Repeteatability of viscous oil-water-air flows in large horizontal pipes

The study of multiphase flows have a great importance in the oil and gas industry, which often deals with Viscous oil-water-gas three-phase flows mixtures through a horizontal duct categorized by the presence of several liquid and gas phases, so it is important to study the flows to accurately model and design of the oil and gas pipelines and also to save money in the course of transportation. The main purpose of this thesis is to study the hydrodynamic behaviour of high viscous oil-water-air flow mixture in a horizontal straight pipe of 60mm diameter, numerous experiments has been investigated on several flow conditions. Another part of this thesis is to find the effective gas phase velocity in order to predict the void fraction with high speed camera. It is necessary to investigate and predict the flow characteristics during multiphase production at different flow conditions, since the presence of gas together with oil and water is unavoidable the most common flow pattern is slug flow, where a series of liquid slugs is separated by relatively large gas pockets. In spite of its importance, very limited information regarding such a three-phase flow is available in the literature. Hence, it is important to experimentally investigate the characteristics of three-phase flow because it significantly affects pressure gradients and phase holdup. The experimental research was carried out in the Single & Multiphase Thermo-Fluid Dynamics laboratory of Politecnico di Milan, to describe the fluid dynamic behavior of multiphase flows along with the measurement of pressure drop for a wide range of operating conditions of three-phase oil-water-air flows in a horizontal Plexiglass® pipe of internal diameter 60 mm in order to investigate the repeatability of the pressure gradient measurements. The maximum standard deviation percentage for all operating condition does not exceed 4.8 % and minimum standard deviation is 0.5%, and average standard deviation is 1.79%. It holds a very good repeatability of the investigated quantities in a 60 mm internal diameter, and further we have used the high speed video recording (450fps) to characterize the effective gas phase velocity in order to predict the void fraction and validate them with the theoretical correlation of Drift flux model.

Lo studio dei flussi multifase ha una grande importanza nell'industria petrolifera e del gas, che spesso si occupa di miscele di flussi trifase olio-acqua-gas viscosi attraverso un condotto orizzontale classificato dalla presenza di diverse fasi liquide e gassose, quindi è importante studiare i flussi per modellare e progettare con precisione i gasdotti e gasdotti e anche per risparmiare denaro nel corso del trasporto. Lo scopo principale di questa tesi è di studiare il comportamento idrodinamico di una miscela di flusso olio-acqua-aria ad alta viscosità in un tubo diritto orizzontale di 60 mm di diametro, numerosi esperimenti sono stati studiati su diverse condizioni di flusso. Un'altra parte di questa tesi è trovare l'effettiva velocità della fase gassosa al fine di prevedere la frazione di vuoto con la telecamera ad alta velocità È necessario indagare e prevedere le caratteristiche del flusso durante la produzione multifase in diverse condizioni di flusso, poiché la presenza di gas insieme a olio e acqua è inevitabile, il modello di flusso più comune è il flusso di lumache, in cui una serie di lumache liquide è separata da relativamente grandi tasche a gas. Nonostante la sua importanza, sono disponibili in letteratura informazioni molto limitate su tale flusso trifase. Pertanto, è importante studiare sperimentalmente le caratteristiche del flusso trifase perché influisce in modo significativo sui gradienti di pressione e sul mantenimento della fase. La ricerca sperimentale è stata condotta nel laboratorio di termofluidodinamica singola e multifase del Politecnico di Milano, per descrivere il comportamento fluidodinamico dei flussi multifase insieme alla misurazione della caduta di pressione per una vasta gamma di condizioni operative di olio trifase- l'acqua-aria scorre in un tubo orizzontale in Plexiglass® di diametro interno 60 mm per studiare la ripetibilità delle misure del gradiente di pressione. La percentuale massima di deviazione standard per tutte le condizioni operative non supera il 4,8% e la deviazione standard minima è dello 0,5% e la deviazione standard media è dell'1,79%. Presenta un'ottima ripetibilità delle quantità studiate in un diametro interno di 60 mm e inoltre abbiamo utilizzato la registrazione video ad alta velocità (450 fps) per caratterizzare la velocità effettiva della fase gassosa al fine di prevedere la frazione di vuoto e convalidarli con il teorico correlazione del modello di flusso alla deriva.