倾斜管中稠油流动边界层在水基泡沫作用下的减阻试验.pdf

2015 年 第 60 卷 第 7 期：681 ~ 688 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 倾斜管中稠油流动边界层在水基泡沫作用下的 减阻实验 ①②* ① ① ① ① 敬加强 , 周怡诺 , 段念 , 孙杰 , 李小明 ① 西南石油大学, 油气藏地质及开发工程国家重点实验室,·成都 610500; ② 油气消防四川省重点实验室, 成都 611731 * 联系人, E-mail: jjq@ 2014-09-23 收稿, 2014-11-03 接受, 2015-02-10 网络版发表 国家自然科学基金和高等学校博士点基金(20115121110004)资助 摘要 以流体可视化环道实验装置为依托, 组装成水基泡沫润滑减阻实验系统, 实验研究了60°倾 关键词 斜管中稠油(黏稠流体)流动边界层在水基泡沫作用下的流动情况, 获得了不同油流量及泡沫流量 水基泡沫 下硅油-泡沫两相流的流型特征和压降规律, 并建立了倾斜管路中水基泡沫-稠油中心环状流压降 斜管路 模型. 实验结果表明: 实验条件下能形成稳定的硅油-泡沫中心环状流, 泡沫和油没有出现明显的 稠油 边界层 分层现象; 当0.4Q /Q (泡沫与硅油流量比)0.75 时, 水基泡沫能有效润滑并隔离油壁界面, 并形 f o 减阻 成较为稳定均匀的泡沫环, 进而实现稠油流动减阻的目的, 最大减阻率达74%, 并能有效增加 25% 左右的输量; 建立并验证了倾斜管路中稠油- 水基泡沫中心环状流的压降预测模型, 当 0.3Q /Q 0.8 时, 预测值与实验值吻合度较高, 相对偏差介于±10%, 但超出0.3Q /Q 0.8 的范围, f o f o 此模型将不适用. 我国新疆、辽河和胜利等油田均有丰富的稠油蕴 采用Fluent 软件模拟了水基泡沫-稠油环状流, 模拟 藏量, 所产稠油具有黏度高、黏附性强、流动阻力大 结果证实了水基泡沫能有效隔离油壁界面, 大大减 等特点, 极不利于管道输送及井筒举升. 目前常用的 小稠油在管壁上的黏附, 并且湿泡沫的减阻性能远 稠油降黏减阻方法主要有加热法、掺稀油[1]或热水 优于干泡沫, 但模拟管长度仅有1.1 m, 倾角的作用 法、乳化法等, 但它们都具有各自的适应性和应用局 对泡沫-稠油中心环状流的速度分布及压降规律影响 限性[2,3]. 针对现有工艺处理量大等问题, 并基于稠 较小, 重力的影响可能不足以使稠油流体发生明显 油水环输送原理[4~7] 、“泡沫油”产量比普通稠油产量 偏移. Briceno等人[17]用环道研究了水平管中水基泡 高数倍[8,10] 及微气泡减阻[11~14] 的事实, 敬加强等 沫的自润滑作用, 可见管壁上泡沫破灭修复而成的 人[15]理论分析了利用水基泡沫环实现稠油流动减阻 薄且不均匀的水层, 这在一定程度上证明了利用水 的可行性, 提出了采用水基泡沫来实现稠油流动边 基泡沫