人工举升理论第4讲多相管流.

人工举升理论第4讲多相管流吴晓东多相管流是指在管路中有各种游离的气体和液体同时流动。研究多相管流目的是预测多相流的压力分布剖面，对石油石油工业有重要意义。研究多相管流的目的设计自喷井管柱预测自喷井产量选择完井管柱气井排水、产气管柱选择设计人工举升设施多项管流压力剖面图不同下泵深度井筒压力分布图/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式井深，m压力，MPa垂直管中气液两相的流动型态泡状流弹状流段塞流环状流雾状流泡状流井筒内流体的压力稍低于饱和压力，少量的气体从油中分离出来，以小气泡的形式分散于油中。虽然小气泡具有一定的膨胀能量，但是由于气泡在井筒横断面上所占的比例很小，且气体与液体的密度相差很大，所以气泡容易从液体中滑脱而自行上升。此时，小气泡的膨胀能量没有起到什么举液的作用，这种能量损失称为滑脱损失。弹状流在流动过程中，随着压力的降低，小气泡逐渐膨胀，并且互相合并成大气泡，最后，大气泡成为顶部凸起的炮弹形气泡。段塞流井筒内流体的压力进一步低于饱和压力，气体继续分离出来，并且进一步膨胀，且炮弹形大气泡形成气体柱塞，使井筒内出现一段液体、一段气体的柱塞状游动。这时气柱好象活塞一样推动液体上升，对液体具有很大的举升作用，气体的膨胀能量得到充分的利用。环状流随着气体的继续分离和膨胀，气体的柱塞不断加长而突破液体柱塞，形成中间为连续气流管壁附近为环形液流的流动型态。此时，气体携带液体的能力仍然很强。雾状流当气体的量继续增加时，中间的气柱几乎完全占据了井筒的横断面，液体呈滴状分散在气柱之中，由于液体被高速的气流所携带，所以几乎没有什么滑脱损失。此时，气体的速度增加很快，开始出现明显的加速度损失。两相流动流型图—垂直管流Howitt和Roberts流型图两相流动流型图—水平管流Bell的修正Baker流型图Mandhane流型图两相流能量平衡方程22112211122222eeeemVmgzmVmgzUpVqWUpVgggg22102VwVeemvmgzVdpWIgg能量方程通式为：假定W=0，取单位质量流体，用压力梯度表示：dpdpdpdpdZdZdZdZ举高摩擦加速度sindpgdZ举高dpdvvdZdZ摩擦wdIdpdZdZ加速度水平管流，θ=0垂直管流，θ=90°井筒多相流Beggs-Brill方法实验参数范围：•气体流量，m3/s0～0.0980•液体流量，m3/s0～0.0019•系统的平均压力(绝对)，kPa241～65.5•管子的直径，mm25.4～38.1•持液率，m3/m30～0.870•压力梯度，kPa/m0~18•倾斜角度，度-90~+90•流动型态全部这是目前气液两相管流方面较全面的研究成果。水平管流型机械能守恒方程：sindpdEdvgvdZdZdZ位差压力梯度摩擦压力梯度加速度压力梯度sin1sinllldpgHgHgdZ位差2/22dpvGAvdZDD摩擦sgvvdpdpdZpdZ加速度总压力梯度：(/)(1)sin2(1)(1)sin21{(1)}/llglllglsgllglllglsgdpGAvHHgdzDHHvvdppdzGvHHgDAHHvvpBeggs-Brill方法流型分布图—水平流动Ⅰ—分异流；Ⅱ—间歇流；Ⅲ—分散流；Ⅳ—过渡流Beggs-Brill方法持液率确定θ持液率与角度的关系倾斜校正系数与角度的关系0llHH211sin(1.8)sin(1.8)3cBeggs-Brill方法阻力系数确定'se2'ReRe2lg()4.5223lg3.8215NN24ln0.5233.182ln0.8725(ln)0.01853(ln)YsYYY其中，无滑脱气液两相流阻力系数S与El和Hl(θ)有关，由下式计算2()llEYH井筒多相流Orkiszewski方法Orkiszewski方法，是把众多已发表的，凡能足以在相当宽的油井情况的范围内，以相当的精确性预测压力降得方法加以分析后得到的。泡流段塞流过渡流雾流液体气体2tgpWqvdvdpAp根据气体定律，动能变化为：基本方程式：21fkktgpgphWqAp按照下列范围具体确定流动方式：流动方式界限泡流BtgLqq段塞流BtgLqq，BgLv过渡流BgMLvL雾流MgLv其中：4/11gAqvpggDvLtB/7277.0071.1,13.0max2ggSqqvL1365075.018475ggMqqvL（1）泡流241112gttgspspspqqqHvAvAvA气相在管段中所占的空间：流体平均密度：llggHH摩阻梯度：22llfvfD(1)llpgqvAH其中摩擦阻力系数可查下图：摩擦阻力系数曲线（2）段塞流流体平均密度：tlspltspWvAqvA摩阻梯度：22lspltftspqvAfvDqvA12svCCgD其中C1与Nb关系曲线C1与NRe关系曲线slblvDNRetllvDN（3）过度流平均密度可由顿斯及罗斯方法算出：MggSMSMSLLLLLL段塞雾流摩阻梯度也可以用同样的方法加权平均后求得：MggSfffMSMSLLLLLL段塞雾流（4）雾流平均密度：雾流气液滑脱速度接近于零，基本没有滑脱：22gsgfvfDllggHHgglgqHqq摩阻损耗梯度可用顿斯和罗斯的方法表示：雾流摩擦系数为气体雷诺数的函数，可由摩擦阻力系数曲线查得，气体雷诺数为：RegsgggvDN下堂课再见谢谢!