水平井固-液-液多相流数值模拟方法及模块化集流流动特性研究和实验

To some questions of both the numerical simulation method of solid-liquid-liquid multiphase flow and the flow characteristic of modularity gathered pipes in horizontal well, we want to research some methods which are mathematical models of both stratified laminar and dispersed flows, numerical simulation of solid-liquid-liquid multiphase in horizontal\near horizontal well, and flow characteristic of modularity gathered pipes. Those can build pertinency mathematical models for solid-liquid-liquid multiphase flow, and know flow feature of multiphase flow, and resolve interaction between modularity gathered pipes. Moreover, we do some experiment in order to improve the mathematical models. Final, the numerical simulation method of solid-liquid-liquid multiphase flow in horizontal well will be established and its results are helpful for the equipment design, data acquisition and interpretation. This research should possess an important science meaning and a high practical value.

针对现有水平井挟沙油水的固-液-液多相流数值模拟方法近乎空白及管柱模块化集流流动特性不清等存在的诸多问题，拟开展水平井挟沙油水多相分层流动数学模型、多相分散流动数学模型、水平\近水平井固-液-液多相流数值模拟、管柱模块化集流流动特性数值模拟等研究内容，力图为水平井固-液-液多相流数值模拟建立有针对性的数学模型，搞清水平\近水平井固-液-液多相流流动特征，解决模块化集流通道之间流动的相互影响。此外，开展相应的室内实验模拟，用于验证数值模拟结果，完善数值模拟的数学模型。为水平井挟沙油水的固-液-液多相流动建立一套可靠的数值模拟方法，以便为管柱模块化集流技术的仪器设计、数据采集及资料处理解释提供可靠的数值模拟结果。本申请当具有重要的学术意义及很高的实用价值。

水平井挟沙油水多相流的流动特性数模及实验结果，可为指导产业剖面测试仪器设计、野外数据采集和数据处理及解释提供理论依据。为此，针对水平井挟沙油水多相流数模及实验中存在的诸多问题开展了研究，建立了水平井挟沙油水多相流数模及实验方法，所获得的一些成果具有重要的学术意义和使用价值。.研究内容包括：①研究低流速状态下具有水平及波状分界面的挟沙油水多相分层流动模拟的数学模型及数值模拟方法。②研究较高流速状态下挟沙油水多相分散流动模拟的数学模型及数值模拟方法。③研究水平\水平微弯井内挟沙油水多相分层流和分散流的流动规律。④研究模块化集流测试系统内挟沙油水多相流的流动规律。⑤实验研究挟沙油水多相流在水平井及集流测试系统中分层和分散流动特征。.取得了7项主要研究成果，其中创新性成果5项，即：①建立了具有水平及波状分界面的挟沙油水多相分层流的数学模型及模拟方法，考虑了液滴和固体颗粒穿透界面的影响，通过耦合VOF模型和DPM模型表征了位于分界面周围油滴的移动特性；②建立了挟沙油水多相分散流的数学模型及模拟方法，引入了液滴之间、颗粒之间及液滴与颗粒之间的阻力项，通过耦合Eulerian模型和DPM模型描述了水平井挟沙油水多相分散流动特征；③构建了与实际生产中最新仪器设计高度匹配的模块化集流通道的几何及物理模型，系统地模拟了水平模块集流通道内各相的流速和体积分量，分析了模块之间的相互影响；④实验研究建立了水平及倾斜井油水两相9种流型的流型图，搞清了水平和倾斜油水两相分层流与环状流、分层流与双连续流、分离流与间歇流等流型转换机理；⑤依据受力特征建立了油水两相分层流界面波变形及破坏预测数学模型，获得了界面波变形和破坏时合外力的临界值，搞清了界面波破碎及液滴夹带机理。.正式发表论文38篇，其中期刊论文30篇，SCI收录21篇，EI收录7篇，国内期刊9篇。授权发明专利4项，参加国际会议5次。