实验和数值研究气液流在山区Pipeline-Riser系统

文摘

在近海石油和天然气的运输,气液混合交通是一种基本流现象。在一般情况下,管道起伏引起的海底地形;因此,研究具有重要意义机制气体和液体流在山区pipeline-riser系统。本研究建立了一个山区pipeline-riser实验系统在室内实验室。流模式及其流机制通过实验观察和压力检测进行了研究。实验结果表明,气液流型在山区pipeline-riser系统可以分为四种类型:严重的激战,双峰蛞蝓,振荡流,稳定流动,双峰弹状流管道系统是一种特殊的流型。山区单位阻碍下游天然气运输、削弱立管中的气液喷发,并增加严重激战的周期。摘要天然气被认为是在气体和液体的流动,和液体的积累在低洼地区被认为是一个障碍。然后,研究了气液爆裂的时刻为主要研究对象,和流型转换的机制。本研究调查了奥尔加7.0仿真结果的准确性的气液两相流山区pipeline-riser。 The results show that OLGA 7.0 achieves a more accurate calculation of severe slugging and stable flow and can predict both the pressure trend and change characteristics. However, the simulation accuracies for dual-peak slug flow and oscillation flow are poor, and the sensitivity to gas changes is insufficient.

1。介绍

在近海石油和天然气运输、pipeline-riser系统是用于运输产品不同井的海上平台。在这些管道、气液流形式的基本流现象。因此,研究两相流pipeline-riser系统的特点和潜在规律的基础,确保安全高效运行的近海石油和天然气生产系统(1- - - - - -3]。

严重激战是一个最危险的流模式在这样一个立管系统(4]。Yocum [5)在1973年首次报道的现象严重的激战。施密特et al。6- - - - - -8),法布尔et al。9),锅等。10]研究严重激战的发生机理,建立了相关的发生条件。Taitel [11)发现不稳定的气液流在管道的原因严重的激战。为了应对低气液速度,蛞蝓头到达前的立管的顶部气体进入立管在蛞蝓增长阶段。这是一个必要条件的发生严重的激战。在此基础上,提出了稳定的流的标准,由王et al。(修正1和马等。12]。

气液流的流型不仅取决于物理性质、流速等流动参数(13),但也受到管道的几何形状和位置的影响。气液流的流型在pipeline-riser系统研究。施密特(6)进行了实验研究,比较严重的激战和液压活塞流之间的区别。严重猛击分为严重的I型和严重的激战激战II型根据是否下降管中形成液塞。此外,如果在horizon-riser形成管道系统,严重猛击叫做严重类型III的激战。这种分类方法提出的施密特(6]相对模糊和不包含具体的描述流过程和特点。新的分类标准及严重的重击流流动特性提出了由马et al。12通过实验观察)。

严重的激战只发生在低气液流。许多学者研究了气液流动模式在气液流量范围宽。根据气液流的流动特性,Mokhatab和托勒14)分类的流模式流和非定常流pipeline-riser系统稳定。王等人。1)确定不规则严重猛击实验。不规则严重激战发生时,气体和液体流量稳定的大部分时间,但偶尔会受到强烈的压力和出口速度波动。然而,这种流动模式并不常发生在实验。在实验研究中,Malekzadeh带领et al。15)发现不稳定的振荡流,除了严重激战的三种类型(SS,党卫军II和SS III)和稳定的流动。不稳定的振荡流的特点是振动管道持液量和连续流的气体和液体下降管进入立管;压力波动远小于在严重的激战。Malekzadeh带领et al。16)也在horizon-riser管道系统进行了实验研究和观察共有四个流模式:稳定流动,严重的类型III的激战,不稳定的振荡流和双频严重重击流。双频严重猛击首次报道,作者重点研究。

pipeline-riser系统最初的流型分为不稳定流动和稳定流动,然后进一步细分成不同的流动模式。这种分裂的基础逐渐变得更加准确和清晰,气液流的形成机制,特别是严重的激战,逐步深化。然而,由于海底的地形结构的影响,很难避免起伏的收集和运输管道。在先前的研究中,气液流在一个undulation-riser系统很少被报道(17]。因此,有必要研究气液两相流模式的变化和流动机制,收集和运输管道波动。本研究建立了一个实验性的山区pipeline-riser系统在实验室里,和流型和流动机制通过实验观察和压力检测进行了研究。气液流模式分类更加科学和全面,和一种新的流型识别:双峰弹状流。然后,流型过渡机制和山区单位对流动的影响进行了讨论。最后,奥尔加7.0仿真结果的准确性的气液两相流山区pipeline-riser进行了研究。

2。实验仪器和方法

本研究的实验系统由四部分组成:气液供应,测试循环,气液分离,测量和拍摄部分,如图1。在实验中使用的媒体是水和空气。以确保足够的液体供应,第一次被存储在一个水箱,然后通过离心泵加压,使用精密调节器调节液体输入流。GA37VSDAP-13双螺杆压缩机是用于压缩空气,并存储在气体压缩空气缓冲罐。最大可以达到1.3 MPa压力通过改变压缩机的变频驱动电动机的速度和保持稳定压力缓冲罐。在实验中,缓冲罐的压力设置为8条,考虑因素,如缓冲罐的压力和稳定的气源。缓冲罐的气体是由一个截止阀和一个精密调节器,它提供了一个稳定的气体流实验系统。分别测量气体和液体后,进入测试管道通过气液混合器和流动进入气液分离部分的测试管道。然后分离气体排入大气和液体进入回流管从分离器的底部,从那里回到了坦克。

测试循环由横管,一个山区管、下降管、立管。管道(51毫米)的内径是通过法兰连接。水平管的长度为69.4米,和一个透明的有机玻璃管4米的长度被用来促进流动模式的观察,而其他的管道由不锈钢组成。山区部分结构如图2;它有一个起伏的45°角和1米的高度,这是安装58米离入口。下降管长度11.5米,向下的角度−4°。立管的高度是6.9米。观察的气液管流条件,山区管、下降管、立管由透明的聚甲基丙烯酸甲酯。压力数据收集在关键点测试循环:山区管道的底部之间的压力差和立管的底部,底部的立管的压力。结合视频捕获在这个实验中,气液流的流动状态和特征参数的管道可以通过使用这些压力数据。

立管连接到顶部的垂直重力分离器。气液混合物进入分离器后,由于重力的影响,气体被排放到大气中通过分离器上部出口阀,和液相分离器下部的积累。液体然后进入返回管道通过出口管底部,最后流入水箱。磁反转在分离器液位计安装监控分离器的液面,和一个压力表安装在分离器来测量压力分隔符。此外,天然气出口管配备紧急分离器的排气阀,以防止安全事故引起的超压。在这个实验中,气相阀完全打开,分离器的压力接近大气压力。

下列物理量测量在这项研究:流量、温度和压力。因为很多次微观和需要的精确调节气流,一个EJA115 micro-orifice流量计用于测量气体流量。以满足特定需求,三种类型的孔板被用于这项研究。孔板直径和流量范围是0.864毫米,2.527毫米,6.350毫米,1.85 - -12.9问/分钟,14.6 -105 nL /分钟,分别和89 - 630 nL /分钟。孔板流量计是12 V的输入电压;输出电流范围在4 - 20毫安信号,测量误差水平是0.2。凯勒PR25Y的压阻压力变送器和罗斯蒙特3595电容式压力传感器是用来测量压力。凯勒PR25Y压阻压力传感器,2 kHz的频率限制,4 - 20毫安输出电流,最大误差为0.25%,实现了高精度、可重复性和温度稳定性。适用于高精度、高速数据采集和安装在立管底部的实验。3595款电容罗斯蒙特压力变送器22赫兹的频率响应和4 - 20毫安输出电流信号。 It was equipped with a microprocessor, LCD screen, and adjustable range for measuring inlet pressure, differential pressure of hilly-terrain, and riser pipes. A RWBPA61 temperature sensor, with an accuracy of 0.5 level and a measurement range of 0–120°C, was used for temperature measurement. It was calibrated using a standard mercury thermometer.

虚拟仪器软件被用来收集实验数据。数据采集系统包括一个pci - 6255高速a / D采集卡,渣打银行- 68接线盒,DC-stabilized电源和电脑。NI pci - 6255是一种高速m系列多功能采集卡板,它可保持高精度即使在高采样率。采集卡有16位80 -模拟通道和40-way微分通道。渣打银行- 68信号输入/输出接线盒与采集卡和连接到一个白手起家的电路板。250Ω电阻焊接在电路板将4 - 20毫安电流信号输出的仪器为1 - 5 V电压信号,然后传送到一个采集板通过接线盒卡,从而实现数据采集和传输。此外,在实验中,使用了三个还装有高分辨率相机拍摄三个区域(红色虚线图1)。启用了还装有摄像头调整视野和帧数量根据用户需求和记录管道中的气液流动状态。

3所示。流模式山区Pipeline-Riser系统

根据以往的模拟和探索性实验,正交设计表面气体和液体速度在这项研究进行进一步测试的工作条件。表面气体速度范围是0.227 - -12.218 m / s,表面液体速度范围是0.024 - -0.610 m / s。虚拟仪器是用于收集压力数据,还装有摄像头被打开拍摄的透明部分水平管,山区部分,向下立管部分。在这项研究中,气液两相流的流型划分根据底部的压力的波动特征的立管和实验观察。根据底部压力的波动幅度的立管,流动模式分为四种类型:严重的激战,双峰蛞蝓,脉动流,稳定流动。每个流类型是根据不同的特征进一步划分。严重猛击列为严重类型的激战,我严重猛击II型,和严重类型III的激战。振荡流分为低频振荡及高频振荡。稳定流动分为不规则和常规稳定流动。与其他研究相比,本研究应用更详细和全面的流分类模式,更有利于深化pipeline-riser系统气液流动特性的理解。

3.1。严重的激战

马(12)严重猛击分为严重猛击类型》。然而,马英九认为严重的激战和稳定之间的流型流过渡流型,这太粗糙,是进一步划分。在一个山区pipeline-riser系统,只有当存在严重的激战立管充满了液体在气液流。换句话说,当发生严重激战时,立管的底部最大压力等于液体的静压时,立管充满(68 kPa在本实验系统),和管道系统的影响和破坏是最“严重”。

3.1.1。我严重类型的猛击(SS)

党卫军我是典型的严重的激战,配有四个周期:蛞蝓增长,蛞蝓生产、气液爆裂,液体回退。然而,由于山区管在下降管,气液流动状态的学生我在不同阶段的变化。立管的底部压力曲线(P_r)和底部之间的压力差的山区管道和立管的底部(ΔP_人力资源)如图3。过程流程图如图4。

液体后备假定初始阶段,描述的一个周期内气液流动过程如下。

液体回退(图4(一)):由于重力的影响,立管中的液体回落立管的底部,导致增加P_r。鼻涕虫尾巴然后推动上游压力差,立管和蛞蝓的高度降低,从而导致减少P_r。流入下降管的气体,鼻涕虫尾巴停止向后移动,立管中的液体和液膜不断回落,和P_r继续增加到最大静压值(造成液体下降高度)。初期的液体回退,山区管道里的液体仍由天然气下游,液塞的底部之间的高度的立管与底部山区管道减少,因此,ΔP_人力资源减少。与立管更多的液体回落和减少气体能源,流体在水平管对山区管道底部的积累,因此,ΔP_人力资源增加。

气体放电(图4 (b)):立管底部的液体积累下降和山区管道的底部,分别,这两个封闭气体空间V_人力资源。液体不断向下流入管,立管,立管的头尾料增加,和P_r继续增加。气体空间V_人力资源不断压缩及其体积减少;因此,压力不断增加。气液界面然后推动,直到气体V_人力资源通过立管进入立管和释放蛞蝓。在这个时候,气泡流发生在立管,如图4 (b)。气体放电后V_人力资源立管压力减少,部分段塞流回向下的管道,因此,P_r减少。当气体在P_r不能通过立管蛞蝓,气体放电阶段结束。

蛞蝓增长(图4 (c)):在气体V_人力资源放电时,立管的蛞蝓和下降管持续增长。的气体V_人力资源封闭在下降管,山区蛞蝓连接立管蛞蝓,如图4 (c)。气体气体空间的不断积累V_h水平管,上游的山区管道,因此,压力V_h增加,但是增加的速度总是比山区的底部的压力管;因此,气体不能通过山区蛞蝓。在这个过程中,立管蛞蝓不断增长;因此,P_r高度的增加,立管的底部之间的蛞蝓和山区管道的底部变化小;因此,ΔP_人力资源基本上保持不变。

鼻涕虫生产(数据4 (d)和4 (e)):头后的立管蛞蝓达到立管的顶端时,立管蛞蝓流入终端处理设备。由于进口气体的流入,体积V_h不断增加,从而推动山区的尾巴蛞蝓(如图4 (d))。当蛞蝓的尾巴到达底部的山区管道,天然气V_h穿透了鼻涕虫,然后进入下降管,从而导致减少ΔP_人力资源和增加V_人力资源和蛞蝓的尾巴向前移动。的压力V_h逐渐减少,直到气体无法穿透蛞蝓。液体在山区管和水平管流落后山区管然后积累,从而导致蛞蝓的尾巴,Δ移动P_人力资源增加。入口气体再积累V_h,重复这个过程,直到立管的尾巴弹头进入立管;然后,蛞蝓生产阶段结束。在这个阶段,立管蛞蝓高度保持不变;因此,P_r基本上保持不变。因为通过气体和液体回流,ΔP_人力资源在后期显示周期性波动。

气液防(图4 (f)):天然气V_人力资源进入提升管,和蛞蝓的长度缩短,减少的结果P_r,然后,气体膨胀和加速流动。的P_r减少造成的短蛞蝓是相互促进气体膨胀,导致气体推动弹头对加速流出的立管。快速流出的鼻涕虫导致急剧下降P_r,山区的上游压力管基本上保持不变。大压差推动下,山区管道中的液体喷发,加速流向后方管。这种液体进入下行管道的一部分,另一部分返回到山区管道,它积累和形成了立管蛞蝓和山区蛞蝓,分别。阶段结束时,立管中的气体压力不足以允许液体流出。

3.1.2。严重的激战II型(SS(二)

基于SS我,当入口气体速度增加,党卫军II的气液流型转变;由此产生的P_r和ΔP_人力资源曲线如图5。党卫军二世仍然显示了明显的周期性。然而,由于山区管道的影响,在这项研究中,最高P_r党卫军二世仍然是价值最高的压力造成的液塞的冒口高度,不同于SS二世在其他管道系统。从本质上讲,不存在任何差异之间的流动特性和过程党卫军二世和党卫军。因此,只有两国存在的差异在下面描述。

在气液防阶段,党卫军II爆发比党卫军我暴力,和更多的立管中液体流入分离器;因此,产生的液塞在党卫军II液体回退阶段较短。比较数据3和5表明,立管底部的最大压力在党卫军我液体回退阶段是高于党卫军II。

党卫军二世也有气体放电阶段,但它有更少的回退液体;因此,立管较短,生成的蛞蝓和气体空间V_人力资源通过立管更容易渗透蛞蝓在被压缩。此外,由于较大的入口气体速度和气体积累速度越快V_h的气体放电阶段,时间比SS党卫军II是短我。

当立管的鼻涕虫生长立管的顶端,气体V_h气液爆裂进入立管和触发器。因此,没有鼻涕虫生产阶段党卫军二世,这是我从学生的主要区别。

3.1.3。类型III的严重猛击(SS III)

基于SS我,增加进口液体体积,气液流变化党卫军第三,P_r和ΔP_人力资源曲线变化如图6。以下细节党卫军三世和SS我之间的区别。

因为进口液体速度高,液体在管道的数量,和相对较低的气体速度,致使液体回流减少,在气液井喷阶段,生成的液体蛞蝓在立管和山区管道了。图7表明,液体后回退阶段,P_r达到大约45 kPa,这是更大的与SS i液体也将密封气体下降空间V_人力资源下降管;然而,由于产生的静水压力高立管底部的液体撤退后,的压力V_人力资源不足以克服液塞的阻塞;因此,不再有气体放电阶段。以上两点说明SS三世和SS我之间的主要区别。

在气液井喷阶段,天然气的能源相对不足,积累和SS三世气液喷发的严重程度弱于SS的。因此,立管底部的压力在这个阶段相对较高(25 kPa)。

3.2。双峰蛞蝓

在这项研究中,一个特殊的流模式被发现:双峰蛞蝓(DPS)。DPS有明显的周期性,P_r波动曲线有两个不同的山峰(如图7)。这两个峰值之间存在明显区别:更大的峰值达到最高的静水压力值时,立管完全充满液体,达到68 kPa;小峰是30至55 kPa(工况如图745到55 kPa)。

DPS流发生时,蛞蝓增长和气液喷发发生先后在管道系统中,而且没有鼻涕虫生产阶段。两个不同的山峰交替出现的P_r波动曲线,表明立管蛞蝓的高度是不同的在气液爆裂的开始阶段;此外,两个相邻周期的气液喷发强度也不同。根据爆发的严重程度,两个相邻周期被命名为“大爆发”和“小爆发。“DPS流可以被视为一个气液的流型”大爆发”和“小”喷发交替。这个过程将在下面详细分析了。

双峰蛞蝓发生时,表面气体速度大;因此,当山区蛞蝓喷发,它不断地触发了立管蛞蝓喷发。气液喷发的“大爆发”周期更强烈,从而导致气体赶出大部分的液体的管道系统。因此,蛞蝓液体中产生回退阶段较短,产生的静水压力和底部的山区管道更小。在恒气液输入,在下一个周期,山区的鼻涕虫尾巴管可以通过底部相对迅速地流动,进而导致山区管道气液喷发和立管。因为气液喷发发生前和立管蛞蝓的最大高度越小,底部的压力峰值的立管循环更小。因为气体积累和低能量不足,气液喷发更轻,被称为“小爆发。“在这个“小爆发”循环,生成的蛞蝓在液体中回退阶段较长,导致一个大的静水压力底部的山区管道;因此,下一个周期需要更长的时间把鼻涕虫尾巴在山区管道底部。最终,生成一个长的蛞蝓的立管,和立管底部的压力波动产生一个大的峰值,造成一个“大爆发。“因此,由于山区管道的影响,“大爆发”循环交替的“小爆发”循环。

3.3。振荡流

的变化曲线P_r和ΔP_人力资源振荡流图所示8。这些曲线的主要特征是不规则的P_r波动。波动幅度超过水柱的静态压力冒口高度的1/5(在这个实验14 kPa)。立管气液喷发和蛞蝓增长不断交替。气液喷发的严重性和立管蛞蝓的最大长度是随机的。的频率P_r波动大大不同。通过执行FFT转换上P_r信号,它可以分为低频振荡流(< 0.1赫兹)和高频振荡流(> 0.1赫兹)根据差异的主要频率。

3.3.1。低频振荡

DPS的低频振荡(LFO)的发展,以及P_r波动范围5 - 50 kPa,如图8(一个)。类似于DPS,高和低山峰备用P_rLFO波动曲线;然而,立管气液喷发频率较高,波动幅度较低。原因是入口气体速度越大,气体越快V_h向前推着鼻涕虫和气体速度通过山区管道向下管,因此导致更频繁的鼻涕虫生长和气液喷发。

3.3.2。高频振荡

高频振荡(高频振荡器)发生在大量进口表面液体速度(在本研究> 0.28 m / s)。的波动P_r基本上在15 - 40 kPa范围。与LFO相比,波动幅度P_r高频振荡器流模式下相对较低,但波动频率高。这主要是由于高入口流体速度。在相同的气液比条件下在LFO,高频振荡器进口气液速度较高,气体的积累速度V_h立管和液塞增长速度快;因此,气液喷发频率较高,导致高频P_r波动。

3.4。稳定的流

的变化曲线P_r和ΔP_人力资源在稳定流动图所示9。这个稳定的流的特点是波动幅度P_r小于1/5的静态压力造成的水柱在立管高度(14个kPa在这项研究);此外,立管中的气液流动遵循液压活塞流模式。稳定的流从振荡流。如果退而求液体和一个气液喷发被视为流动循环,因为山区管道的影响,随着进口气速增加,并非所有的循环P_r波动减少同步。根据不同的特点P_r波动,稳定流动可分为irregular-stable流和regular-stable流。

3.4.1。Irregular-Stable流

经过几个时期(稳定的流量P_r波动幅度小于14 kPa),出现“大爆发”;即。,a higherP_r波动振幅发生。这种类型的流被称为irregular-stable流(IST)。的P_r波动曲线如图9(一个)。这种振幅变化的原因是,在多个稳定的循环流动,气体V_h不是充分补充,压力下降,从而增加了山区管道的液体量下降。再次喷发发生时,立管液塞已经增长到了一个更高的高度,从而导致一个更大的P_r在此期间波动压力。

3.4.2。Regular-Stable流

当的波动范围P_r所有流期间小于14 kPa,它叫做regular-stable流(RST)。山区里的气体管和立管流速度高。虽然液体似乎短暂回落,这是进行气体和下游的流动。没有液体积累底部的山区管道和立管。这种流动状态所造成的环境污染是破坏管道系统和是最理想状态在pipeline-riser气液流系统。

4所示。结果与讨论

4.1。频域和概率密度函数特征P_r

P_r是一个重要的特征参数在评估流模式。本研究调查了频域特征和概率密度函数(PDF)的特点P_r在不同的流动模式。处理结果如图10。的频域特性P_r通过快速傅里叶变换(FFT)。到达一个广泛适用的PDF功能,在PDF的压力分布图像已经标准化,和处理方法可以计算使用以下方程:

的公式,

频域图分布P_r表明,严重的激战具有很强的周期性,频域曲线P_r显示了明显的单峰分布,特别是对于学生。党卫军第三,因为大的液塞的高度差火山喷发后形成的立管,周期性的波动曲线稍弱;因此,有一个subprimary频率。一般来说,严重激战的频率分布狭窄,主要频率是明确的。DPS之下,有三个山峰在频域曲线P_r。的频域特征振荡流有很大的不同,主要是因为不同的振荡频率。频域LFO勉强分布和单峰特性。它的主要频率小于0.1赫兹。高频振荡器频域分布较广,主要是高于0.1赫兹的频率。稳定流动的频率分布相对较宽,和气液喷发发生在几个稳定的周期。因此,频域曲线P_r显示了一个双峰特征,RST显示了一个单峰特征与一个小主要频率。

PDF分布特征的分析P_r在不同的流动模式表明,严重的激战已经明显的单峰特性,特别是对学生我和党卫军第三。峰值最高的压力;因此,管道系统大部分时间处于高压状态。因为第二党卫军没有液体生产阶段,峰值压力不是最高的价值。对于DPS,P_r有两个峰值,PDF分布也有两个峰值;然而,分布面积是更广泛的比严重的激战。的波动P_r曲线振荡流是相对较大;因此,PDF是广泛分布的。与LFO相比,高频振荡器的PDF的峰值分布在右边。这是因为高频振荡器流型有较大的进气流量,和立管包含更多的液体在流动,从而导致更高的底部的立管压力。稳定流动的PDF分布更符合正态分布,这是理想的流型。

4.2。流的演化气液

为一个特定的管道系统,当进气流量变化时,气液流动情况的变化。这是一个循序渐进的过程,没有突变。不同的流动模式之间没有明显的边界,因此,这些模式是人为的分类根据不同的流动特性;因此,流型变化不能从分裂的角度。流型转变的机理讨论了以下结合实验现象和流型图(如图11)。

在气液流中,由于重力的影响,液体积累底部的山区管道立管的底部,这阻碍流。只有当气体克服了这一障碍,可以运送下游。在气体突破蛞蝓之前,鼻涕虫生长和气体压力继续增加。为气体突破这个障碍是穿透鼻涕虫尾巴,然后不断增加其流动的速度因为扩张力量,触发一个喷发,液体喷发后撤退。可以认为,大部分的流动模式包含气液喷发和液体回退。气液喷发的时刻决定了立管压力最高,即。,the pressure fluctuation range of the riser, and therefore, this is used as the key point of the analysis.

在山区pipeline-riser系统,气液喷发起始时间是由时间决定的,当气体进入山区的底部管和立管的底部。当气体进入山区管道的底部是由上游气体压力的相对大小P_tg和底部的静水压力P_tl。当P_tg超过P_tl,山区鼻涕虫尾巴推动;否则,它要么落后或停止生长。当气体进入立管主要是有关输送气体的速度穿过山区管下斜管。

关于任何工况下的流动,液塞液体撤退后生成阶段气体的障碍需要克服,即。,这是分析的起点。使用进口表面液体速度= 0.065 m / s作为一个例子,当进口表面气体速度很低(< 0.245 m / s),气液喷发打火机和液体回落。因此,气体需要克服的障碍更大,和P_tg远小于P_tl。气体累积率V_h是相对较慢,导致增长缓慢P_tg。同时,液体不断转移到立管,立管和蛞蝓生长;因此,P_tl增加相对较快。立管充满液体时,P_tl不再改变,P_tg继续增加,由于气体的积累。当P_tg>P_tl,山区鼻涕虫尾巴推动,直到气体穿过山区管道的底部。这时,上游气体能源不足和不能导致山区管道气液喷发。气体只能不时向下游立管泡状流的形式,直到鼻涕虫尾巴被推到立管,从而导致立管气液喷发。在这个过程中,有鼻涕虫的生产阶段,这是党卫军当入口气体速度大,P_tl增长率基本保持不变,但P_tg增加率增加。当气体进入山区管道的底部,提供天然气下游的速度加快;然而,它仍然有气泡流的形式。因此,气体进入立管的时间缩短,和蛞蝓生产阶段的周期缩短。当铁芯生产周期零,党卫军II。

与horizontal-downward-riser系统不同,在山区pipeline-riser系统,当入口气体速度增加时,立管的最大长度蛞蝓不会逐渐缩短,造成气液提前爆发。原因是液体积累底部的山区管道,阻碍天然气运输。因此气体必须先把鼻涕虫尾巴到山区管道的底部。然而,当压力V_h不足以迅速推进长液塞,那一刻气液喷发的立管的长度主要受山区的蛞蝓下降产生的液体管道。立管中的气液爆发暴力时,几乎没有下降的液体,气液喷发是先进的在下一个周期,但它不会那么严重。在接下来的周期中,会产生一个长回退段塞,喷发时间将被推迟。因此,可以观察到两座山峰P_r波动,即。,DPS。此外,随着气速的增加,最大压力在“小爆发”周期逐渐减小。

随着进口气速的增加,液体的阻塞在山区管道走软,和下游天然气交付的速度增加,造成气液喷发时鼻涕虫的中间立管。然而,由于每个喷发的强度不一致和不同数量的下降液体,最大的立管料的长度不同。因此,立管底部的压力波动与不同的山峰,LFO。入口气体速度继续增加时,电源提供的天然气较高,从而导致较弱的液体阻塞效果;因此,立管塞长度减少。因此,压力波动幅度逐渐减小,而频率增加,气液流型变化稳定流动。

4.3。山区单元的影响

本研究使用P_r描述的影响山区管道流动。山区管道被换成了水平管内径相同。在相同的操作条件下,波动的曲线P_r在山区pipeline-riser系统和horizontal-riser系统如图12。

在图12(一个)在管道系统,严重发生了激战。然而,由于山区管道的影响,严重的激战显然是长期的时期,和蛞蝓生成的液体回退阶段更长,这表明气液喷发那么严重。图12 (b)测试表明,当一个山区管道,流型是DPS,虽然它是horizontal-riser振荡流系统。图12 (c)显示了一个更大的液体体积和压力波动较小山区pipeline-riser系统。在图12 (d),这两个是相似的。

山区管道气液流的影响可以归纳为以下几点:为一个特定的立管系统,包含一个山区,有一个重要的气体速度在一定液体体积。当气体速度低于临界气速,在山区管道液体积累,阻碍了气体,导致较慢的下游天然气运输和不太严重的爆发。当超过临界气速时,气体可以快速推动液体,使液体很难积累底部的山区管道。在这个时候,山区单元施加影响流更少。当进口液体速度很大,部分山区管道液体积累的下降,因此,立管的生长高度蛞蝓很小。因此,P_r波动减少。

5。数值模拟

奥尔加是行业标准的瞬态模拟多相石油生产的工具。奥尔加用于网络的井,空调管道、工艺设备(18),覆盖了从井底到生产系统生产系统19,20.]。奥尔加附带一个稳态预处理器包括用于计算初始值的瞬态模拟,但也有助于传统稳态参数变化。然而,奥尔加的瞬态功能大大增加适用性的范围与稳态模拟器。在软件奥尔加7.0,在实验室建立了几何模型一样,同样的工作条件模拟气液流的输入。比较P_r波动曲线这两个图所示13。

流模式如图(13日)- - - - - -13 (c)表明严重的激战。一般来说,振幅的变化趋势P_r两者之间基本上是相同的。奥尔加仿真结果与严重的激战的特点相一致。具体地说,奥尔加仿真结果,严重的激战已经可怜的周期性,周期长度的计算是不准确的。党卫军的预测结果我和党卫军第三流模式太小,而计算结果SS II太大。这表明计算结果的奥尔加气速的变化并不敏感的实验。此外,在党卫军我和党卫军第三流模式,模拟的最低压力接近于零,这表明有立管塞长度为零的时候。在这个实验中,由于山区管道的影响,气液喷发并不严重,而且立管的液塞;因此,压力波动计算了奥尔加比较大。

图13 (d)展示了DPS,它是一种特殊的流型的影响,因为山区管道;然而,奥尔加不能计算和确定这种模式。在奥尔加,当流模式= 0.188 m / s= 0.369 m / s党卫军。奥尔加也导致偏差的计算振荡流(数据13 (e)和13 (f))。压力波动幅值和变化趋势与实验结果不同。这也是因为不敏感的奥尔加气速的变化计算结果。

奥尔加计算稳定的流动相对准确。在图13 (g),压力变化趋势表明一个大爆发几周期稳定的流动。所不同的是,奥尔加更长周期计算,压力波动幅度比较大。在图13 (h)奥尔加准确预测regular-stable流压力波动趋势,但压力值略低。

6。结论

这项研究调查了气液流在一个山区pipeline-riser系统。使用实验观察和压力检测、流动模式是科学、全面分裂。四种类型的流模式被确定在本研究中:严重猛击(I型、II型和III型),DPS,振荡流(LFO和高频振荡器)和稳定的流(是和RST)。其中,DPS山区所造成的是一种特殊的流型的交替的管道和由“大爆发”和“小爆发。”在这篇文章中,分工的模式是更全面、合理的流动,这有助于深化pipeline-riser系统气液流的理解。

山区单位是包含在pipeline-riser系统研究。本研究表明,山区管道天然气下游阻碍交通,导致气体堆积速率较慢。因此,立管中的气液喷发是削弱,严重段塞流的时间增加。然而,对于一个特定的山区管道,存在一个临界气速。当入口气体速度超过这个值,山区管道的影响可以忽略。

之间不存在明显的边界流模式和流动状态的变化是一个缓慢的过程。在这项研究中,气体被认为是观察到的气液流的驱动力,和液体的积累在低洼的地方被认为是一个障碍。通过分析气液喷发的发生时间,山区的机制基本流型过渡pipeline-riser系统描述。

此外,奥尔加的准确性的气液流的模拟山区pipeline-riser系统调查。通过比较压力波动曲线底部的立管,奥尔加被发现更准确计算严重猛击和稳定的流量和可以预测的压力趋势和变化特征。然而,奥尔加DPS和振荡流的计算精度差,和气体的灵敏度变化是不够的。

蛞蝓耗散和代行为将感染山区部分的倾角。因此,不同风格的影响两相流管道的行为在未来可以研究。

数据可用性

所有数据、模型和代码生成或使用在研究过程中都包含在这篇文章。

附加分

突出了。气液流模式分类更加科学和全面。一种新的流型识别:双峰弹状流。山区管道都包含在了立管系统,并讨论了对流动的影响。7.0仿真准确性的奥尔加气液流在山区pipeline-riser系统评估。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家重点科技特别项目(批准号2016年zx05028 - 004 - 003)。

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