含水稠油管道输送压降计算

论文摘要

油-水两相流动广泛存在于石油工业中,特别是在油田开发的中后期,随着生产液中含水量的上升,从地层中的岩石空隙到油井及地面上出油管道均会遇到油-水两相流动。通常,油田集输管网的投资约占地面工程总投资的1/3,集输能耗占生产总能耗的40%。因此研究油-水混合液的流变行为及其在集输管路中的经济设计有着重要意义。由于油和水两种液体互不相溶,其混合物在一定的条件下会呈现乳化状或悬浮状,流变性发生明显的变化。油-水混合物的流动,由于流变行为复杂和不同流态压力梯度的较大差异,使其在管输中成为独特而复杂的问题。因此,在参考了一些文献的基础上,以辽河油田含水超稠油为研究对象,对油-水混输管路的流动规律进行了研究,并且,用数值计算的方法,对油-水两相的管路流动进行模拟,得出了一系列的结论。粘度是油-水混合物流变性的重要参数,以往计算油-水混合物粘度的公式都没有把剪切速率考虑进去,本文在借助了excel、origin以及Jandel SigmaPlot等软件后,提出了把剪切速率考虑在内的计算油-水混合物粘度的方法和公式。本文模拟的是垂直圆管中油-水两相流。先采用体积平均法推导出层流油-水两相流体积平均方程（也适用于湍流两相流瞬时状态的流动方程）,在此基础上对其进行湍流时平均化。这样就得到双流体模型意义下的湍流两相流时均方程组。给出了用于封闭油相剪切湍流的k ?ε模型,同时将控制方程组表示为柱坐标系下的具体形式。考虑到问题的具体性质将计算定位于稳态、充分发展的垂直圆管流动,所以可将管内流动视为抛物型流动。在对通用的垂直圆管中油-水两相流体力学模型方程进行离散后,对相间作用力项进行模化。相间作用力项的模化是在系统绝热、无内热源、忽略表面张力、截面等压的假设前提下给出,分别对相间拽力、虚质量力、升力进行具体化。由于是抛物型流动,所以无须考虑出口处边界条件,采用“壁面函数法”处理固体边壁上的边界条件。最后,用大型通用软件Phoenics3.4对油-水两相流动进行了模拟。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 油、水混合物的流变特性
• 1.1.1 油、水混合物乳化状－悬浮状特性
• 1.1.2 含水率对油、水混合物流变性的影响
• 1.1.3 温度对油、水混合物流变性的影响
• 1.2 本构方程
• 1.3 油、水混合物的水力计算
• 1.3.1 油、水混合物为牛顿流体的水力计算
• 1.3.2 油、水混合物为非牛顿流体的水力计算
• 第二章 实验研究
• 2.1 概述
• 2.1.1 非牛顿流体流变测量的非单项性
• 2.1.2 非牛顿流体流变测量的非单值性
• 2.1.3 非牛顿流体流变测量的非可逆性
• 2.2 实验设备及实验方法
• 2.2.1 细管式流变仪
• 2.2.2 HAAKE 流变仪
• 2.3 实验工况安排
• 第三章 实验结果与结论分析
• 3.1 试验结果
• 3.1.1 杜84 含水超稠油流变曲线图
• 3.1.2 杜84 含水超稠油粘温曲线图
• 3.2 结论分析
• 3.2.1 流变性结论分析
• 3.2.2 水力计算公式及各参数的确定
• 3.2.3 建议
• 第四章 原油、水两相流流动的数值模拟
• 4.1 原油、水两相流体力学模型方程的导出
• 4.1.1 “相”的概念多相共存及互相穿透式的连续性
• 4.1.2 两相流体力学数学模型的导出方法
• 4.1.3 本文两相流动模型的推导
• 4.1.4 模型方程的通用形式及方程中各项的物理意义
• 4.1.5 本文模型方程在柱坐标中的具体表示形式
• 4.2 原油、水两相流体力学模型方程的求解
• 4.2.1 模型方程的求解
• 4.2.2 模型方程的离散
• 4.2.3 模型方程的封闭
• 4.2.4 边界条件
• 4.3 本文中模型的计算结果
• 4.3.1 在PHOENICS 中的程序执行流程
• 4.3.2 计算结果
• 结论
• 符号说明
• 参考文献
• 致谢
• 详细摘要