稠油掺稀采输管内掺混特性及多相流动规律研究

发布时间：2018-12-16 11:21

【摘要】：随着常规原油的不断开采,原油重质化问题日益突出,稠油的高黏、重质与易乳化特性使其采输颇具挑战性,稠油掺稀降黏技术以其明显的技术经济优势而在国内外稠油开采和输送中得到了广泛应用。但稠油降黏的混合均匀程度、降黏减阻效果、混合流体沿油管的流动特征及稳定性、掺混前后的流动压降预测至今尚缺乏充分认识,掺混量、掺混段混合长度等参数的确定急需理论指导与优化。针对上述难题,有必要对稠油与稀油的掺混特性及多相流动规律进行实验模拟及理论研究,为稠油掺稀采输安全保障与节能增效提供理论指导与技术支撑。本文以我国典型稠油、稀原油、柴油、LPG为研究对象,围绕稠油掺稀采输管内的掺稀混合液的掺混特性、扩散特性、多相流动特性、反相特性及边界层变化规律,采用流变学、环道模拟等实验研究与理论分析相结合的方法开展研究,具体研究工作如下：(1)基于搅拌法的测黏原理,分析同轴圆筒系统中流体的流态,采用改进的同轴流变仪,根据搅拌扭矩与转速的关系、剪切速率与黏度的关系,提出稠油掺稀搅拌混合黏度的测定方法,实验评价搅拌过程中掺稀混合液的表观黏度变化规律,分析混合性能与剪切性能及能耗的关系,揭示影响混合效果的关键因素。结果表明,稠油黏度和稀油黏度越小、温度越高、搅拌转速掺稀比越大,搅拌槽中流体的循环量越大,混合效率越高,达到均匀混合所需的时间越短,混合均匀后搅拌轴的扭矩和混合黏度越低。(2)设计与搭建恒温液液扩散系数测定装置,采用折光指数法测定稀释扩散系数。结果表明,随温度升高,分子热运动加剧,扩散系数呈增大趋势；同一温度下,随溶液初始稠油浓度的增大,分子间的摩擦以及相互作用增强,稠油浓度越高,黏度越大,扩散系数不断减小。(3)从掺混界面二元扩散的角度,考虑稠油与稀油相间的扩散影响,应用动力平衡方程,分别建立水平圆管掺稀管流及套管掺稀竖直管流的稠油与稀油两相掺混运动模型,计算机编程对其求解,直观展示稠油掺稀的流场变化规律,揭示掺混过程中稠油与稀油相间的作用机理。结果表明,分层流动中,随掺混时间的延长,稠油与稀油扩散面积增大,稀油-稠油掺混界面向下移动；幂律流体稠油掺混分层界面不明显,与牛顿流体相比最大流速过渡带变厚；同层流相比,非牛顿流体紊流流动时,稠油与稀油的过渡段增大,掺混速度提高,随着掺混时间的延长,掺混均匀程度提高,流动阻力减小；在采油过程中,流速在油管中的分布呈现轴对称性,增大压降可改善稠油在油管中的运动特性,但提高采输效率更依赖于降低稠油黏度。(4)设计加工中压密闭LPG加注-掺混-回收系统,结合现有多功能实验流体环道模拟装置,模拟研究风城稠油掺柴油和LPG管流特性,评价稠油掺稀降黏效果,证实稠油掺稀采输的可行性；同时考虑气相在稠油中的溶解度、稠油的压缩系数、流型变化等因素,建立LPG气相-稠油两相流动方程,分析井筒掺LPG多相运移规律。结果表明,随LPG掺入量的增大,摩阻系数呈现减小趋势,减阻效率增大；井底LPG气相滑脱速度不大,在井口800m附近,LPG滑脱速度迅猛增大；沿管道方向,随输送时间的延长,输送温度和压力的降低,LPG持气率逐渐增大,随着LPG的掺混比增大,压降呈现减小的趋势。(5)基于密度波理论,考虑虚拟质量力、相间阻力、相界面的动量传递等因素,在双流体模型的基础上,建立含水稠油掺稀管内反相点判定的数学模型,结合掺稀采油过程中的温度和压力场分布模型,计算机编程计算,分析不同井深、虚拟质量力、掺稀比等条件下的油水反相特性。结果表明,虚拟质量力系数越大,分散相与连续相之间的相对运动越强,分散相的聚集作用减弱,反相点越大；掺入柴油后,油水反相点减小；沿井深越大,温度越高,分散油相密度减小,反相点减小。(6)针对稠油-稀油流动,将附面层理论分为层流附面层、紊流附面层及混合附面层三种,考虑密度、管径、管壁粗糙度、壁面润湿性、表观黏度等因素,建立稠油-稀油附面层模型。结果表明,在稠油与稀油分层流动中,稠油相附面层厚度略大于稀油相附面层厚度,随着稀油掺入比的增大,附面层交合线下移；分层紊流中,附面层厚度变化较小,但仍出现稠油与稀油混合流体附面层交合线下移的现象；在完全分散层流流动和完全分散流紊流流动中,稠油与稀油均匀混合流体附面层厚度的分布规律与单相流相同,随稠油与稀油流体混合液黏度的增大,附面层厚度增大,且呈轴对称分布。应用VB.NET计算机语言,研编了“稠油掺混特性及多相流动分析系统”,可用于稠油掺混流动特性、气液两相流动减阻特性、油水反相特性及附面层特性等方面的计算。本文研究成果可为稠油掺稀输送工艺设计及安全经济运行提供理论依据与实用工具。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE832

【相似文献】