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天然气与石油
2016年8月
NATURAL GAS AND OIL
梭型分压注人工具内流场PIV实验研究
吴迪李伊兰班久庆张威张伟文杨兴宙
东北石油大学石油工程学院，黑龙江大庆163300
摘要：为了通过实验手段得到不同分子量、不同流量的聚合物溶液在流经不同槽数分压注入工具时的流场变化，基于相似原理设计了一套可用粒子成像测速(PIV)系统进行实验的梭型分压注入工具模型，并利用PIV系统对不同实验条件下流经该模型内的聚合物溶液进行连续拍摄，得到大量的溶液运动瞬时图像。再利用Tecplot软件进行分析处理，得到不同分子量、不同流量聚合物溶液在流经不同槽数分压注入工具时降压槽内流场的速度云图。分析实验结果表明：聚合物溶液通过梭型分压注入工具时在降压槽底部出现激涡；流量越大，泼涡中心越偏向外壁；聚合物分子量越大或降压槽槽数越少，管壁附近速度梯度越大；分压注入工具的槽数对泼涡的位置无明显影响。实验为分压注入工具内部流场分布提供了一种新的研究方法。
关键词：聚合物溶液；降压槽；PIV；分压注入工具 D0I:10. 3969 /j. issn. 1006 5539. 2016. 04. 013
0前言
利用分压配注器分层配注聚合物1-"]广泛应用于油田生产。其中的分压注人工具(4-")是利用流体经一系列节流间隙与膨胀腔通道，使流体的动能不断变化，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的[6-7)。
目前，由于实验手段的缺乏，针对分压注入工具结构的优化和其降压槽内流场分布的研究均是通过运用 Fluent等数值模拟软件进行模拟分析[-]，缺乏足够的实验验证。近年来粒子成像测速（PIV）技术的发展[12-17]使得通过实验手段获得形状复杂的降压槽内溶液瞬时动力学流动状态成为可能。本文基于相似原理设计了一种可用于PIV系统的梭型分压注人工具实验模型，并利用该装置进行实验，分析了不同条件下分压注人工具内聚合物溶液流场的分布规律。实验为分压注人工具内的流场研究提供了一种新的方法，并为分压注人工具结构的优化提供了验证手段和技术支持。
1相似准则下实验模型的设计
综合考虑实验观测效果和模型加工难度，在满足几何相似前提下，计划将分压注人工具的降压槽放大，放大后的模型尺寸见图1。
图1分压注入工具实验模型中降压槽尺寸
其中：实验模型套管外径为35mm、内径为31mm，套管壁厚2mm，降压槽外径为29mm、内径为23mm，槽间距13mm，前槽间角45°，后槽间角20°。
由于本次试验中黏性力起主导作用，依据黏性力相似准则，只需在保证原型与模型几何相似及运动相似的
收稿日期：2016-03-14
基金项目：国家自然科学基金项目“分注工具对三元复合体系作用机理及三元复合体系与油层的匹配关系研究"（QC 2015056）；黑龙江省自然科学基金项目"分质过程对三元复合体系黏度和流度控制能力影响的机理研究"（NEPUQN2014-
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作者简介：吴迪（1990-），男，黑龙江明水人，硕士研究生，主要从事复杂流体与流动的研究工作。
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