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旋流式混合器对油管掺稀降黏效果影响的数值模拟

作者:admin来源:本网 日期:2018-3-8 10:33:25 人气: 标签:

  科学技术与工程旋流式混合器对油管掺稀降黏效果影响的数值模拟刘成文魏洪波李兆敏(中国石油大学(华东)石油工程学院,青岛266580)不加混合器时的混合效果进行了对比。结果表明:井下混合器有助于提高稀油与稠油的混合均匀程度,使得降黏效果得到明显改善;随着举升高度的增加,有混合器时稠油与稀油混合达到均匀也较快;掺稀比越大,降黏效果越好,但混合的均匀程度并没有随着掺稀比的增大而进步得到改善。

  掺稀降黏旋流式混合器数值模拟中图法分类号TE345;标志码A掺稀降黏采油工艺是稠油开采中常用的种工艺技术,它是通过油管或油套环空向油井底部注入稀油,使稀油和地层产出的稠油充分混合,从而降低稠油黏度和稠油液柱压力及稠油流动阻力,增大井底生产压差,使油井恢复自喷或实现机械采油的条件。在掺稀开采生产过程中,无论是正掺稀油还是反掺稀油作业,均存在稀油与稠油混合不均匀的问题,影响了降黏效果113.为了保证掺稀开采作业不发生管柱堵塞,只好采取提高掺稀比(稀油与稠油体积之比),增大稀油的掺入量,这样就增加了采油成本。为了提高稀油与稠油的混合效果,人们设计了几款静态混合器14,明显提高了稀油与稠油的混合均匀程度,提高了降黏效果。为了进步了解混合器的作用机理,现设计了一种旋流式井下混合器,采用数值模拟的方法研究了混合器对混合效果的影响,为混合器的优化设计提供。

  1几何模型针对开式油管掺入、套管采油的正掺稀作业工况,设计了一种旋流式混合器模型,旨在利用流体2012年3月12日收到第一:刘成文(1969),男,博士,副教授。研究方向:石油工程流体力学。Enail:liucwupc.edu.cn.经过螺旋叶片产生旋流,提高稀油与稠油的混合均匀程度。将混合器安装在油管下部,如所示。模型中套管长度选取1 000mm,套管内径D为178mm,油管长度选取800mm,油管内径d为76mm,油管壁厚为5mm.对安装混合器前后两种情况下的井底流场进行了数值模拟,对二者的掺混效果进行了对比分析。

  2控制方程与边界条件2.1控制方程稠油对温度非常敏感,很多稠油在温度较高时表现为牛顿流体般井底温度可达到100C以上,因此这里将稠油按牛顿流体进行计算,并认为稠油和稀油均为不可压缩流体,混合后体积不变,没有乳化现象。稀油和稠油的混合流动按多相流的混合模型进行计算,混合模型的连续性方程为合后的密度,kg/m3;是混合后的速度,m/s;叫是对应相的体积分数,Pk是对应相的密度,kg/m3;对应相的速度,m/s;k取1或2.式⑵中,=Zakk是对应相的动力黏度,s;是混合后的动力黏度,Pa,为第二相的漂移速度:dr,=km第二相的体积分数方程为式(3)中,ak为第二相的体积分数,此处k =2.在实际计算中,将稠油设为第一相,稀油设为第二相。2.2边界条件将稠油和稀油的入口均设为速度入口,混合油从套管的环空流出设为自由出口,稠油的日产量为50m3,此时对应的流态为层流,其黏度为2 s,密度为820kg/m3.边界无滑移。

  3数值计算方法采用计算流体动力学软件fluent中的有限体积法对控制方程进行离散,按稳态求解,连续性方程和动量方程耦合采用SIMPLE算法,空间离散选用一阶迎风格式。

  4计算结果与分析2不变,对安装混合器和没有安装混合器的两种情况进行了计算。是安装混合器与没有安装混合器两种情况下截面z=350mm上稀油体积分数沿径向分布图。可以看出没有安装混合器时,稀油在环空截面上沿径向分布很陡峨,靠近油管稀油的体积分数较大,而靠近套管壁面稀油的体积分数较小,表明稀油与稠油混合很不均匀。安装混合器后,环空内稀油的体积分数分布变得平缓,分布更加均匀,这表明安装混合器后降粘效果比没有安装混合器时明显要好。和分别表示没有安装混合器与安装混合器后截面z =350mm上稀油体积分数分布云图。可以看出:在常规的没有安装混合器的掺稀降黏工艺中,稀油从油管注入与稠油混合进入油套环空后,流体分层流动,流层间没有横向混杂,实际井口取样呈现段塞状,直观表现为1股稀油,1股稠油1.在加入混合器时,横向混合程度明显增大,因此,加入混合器时的稀油在环空内的分布比较均匀,提高了稠油降粘效果。这意味着即使在适当降低掺稀量的情况下,也将会得到与未安装混合器时相同的降黏效果。

  为了考察混合器对稀油与稠油混合后沿举升高度发展的影响,选取z=350mm和z=950mm两个截面上稀油体积分数沿径向的分布进行对比,如和所示。表示没有安装混合器时两个截面上的稀油体积分数分布,表示安装混合器时两个截面上的稀油体积分数分布。可以看出,没有安装混合器时稀油在下游的体积分数分布依然很陡峨,均匀程度变化不大,而安装混合器后,随着举升高度的增加,体积分数沿径向分布趋于平坦,表明稀油与稠油混合趋于均匀。

  2、1:1.5、1:1时截面z=350mm上稀油体积分数沿径向的分布。可以看出,掺稀比越大,截面上各点稀油体积分数相应增大,降黏效果越好,但是混合器并没有使稀油分布的均匀程度明显增加。

  5结论旋流式混合器提高了稀油与稠油的混合均匀程度,从而提高了掺稀降黏效果。

  安装旋流式混合器后,随着举升高度的增加,稀油与稠油混合的更加充分。

  掺稀比越大,稠油的降黏效果越好,但是混合器并没有使稀油分布的均匀程度明显增加。

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