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                聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空中流動的壓降

                發布日期:2015-04-15 10:20:00
                聚丙烯酰胺水溶液
                  大慶油田已進入高含水開采期,聚合物驅已成為增加油田可采儲量較為成熟的技術。在聚驅時,傳統 的水嘴雖然也可實現分層配注,但流經水嘴的聚合物溶液由于剪切降解,會產生較大的黏度損失,這就使 得尋求既可實現分層配注,又可使聚合物溶液不發生或少發生黏度損失的聚驅分層配注新技術成為當務 之急。大慶油田已成功地用內管帶有等距環槽的同心環空配注器來代替傳統水驅用的水嘴,從而實現聚 合物溶液低黏度損失的分層配注[1’21.
                  
                  筆者將建立聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空中流動的準則方程,通過室內模擬實 驗測得相關參數,利用最小二乘法和高斯消去法得到聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空 中流動的壓降關聯公式,并分析流量和同心環空特征幾何參數對壓降的影響,從而為聚驅優化設計和選配 這種內管帶有等距環槽的同心環空配注器提供理論依據。
                  
                  1假設條件可視為冪律流體的聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有 等距環槽的同心環空中等溫、穩定流動;內管帶有等距 環槽的同心環空,見圖1.其中Do為外管內徑,Di為 內管外徑,d為環型槽直徑,a為環型槽的間距,1為同 心環空長度。
                  
                  2準則方程采用因次分析法建立準則方程。
                  
                  聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空中流 動時的流動參量見表1且有表1聚丙烯酰胺水溶液的流動參量參量符號量綱聚丙烯酰胺水溶液密度PML-3聚丙烯酰胺水溶液流性指數n1聚丙烯酰胺水溶液稠度系數kML-1 Tn- 2環型槽的間距aL環型槽直徑dL同心環空內管外徑DiL同心環空外管內徑DoL同心環空長度lL平均流速uLT - 1壓降ApML-1T-2f( Ap, u p k, n a, d, l, D〇 - Di) = 0 .(1)
                  
                  由表1的10個流動參量中選取3個作為基本物理量,即 環空內外直徑差D〇 -Di,為幾何特征參量;平均流速u為運 動學特征參量;聚丙烯酰胺水溶液的密度P為液體物理特性 參量。根據相似第三定理,可寫出6個相似準數13 :n=kPa|Ul(Do-Di)' n ==nPa2U(Do --Di)2,n=ApPa3U3(Do--Di)3, n ==aPa4 U4 (Do-Di)4n = dP"5 U5 (Do -■ Di)C5,n ==lPa6 U6 (Do --Di)6,根據量綱和諧原理,比較相同因次指數,分別求解n項kPu2-n (D 〇 - D i)
                  
                  ApPu2,a— dlD〇 - Di,n — D〇 - Di,n — D〇 - Di,為k Apadlpu2-n(Do - Di)n,n P2,Do - Di,Do - Di,D〇 - DL=0 .
                  
                  (2)
                  
                  則式(1)可寫為_kPu2-n (D〇 - Di)n, nd _La ’D〇 - Di_( 3)
                  
                  將式(2)化簡整理得f2Re n 乂,—a D o - Di( 4)
                  
                  其中PU2-n(Dk,_Di)n為雷諾數4的倒數,則式(3)可以寫成令則Ap = 2/3Re n入=2f 3al pD〇 - Di _2 ‘Re, nda?=x. D^DT T.
                  
                  (5) ( 6) (7)
                  
                  式(4)可寫成3實驗3. 1目的通過實驗,在內管帶有等距環槽的同心環空中,測量聚丙烯酰胺水溶液不同流量Q下流動時的壓降, 并計算得到摩阻因數入和Re的關系曲線。
                  
                  3. 2裝直及儀器實驗中D〇分別為57 55, 53 mm,與其對應的內管外徑分別為55, 53, 51 mm;/a分別為0. 42 0. 52 0. 67 0. 75 0. 82.
                  
                  實驗中用溫州石油儀表廠生產的DN25型電磁流量計測量流量;用美國Rosemount公司生產的 G4S22A4M5B4型壓力變送器測量壓力;用美國Brookfield公司生產的LVDV - 11 +型布氏黏度計測量聚丙烯酰胺水溶液的黏度。
                  
                  實驗所用的模型與原型幾何相似,且比例 尺為1模型介質與原型介質同一;流動的運動 和動力相似,且使其比例為1;所以該模型與原 型滿足相似充要條件。
                  
                  3.3流程實驗裝置見圖2.將儲液罐1內的聚丙烯 酰胺水溶液用柱塞泵2打入到管線中,聚丙烯 酰胺水溶液流過帶有等距環槽的同心環空8,調節閘門4,以獲得不同流量。通過流量計3測 量流量,壓力變送器6和9分別在同心環空8 的入口和出口處測量壓力。
                  
                  3.4結果對多組不同結構尺寸的內管帶有等距環槽的同心環空 進行實驗,測得聚丙烯酰胺水溶液流過時的流量和壓力,并 計算得到A和Re A與Re關系曲線見圖3.
                  
                  壓降公式為得到壓降的關聯公式,首先對式(7)中的X進行回歸。
                  
                  根據瑞利法,可將式(6)寫成指數乘積形式:入=b〇(Re)b| (n)*2將計算得到的X和Re代入式(8),構成矛盾方程組。利用最小二乘法將該矛盾方程組轉化為正規方 程組,通過高斯消去法求解該正規方程組,計算出數學模型中的待定系數b〇,,fe,&,可得到聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空中流動時X的關聯公式,即Nd_ a4X105. 29Re_0.855 5, Re< 2 000,Re_ a 420 7|\ Re 2 000 ,也可得到聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空中流動的壓降關聯公式,即1P24.096 59170. 689 72d1. 072 65_ 0. 855 5Rea」6. 641 14ReI. 042 040. 420 7I3(D〇 _ Di)3(D〇 +Di)22PO2(D〇 _ Di)3(D〇 + D-)
                  
                  2Re< 2 000_ Re > 2 000 .
                  
                  (8)
                  
                  ( 9)
                  
                  ( 10)
                  
                  圖4和圖5是利用壓降關聯公式(10)繪制的,聚丙烯酰胺水溶液在內管帶有等距環槽的同心環空中 流動時壓降與流量的關系曲線。從圖4, 5可以看到,曲線有明顯的拐點,說明流動在此拐點由層流向紊流 轉變。
                  
                  從圖4可以看出,聚丙烯酰胺水溶液的壓降隨著流量的增加而增大;在流量相同的情況下,d/a越大, 產生的壓降也越大;當d/a相同的情況下,紊流時曲線的斜率比層流時的斜率大。
                  
                  從圖5可以看出,聚丙烯酰胺水溶液的壓降隨著流量的增加而增大;在流量相同的情況下,1越大,產 生的壓降也越大;/相同的情況下,紊流時曲線的斜率比層流時的斜率大。
                  
                  (下轉第56頁)
                  
                  40 .
                  
                  3結論(1)端基為酯基的樹狀大分子對原油都具有降黏性能,且在質量分數為0. 6%時取得最佳降黏效果。
                  
                  (2)端基為酯基的樹狀大分子,端基數目相同時,隨著端基碳鏈的增長,降黏性能增強;隨端基的數目 增加,降黏率增大。
                  
                  (3)端基為氨基的整代聚酰胺-胺樹狀大分子對原油不具有降黏性能,進一步表明降黏性能與樹狀大 分子的端基結構有關。
                 
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