集气管道泡沫流流动特性实验及压降模型研究

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泡沫排水采气工艺过程中,气井中的部分泡沫液会流入地面集输管道,并与管道中的气相形成(气-泡沫液)泡沫流体,从而对生产现场的输送效率以及相关集输设备造成影响与危害。为明确泡沫流体在集输管道中的流动状态,使生产现场能够及时对地面集输作业的相关问题进行有效预测和管理控制,有必要对集气管道中泡沫流体的流动特性进行深入探究。为此,本文将分别从泡沫体系稳定性、泡沫流体流型特征以及泡沫流体压降规律几方面展开对泡沫流体的研究工作:通过泡沫稳定性静态、动态实验,归纳总结了起泡剂浓度、温度、矿化度、p H值、压力对泡沫体系稳定性的影响规律,并通过正交分析得出了各因素对泡沫稳定性的影响程度。研究结果表明:起泡剂浓度、温度、矿化度、p H值对于泡沫稳定性均具有一定程度的影响,且影响程度依次为:起泡剂浓度>矿化度>温度>p H值。起泡剂浓度在一定范围内的增大内有助于泡沫体系的稳定,超出该范围后,泡沫体系稳定性逐渐降低。压力的增大有利于泡沫体系稳定性的增强。通过泡沫稳定性研究结论与气田现场实际生产工况确定泡沫流体流动实验条件,对比分析了空气/水常规气液两相流体与泡沫流体流型特征,总结了泡沫流体流型基本变化规律。利用泡沫流体流型实验数据对已有经典流型预测图进行比对筛选,并对流型图作出了进一步修正。研究发现:在本文确定的实验气液流速范围内,泡沫流体表现出了泡沫波动流与泡沫环状流两种流型形态,且经对比分析得知,陈家琅流型预测图对泡沫流体流型发展规律的预测准确度较高。分析比较了泡沫流体与常规气液两相流体的实验压降特征。以实验条件下泡沫流体的各基本物性参数为基础,将经典压降模型计算出的泡沫流体压降结果与实验结果进行了对比,并对泡沫流体压降计算模型进行了优选。研究发现:相同气液流速下,泡沫流体的管道压降均远大于空气/水气液两相流体的管道压降。在泰特尔-杜克勒、肖恩-布里尔、DPI几种压降计算模型中,DPI一法对泡沫波动流的管流压降预测值较为准确,DPI二法对泡沫环状流的管流压降预测值较为准确。
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