采油工程第2章气液两相管流

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1、图2-1自喷井生产系统及压力损失7/15/20211第二节气液两相管流基本概念及基本方程两相管流：占油气井系统总压降35%-90%核心问题：沿程压力变化及其影响因素7/15/20212一、气液两相管流的滑脱现象及特性参数滑脱现象气液两相上升流动时，由于气液两相间的密度差异所产生气相超越液相流动。相对于气相而言，有一部分液相被滞留于管段中。密度增加，压降损失增加7/15/20213持液率(LiquidHoldup)流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额混合物密度存在滑脱7/15/20214流速相平均流速实际流速表观流速关系混合物流速滑脱速度7/15/20215无滑脱滑脱损失无滑脱时：存在滑

2、脱时：无滑脱持液率(No-slipLiquidHoldup)管流截面上液相体积流量与气液混合物总体积流量的比值。（条件：）关系/A()/A7/15/20216则:式中第一项是无滑脱密度ρns(VG=VL)AALAG3、实际密度qG=vGAG，vG，则AGA=AL+AG，AG，AL若无滑脱时液相面积AL滑脱时增加ΔAL密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗,叫有效损耗。式中第二项是滑脱引起的密度增量,它所引起的压力变化叫滑脱损失。二、气液两相管流的流型纯液流（p>pb）无气相，管内均质液体流体密度最大，压力梯度最大溶解气开始从油中析出，气体以小气泡分散在液相中泡流（p

3、是连续相，气相是分散相液相滑脱损失严重，易水淹摩阻小，重力损失为主特点7/15/20218液相是连续相，气相是分散相气体体积变大，摩阻增加滑脱较小，总压力损失最小特点混合物继续向上流动，压力降低，小气泡合并形成大气泡，在井筒中形成一段气，一段液流动结构，气托着油向上运动。段塞流7/15/20219液相由连续相过渡为分散相，气相相反气体流量大，摩阻增加特点压力继续降低，部分大气泡从中间突破液段形成短气柱，把液体挤到环壁。液体靠中心气流的摩擦携带作用向上运移。过渡流（环流）7/15/202110气相是连续相，液相是分散相摩阻增加，重力损失最小特点压力进一步降低，中心气柱逐渐增大，壁面液膜厚度降

4、低，液体以液滴分散于气相中。雾状流7/15/202111纯液流泡流段塞流过渡流雾状流油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流（液流），泡流，段塞流，过渡流，雾状流。实际上，在同一口油井中，一般不会出现完整的流型变化。总结Hp7/15/2021122.水平管流气液两相流流型分层流上部气流、下部液流气液界面平滑或波状中心气流携带液滴管壁液环流动7/15/202113大气泡沿管子顶部流动，管子下部为液流间歇流塞流段塞流大液体段塞流与几乎充满管子的高速气泡的交替流。7/15/202114气流量高、液流量低气流中夹带液滴分散流大气泡集中在管子的上半部。7/15/202115四、气液两相管流压力

5、梯度方程及求解步骤1.压力梯度方程压降梯度=重力梯度+摩阻梯度+动能梯度单相气体一维稳定流动z的正向为流体流向为管子与水平方向的夹角单相流多相流水平管流(θ=0)，且忽略动能7/15/202117分析泡流段塞流过渡流雾流井筒L处p，TL=L1,L2,L3---Lnp=p1＋△p1+△p2---△pn-17/15/202118迭代计算步骤pwf，Twfp1=pwf－△p1p1，T1p1=pwf－△pxpwfBo,Bg,Bw,Rs,μo,μg等vm,vsg,vsl判别流型计算HL(ρm)泡流段塞流过渡流雾流泡流段塞流过渡流雾流动能＋摩阻＋重力△px2△px,-△px2

6、2△H7/15/202119压力梯度方程求解步骤（1）以井口或井底为起点(由已知压力的位置定)（2）选择一个计算区间长度:ΔH一般取50～100m（3）假设这一区间的压降值ΔP(由经验定)（4）计算出区间的平均温度和平均压力Pav,Tav（5）确定Pav和Tav下的物性参数（6）判断流态（7）计算dp/dh和ΔP'（8）比较ΔP'与ΔP,若相差超过允许值,以ΔP代入。（9）重复第4步到第8步也可以选择假设压降值ΔP,来计算区间ΔH',比较ΔH与ΔH'的方法。第三节气液两相管流计算方法早期均匀流方法（总摩阻系数法）1952Poettmann—Carpenter80’s陈家琅λ'~(NRe)

7、2经验相关式1963Duns－Ros无因次化处理NvL、Nvg、ND、NL1965Hagedorm－Brow现场实验1967Orkiiszewski流型组合1973Beggs－Brill倾斜管实验1985Mukherijee－Brill改进实验条件现代机理模型1985Hasan&Kaber1990Ansari7/15/202121垂直管流Orkiszewski方法Orkiszewski（1967）采用148口油井实测数据