聚合物驱油螺旋型静态混合器流场仿真与实验研究

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1、硕士学位论文聚合物驱油螺旋型静态混合器流场仿真与实验研究THEFLOWFIELDSIMULATIONANDEXPERIMENTALSTUDYOFPOLYMERFLOODINGHELICALSTATICMIXER（工程型）李艺青哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TE934学校代码：10213国际图书分类号：622密级：公开工程硕士学位论文聚合物驱油螺旋型静态混合器流场仿真与实验研究（工程型）硕士研究生：李艺青导师：张广玉教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：

2、2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TE934U.D.C:622DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEFLOWFIELDSIMULATIONANDEXPERIMENTALSTUDYOFPOLYMERFLOODINGHELICALSTATICMIXER（Engineering）Candidate：LiYiqingSupervisor：Prof.ZhangGuangyuAcademicDegreeApplie

3、dfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前，三次采油（EOR）技术已广泛应用于国内各主力油田。聚合物注入（简称“注聚”）驱油方法因其较高的原油采收率

4、已成为三次采油技术中的主要采油方式。注聚采油技术利用静态混合器（以下简称“静混”）将聚丙烯酰胺（PAM）母液与水混合后注入井底进行驱油。其驱油效率主要取决于混合后的溶液粘度，粘度越高，驱油效率越高。常规的静态混合器由于对聚合物剪切作用较强，造成粘度损失率较高，导致驱油效率下降，进而影响到石油开采产量。本文通过对静混混合机理及PAM溶液粘度理论的分析，明确了影响溶液粘度变化的因素，主要包括静混结构参数（单元螺距、单元间距）及结构形式（单元旋向组合）、流体初始流速三方面。在此基础上通过计算流体力学仿

5、真，对以上三方面进行优化设计，得到两种改进后的低剪切静混，通过实验证明优化有效，粘损得到控制。本文具体内容如下：首先分析了静混的混合机理，获得了静混中流体的压强分布及流速分布。之后阐述了常用的聚合物溶液粘度计算模型，结合PAM溶液自身特性建立起以Carreau方程为基础的PAM溶液粘度计算模型，并明确了从静混结构形式、结构参数及初始流速三方面入手进行粘损控制优化设计。之后通过计算流体力学仿真的手段，利用先进的CFX软件对常规静混和实验室研发的新型螺旋型静混进行性能对比，仿真结果表明后者性能更优。

6、在此基础上展开螺旋型静混的优化设计。分别研究了静混结构参数及流体初始流速对其混合均匀度及出入口压差的影响，并得出作用关系。根据仿真结果对静混结构参数进行了初步优化。利用PAM溶液粘度计算模型，分别对静混结构参数及流体初始流速对于出口处流体粘度的影响进行了仿真分析，得出作用关系并根据仿真结果进一步优化了静混结构参数。在两次优化结果的基础上，对结构形式进行改进，设计了两种不同形式的静混单元，并对二者混合效果进行仿真，结果表明流体通过两种静混器后均混合均匀，且后者出口处混合液粘度高于前者，证明第二种结

7、构形式更优。最后搭建实验装置，对优化后静混的粘损控制效果进行验证。实验结果表明，在保证混合均匀的前提下，优化设计的两种静混的粘损值均低于常规静混，且二者的粘损情况与仿真结果较为吻合，在一定程度上验证了理论与仿真分析-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的正确性。关键词：静态混合器；粘损控制；计算流体力学仿真；结构优化-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractCurrently,EnhancedOilRecovery(EOR)technologyhasbeenwidelyusedinva

8、riousdomesticoilfields.PolymerinjectiondisplacementmethodhasbecomethemainoilwayofEORbecauseofitshighoilrecovery.Polymerinjectiondisplacementmeansinjectingthepolyacrylamide(PAM)liquorandwateraftermixinginthestaticmixerintothebottomofthewelltoexploitoi