首页 / 专利库 / 纺织设备及加工 / 浆液 / 一种水合物浆液黏度的计算方法及装置

一种合物浆液黏度的计算方法及装置

阅读:1031发布:2020-06-25

专利汇可以提供一种合物浆液黏度的计算方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 水 合物 浆液 黏度的计算方法及装置,所述方法包含:获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;将水合物浆液黏度初值、 流体 物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定 阈值 比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。,下面是一种合物浆液黏度的计算方法及装置专利的具体信息内容。

1.一种合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,所述方法包含:
获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;
根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;
将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;
将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。
2.根据权利要求1所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值还包含:当所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值超出所述预定阈值时,通过二分法调整所述水合物浆液黏度初值;根据调整后的所述水合物浆液黏度初值重新计算管道压降数据。
3.根据权利要求1所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值包含:根据爱因斯坦悬浮液黏度模型计算获得水合物浆液黏度初值:
上式中,μsl,0为水合物浆液黏度初值;μL为连续相黏度;Csl为水合物浆液总颗粒浓度。
4.根据权利要求1所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据还包含:根据水合物浆液参数,计算获得所述水合物浆液的临界不淤速度;根据所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速计算得到管道压降数据。
5.根据权利要求4所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,根据所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速计算得到管道压降数据包含:比较所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速;当所述临界不淤速度大于水合物浆液在管道中的混合流速时,根据拟单相流动模型计算得到管道压降数据;当所述临界不淤速度小于水合物浆液在管道中的混合流速时,根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到管道压降数据。
6.根据权利要求5所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到管道压降数据包含:根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到第一移动层高度及第一移动层流速;根据所述第一移动层高度计算获得第一临界沉积流速;根据所述第一临界沉积流速与第一移动层流速计算得到管道压降数据。
7.根据权利要求6所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,根据所述第一临界沉积流速与第一移动层流速计算得到管道压降数据包含:当所述第一移动层流速大于所述第一临界沉积流速时,将所述第一移动层高度和所述第一移动层流速带入压降梯度方程中,获得管道压降数据;所述第一移动层流速小于所述第一临界沉积流速时,通过三层流动模型,结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数及封闭关系方程得到第二移动层高度、第二移动层流速及静止层高度;根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据。
8.根据权利要求7所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据包含:根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度通过校核模型校验水合物浆液与管道之间的关系,根据校验结果与所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据。
9.根据权利要求8所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,所述校核模型包含:
Asb(dP/dx)+Fmbsb+τmbsbSmbsb≤Fsb;
上式中,Asb为静止层的截面积;τmbsb为移动层与静止层之间的剪切应;Smbsb为移动层与静止层之间的接触湿周;Fmbsb为作用在移动层与静止层之间Smbsb的干摩擦力;Fsb为水合物聚集体作用在静止层与管壁Ssb间的干摩擦力;dP/dx压力梯度。
10.根据权利要求8所述的水合物浆液黏度的计算方法,其特征在于,根据校验结果与所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据包含:当所述校验结果非预定结果时,利用三层流动模型计算获得第三移动层高度和第三移动层流速,计算获得第二临界沉积流速;将所述第二临界沉积流速与所述第三移动层流速比较,根据比较结果与所述压降梯度方程计算获得管道压降数据。
11.一种水合物浆液黏度的计算装置,其特征在于,所述装置包含实验检测模、初值估测模块、计算模块和比较模块;
所述实验检测模块用于获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;
所述初值估测模块用于根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;
所述计算模块用于将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;
所述比较模块用于将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。

说明书全文

一种合物浆液黏度的计算方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及流体计算领域,尤指一种水合物浆液黏度的计算方法及装置。

背景技术

[0002] 水合物是一种由水分子和甲烷等客体分子在高压低温下所形成的非计量笼形晶体包络物。随着油气开发不断向深海发展,在油气水多相混输的海底集输系统中,极易引起水合物生成并引发冻堵等问题。传统水合物抑制方式,随着深海油气开发深度的增加,其技术局限性逐渐突出。以水合物浆液输送技术为核心的险控制水合物的方式,逐渐被研究者所青睐。作为冷量存储较好的相变材料,水合物浆液作为制冷剂被制冷工业所关注。此外,在固体流化开采可燃矿藏的方式中,水合物将以浆液形式被管道输送至平台,使得对水合物浆液的研究得到了更为广泛的关注。
[0003] 不论是应用在深水油气开发集输中风险控制水合物、还是作为制冷材料应用在循环制冷管路中、或者作为一种可燃冰开发方式以固态流化形式在管道中输送,水合物浆液黏度特性研究至关重要。通过环路开展水合物浆液流动获得其黏度特性并进行分析,相较于高压流变仪等搅拌设备更加贴近管道流动实际。若水合物浆液以较好的悬浮态在管道中流动,其黏度计算方法较为成熟,学界公认可借助Hagen-Poiseuille方程或者Rabinowitsh-Mooney方程反算水合物浆液黏度。但是,若水合物浆液在流动过程中出现了明显的固体移动床或静止沉积层,则上述方法不再适用。特别是当流动体系中水合物生成后,原有液相流动将变成更为复杂的固浆流动。要通过环路实验数据,准确计算水合物浆液黏度,需要考虑到水合物颗粒在水合物浆液流动过程中的聚并和剪切等作用所形成的水合物聚集体的相互作用,以及其是否出现移动床及静止沉积层等问题。而目前针对水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床、沉积层的实验压降数据,来确定水合物浆液黏度的计算方法研究则较少。

发明内容

[0004] 本发明目的在于提供一种在高压环道中水合物浆液流动出现水合物聚集体固体移动床、沉积层的实验压降数据的基础上,结合所建立的固浆流动模型,从而反算确定水合物浆液黏度的计算方法。
[0005] 为达上述目的,本发明所提供的水合物浆液黏度的计算方法,具体包含:获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。
[0006] 本发明一实施例中,将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值还包含:当所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值超出所述预定阈值时,通过二分法调整所述水合物浆液黏度初值;根据调整后的所述水合物浆液黏度初值重新计算管道压降数据。
[0007] 本发明一实施例中,根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值包含:根据爱因斯坦悬浮液黏度模型计算获得水合物浆液黏度初值:
[0008]
[0009] 上式中,μsl,0为水合物浆液黏度初值;μL为连续相黏度;Csl为水合物浆液总颗粒浓度。
[0010] 本发明一实施例中,将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据还包含:根据水合物浆液参数,计算获得所述水合物浆液的临界不淤速度;根据所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速计算得到管道压降数据。
[0011] 本发明一实施例中,所述根据水合物浆液参数,计算获得所述水合物浆液的临界不淤速度包含:通过以下公式计算获得所述水合物浆液的临界不淤速度:
[0012]
[0013] 上式中,Uc为“临界不淤流速”;s为水合物与连续相比重之比;Sv为水合物体积比浓度;g为重加速度;CD为颗粒拖拽系数,与水合物浆体流动聚集体雷诺数和连续相黏度有关;D管道直径。
[0014] 本发明一实施例中,将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据包含:比较所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速;当所述临界不淤速度大于水合物浆液在管道中的混合流速时,根据拟单相流动模型计算得到管道压降数据;当所述临界不淤速度小于水合物浆液在管道中的混合流速时,根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到管道压降数据。
[0015] 本发明一实施例中,根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到管道压降数据包含:根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到第一移动层高度及第一移动层流速;根据所述第一移动层高度计算获得第一临界沉积流速;根据所述第一临界沉积流速与第一移动层流速计算得到管道压降数据。
[0016] 本发明一实施例中,根据所述第一临界沉积流速与第一移动层流速计算得到管道压降数据包含:当所述第一移动层流速大于所述第一临界沉积流速时,将所述第一移动层高度和所述第一移动层流速带入压降梯度方程中,获得管道压降数据;所述第一移动层流速小于所述第一临界沉积流速时,通过三层流动模型,结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数及封闭关系方程得到第二移动层高度、第二移动层流速及静止层高度;根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据。
[0017] 本发明一实施例中,根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据包含:根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度通过校核模型校验水合物浆液与管道之间的关系,根据校验结果与所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据。
[0018] 本发明一实施例中,所述校核模型包含:
[0019] Asb(dP/dx)+Fmbsb+τmbsbSmbsb≤Fsb;
[0020] 上式中,Asb为静止层的截面积;τmbsb为移动层与静止层之间的剪切应力;Smbsb为移动层与静止层之间的接触湿周;Fmbsb为作用在移动层与静止层之间Smbsb的干摩擦力;Fsb为水合物聚集体作用在静止层与管壁Ssb间的干摩擦力;dP/dx压力梯度。
[0021] 本发明一实施例中,根据校验结果与所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据包含:当所述校验结果非预定结果时,利用三层流动模型计算获得第三移动层高度和第三移动层流速,并根据所述第三移动层高度计算获得第二临界沉积流速;将所述第二临界沉积流速与所述第三移动层流速比较,根据比较结果与所述压降梯度方程计算获得管道压降数据。
[0022] 本发明还提供一种水合物浆液黏度的计算装置,所述装置包含实验检测模、初值估测模块、计算模块和比较模块;所述实验检测模块用于获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;所述初值估测模块用于根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;所述计算模块用于将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;所述比较模块用于将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。
[0023] 本发明所提供的水合物浆液黏度的计算方法及装置可实现基于固浆流动模型反算水合物浆液黏度的计算方法,即在高压环道中水合物浆液流动出现水合物聚集体固体移动床、沉积层的实验压降数据的基础上,结合所建立的固浆流动模型,从而反算确定水合物浆液黏度的计算方法。以该方法所确定的水合物浆液黏度特性更加贴合管道实际流动规律,其优势在于:可用于高压环路实验水合物浆液流动中出现聚集体固体移动床、沉积层情况的浆液黏度研究计算分析。同时也是水合物浆液输送技术在流动保障风险控制、水合物浆液制冷工业应用、天然气水合物固态流化开采等技术研究的基础。附图说明
[0024] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0025] 图1为本发明一实施例所提供的水合物浆液黏度的计算方法的流程示意图;
[0026] 图2为本发明一实施例所提供的固浆三层流动机理模型示意图;
[0027] 图3为本发明一实施例所提供的水合物浆液黏度的计算方法的流程示意图;
[0028] 图4为本发明一实施例所提供的水合物浆液黏度的计算装置的流程示意图。

具体实施方式

[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
[0030] 本发明主要用于流动保障风险控制水合物、水合物浆液制冷及天然气水合物固态流化开采等方向。请参考图1所示,本发明所提供的水合物浆液黏度的计算方法,具体包含:S101获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;S102根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;S103将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;S104将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。其中,上述将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值还包含:当所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值超出所述预定阈值时,通过二分法调整更新所述水合物浆液黏度初值;根据调整后的所述水合物浆液黏度初值重新计算管道压降数据。
[0031] 上述实施例中,所述固浆流动模型如图2所示,该固浆流动模型的基本假设如下:(1)假设水合物生成后颗粒在管道中的聚并及剪切呈现平衡的水合物聚集体状态,即可以通过准稳态形式描述水合物浆的固液流动,暂不考虑瞬变因素;(2)根据实验数据确定水合物聚集体直径,假设其为球形并忽略其与其他聚集体间的黏附作用;(3)认为在管道上层流动的非均质悬浮流动层,表现出顿或牛顿流体的特性;(4)认为移动层为由水合物聚集体以类固体球形堆积成的流层;(5)忽略各层流动接触面间的波动及各层中的固液相间滑移;(6)管道的整个截面均为有效流动区域,如水合物颗粒不会黏附在管壁上阻碍流体流动;(7)本模型建立不存在连续气相,暂未考虑热力的变化对水力的影响。
[0032] 上述利用预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值,主要根据爱因斯坦悬浮液黏度模型计算获得水合物浆液黏度初值:
[0033]
[0034] 上式中,μsl,0为水合物浆液黏度初值;μL为连续相黏度;Csl为水合物浆液总颗粒浓度。
[0035] 本发明一实施例中,上述步骤S103中将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据还包含:根据水合物浆液参数,计算获得所述水合物浆液的临界不淤速度;根据所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速计算得到管道压降数据。具体的,通过以下公式计算获得所述水合物浆液的临界不淤速度:
[0036]
[0037] 上式中,Uc为“临界不淤流速”;s为水合物与连续相比重之比;Sv为水合物体积比浓度;g为重力加速度;CD为颗粒拖拽系数,与水合物浆体流动聚集体雷诺数和连续相黏度有关;D管道直径。
[0038] 为检验是否存在移动床使得管道内流动呈现“非均质悬浮流动层”和“移动层”的双层流动,在上述实施例中,根据所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速计算得到管道压降数据还可包含:比较所述临界不淤速度与水合物浆液在管道中的混合流速;当所述临界不淤速度大于水合物浆液在管道中的混合流速时,根据拟单相流动模型计算得到管道压降数据;当所述临界不淤速度小于水合物浆液在管道中的混合流速时,根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到管道压降数据。其中根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到管道压降数据包含:根据双层流动模型结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数,及封闭关系方程计算得到第一移动层高度及第一移动层流速;根据所述第一移动层高度计算获得第一临界沉积流速;根据所述第一临界沉积流速与第一移动层流速校核固浆流动层数,并根据校验结果计算得到管道压降数据。
[0039] 在上述实施例中,根据所述第一临界沉积流速与第一移动层流速校核固浆流动层数,并根据校验结果计算得到管道压降数据包含:当所述第一移动层流速大于所述第一临界沉积流速时,将所述第一移动层高度和所述第一移动层流速带入压降梯度方程中,获得管道压降数据;所述第一移动层流速小于所述第一临界沉积流速时,通过三层流动模型,结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数及封闭关系方程得到第二移动层高度、第二移动层流速及静止层高度;根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度校核固浆流动层数,并根据校验结果计算得到管道压降数据。其中,根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度校核固浆流动层数,并根据校验结果计算得到管道压降数据包含:根据所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度通过校核模型校验水合物浆液与管道之间的关系,根据校验结果与所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据。
[0040] 本发明一实施例中,所述校核模型包含:
[0041] Asb(dP/dx)+Fmbsb+τmbsbSmbsb≤Fsb;
[0042] 上式中,Asb为静止层的截面积;τmbsb为移动层与静止层之间的剪切应力;Smbsb为移动层与静止层之间的接触湿周;Fmbsb为作用在移动层与静止层之间Smbsb的干摩擦力;Fsb为水合物聚集体作用在静止层与管壁Ssb间的干摩擦力;dP/dx压力梯度。
[0043] 在本发明一实施例中,根据校验结果与所述第二移动层高度、所述第二移动层流速及所述静止层高度计算获得管道压降数据还包含:当所述校验结果非预定结果时,利用三层流动模型计算获得第三移动层高度和第三移动层流速,并根据所述第三移动层高度计算获得第二临界沉积流速;将所述第二临界沉积流速与所述第三移动层流速比较,根据比较结果与所述压降梯度方程计算获得管道压降数据。
[0044] 鉴于上述步骤S103中需要判断的环节较多,因此为更清楚的解释本申请所提供的水合物浆液黏度的计算方法,以下结合上述各实施例做整体流程说明,本领域相关技术人员当可知,以下说明仅为帮助理解本申请的一种使用方式,并不对其保护范围做任何限定。
[0045] 请参考图3所示,在获得实验基础参数后,首先计算“临界不淤速度Uc(式1)”;
[0046]
[0047] 上式中,Uc为“临界不淤流速”;s为水合物与连续相比重之比;Sv为水合物体积比浓度;g为重力加速度;CD为颗粒拖拽系数,与水合物浆体流动聚集体雷诺数和连续相黏度有关;D管道直径。
[0048] 其后,判断流动是否存在水合物聚集体固体移动床:混合流速Usl大于“临界不淤速度Uc(式1)”,则不存在水合物聚集体固体移动床,可认为水合物浆液流动为非均质的拟单相流动,应用拟单相流动模型计算管道压降(方程组2);混合流速Usl小于“临界不淤速度Uc(式1)”,则拟定管道内流动存在两层,包括:非均质水合物浆液悬浮流动层(简称非均质悬浮流动层)、水合物聚集体固体移动床层(简称移动层),应用双层流动模型(方程组3),结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数(式4)、及必要的封闭关系方程(剪切应力关系、干摩擦力方程及几何关系等),得到移动层高度ymb和流速Umb。
[0049]
[0050] 上式中,Uhl为非均质悬浮流动层的流速;Chl为非均质悬浮流动层水合物固相浓度;Ahl为非均质悬浮流动层的截面积;Usl为水合物浆液混合速流速;Csl为水合物浆液总颗粒浓度;A为管道总截面积;τhl为非均质悬浮流动层与壁面的剪切应力;Shl为非均质悬浮流动层的与管壁接触湿周;dP/dx压力梯度。
[0051]
[0052] 上式中,Uhl为非均质悬浮流动层的流速;Chl为非均质悬浮流动层水合物固相浓度;Ahl为非均质悬浮流动层的截面积;Umb为移动层的流速;Cmb移动层水合物聚集体固相浓度,取值为0.52;Amb为移动层的截面积;Usl为水合物浆液混合速流速;Csl为水合物浆液总颗粒浓度;A为管道总截面积;τhl为非均质悬浮流动层与壁面的剪切应力;Shl为非均质悬浮流动层的与管壁接触湿周;τhmb为非均质悬浮流动层与移动层之间的剪切应力;Shmb为非均质与移动层间的接触湿周;τmb为移动层与管壁处的剪切应力;Smb为移动层与管壁接触湿周;Fmb为水合物聚集体作用在移动层与管壁Smb间的干摩擦力;dP/dx压力梯度。
[0053]
[0054] 上式中,Chl为非均质悬浮流动层中水合物聚集体固相平均浓度;Cmb移动层水合物聚集体固相浓度,取值为0.52;D管道直径;Ahl为非均质悬浮流动层的截面积;θmb为移动层与管壁接触湿周Smb所对圆心;ε为扩散系数;w为水合物聚集体沉降速度,常用Richardson-Zaki公式计算。
[0055] 然后计算“临界沉积流速Ubc(式5)”
[0056]
[0057] 上式中,Ubc为“临界沉积流速”;ρL为连续相密度;ρs为固相密度;Cmb移动层水合物聚集体固相浓度,取值为0.52;ymb为移动床的高度;g为重力加速度;dA为水合物聚合物直径;CD为颗粒拖拽系数,与水合物浆体流动聚集体雷诺数和连续相黏度有关;D管道直径。
[0058] 接着判断流动是否存在水合物聚集体固体静止床:当移动床流速Umb大于“临界沉积流速Ubc(式5)”则明确管道内流动仅存在两层,包括:非均质悬浮流动层、移动层,将所得到水合物聚集体固体移动床层高度ymb和流速Umb带入方程组(3)压降梯度计算式,计算得到管道压降;当移动床流速Umb小于“临界沉积流速Ubc(式5)”则拟定管道内流动存在三层,包括:非均质悬浮流动层、移动层、水合物聚集体固体静止层(简称静止层),应用三层流动模型(方程组6),结合非均质悬浮流动层水合物聚集体平均浓度分布函数(式7)、及必要的封闭关系方程(剪切应力关系、干摩擦力方程及几何关系等),得到移动层高度ymb和流速Umb、静止层高度ysb;
[0059]
[0060] 上式中,Uhl为非均质悬浮流动层的流速;Chl为非均质悬浮流动层水合物固相浓度;Ahl为非均质悬浮流动层的截面积;Umb为移动层的流速;Cmb移动层水合物聚集体固相浓度,取值为0.52;Amb为移动层的截面积;Usl为水合物浆液混合速流速;Csl为水合物浆液总颗粒浓度;A为管道总截面积;τhl为非均质悬浮流动层与壁面的剪切应力;Shl为非均质悬浮流动层的与管壁接触湿周;τhmb为非均质悬浮流动层与移动层之间的剪切应力;Shmb为非均质与移动层间的接触湿周;τmb为移动层与管壁处的剪切应力;Smb为移动层与管壁接触湿周;Fmb为水合物聚集体作用在移动层与管壁Smb间的干摩擦力;τmbsb为移动层与静止层之间之间的剪切应力;Smbsb为移动层与静止层之间的接触湿周;Fmbsb为作用在移动层与静止层之间Smbsb的干摩擦力;dP/dx压力梯度。
[0061]
[0062] 上式中,Chl为非均质悬浮流动层中水合物聚集体固相平均浓度;Cmb移动层水合物聚集体固相浓度,取值为0.52;D管道直径;Ahl为非均质悬浮流动层的截面积;θmb为移动层与管壁接触湿周Smb所对圆心角;θsb为静止层与管壁接触湿周Ssb所对圆心角ε为扩散系数;w为水合物聚集体沉降速度,常用Richardson-Zaki公式计算。
[0063] 校核不等式(8):若该不等式不成立,以拟定三层流动模型计算得到的移动层高度ymb,返回重新计算“临界沉积流速Ubc(式5)”,并与拟定三层流动模型计算得到的移动层高度Umb进行比较,判断是否存在水合物聚集体固体静止床,进行后续的计算;若该不等式成立,则可以明确管道流动存在三层,通过方程组(6)压降梯度计算式,计算得到管道压降;
[0064] Asb(dP/dx)+Fmbsb+τmbsbSmbsb≤Fsb  (8)
[0065] 上式中,Asb为静止层的截面积;τmbsb为移动层与静止层之间之间的剪切应力;Smbsb为移动层与静止层之间的接触湿周;Fmbsb为作用在移动层与静止层之间Smbsb的干摩擦力;Fsb为水合物聚集体作用在静止层与管壁Ssb间的干摩擦力;dP/dx压力梯度。
[0066] 最后,比较模型计算压降与实验压降数据,若两者相差不满足精度要求,则通过二分法调整水合物浆液黏度初值,返回上一步;若两者相差满足精度要求,则此时的水合物浆液黏度初值即为真实的水合物浆液黏度值;
[0067] 请参考图4所示,本发明还提供一种水合物浆液黏度的计算装置,所述装置包含实验检测模块、初值估测模块、计算模块和比较模块;所述实验检测模块用于获取水合物浆液在管道中流动出现水合物聚集体固体移动床的实验压降数据;所述初值估测模块用于根据预定黏度模型预估实验参数条件下的水合物浆液黏度初值;所述计算模块用于将水合物浆液黏度初值、流体物性、及实验流动参数带入固浆流动模型,计算得到管道压降数据;所述比较模块用于将所述管道压降数据与所述实验压降数据之间差值与预定阈值比较,根据比较结果与所述水合物浆液黏度初值获得水合物浆液黏度值。
[0068] 本发明所提供的水合物浆液黏度的计算方法及装置可实现基于固浆流动模型反算水合物浆液黏度,即在高压环道中水合物浆液流动出现水合物聚集体固体移动床、沉积层的实验压降数据的基础上,结合所建立的固浆流动模型,从而反算确定水合物浆液黏度的计算方法。以该方法所确定的水合物浆液黏度特性更加贴合管道实际流动规律,其优势在于:可用于高压环路实验水合物浆液流动中出现聚集体固体移动床、沉积层情况的浆液黏度研究计算分析。同时也是水合物浆液输送技术在水合物流动保障风险控制、水合物浆液制冷工业应用、天然气水合物固态流化开采等技术研究的基础。
[0069] 本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0070] 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0071] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0072] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0073] 以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
一种浆液混合器 2020-05-12 572
浆液搅拌装置 2020-05-13 801
粘土固化浆液 2020-05-13 678
浆液分离设备 2020-05-12 118
水泥砂浆浆液 2020-05-12 50
浆液循环方法 2020-05-12 822
煤矸石浆液 2020-05-11 686
浆液分离装置 2020-05-13 537
浆液及浆液的制造方法 2020-05-11 277
处理浆液 2020-05-11 38
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈