亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        稠油開(kāi)采中新型井下混配器降黏攜帶特性研究*

        2022-06-10 02:21:38柯文奇侯林彤許晶禹
        石油機(jī)械 2022年6期
        關(guān)鍵詞:稀油配器稠油

        劉 碩 柯文奇 楊 猛 侯林彤 牛 駿 許晶禹

        (1.頁(yè)巖油氣富集機(jī)理與有效開(kāi)發(fā)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 3.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院)

        0 引 言

        稠油是一種瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量較高的原油,屬非常規(guī)油氣資源,在我國(guó)儲(chǔ)量占比巨大[1]。由于稠油資源具有廣闊的應(yīng)用前景,其開(kāi)采技術(shù)在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注[2]。除熱采和蒸汽注入開(kāi)采以外,井下稠油摻稀是高效開(kāi)采稠油資源的一種有效方法[3-7]。該工藝?yán)锰坠堋⒂凸芑蚩招墓芟蚓聝A注一定量的輕質(zhì)稀油,帶有較大動(dòng)能的稀油到達(dá)底部后與稠油充分交匯膨脹,從而達(dá)到提高原油流動(dòng)性的目的。

        通常來(lái)說(shuō),兩種或多種液體之間通過(guò)分子擴(kuò)散、對(duì)流和剪切3種作用可以實(shí)現(xiàn)混合。對(duì)于高黏度低速流動(dòng)的稠油而言,分子擴(kuò)散作用在稠油和稀油的混合中表現(xiàn)的效果不夠明顯。特別對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)井口霧化處理的稀油,常規(guī)的對(duì)流摻稀混合效果并不理想。為提高摻稀混合效果,有必要在摻稀管柱中增加混配器,對(duì)流體進(jìn)行剪切、拉伸和折疊作用,破壞流體的結(jié)構(gòu)流狀態(tài),并通過(guò)混配器的攪拌作用,形成縱向漩渦,利用稠油和稀油在混配器內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)加劇稠油與稀油之間的擴(kuò)散[8]。基于以上理念,出現(xiàn)了靜態(tài)混配器和動(dòng)態(tài)混配器兩種井下混合結(jié)構(gòu),其中靜態(tài)混配器以成本低、混合效率高、無(wú)需額外動(dòng)力原件等優(yōu)點(diǎn)成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[9]。

        CFD(Computational Fluid Dynamics )被廣泛應(yīng)用于混配器的設(shè)計(jì)與性能測(cè)試中。D.M.HOBBS和E.FOURCADE等[10-11]利用CFD工具對(duì)混配器進(jìn)行了流場(chǎng)模擬與評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者利用Fluent軟件對(duì)混配器及其內(nèi)部旋流裝置開(kāi)展了模擬研究工作,也有研究人員基于數(shù)值模擬軟件對(duì)混配器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)[12-18]。雖然目前已經(jīng)提出了許多結(jié)構(gòu)各異的靜態(tài)混配器,但是不能滿足國(guó)內(nèi)稠油開(kāi)發(fā)降本增效的需求,因此有必要進(jìn)一步改進(jìn)井下稠油-稀油混配器結(jié)構(gòu),以提高稠油摻稀混合效率,增加井筒中稠油流動(dòng)性并提高產(chǎn)量。

        基于以上現(xiàn)狀,本文結(jié)合旋流生成技術(shù)和拉瓦爾噴管原理,提出了一種新型井下混配理念,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種井下混配器。在開(kāi)展系統(tǒng)測(cè)試前,了解該新型混配器流場(chǎng)內(nèi)部特征,以明確其摻稀降黏和舉升特性,為后續(xù)該種裝置的測(cè)試和優(yōu)化打下基礎(chǔ)。為此,本文開(kāi)展了系統(tǒng)的數(shù)值模擬研究工作,旨在揭示該新型混配裝置的降黏攜帶特性隨操作參數(shù)的變化規(guī)律。

        1 工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        稠油-稀油摻混工藝如圖1所示。井下混配器安裝在抽油泵下端,混配器底部連接給定長(zhǎng)度尾管,稠油從底部進(jìn)入向上流動(dòng)。稀油經(jīng)過(guò)混配器進(jìn)入內(nèi)部舉升管并與稠油摻混,然后混合油經(jīng)過(guò)泵舉升至地面,完成稠油開(kāi)采。

        圖1 稠油-稀油摻混工藝示意圖Fig.1 Schematic diagram of heavy oil-light oil blending process

        新型混配器融合了軸向啟旋技術(shù)和類拉瓦爾噴管的切向啟旋技術(shù)。圖2為新型井下混配器裝配示意圖。

        圖2 新型井下混配器裝配圖Fig.2 Schematic diagram of assembly parts of the new downhole mixer

        混配器采用兩段式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),上層為開(kāi)孔段,用于吸入稀油與內(nèi)部稠油摻混,開(kāi)孔段含四層開(kāi)孔,每層開(kāi)孔4個(gè),切向進(jìn)入內(nèi)部管道。開(kāi)孔形狀參考拉瓦爾管設(shè)計(jì),促進(jìn)流經(jīng)流體加速及破碎。下層為導(dǎo)流段,內(nèi)置兩片導(dǎo)流片。在電潛泵作用下,稠油流經(jīng)直板導(dǎo)流片,形成漩渦。開(kāi)孔段與導(dǎo)流段通過(guò)螺紋連接,混配器與電潛泵和尾管間也通過(guò)螺紋連接。混配器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:

        開(kāi)孔段長(zhǎng)度L1為320 mm,導(dǎo)流段長(zhǎng)度L2為200 mm,內(nèi)徑為50 mm,外徑為90 mm,導(dǎo)流片壁厚t為9 mm,導(dǎo)流片夾角α為90°。

        2 數(shù)值模擬

        2.1 數(shù)學(xué)模型

        混配器流場(chǎng)數(shù)值模擬的本質(zhì)是求解稠油-稀油兩相的N-S方程。本文采用歐拉多相流模型模擬稠油-稀油兩相流動(dòng),湍流模型則采用RNGk-ε模型[14]。

        歐拉模型分別求解每一相的輸運(yùn)方程,相體積分?jǐn)?shù)代表了每一相所占據(jù)的空間,每一相的體積定義如式(1)所示。

        (1)

        式中:αq為多相流中第q相的體積分?jǐn)?shù),%。

        第q相的連續(xù)性方程為:

        (2)

        第q相的動(dòng)量方程為:

        (3)

        RNGk-ε模型的控制方程如式(4)和式(5)所示。

        +Gb-ρε-YM+Sk

        (4)

        (5)

        式中:k為單位質(zhì)量動(dòng)能,J/kg;ε為能量耗散率,m2/s3;ui為不同坐標(biāo)方向的速度分量,m/s;μeff為有效黏度,Pa·s;αk、αε為Prandtl數(shù)對(duì)k和ε的影響系數(shù);Gk為速度梯度導(dǎo)致的湍流能生成率,J/(m3·s);Gb為浮力導(dǎo)致的湍流動(dòng)能生成率,J/(m3·s);YM為可壓縮湍流中脈沖擴(kuò)張導(dǎo)致的能量耗散在整體耗散能中的占比,J/(m3·s),由于研究中流體流速遠(yuǎn)小于當(dāng)?shù)芈曀伲擁?xiàng)忽略不計(jì);Sk、Ss為自定義源項(xiàng),取值為0;G1s、G2s、G3s為模型系數(shù);Rs為RNGk-ε湍流模型的應(yīng)變及曲率修正項(xiàng)。

        2.2 幾何模型、網(wǎng)格創(chuàng)建及邊界條件

        稀油摻混數(shù)值模擬流場(chǎng)幾何模型和網(wǎng)格劃分如圖3所示。從圖3a可知,輕質(zhì)油自初始稠油-稀油交界面進(jìn)入,稠油自井底涌入,在混配器附近發(fā)生摻混,混合后經(jīng)舉升管道流出。在ANSYS Workbench 網(wǎng)格劃分模塊中創(chuàng)建非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,共計(jì)616 857個(gè)網(wǎng)格(見(jiàn)圖3b)。

        邊界條件設(shè)置為:輕質(zhì)油入口和稠油入口采用壓力入口,總出口采用壓力出口。為便于分析,以稠油入口為壓力參考面設(shè)置其他出、入口壓力。壁面均采用無(wú)滑移假設(shè)。

        圖3 稀油摻混數(shù)值模擬流場(chǎng)幾何模型和網(wǎng)格劃分示意圖Fig.3 Geometric model and grid partition diagram of flow field in numerical simulation of light oil blending

        2.3 物性參數(shù)及求解設(shè)置

        物性參數(shù)設(shè)置:采用某地區(qū)稠油參數(shù),稠油、稀油黏度分別為1 750和5 mPa·s。摻混黏度計(jì)算式為:

        (6)

        式中:μmix、μ1及μ2分別為混合黏度、稠油黏度及稀油黏度,mPa·s;α為稀油相體積分?jǐn)?shù),%;B和K為常數(shù),分別為1.04和0.003 54[19]。

        求解設(shè)置:由于液-液兩相流場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定,所以采用定常方式求解。求解方式中壓力-速度耦合采用相間耦合的SIMPLE格式,空間離散格式選用高階精度。

        工況選擇:以稠油入口為壓力參考面,總出口壓力設(shè)置-200和-300 kPa兩種工況;對(duì)給定總出口壓力,設(shè)置稀油入口與稠油入口之間的壓差為50、100、150、200、250和300 Pa幾種工況。

        3 結(jié)果分析

        3.1 稠油相體積分?jǐn)?shù)分布

        圖4 -200 kPa相對(duì)出口壓力時(shí)稠油相體積分?jǐn)?shù)分布Fig.4 Distribution of heavy oil holdup at relative outlet pressure of -200 kPa

        稠油相體積分?jǐn)?shù)分布是混配效果的重點(diǎn)考察指標(biāo)之一。圖4表示在稠油入口和總出口壓差為200 kPa條件下,稀油-稠油入口壓差不同時(shí)流場(chǎng)內(nèi)稠油相體積分?jǐn)?shù)分布狀況。從圖4可見(jiàn),在不同工況下,稠油-稀油的摻混主要發(fā)生于混配器開(kāi)孔段。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn),隨著稀油入口壓力增加,舉升管內(nèi)的稠油體積分?jǐn)?shù)逐漸降低,從壓差50 Pa時(shí)的95%逐漸降低至壓差250 Pa時(shí)的70%。此外,在井筒環(huán)空中,稀油和稠油間出現(xiàn)相交界面,交界面高程受稠油-稀油入口壓差影響。隨著稀油入口壓力的提高,交界面逐漸下移,表明更多稀油進(jìn)入混配器舉升管中。

        圖5表示在稠油入口和總出口壓差為300 kPa條件下,稀油-稠油入口壓力不同時(shí)流場(chǎng)內(nèi)稠油相體積分?jǐn)?shù)分布。從圖5可見(jiàn),隨著稀油入口壓力的增加,流場(chǎng)中稠油相的體積分?jǐn)?shù)逐漸降低,且外部環(huán)空中的稠油-輕質(zhì)油交界面下降。另一方面,當(dāng)給定稠油-稀油入口壓力時(shí),稠油入口-總出口壓差越大,流場(chǎng)內(nèi)稠油相體積分?jǐn)?shù)越低,且環(huán)空中的稠油-稀油的交界面越低。這表明降低總出口壓力有利于更多稀油涌入與稠油摻混。

        圖5 -300 kPa相對(duì)出口壓力時(shí)稠油相體積分?jǐn)?shù)分布Fig.5 Distribution of heavy oil holdup at relative outlet pressure of -300 kPa

        3.2 舉升管黏度分布

        基于上節(jié)中流場(chǎng)相含率分布,通過(guò)混合黏度預(yù)測(cè)模型(式(6)),可獲得各個(gè)工況下舉升管內(nèi)黏度分布。圖6表示在稠油入口和總出口壓差為200 kPa條件下,稀油入口壓力不同時(shí)舉升管內(nèi)的混合黏度變化。從圖6可見(jiàn),舉升管黏度并非均勻分布,但總體黏度水平隨稀油入口壓力增加而逐漸降低。當(dāng)稀油相對(duì)稠油入口壓力為50 Pa時(shí),舉升管內(nèi)黏度介于886~1 010 mPa·s,相對(duì)稠油1 750 mPa·s的初始黏度,已明顯下降。提高稀油入口壓力,舉升管中的黏度從900 mPa·s逐漸降低至20 mPa·s,降黏效果明顯。當(dāng)稀油相對(duì)入口壓力為150 Pa時(shí),舉升管內(nèi)平均黏度水平已降低到70 mPa·s,具有較好的流動(dòng)性。這種現(xiàn)象是由于在混配器開(kāi)孔段和導(dǎo)流段誘導(dǎo)下,稀油和稠油產(chǎn)生了劇烈的翻滾摻混,兩相被一定程度地均勻攪拌,從而降低了整體黏度。隨著稀油入口壓力的增加,進(jìn)入流場(chǎng)中的稀油比例增加,結(jié)合混合黏度預(yù)測(cè)模型,混合物的黏度進(jìn)一步下降,提升了原有稠油的流動(dòng)性。

        圖6 -200 kPa相對(duì)出口壓力時(shí)舉升管黏度分布Fig.6 Distribution of viscosity in lifting pipe at relative outlet pressure of -200 kPa

        當(dāng)總出口壓力降低100 kPa時(shí),不同稀油入口壓力的舉升管內(nèi)混合黏度分布如圖7所示。從圖7可見(jiàn),隨著稀油入口壓力增加,舉升管內(nèi)的黏度逐漸降低,從稀油入口壓力100 Pa時(shí)的120 mPa·s降低至稀油入口壓力300 Pa時(shí)的12 mPa·s。隨著稀油入口流量的增加,其在流場(chǎng)中所占百分比不斷提高,更多稀油與稠油摻混,降低了整體黏度。以上分析表明,提高稀油入口壓力可以降低稠油黏度,有利于稠油開(kāi)采。

        圖7 -300 kPa相對(duì)出口壓力時(shí)舉升管黏度分布Fig.7 Distribution of viscosity in lifting pipe at relative outlet pressure of -300 kPa

        3.3 降黏攜帶特性研究

        出口混合黏度和稠油、稀油流量是表征混配器摻混降黏特性的重要指標(biāo)。表2為不同工況下出口的混合密度和稠油、稀油質(zhì)量流量。此外,表2也給出了各個(gè)工況的摻稀比λ(稀油質(zhì)量流量占稠油質(zhì)量流量的百分比)和降黏比ξ(混合黏度相對(duì)稠油黏度降低的百分比)。λ和ξ計(jì)算式為:

        (7)

        (8)

        式中:Ql為稀油質(zhì)量流量,kg/s;Qh為稠油質(zhì)量流量,kg/s;μh為稠油黏度,mPa·s。

        從表2可以看出,給定總出口相對(duì)壓力,逐漸提高稀油入口壓力,稀油的質(zhì)量流量逐漸增加,稠油質(zhì)量流量逐漸降低。由于稀油所占比例逐漸增加,使得摻稀比逐漸提高,同時(shí)混合黏度也出現(xiàn)明顯下降。降低總出口壓力,調(diào)整稀油入口壓力,稠油質(zhì)量流量不斷下降,而稀油不斷增加,即降低出口壓力有助于增產(chǎn)。稠油入口和總出口間的壓差降低,更多的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,促進(jìn)了混合流體流動(dòng),提高了混合流體速度,從而使開(kāi)采量增加。

        表2 不同工況降黏特性及攜帶特性綜合分析結(jié)果Table 2 Comprehensive analysis of viscosity reduction and carrying characteristics under different working conditions

        表2中的摻稀比、降黏比和混合黏度隨工況參數(shù)變化情況如圖8~圖10所示。從圖8可見(jiàn),隨著稀油-稠油入口壓差的增加,摻稀比逐漸增大,模擬工況中最多可超過(guò)50%。同時(shí),當(dāng)總出口壓力較低時(shí),摻稀比曲線整體高于總出口壓力較高的工況。由于壓差增加,稠油流動(dòng)速度增加,輕質(zhì)油入口與總出口間的壓差也會(huì)增加。輕質(zhì)油因流動(dòng)性更好,更多地進(jìn)入到流場(chǎng),導(dǎo)致?lián)较”仍黾印?/p>

        圖8 摻稀比與輕質(zhì)油-稠油入口壓差的變化關(guān)系Fig.8 Variation of dilution ratio with inlet pressure difference between light oil and heavy oil

        圖9 降黏比與輕質(zhì)油-稠油入口壓差的變化關(guān)系Fig.9 Variation of viscosity reduction ratio with inlet pressure difference between light oil and heavy oil

        圖10 混合黏度與輕質(zhì)油-稠油入口壓差的變化關(guān)系Fig.10 Variation of mixing viscosity with inlet pressure difference between light oil and heavy oil

        從圖9可見(jiàn):隨著稀油入口壓力的增加,降黏比逐漸提高,當(dāng)總出口壓力低于稠油入口壓力200 kPa時(shí),降黏比從稀油-稠油入口壓差50 Pa時(shí)的45%逐漸提升至壓差250 Pa時(shí)的98%;當(dāng)總出口壓力低于入口壓力300 kPa時(shí),降黏比從92%逐漸提升至98%。綜合對(duì)比兩種不同總出口壓力的工況發(fā)現(xiàn),總稠油入口-總出口壓差為300 kPa時(shí),降黏比總高于200 kPa的工況。隨著稀油入口壓力的提升,兩條曲線逐漸接近于100%,由于稀油流動(dòng)性優(yōu)于稠油,適當(dāng)提高稀油入口壓力可提高其流量。結(jié)合混合黏度預(yù)測(cè)模型,此時(shí)稀油可極大降低混合黏度,提升原有稠油的流動(dòng)性。從圖10可進(jìn)一步證實(shí)上述變化趨勢(shì)。綜合以上分析,在混配器應(yīng)用中,應(yīng)結(jié)合稠油油品特性(黏度)、產(chǎn)量要求(流量)和輸送需求(混合黏度)設(shè)計(jì)合理的摻稀工況,控制稀油摻入量的同時(shí)盡量降低混合油黏度。

        4 結(jié)論與建議

        (1)軸向啟旋和切向開(kāi)孔誘導(dǎo)反向旋流的設(shè)計(jì)理念可有效實(shí)現(xiàn)稠油和稀油的摻混,降低稠油黏度,促進(jìn)稠油開(kāi)采。

        (2)該混配器的降黏和稠油舉升攜帶效果受稠油入口-總出口、稀油入口-稠油入口壓差影響,降低總出口壓力、提高稀油入口壓力有助于降低混合黏度,提高摻稀比和降黏比。

        (3)建議結(jié)合產(chǎn)量和輸送需求合理設(shè)置工況,減少稀油用量的同時(shí)提高開(kāi)采量,降低輸送黏度。

        猜你喜歡
        稀油配器稠油
        相變換熱技術(shù)在油田稠油開(kāi)采中應(yīng)用
        化工管理(2022年14期)2022-12-02 11:42:50
        稠油不愁
        春日景和
        淺析《嘎達(dá)梅林交響詩(shī)》配器技法
        草原歌聲(2020年1期)2020-07-25 01:45:22
        原油密閉處理工藝技術(shù)分析及研究
        化工管理(2020年35期)2020-01-14 09:47:54
        春光油田井筒摻稀降黏稠稀油動(dòng)態(tài)混合流動(dòng)特征研究
        分流式摻稀混配器的研制及性能試驗(yàn)
        西北油田首座“注氣+摻稀”先導(dǎo)工程投產(chǎn)成功
        配器課在師范高校公共課教學(xué)中的幾點(diǎn)思考
        生化微生物技術(shù)在稠油采出水處理中的應(yīng)用
        中文字幕乱码亚洲无限码| 99久久无色码中文字幕人妻蜜柚 | 真人直播 免费视频| 成人无码午夜在线观看| 在线看片国产免费不卡| 国产91熟女高潮一曲区| 亚洲国产色婷婷久久精品| 蜜桃日本免费观看mv| 欧美人妻日韩精品| 天天看片视频免费观看| 国产最新地址| 精品日产一区2区三区| 在线视频色系中文字幕| 国产人成视频在线视频| 国产精品自在线拍国产手机版| 国产精品久久久久久2021| 一本大道加勒比东京热| 久久精品国产91精品亚洲| 亚洲日韩中文字幕无码一区| 久久人人爽人人爽人人av东京热| 久久久久久久久中文字幕| 日本高清在线一区二区| 亚洲精品国产第一区二区| 久久久噜噜噜久久| 美女扒开内裤让男生桶| 人妻人妻少妇在线系列| 亚洲精品国产成人久久av盗摄| 久久精品国产99国产精品亚洲| 99久久综合精品五月天| 精品久久久久久久久免费午夜福利| 强d乱码中文字幕熟女1000部| 国产日产韩国av在线| 先锋五月婷婷丁香草草| 五十路熟妇亲子交尾| 精品人妻一区二区蜜臀av| 亚洲乱码中文字幕在线| 国产成年女人特黄特色毛片免| 亚洲国产欧美日韩一区二区| 色综合久久五十路人妻| 天天做天天摸天天爽天天爱| 樱花草在线播放免费中文|