海洋油气开发中的多相流技术

系统阐述了海洋油气开发中经常遇到的多相流动问题,如确定油藏量和油藏的分布与变化规律的多相渗流问题,油井中产液的变质量多相流问题,油井和立管的竖直与倾斜管多相流问题,油气水在管线中的水力与热力规律问题,输送管道系统提升泵和增压泵的性能、分离器的效率,混相流量的计量等问题.文中还介绍了中国科学院力学研究所在油气水多相增压、多相计量、多相分离、稠油除砂、倾斜井多相流态等方面的研究工作.重点阐述了集离心、膨胀、重力分离原理为一体的新型油气水高效分离器的性能和特点,以及用γ射线硬场层析成像方式来实现油气水混相流量测量方案.     

冷却液舱内水下气体射流的数值模拟

本文采用数值模拟方法,对高温高压饱和蒸汽通过管道,输送到船用冷却液舱内出现的射流现象进行了研究。基于VOF多相流模型和RNG湍流模型,建立气、液两相流动数学模型,利用Fluent模拟了气体通过管路喷射到液舱内的全过程,同时考虑了气、液两相间的相互转化,得到了液舱内及管路内流场压力变化特性。     

水下油气田虚拟计量技术应用

虚拟计量是基于计算机系统和油气水多相流体力学的数字化测量技术,其核心原理为:通过普通的通信协议和控制系统,获取井筒、水下采油树、水下管汇和海底管道上压力、温度信息,综合目标油气田流体的特性参数,建立目标油气田的多相流体在井筒、油嘴和海底管道内的多相流数值计算模型,通过对质量、动量及能量方程的求解,获得各个油气井的单相产量。水下虚拟计量技术既可以用于水下油气田产量的计量,也可以作为在线多相计量装置的参考评价系统,从而大大节省水下油气田开发费用。目前这一技术已经应用在国外油气田开发中,我国崖城13-4气田首次在国内应用这一创新技术。该技术在满足生产需求的同时,大大降低了海上油气田开发投资。     

模拟PID控制器对平台分离器段塞的控制

考虑到混相输送极易在管道的立管段形成严重段塞流,影响管道和下游油气水处理设备的正常工作,造成巨大的经济损失,利用OLGA多相流瞬态模拟软件对海底管道进行段塞流预测,并通过OLGA软件模拟PID控制器对严重段塞流的自动控制。结果表明,利用PID控制器能够有效进行严重段塞流的控制,推荐在管道设计时应用OLGA软件先进行段塞流的预测,再通过OLGA软件进行PID控制系统的参数设计。     

图像声纳在油气田气体泄漏监测中的应用

中国是海洋大国,这片蓝色疆土中有着丰富的资源,因此开发利用海洋资源对我国的可持续发展有着重大的意义。对海洋的探索已不仅仅只限于军事目的,也转向了民用目的,如海底资源开发、石油勘探、自动绘制海底地形地貌图等。油气田是海底开采石油、运输石油的大型民用项目,油气管道是在海底连续输送大量油气物质的密闭型联通容器。油气管道所输送的油气为有害的易燃易爆物质,一旦管道发生泄漏或断裂,会对其周围的环境和人员产生严重的后果,所以对油气田气体泄漏的监测成为一项关键技术,能够及时避免事故的发生。对处于深海的水下结构来说,监测气体泄漏的首选方法是水下声学监测,论文主要研究图像声纳在油气田气体泄漏监测中的应用。     

深远海钻井平台钻屑处理及输送系统研究

介绍一种海上钻屑处理输送系统,该系统能在钻井平台上对废弃钻井液进行固、液分离处理,液相部分回收循环利用,固相钻屑采用管道输送工艺流化输送至岸上处理。该方法能提高工作效率,减少运输和钻井成本。对提高海洋油气钻井的经济效益和保护海洋环境具有重要意义。     

东海平湖油气田钻杆腐蚀研究

论文介绍了我国东海平湖油气田钻井平台,对钻进时钻具损坏事故研究过程及结论.从1998年开始,平湖油气田接连出现了钻井中钻杆腐蚀与刺漏现象.为此,有关部门组织了跨系统的多学科、多专业科研合作,先后有5个学科,24个专业,近20个大专院校和科研院所,8个油田的专家参与了研究.并先后在5个城市进行了11项正规的系列试验,写出了1 3部正式试验报告及调研报告.在研究中,使用了我国具有独立知识产权的3项专利技术.研究结果表明,当今现代化大型工程中出现的机具损坏、腐蚀问题,其常常是综合原因作用的结果,需要从相关的各个学科进行认真地研究.对钻具刺漏现象的大量试验和研究,意外地发现并证明了该油气田的地层内存在少量的H2S(硫化氢)气体.虽然这一气体的含量并不高,然而这一研究成果对于全面认识平湖油气田的地层状况,在今后的油气生产中正确确定有关装备的防腐等级,以及预测生产装备的使用寿命,都提供了重要的决策依据.这一腐蚀现象的预防方法,是在钻杆内部加涂化学涂层.经过2年多实践,效果良好,再无钻杆腐蚀与刺漏现象发生.     

邮轮管路系统两相流流动特性仿真分析

针对邮轮在极地航行时海水冷却管路系统发生冰堵的问题,基于颗粒动力学理论建立欧拉-欧拉双流体模型耦合相间传质模型,通过实验法和FLUENT数值仿真对比分析两相流流经水平圆管时入口流速和入口含冰率对两相流流态的影响。实验观测与仿真结果表明,海冰移动床的堆积是导致管路发生冰堵的主要因素;提高管道入口两相流速度有利于减弱冰晶颗粒在管道内部的非均匀分布状态,减少移动冰床的堆积;随着入口含冰率的增大,冰晶沿管道截面速度的不对称性分布随之减小,海冰速度场沿管道横截面呈现对称分布。     

含气率对多相混输泵内气液两相分布规律的影响

为了探究含气率对多相混输泵内气液两相分布规律的影响，本文基于标准的k-ε湍流模型和时均N-S方程，对不同含气率下混输泵内的流态进行数值计算，分析了混输泵内不同位置处的气液两相分布规律。结果表明：不同压缩级动叶轮进口截面到出口截面的气相体积分数从轮毂至轮缘逐渐变小，同时叶轮靠近轮毂处、轮毂至轮缘中间位置处以及轮缘处的最大气体体积分数位置将随着含气率的增加而增加。另外在离心力的作用下混输泵动叶轮内越靠近轮缘液相越集中，越靠近轮毂气相越集中。此研究结果为提高多相混输泵的混输性能和运行效率提供了参考。     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。