两相流模拟：高压条件下水平管内凝析气混合物流动研究
wujiai
|概括
本文主要研究两相流模拟。考虑了高压条件下水平管道中气体-凝析油混合物的流动。研究了用于建模混合物性质的状态方程（EOS）的选择对甲烷同系物含量高的气体的流动模式计算结??果的影响。分析概述了预测流动模式的方法。基于此分析，应用了两种技术。这些技术需要每个相的密度和粘度值。气相的密度计算基于范德华EOS。研究了测量混合物计算中的误差以选择合适的EOS。-Teja方程和Guo-Du方程用于计算液相的密度，并使用两种不同的模型来估计粘度。计算了气体-凝析油混合物在特定温度和压力下的流动模式，并通过概率图进行了验证。结果表明，该方程可用于计算类似气体混合物的密度并进行更严格的流动模式评估。 概率图显示，对于选定的介质组成和参数，流动模式在分离型和环状型之间切换，与状态方程无关。
关键词
双相流：流动模式；天然气；湿气；高 C2+ 含量；高压
研究背景
天然气输送系统（GTS）确保天然气从气田输送到用气点。俄罗斯GTS由几条主要管道组成，包括提供出口供应的管道，如北溪管道和西伯利亚力量管道。这些管道的沉积物多为非常规气源，例如沉积物的低渗透性和储层的非均质性需要复杂的技术才能生产天然气。此外，气田的天然气是湿的，即具有高C2+含量（例如乙烷摩尔分数大于7％）。这些组分是宝贵的石化原料。因此，湿气的运输已成为一个紧迫的问题。利用俄罗斯GTS（包括北溪管道和西伯利亚力量管道）现有的管道运输湿气是合理的，但与传统运输方式相比可能存在一些特定问题。主要管道在不同气候条件下铺设，包括北极和西伯利亚的极端条件，并在陆地和水下铺设。 在这样的工况下，凝结水的形成天然气密度是多少，意味着这样的管道中存在多相流，多相流的估算关系到天然气在输送到消费点的过程中，防止有益组分的流失。
为了进行CFD模拟，需要获得混合物的主要参数，例如密度、粘度、气液比、流动模式等。根据不同的流动模式，可以使用各种技术和模型来描述流体及其定性和定量特征。从经济角度来看，确定流动模式的能力也很重要。根据流动模式，确定或调整管道的配置和其他设计特征，以减少浪费和未使用的原材料的数量。例如，在压缩机组之前使用分离器（除尘器）去除气体。对于某些流动模式，例如雾流，需要改变标准模型以在除尘器中捕获悬浮颗粒。因此，确定主管道中冷凝气体混合流的流动模式是计算其流量的首要任务。
如果流型计算中采用的物理化学参数不是从实验研究中估计出来的，而是利用相关性和建模技术，CFD 结果可能依赖于状态方程 (EOS) 和其他描述气液平衡和混合物物理化学性质的公式。如果 EOS 发生变化，计算得到的多组分烃中混合物、气相和液相的密度可能发生变化，必须充分考虑这一点。当介质的温度和压力参数接近临界值时，EOS 的使用会变得更加复杂，因为在这种情况下，EOS 预测相特性的能力可能会降低。
考虑到上述影响以及流型与管道结构的关系，正确估计初始参数对于确定流量至关重要。本研究尝试将状态方程模型和流型确定方法应用到未研究的参数范围。即本文旨在揭示水平管道中状态方程的选择对富集流型计算结果的影响。
为计算相位特性，选取最常用的几种基于范德华力的状态方程，并采用不同的流型计算方法，对比流型法与CFD的计算结果，得到计算技术对流型估计的影响。
图表
数数
表 1. 来自
表 1. 混合物成分
图 1. 使用范德华力 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 作为 1
图 1. 从范德华 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 方程 1 获得的混合物
图 2. 使用范德华力 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 作为 2
图 2. 从范德华 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 方程 2 获得的混合物
图 3. 使用范德华力 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 作为 3
图 3. 通过范德华 (VDW)、彭 (PR)、索阿维--Kwong (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 方程获得的混合物
图 4. 使用范德华力 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 进行 4
图 4. 通过范德华 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 方程获得的混合物 4
表 2. 范德华力 (VDW)、彭- (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 的
表 2. 混合物的范德华 (VDW)、彭 (PR)、索阿维-邝 (SRK)、帕特尔特加 (PT) 和 (Br) 方程
图 5. 使用 Wilke (W) 和 - (HZ) 表示
图 5. 混合物的 Wilke (W) 和 - (HZ) 方程
表 3. Wilke 的和 - 的来自 [23]
表3 文献[23]中Wilke公式与改进公式对混合料黏度计算精度对比
表 4.
表 4. 系统中的冷凝水
表5. 7.3 MPa、273K时油气田天然气
表 5 乌连戈伊凝析油气田 7.3 MPa 和 273 K 条件下天然气组分组成
表6. 5 MPa、273K时油气田天然气
表 6 乌连戈伊凝析气田在 5 MPa 和 273 K 条件下的天然气组分
表 7. 气相
表 7. 气相密度计算值
表 8. 气相
表 8. 计算的气相粘度
表 9. 气体
表 9 凝析气密度及黏度计算值
表 10 管道两相流
表 10. 水平管内两相流型特征参数计算
图 6. 使用模型计算的基于相和气体的管道流动
图 6. 基于相位弗劳德数的水平管流型确定方法的结果。该模型确定了气体密度
图 7. 地图和贝克和-为管道的流动, 气体是与模型的使用
图 7. 概率图，贝克和-机理模型确定水平管道流动模式，模型确定气体密度
图 8. 距入口 2 m、9.8 m 和 28 m 处的
图 8 距入口 2 m、9.8 m 和 28 m 处对称横截面的压力分布
综上所述
本文研究了高C2+含量多组分烃类体系中状态方程选取对凝析油混合物流型计算结果的影响。非常规储层富气管道输送是一项前所未有的新挑战，因此对天然气的烃类组成没有限制。低温高压下输送的湿气可能会凝结，导致有价值的烃类流失。流型可用于优化管道配置和输送条件，因此需要正确确定流型。这是首次对富C2+天然气管道输送进行复杂的状态方程和流型研究。
在计算误差对比的基础上，研究了Van-der-Waals、Peng-、Soave--Kwong和方程，这些方程均用于计算气相密度；液相特性选用Patel-Teja和Guo-Du状态方程；气相和液相粘度采用Wilke公式估算，分别采用Dean-Steel模型和模型；流动状态计算采用基于数的水平管力学模型，即利用混合数的方法和基于数的-Aziz模型。
基于混合弗劳德数的方法表明凝析气混合流为环状流，而基于相弗劳德数的剥壳法表明波状分层流接近于环状流。为验证结论，采用概率图、经典经验图和力学图进行计算。结果表明，样品流动状态对应点处于由分离流区向环状流区的过渡阶段，因此凝析气混合样品的输送具有分散流的特征。多相流CFD模拟证实了此结论。此结果将有助于合理设计主管道系统。
计算结果还表明，在所取的压力和温度范围内，所研究组分的状态方程对流型测定结果的影响很小。因此，在所研究的状态方程中，任何基于范德华力的状态方程都可以用于富C2+气体。而且由于误差较小，建议使用该方程计算类似气体的性质。
原始信息
以及 C2+ 含量较高的气体至两相气体流
，，
本文讨论的是两相流。高压下管道中的气体流动为 。流动状态方程 (EOS) 为 。流动状态方程的 为 。据此，有两个 。对于这些 ，每个阶段的 和 均为 。
气相的 EOS 是基于范德华力的 EOS。EOS 基于 进行测试。阶段的计算由 Teja 和 Guo-Du 完成，其中两个是 。气体在 和 范围内的流动通过地图进行。研究允许 EOS 产生更多气体并产生更多流动。
地图显示，媒体的流量来自 EOS。
两相流；流动；气体；湿气；C2+高；高
描述格式
、、.高C2+含量气体的两相气流动研究[J].,2023.9(4):579-591。
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