4套實驗管段上

2、嚴(yán)重段塞流的流型圖進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)域與實驗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，嚴(yán)重段塞流的發(fā)生區(qū)域遠(yuǎn)小于-1°～-4°時。下傾管傾角介于-1°～-4°時，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)域小于實驗結(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套實驗管段上嚴(yán)重段塞流的流動特性進行了實驗研究和分析，發(fā)現(xiàn)實驗管段入口處的氣、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幅度隨氣、液相折算流速的改變而變化，壓力波動幅度的最大值出現(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—立管實驗管段上嚴(yán)重段塞流的實驗研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液相流量較大時，液氣噴發(fā)階段高速流動的氣相將下傾管內(nèi)液體吹起形成氣速誘導(dǎo)液塞。氣速誘導(dǎo)液塞會對立管底部產(chǎn)生很大的沖擊，同時會對嚴(yán)重段塞流的周期特性產(chǎn)生影響。通過對下傾管—柔性立管實驗系統(tǒng)中嚴(yán)重段塞流的循環(huán)過程進行了分析，指出了液氣噴發(fā)階段和液塞形成階段液塞運動的兩個步驟。 根據(jù)實驗中觀察到的各實驗管段內(nèi)氣、

5、液兩相的流動特點，建立了包含氣體緩沖空間的下傾管—立管實驗系統(tǒng)和下傾管—柔性立管實驗系統(tǒng)中的嚴(yán)重段塞流模型，并將數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行了對比。結(jié)果表明，該數(shù)學(xué)模型能夠比較準(zhǔn)確的描述出實驗管段上嚴(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—立管實驗管段上，對旁通管法消除嚴(yán)重段塞流的效果進行了實驗研究，并對有氣體緩沖空間的下傾管—立管實驗管段上采用旁通管消除嚴(yán)重段塞