沙的运输与沉积在管道中的多流相特征
沙管理策略成为一项重要研究,也是多相流保证评估的一部分，包括石油和天然气项目，特别是海底多相流动网络。本文介绍了实验研究的输沙特点和在–砂水砂–空气–水流在水平和 5°倾斜管道识别砂最小运输条件（MTC）。旧砂的体积分数，CV范围从1.61times;10-5到5.38times;10-4。在单相水流中的砂的最小传输速度得到视觉上，然后与所计算的计算泥浆输送先前的相关性。研究发现，在砂、水、水流量下，管道倾角对最小输沙速度的影响可以忽略不计。然而，通过改变管道倾角，发现砂颗粒的输运特性，从而改变了空气的流动状态，从而改变了砂型。据观察，砂颗粒运输地形塞比 5°倾斜管分层波状流更有效。不同的空气–水流输沙和解决边界的水平和 5°倾斜管道产生。[DOI: 10.1115/1.4006433]
关键词：流量保证，沙管理策略，输沙特性，空气-液流，间歇流，地形段塞
1 引言
随着石油和天然气生产的一个固有的问题是管道中砂颗粒的沉积，这可能导致的安全隐患，生产和运输系统和潜在经济风险大。此外，减少沙生产策略，旨在减少沙生产减轻从整体角度范围包括设施的影响量侵蚀和腐蚀，并从沙处理的限制，如沙子分离和沙子去除。为了解决泥沙淤积问题，沙颗粒特性在不同的流程系统如沙–水在不同管道倾角和沙–空气–水流的理解对于油气输送管道中的输沙速度和卷吸过程的预测至关重要。
2 文献综述
对于输沙，以往研究的大部分工作都是在泥流中研究了临界的输运速度，这主要是以最小速度确定的，以保证固体的运输和运输防止床的形成。这些作品旨在输送固体从而专注于沙的体积分数，Cv，这通常是高于1.00times;10-2。然而，在两相空气中的沙子运输的文献是有限的。在这一节中，概述了现有的沙运输预测方法在水流量和空气中的水流的提出，以获得一个更好地了解所报道的沙行为和现有的相关性，与实验数据相比，在第4节详述。
2.1 沙水力输送
杜兰德提出最早的相关性，这大大有助于理解在泥浆输送管。他们进行了310次试验，粒径范围从0.0002米到2times;0.025米，品种从2.00times;10-2至2.30times;10-1，管直径从0.0375米至0.7米。杜兰德定义“极限沉积速度”对应的边界之间的流识别和无固相沉积在管底。根据他的实验数据，他提出了相关的预测“极限沉积速度”
FL是沙体积分数心血管功能（最低2times;10 2）和颗粒平均直径dp。然而，最小的砂量反应在这项研究中被认为是非常低的，从1.61times;10-5到5.38times;10-4。Wasp等提出了一个相关的计算“最低传输速度”通过延长杜兰德相关性更好地代表固体的浓度和平均粒径更广泛变化的粒径
在70年代早期，威克斯进行实验，在0.025米和0.15米的管道与水和煤油进行低浓度的砂（CV = 1times;10-2）。他提出了一个数学模型，通过推导分析是对升力和阻力和净重力作用于砂颗粒表面的沙床。他定义的“临界速度”是沙子开始移动时的阻力，升力和倾向于使粒子旋转的浮力超过了重力的力量把粒子放在地方。两个无量纲项，S（灯芯的无量纲组）和Ѱ（灯芯的无量纲组），提出了预测的沙床形成的可能性
参数组Ѱ可以直接从已知的固体和液体的平均流速特性计算。参数组包含的阻力和升力系数（f1和f2）和剪应力（ɸ）是依赖于雷诺兹数。Nilson和Kvernvold派生的公式为“临界速度”是通过修改威克斯”模型得到的。
Oroskar和turian开发和基于湍流理论模型。该模型是通过对能量平衡要求暂停砂颗粒与来自耗能分析流中的一个适当部分的湍流漩涡。他们的定义的“临界速度”的点，所有的沙子颗粒被保持在悬浮液中的湍流引起的涡流。Turian等人进一步修正方程的拟合的基础上的实验临界速度数据的总集合。“临界传输速度”可以表示为
戴维斯还开发了一个模型，使用类似的概念。能量平衡分析，他提出了一种基于力平衡的方法，由湍流波动提供的泥沙和升力之间的力量平衡。
2.2 在两相空气–水流输沙
霍尔特等人基于和灯芯的数据然后扩展到适用于空气–水分层流改进灯芯的模型，包括管倾斜的效果，如下图所示
用霍尔特等人的前期工作被angelsen等人验证，并证明了分层流的工作。方程是一个非常少见的方程，其中考虑的倾斜效应，当确定是否固体将被运输。然而，这些方程在其他两阶段的空气-水的流动模式，对沙运输数据进行了验证。
Salama提出对临界输沙速度重新审视不同的相关性通过整合这些关系，他发现，都可以写在相同的形式
然后，他提出了一个相关的预测和两相流沉砂在使用指数在oroskar和turian模型。该导出常数（K）基于实验数据和预测的corroline软件（Det Norske Veritas，DNV）在单两相流沉砂。最后的相关的形式是
Oudeman给详细看看如何影响定量气体馏分固体运输和建立了砂的可移植性非常大的沙率的相关性。他遵循了这一建议他认为通过达拉瓦利无量纲的输沙率ɸ可以表示作为一个功能的无量纲形式的液体流量ɸ幂律：
实验得出的值，（m）和（n），这取决于输入气体馏分。在空气中进行了实验，内径（ID）为0075米三的方法被用来监视的运输和沉积的注入的沙子：视觉观察，全口径取样探头，声波砂检测装置。流体流动制度进行分层，和段塞流和研究固定床，移动床和悬浮液流。由Dahl和Onsrud实验表明Oudeman的关系在实验装置的研究中，给出了很小的差异，得到了很好的预测结果。
Gillies等人在高浓度对沙运输试验（CV：7times;10-2至2.80times;10-1）水平的空气–水间歇流。这项研究是针对这项研究的存在一个固定的沉积。砂的粒径范围从0.00001米到0.0002米的模型考虑的Meyer-Peter和穆勒砂–输沙模型的一个扩展，并应用于运输支持在多相流系统固体。有研究发现，如果液体流动是湍流，空气注入可以提高固体输送速度。然而，他的试验表明，当液体流动为层流时，液体的粘度为78，而不是增强了空气的注入。
Stevenson和Thorpe报道，在一个典型的油流线，沙的体积分数，CV，通常等于或小于5.38times;10-4。因此，Stevenson等人调查的行为绝缘颗粒在空气水两相–间歇流，然后Stevenson和Thorpe看着在分层流。一系列的实验是在长度和可互换的内径为0.04米和0.07米，12米的透明有机玻璃管中进行的，它可以向上或向下倾斜4度的水平。使用的液体是水和rheovis CR2的解决方案，与牛顿流变增稠剂的缔合胶体。颗粒速度测量的颗粒之间的传输时间，开始和在管上标注的终点线。颗粒的直径范围从0.00051米到0.001米。在两个间歇流和分层流条件下的粒子速度相关，使用无量纲的基团，包括液体粘度，粒径，表观液，气速。然后，将相关的外推到零粒子速度估计所需的条件，以确保在一个流行的沙子运输。Stevenson等人也报道了固体的相似性在间歇流，水力输送的输送。他们认为，颗粒的运输没有显着增强的旋涡在前面的段塞。在之后的文章，Stevenson和Thorpe进行拉格朗日动量和力量平衡过柱塞。随着从Manfield的CFD工作进行，他们的结论是：“在间歇流输沙是一个水力输送和分层流混合流的运输。
Danielson进行的实验研究的临界条件下，在不同的流体条件下的流动循环的水流量与0.07米和215米的长度，这可能是倾斜了 1.35到- 4°。沙注入流回路采用蠕动泵液砂浆。两相气/液进行实验与砂、水和油（EXXSOL D80）用于液体气相作为气相。实验中所用的砂中位直径0.00028米和0.00055米的OLGA2000代码来确定流体的流速和沙造型砂是否为伪相。根据“液砂滑移”概念，建立了一个“临界速度”模型，并给出了一个良好的拟合实验数据。他发现在固体中的临界速度，液体流的角度依赖性的角度研究。此外，他建议，因为液体速度强烈依赖于两相的空气-水的流动制度，沙床形成强烈影响的管角。然而，他并没有准确地评论如何管角度会影响床形成。
在这项工作中，对“沙最小运输条件的定义（MTC）”是由King等人采用。他们提出了一种基于托马斯的一系列方程，其中预测“最小临界输沙条件的平均流速，以防止一层的底部的水平管道上的滑动颗粒的积累。”
在固体液体系统中，以固体输送固体的极限速度计算出摩擦速度，基于对颗粒的沉降规律，层流底层，在单相介质粒径。
他们还建议在多相系统中预测输沙。该模型估计在多相流条件下的等效压力梯度所需的运输沙在固体中的液体系统：
然而，沙浓度和管道倾斜的影响，没有考虑在他们的建议模型。
从上面的审查，可以得出结论，大多数的实验和理论工作进行日期的基础上无论是泥浆流系统或极稀颗粒负载系统（孤立粒子），目前的石油天然气工业的需要不是很实际。沙浓度的影响（一般低于CV＝1times;10 -2的油气管道–体积分数）和管倾角影响输沙特性和MTC的调查在两相空气中-水流量是有限的。
3 实验装置
设计并构建了0.05米内径ABS塑料（类）管的两相空气-水装置。管长度为17米。在试验段的下游安装了一根软管，这允许管倾斜5°如图1所示。试验段由一个1.2米的观察段和一个差分压力传感器测量，压力下降超过2.17米。
水被储存在一个水槽内，以确保沙子/水混合物的分离。水被泵流循环使用离心泵，具有40 m3/h，最大放电压力5 barg的最大容量。水流量计量采用电磁流量计，ABB的K280 / 0为模型，范围为0–20 m3/h。从螺杆压缩机提供的空气。该压缩机具有最大供应能力400m3/h时自由空气输送和最大排出压力10 berg。空气是由一对气体流量计的计量，包括一个0.0125米的热流量表（0–2 m3/h）和0.025 m的涡街流量计（3–100 m3/h）。在水和空气混合点安装后，安装了一个沙馈单元。
由一个圆筒状的搅拌容器（0.29米直径和0.5米），与一个0.2米的轴向流叶轮的沙支线单元，和浆纳菲特离心泵（0.5 m3/h）塑料叶轮注沙–水的混合物进入流动回路。在经过循环流，沙子被引导到水箱。数据采集系统是安装监测水和空气的体积流量，线压力，压差，温度。数据存储为原始电压信息（0–10 V）使用数据采集系统NI USB-6210，转换为使用LabVIEW软件版本7对应的仪表工程单位。旧沙的平均直径约为0.0002米，混合物的密度2650kg m3；如图2中所示的沙颗粒分布。在现场的沙体积浓度研究列于表1。
4 结果与讨论
4.1 砂–水分运移特性水平和 5°倾斜管道
基于对砂中沙行为的实验观察，结果发现，在水平和 5°流输沙特性相似。输沙特性的水流量不同浓度和倾向列于表2。
当沙浓度是等于t或少于5.38times;10 -4体积分数，在MTC，沙颗粒观察运输像条纹，如图3所示。通过减小最小输沙条件下的水流速度，沙输运特性被改变，最终形成稳定的沙丘底部的管道，如图3所示。然而，它被观察到，在水流量的沙模式与沙浓度中变化。当沙浓度大于5.38times;10-4体积分数，观察到沙丘形成之前是滑沙床。
图4比较了从这项研究中，与以前的研究的沙子最小的传输速度。有人发现，大多数以前的调查是不能够预测在这项研究中测试的沙子浓度范围内的沙子最小的传输速度，这主要是因为大多数的以前的相关性是基于浆数据时沙的体积分数是等于或大于1.00times;10-2。Davies模型偏高的估计了Turian等人的模型，关于不同沙浓度下沙输运速度预测。扣除方程由Nilson 和Kvernvold灯芯模型预测只有在5.38times;10-4。这可能是因为灯芯”相关的研究从固定床砂去除。然而，在低浓度含沙输沙的速度（体积分数1.61times;10-5到5.38times;10-5），Thomas的相关预测相当好。在这种比较中， Durand 和Wasp 等人提出的“沙沉积界限速度”没有考虑到，在佛罗里达州仅适用于高于1.00times;10-2的体积分数。
4.2 倾角对水流输沙的影响
所观察到的砂的最小传输速度见表3。发现在这项研究中，沙浓度测试，在管倾斜 5°时输沙的速度没有显着的差异。
许多以前的研究发现了类似的意见。Roco发现低含沙量较小的差异，在输沙的临界速度与倾角的变化（图5）。Shook和Roco认为，基于Roco以及其他研究者的实验，临界流速略有增加（10%），上坡流在下面的角约为15°。此外，Angelson等人还声称，砂临界速度在倾斜角度达 15°有小于10%的变化。Rix和Wilkinson以及Danielson也给了类似的结论。沙浓度的测试，与以前的煤泥水系统相比，在这项工作中是非常低的；因此，MTC之间没有明显可以被观察到的水流量。
4.3沙在水平管道中的输沙
为了了解不同空气条件下的沙输运特性，试验台的流动状态特性被确定之前的沙实验，如图6所示。观察到的空气–水流流
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[153223]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
