悬链型管道严重段塞流数值模拟研究.pdf

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1、石油机械2014年第42卷第6期CHINAPETROLEUMMACHINERY管道工程悬链型管道严重段塞流数值模拟研究石志明(江汉石油钻头股份有限公司)摘要：严重段塞流不仅会造成下游分流器溢流或者断流现象，降低油气井产量，而且会缩短管道、管道接头和作业平台的寿命。采用ANSYS—Fluent软件建立了严重段塞流数值计算模型，并通过该软件对全场的关键参数进行实时监控，采用软件中的VOF方法计算了气液相间界面相互作用。建立模型时出口采用压力出口，壁面采用标准壁面函数，气液两相界面构造选用几何重构方法。分析结果表明，严重段塞流立管底部压力波动较强烈，在很短的时间内从50kPa

2、降到了35kPa，严重段塞流的周期约为364S；严重段塞流管道出口平均流速在0．533～0．225m／s之间变化，出口质量流量在10．890～0．006kg／s之间变化。关键词：严重段塞流；悬链型管道；流动特征；平均流速；VOF方法中图分类号：TE973文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．06．028NumericalSimulationofSevereSlugFlowinaCatenary-ShapedPipeSystemShiZhiming(KingdreamPublicLimitedCompany)Abstract：S

3、evereslugflowcouldnotonlycausefloodingorcutoutindownstreamdiverterwhichcouldresultinareductioninwellproduction，butalsoshortenthelifeofpipes，pipejointsandplatforms．Anumericalmodelofsevereslugflowinacatenary—shapedpipesystemisestablishedbyusingANSYS—Fluentsoftware，andreal—timemonitoringoft

4、hekeyparametersoftheentireflowisconductedthroughtheestablishedmode1．Theinterfaceinterac—tionofgasandliquidiscalculatedbytheVOFmethodinANSYS—Fluentsoftware．Inthemodel，thepressureoutletforthepipeoutlet，thestandardwallfunctionforthepipewallandthegeometryreconstructionmethodforthegas·liquidp

5、haseinterfacestructureareadopted．Theresultsshowthatthebottompressureofthestandpipefluctuatesin—tenselyduringthesevereslugflowwithadropfrom50kPato35kPainaveryshortperiodoftime．Severeslugflowcycleisabout364S．Atthepipeoutlet，theaveragevelocityvariesbetween0．533～0．225m／sandthemassflowratevar

6、iesbetween10．890～0．006kg／s．Keywords：severeslugflow；catenary—shapedpipe；flowcharacteristics；averagevelocity；VOFmethod出以后⋯，引起了国内外学者的广泛关注。0引言Schmidt_2对段塞流现象的产生机理进行了研究，并提出了一种预测严重段塞流的动态模型。严重段塞流又称为强烈段塞流，是在海洋油气S．Mokhatab_3对悬链型管道中的严重段塞流进行了开采过程中，由于管道结构布置形式变化而在立管理论和试验研究，并应用OLGA软件进行了数值模中产生的一种流形，其主要

7、特点是管道压力剧烈波拟，得出OLGA软件不能很好地预测严重段塞流现动，管道出口气液相流量随时间变化很大。因此，象的结论。国内对严重段塞流的研究相对较晚，主该流形不仅会造成下游分离器溢流或者断流现象，要有马华伟_4J、何利民J、王鑫"I9J、李晓降低油气井产量，而且会缩短管道、管道接头和作平、高嵩_1等对严重段塞流进行的试验和理论业平台的寿命。段塞流现象自1973年由Yocum提研究。模型试验很难完整地对管道内的流动特征进2014年第42卷第6期石志明：悬链型管道严重段塞流数值模拟研究现规则的周期性，分为4个阶段：液塞形成、液塞2．2立管底