臥底管-立管系統(tǒng)兩相流特性研究.pdf

1、在海洋油氣開發(fā)中，氣液混輸逐漸成為一種重要的油氣運(yùn)輸方式，通常采用由臥底管和立管組成的管道系統(tǒng)進(jìn)行油氣資源的輸送。由于氣液兩相間物性差異，導(dǎo)致運(yùn)送過程中容易出現(xiàn)氣液兩相不規(guī)則流動的現(xiàn)象，其中以嚴(yán)重段塞流最為典型。嚴(yán)重段塞流會造成管道內(nèi)壓力、速度等參數(shù)發(fā)生劇烈波動，對管道系統(tǒng)和油氣采集設(shè)備造成危害。隨著油氣開采不斷向深海邁進(jìn)，對嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象的深入研究變得越發(fā)關(guān)鍵和重要。本文針對臥底管-立管系統(tǒng)，選取常見的垂直立管和懸鏈線立管兩種管型，通

2、過建立理論模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，對氣液嚴(yán)重段塞流特性及其變化規(guī)律進(jìn)行研究，主要工作如下：
　　對臥底管系統(tǒng)采用分層流理論模型，立管系統(tǒng)采用分相流理論模型，考慮立管內(nèi)摩擦壓降，結(jié)合漂移流速度模型，對初始條件提出一種不需要經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒ǎ⒘伺P底管-立管系統(tǒng)氣液兩相流動的一維瞬態(tài)理論模型。對下傾管-垂直立管/懸鏈線立管兩類系統(tǒng)，結(jié)合文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明，對嚴(yán)重段塞流周期和壓力波動幅值等，本文理

3、論模型的數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。
　　在此基礎(chǔ)上，本文成功地模擬了四類流型，并將其細(xì)分為嚴(yán)重段塞流I型、II型、III型和穩(wěn)定流型，得到了下傾管-垂直立管/懸鏈線立管兩類系統(tǒng)的流型圖，結(jié)果表明，嚴(yán)重段塞流I型主要出現(xiàn)在臥底管入口氣液折算速度較低的工況下，而出現(xiàn)嚴(yán)重段塞流II型、III型工況對應(yīng)的范圍處于嚴(yán)重段塞流I型與穩(wěn)定流型之間，可以將這兩種流型視為過渡流型。根據(jù)嚴(yán)重段塞流I型的流動特性，對嚴(yán)重段塞流I型和嚴(yán)重段塞流II型的

4、轉(zhuǎn)換邊界進(jìn)行了修正，與Pots判定準(zhǔn)則的對比結(jié)果表明本文提出的轉(zhuǎn)換邊界可以更好進(jìn)行預(yù)測。
　　最后，利用理論模型計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步對嚴(yán)重段塞流壓力波動與周期、立管內(nèi)氣液流動速度、含氣率及質(zhì)量分布特性等重要參數(shù)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：嚴(yán)重段塞流現(xiàn)象會導(dǎo)致臥底管-立管系統(tǒng)內(nèi)氣液流動參數(shù)劇烈波動；嚴(yán)重段塞流I型壓力波動、立管兩端氣液相速度和立管平均含氣率變化的幅度均大于其它流型，且波動幅度最大的工況均在嚴(yán)重段塞流I型和嚴(yán)重段塞流II型的轉(zhuǎn)換