第九章_两相流段塞流
油气集输复习题(1)
一、填空题1、国家对商品原油的质量要求是：质量含水率、饱和蒸汽压和含盐量。
2、油井回压是集输系统的起点压力，自喷井回压应为油井油压的0.4—0.5 倍，否则集输系统工况的变化将影响油井产量的稳定。
3、多元体系的相特性不同于一元体系，其饱和蒸汽压的大小和温度与气化率有关，通常把泡点压力称为该多元混合物的真实蒸汽压。
4、油气分离的基本方式基本上可分为一次分离、连续分离和多级分离三种。
5、油气分离器按外形一般分为卧式分离器和立式分离器。
6、油气分离中起碰撞和聚结分离作用的部件称除雾器，除雾器应能除去气体中携带的粒径为10—100 微米的油雾。
7、流型模型把两相流流型划分为：分离流、分散流和间歇流或段塞流。
8、形成稳定乳状液必须具备的条件：互不相容液体、强烈搅拌和乳化剂的存在。
9、电脱水只适宜于油包水型乳状液，且进入电脱水器中的乳状液含水率要求不超过30％，否则易产生电击穿现象。
10、原油稳定的方法基本上可分为：闪蒸法和分流法两类。
11、集输系统由那些工艺环节组成：油气分离、原油净化、原油稳定、天然气净化、轻烃回收。
12、理想体系中平衡常数Ki= y i/x i=p i0/p i，它是体系压力和温度的函数。
13、某油田采用三级分离，一级分离压力为0.9Mpa（绝对），末级分离压力为0.1MPa（绝对），各级间压力比R为14、按管路内流动介质的相数，集输管路可分为单相、双相和多相流。
15、气液两相流的处理方法有均相流模型、分相流模型和流型模型三种模型。
16、弗莱尼根关系式在计算倾斜气液两相管流的压降时认为：由爬坡引起的高程附加压力损失与线路爬坡高度总和成正比。
17、原油和水构成得乳状液主要有两种类型：油包水型乳状液和水包油型乳状液。
此外，还有多重乳状液等。
18、试列出原油脱水的任意三种方法：化学破乳剂脱水、重力沉降脱水、加热脱水。
19、沉降罐中的油水分离主要依靠水洗作用和重力沉降作用。
20、水滴在电场中的聚结方式主要有电游、偶极_和振荡。
第九章-段塞流
段塞流的抑制方法
强烈段塞流的抑制法 :抑制强烈段塞流的方法较多，基本上从设计和增加附加设 备两方面解决。例如： 减小出油管直径，增加气液流速； 立管底部注气，减小立管内气液混合物柱的静压，使气体带液能力增强 采用海底气液分离器如海下液塞捕集器 在海底或平台利用多相泵增压； 气体自举 立管顶部节流－最经济、实用的抑制方法
2
第一节 段塞流形成机理
段塞流分类 水动力段塞流(hydrodynamic slugging)
管道内气液折算速度正好处于流型图段塞流的范围内所诱发的段 塞流，水动力段塞流又可细分为：普通稳态水力段塞流和由于气 液流量变化诱发的瞬态段塞流，发生这种段塞流时一般气液流量 较大;地形起伏诱发段塞流
14
控制强烈段塞流的实例
带小分离器的控制方法
荷兰Shell Research B V,
Kooninklijke/Shell-
Laboratorium认为 ：直接操作
入口控制阀有两个主要缺点：
A．它必须作用于密度不同的两相
流体；B．不能直接测量立管顶部
两相流混合物的速度Umix（两相
流流量测量很困难，需要复杂的
10
由上述形成机理可以看出： 第二、第三类段塞流的形成机理是类同的与第一类有所 区别； 管愈高（或地形起伏愈大）形成的强烈段塞流愈严重； 形成强烈段塞流时管道出口的气液流量极不均匀； 气液流量较小时才能形成强烈段塞流。
11
第二节 段塞流的抑制方法
水动力和地形诱发段塞流的抑制 在多相流管道设计中，可选择合适的管径使管道处于 非段塞流工况下工作。若必须在段塞流下工作，由于水 动力、地形起伏、以及陆上集油管线进入油气分离器时 配有立管（高度较小）引发的段塞流，其段塞长度和冲 击强度远小于海洋油气田，常在分离器入口处安装消能 器，吸收油气混合物的冲击能量即可。
水平管气液两相段塞流的波动特性
第59卷 第11期 化 工 学 报 Vol 159 No 111 2008年11月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China ) November 2008研究论文水平管气液两相段塞流的波动特性罗小明,何利民,吕宇玲(中国石油大学储运与建筑工程学院,山东青岛266555)摘要:气液两相段塞流是液塞和长气泡在空间和时间上的交替,在流动过程中表现出间歇性和不稳定性。
系统地研究了水平管中段塞流持液率、压力和压差的波动特性。
结果表明,段塞流持液率的概率密度分布为双峰分布,高持液率峰对应于液塞区,低持液率峰对应于液膜区;在压力的概率密度分布中,当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目少时,压力分布出现双峰分布;当压力测试点到管道出口之间的段塞单元数目多时,压力分布出现单峰分布;压差信号分布呈单峰分布。
这些特征为流型识别提供了可靠的段塞流标识。
关键词:多相流;段塞流;持液率;压力;压差中图分类号:O 35911 文献标识码:A 文章编号:0438-1157(2008)11-2781-06Fluct uation characteristics of gas 2liquid t wo 2p haseslug flow in horizontal pipelineL UO Xiaoming ,H E Limin ,L ΒYuling(De partment of S torage &T rans portation Engineering ,China Uni versit y of Pet roleum ,Qing dao 266555,S handong ,China )Abst ract :Slug flow was a flow of long bubbles and liquid slugs alternating in space and time ,and under flowing conditions ,it is intermittent and unstable 1The fluct uation characteristics of liquid holdup ,p ressure and differential p ressure of slug flow were investigated in a 40m long ,50mm I 1D 1horizontal pipeline 1By statistical analysis ,it was fo und t hat t he pro bability density dist ribution of t he liquid holdup was bimodal dist ribution 1The high liquid holdup peak was in correspondence wit h liquid holdup of t he slug body and t he low liquid holdup peak wit h liquid holdup of t he film 1The liquid holdup which was in correspondence wit h t he respective peaks of probability density f unction was consistent wit h t he mean liquid holdup of smoot h st ratified film and liquid slug 1Moreover ,t he dist ribution of p ressure was unimodal dist ribution or bimodal dist ribution ,depending on t he number of slug unit s ,and t he differential p ressure dist ribution was unimodal dist ribution 1These characteristics p rovide dependable slug identities for flow pattern identificatio n.Key words :multip hase flow ;slug flow ;liquid holdup ;p ressure ;differential p ressure 2008-05-20收到初稿,2008-07-27收到修改稿。
两相流、多相流上课讲义
两相流的概念及类型两相物质(至少一相为流体)所组成的流动系统。
若流动系统中物质的相态多于两个，则称为多相流，两相或多相流是化工生产中为完成相际传质和反应过程所涉及的最普遍的粘性流体流动。
通常根据构成系统的相态分为气液系、液液系、液固系、气固系等。
气相和液相可以以连续相形式出现，如气体-液膜系统；也可以以离散的形式出现,如气泡-液体系统，液滴-液体系统。
固相通常以颗粒或团块的形式处于两相流中。
两相流的流动形态有多种。
除了同单相流动那样区分为层流和湍流外，还可以依据两相相对含量（常称为相比）、相界面的分布特性、运动速度、流场几何条件（管内、多孔板上、沿壁面等）划分流动形态。
对于管内气液系统，随两相速度的变化，可产生气泡流、塞状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流等形态；对于多孔板上气液系可以产生自由分散的气泡、蜂窝状泡沫、活动泡沫、喷雾等形态。
两相流研究的一个基本课题是判断流动形态及其相互转变。
流动形态不同，则热量传递和质量传递的机理和影响因素也不同。
例如多孔板上气液两相处于鼓泡状态时，正系统混合物（浓度增加时表面张力减低）的板效率(见级效率)高于负系统混合物（浓度增加时表面张力增加）；而喷射状态下恰好相反。
两相流研究的另一个基本课题，是关于分散相在连续相中的运动规律及其对传递和反应过程的影响。
当分散相液滴或气泡时，有很多特点。
例如液滴和气泡在运动中会变形，在液滴或气泡内出现环流，界面上有波动，表面张力梯度会造成复杂的表面运动等。
这些都会影响传质通量，进而影响设备的性能。
两相流研究的课题，还有两相流系统的摩擦阻力，系统的振荡和稳定性等。
两相流研究模型两相流的理论分析比单相流困难得多，描述两相流的通用微分方程组至今尚未建立。
大量理论工作采用的是两类简化模型：①均相模型。
将两相介质看成是一种混合得非常均匀的混合物，假定处理单相流动的概念和方法仍然适用于两相流，但须对它的物理性质及传递性质作合理的假定；②分相模型。
两相流
马格努斯力
萨夫曼升力
FM π a p ρ ω V［1 O( Re)］
3
当Re<1时，有
两者的区别
• 受马格努斯力力的颗粒一定是自身在旋转，而受萨夫曼 提升力的颗粒自身并不一定旋转 • 马格努斯力是由于颗粒本身旋转的角速度改变了颗粒两 侧速度而产生的由速度低一侧向高速一侧运动的力， • 萨夫曼力是粒子处于边界层，在垂直于粒子的运动方向 本身存在速度梯度，因而导致粒子有低速向高速提升的 力
Part 02
露天堆煤场粉尘研究
露天堆煤场粉尘的起尘机理
从国内外煤场有关调研资料分析，煤场的主要大气环境问题是煤 炭堆放及装卸过程中粒径较小的煤 粒在风力作用下漂移,对下风，向
大气环境造成污染，污染物主要就是煤堆起尘、装卸及地面扬尘 。
根据布伦特 (Brunt D)的估算，当风速超过 1m/s时，空气的流动
必然为湍 流。据此，堆煤场由于刮风所引起的扬尘可看作湍流对尘
粒的搬动 。
湍流中尘粒的受力分析
在 湍 流 作 用 情 下，气流作用于 颗尘粒上的力主 有： 迎 面 阻力 或 拖 力FD 上 升 力FL 冲 击 力Fm 重 力W 粒子间作用力fi 况 单 要
曳
拖 曳 力 ( FD) 由 两 部 分 组 成 : 第 一 部 分 为 气 流 和 尘 粒 表 面 摩 擦 而 产 生 的摩 擦 力 FD 1。只 有 一 部 分 尘 粒 表 面 直 接 和 气 流 相 接 触 ，摩 擦 力 FD 1并 不 通 过 尘 粒 重 心 ， 方 向 也 不 与 气 流方向相同。 第 二 部 分 为 作 用 于尘 粒 上 的 风 压 力 ， 即 由 于
露天煤堆粉尘的起动过程
在风力作用下，当平均风速约等于某一临界值时，个别突出的尘粒受湍流流速和
两相流基础
含气率和含液率
截面含气率和截面含液率
截面含液率(当地体积含液率)HL 管路流通截面上，液相流通面积与管路总面积之比
HL=AL/A 截面含气率（ φ ）
φ＝ AG /A = AG/(AL + AG)
含气率和含液率
三种含气率之间的关系
气相和液相的折算速度小于相应的气液相实际速度
滑动比、滑移速度、漂移速度
滑动比（s）
uG s = uL
滑移速度（slip velocity）或滑差
uslip = uG − uL
滑动比、滑移速度、漂移速度
漂移速度（drift velocity）
uDL = uL − uM
uDG = uG − uM
含气率和含液率
s = 1， β
=ρ。
＝
ϕ ，流动密度和真实密度相
流动密度和真实密度定义不同，二者的应用场合 亦不同。流动密度常用来计算气液混合物沿管路流动 时的摩阻损失；真实密度常用于计算气液混合物沿起 伏管路运动时的静压损失，即计算由于管路高程变化 引起的附加压力损失。
§4-1 混输管道的流动参数和技术术语 六、摩擦压降的折算系数
q总体积流量m流速u折算s速度ms气相折算速度液相折算速度流速u折算s速度ms气相折算速度液相折算速度流速u混合物m速度mssgsl两相混合物总体积流量与流通面积之比流速u实际速度ms气相速度液相速度气相和液相的折算速度小于相应的气液相实际速度滑动比滑移速度漂移速度滑移速度slipvelocity或滑差slip滑动比s滑动比滑移速度漂移速度漂移速度driftvelocitydl质量含气率干度与质量含液率湿度质量含气率x流过管路流通截面上的气相质量流量与气液混合物总质量流量之比体积含气率和体积含液率体积含气率表示流过管路流通截面上的气相体积流量与气液混合物总体积流量之比即
两相流
井筒两相流 一、流动型态
油气水混合物在井筒中的 流动型态大致可以分为以 下五种： •1、泡状流 •2、段塞流 •3、过渡流 •4、环状流 •5、雾状流
井筒两相流
1 泡状流
井筒内流体的压力稍 低于饱和压力，少量的 气体从油气中分离出来， 以小气泡的形式分散于 油中
பைடு நூலகம்
井筒两相流
2 段塞流 井筒内流体压力进一步降低，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、 一段气体的柱塞状流动 气体段塞对液体举升有很大作用，气体的 膨胀能量得到充分的利用。但是，这种气 体段塞好像不严密的活塞，在举液过程中， 部分已被上举的液体又沿着气体段塞的边 缘滑脱下来，因此仍有一定的滑脱损失
井筒两相流
3 过渡流
井筒两相流
4 环状流
随着气体的继续分离和膨胀，气体段塞不断加长而 突破液体柱塞，形成中间为连续气体，管壁附近为 环形液流的流动型态
井筒两相流
5 雾状流 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。
气液两相混输管道的段塞流
气液两相混输管道的段塞流
冯叔初;汤晓勇
【期刊名称】《中国海上油气（工程）》
【年(卷),期】1993(005)003
【摘要】本文介绍了国外有关气液两相混输管道的段塞流的研究情况。
【总页数】9页(P48-56)
【作者】冯叔初;汤晓勇
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TE832
【相关文献】
1.海底油气混输管道严重段塞流的控制 [J], 赵晓东;李文博;于晓洋
2.海底油气混输管道严重段塞流问题 [J], 张松;王迪;段瑞溪
3.气田混输海底管道段塞流分析 [J], 张淑艳;顾琳婕;鞠文杰;曾树兵;李伟
4.油气混输管道段塞流稳态计算模型 [J], 尹铁男;李清平;宫敬;邓道明;张金波;王磊
5.金县1—1油田至锦州25-1南油田油气混输管道段塞流模拟分析 [J], 戴国华;万春鹏;谢英
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气液两相段塞流中双流体模型的分析
气液两相段塞流中双流体模型的分析赵志勇 王树立 彭 杰抚顺石油学院机械工程分院储运工程系 辽宁省抚顺市 113001【摘要】采用一维瞬态双流体模型描述了倾斜管道中气液两相段塞流的流动情况 。
提出了段塞单元的简化水力模型 。
认为段塞流是由一系列段塞单元构成 ,该段塞单元由液相段塞区和膜区 两部分组成 ;通过对段塞单元的分析 ,采用新方法来计算段塞频率 、段塞单元及液相段塞的长度 ;根 据其流动特点推导出表征气液两相间相互作用及气液两相与管壁间相作用的关联式 。
本文在处理 相间曳力系数时摒弃以往采用经验常数的方法 ,而是在稳态段塞流动量守恒方程的基础上推导出 新型的曳力系数表达式从而达到封闭模型的目的 。
关键词 : 气液两相 瞬态 双流体模型 段塞流A Two 2Fl u id Model U sed In G a s an d L i quid Two 2Pha s e Sl u g Fl o wZha o Z hiyong Wang Shul i P eng JieDepart m ent of Mechanical engineering , Fushun Pet r oleum Instit u te , Fushun Liao n ing 113001Abstract : A o ne d imensio n t ransient t w o 2f luid mo del was emplo yed to describe t he slu g f lo w in a tilting t ube which carries t he gas 2liqu id t w o p hase mixt ure. It is su ppo sed t hat slug flo w be co nstit ut e of series of slu g unit s which co ntain t w o p art s : t h e liquid slug zo n e and film zo n e. t h e co n stit u tive relatio n shi p s for int eractio n bet w een gas and liquid ,and also t h at of t w o p h ase and t h e t u be wall were derived f r o m it ’s mo vement p r op ert y o n t h e basis of mo m ent u m balance. A co n serva 2 tive equatio n ,but no t f r o m t h e empirical dat a .K ey Words : G as 2Liquid t w o p h ase ; Transient ; T w o 2Flu id mo del ; S lug f lo w .〔2〕无压波模型( N FM ) 。
两相流计算方法l
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液-固两相流
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S = vg vs
S = vs vl
5. 压力降
混合物的两相流压力降 ∆pT 与气相、液相、固相分相压力降 ∆pg 、∆pl 、 ∆ps 之间的关系有： A. Murdock J.W.公式；林宗虎公式
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2) 应用近代新技术； 3) 应用基于软测量技术的软测量方法。 2. 主要应用 相分率：
采用低能γ 射线传感器测量相分率：单能γ 射线传感器测量含气 率，双能γ 射线传感器测量相含水率； 流量：
采用文丘里流量计或文丘里流量计+互相关技术测量总流量； 根据相分率和数学模型确定油、气、水各相的流量； 压力、温度变送器
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大部分旋风分离器的切割粒径50之间实际上来流中携带的绝大多数液滴直径要比切割粒径大的多实际上工业用蓝蓝蓝色流体网色流体网色流体网色流体网wwwopenfluidcn蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网蓝色流体网wwwopenfluidcn旋风分离器可以除去大多数液体设计中的主要问题不在于分离器能否将液体分离出来而是如何合理地处理已经被离心力甩向边壁的液大部分气液旋流分离器不采用锥体结构而采用圆筒型结构
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旋风分离器可以除去大多数液体，设计中的主要问题不在于分离器能 否将液体分离出来，而是如何合理地处理已经被离心力甩向边壁的液 体相。
大部分气-液旋流分离器不采用锥体结构，而采用圆筒型结构。 分离器的容量应保证旋涡的尾部不与下部的液面接触。因此隔离板 （或消涡板或稳涡板）的作用是提供一个接触面，旋涡的末端在此面 上像陀螺一样不停地旋转，该板的目的不是破坏和干扰旋涡，而是避 免旋涡与液面接触，可以大大降低湍流和明显削弱旋涡强度。
气液两相流 整理
第一章概论相的概念：相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界面隔开两相流动的处理方法：双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机理模型是多相管流研究的主要方法目前研究存在的问题：1、多相流问题未得到解析解；2、油气水三相流的研究不够深入；3、水平井段变质量流动研究较少；4、缺乏向下流动的综合机理模型；5、缺乏专用研究仪器气液两相流的分类：1、细分散体系：细小的液滴或气泡均匀分散在连续相中2、粗分散体系：较大的气泡或液滴分散在连续相中3、混合流动型：两相均非连续相4、分层流动：两相均为连续相气液两相流的基本特征：1、体系中存在相界面：两相之间也存在力的作用，出现质量和能量的交换时伴随着机械能的损失2、两相的分布情况多种多样：两相流动中两相介质的分布称为流型3、两相流动中存在滑脱现象：相间速度的差异称为滑脱，滑脱将产生附加的能量损失4、沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变气液两相流研究方法：1、经验方法：从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。
优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系2、半经验方法：根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。
优点：有一定的理论基础，应用广泛缺点：存在简化和假设，具有不准确性3、理论分析方法：针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。
优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式缺点：建立关系式困难，求解复杂研究气液两相流应考虑的几个问题：1、不能简单地用层流或紊流来描述气液两相流2、水平或倾斜流动是轴不对称的3、由于相界面的存在增加了研究的复杂性4、总能量方程中应考虑与表面形成的能量问题5、多相流动中各相的温度、组分的浓度都不是均匀的，相之间有传热和传质6、各相流速不同，出现滑脱问题，是多相流研究的核心与重点流动型态：相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动结构流型图：描述流型变化及其界限的图。
第九章段塞流
李玉星
引言
段塞流是多相管流最常遇到的一种流型，在许多操作条件下（正 常操作、启动、输量变化）混输管道中常出现段塞流。其特点是 气体和液体交替流动，充满整个管道流通面积的液塞被气团分割， 气团下方沿管底部流动的是分层液膜。管道内多相流体呈段塞流 时，管道压力、管道出口气液瞬时流量有很大波动，并伴随有强 烈的振动，对管道及与管道相连的设备有很大的破坏，使管道下 游的工艺装置很难正常工作。
由于液塞前锋的拾液和尾部的脱液，液塞前锋的运动速度 比液塞体内流体的运动速度快，称其为平移速度。1975年， Dukler和Hubbard提出了一个计算平移速度的模型，即
vt vs1C
C 0 .0 2 1 ln R e s 0 .0 2 2
31
液塞含液率的确定
Gregory（1978）经验关系式
36
液膜区特性参数
液膜区动量方程可以改写为
fwLL42S~Lvs2L
~
fwgg42S~gvs2g
在上述措施中，立管底部注气和顶部节流已有应用实例，但用注气法解决强烈 段塞流的费用太高，因而常采用各种顶部节流法。
13
立管顶部节流原理
为使系统稳定运行，必须在立管底部出现新液塞并在立管内增长 至顶部前，将液塞排出立管，使气液混合物在系统中连续流动， 即把混合物速度Umix（定义为气液折算速度之和）作为控制参 数。若Umix减小表示发生阻塞，为举升刚形成的液塞，出油管 道的压力应高于立管下游分离器或捕集器正常平均操作压力。立 管顶部节流可增大管道和捕集器之间的差压，利于在立管内刚形 成的小液塞流向捕集器。
增加小分离器和控制系统后，主 分离器液位和立管底部压力相当 稳定。
18
Dunbar 16”管道强烈段塞流的抑制
气液两相和油气水三相段塞流流动特性研究
气液两相和油气水三相段塞流的流动特性研究1.本文概述随着石油工业的发展，对油、气、水三相流动的研究越来越受到重视。
段塞流作为一种特殊的流动形式，经常发生在石油生产和运输过程中。
段塞流的特点是流体在管道中以段塞状周期性运动，这对管道的输送效率和安全性有重大影响。
深入研究气液两相和油气水三相段塞流的流动特性，对提高油气输送效率、确保管道安全运行具有重要意义。
本文旨在系统研究气液两相和油气水三相段塞流的流动特性，包括流型识别、压力损失、流动稳定性等方面。
通过对不同条件下段塞流流动特性的实验研究和理论分析，揭示了段塞流的形成机理和演化规律，为油气管道的优化设计和安全运行提供了理论支持。
本文首先介绍了段塞流的基本概念和研究背景，然后对气液两相和油气水三相段塞流流动特性进行了详细的实验研究。
通过改变流量、压力和温度等参数，观察和分析段塞流型的变化和流动特性的演变。
同时，将理论分析与数值模拟相结合，对实验结果进行了解释和验证。
本文总结了气液两相和油气水三相段塞流流动特性的研究成果，指出了研究中存在的问题和不足，并展望了未来的研究方向。
本文的研究成果对深入了解段塞流的流动特性，优化油气管道的设计和运行具有重要的参考价值。
2.气液两相段塞流的理论基础在油气田开发过程中，气液两相段塞流是一种常见的多相流现象，对油气开采的效率和安全性有着重大影响。
段塞流是一种复杂的流动模式，其特征是在气体和液体之间的管道中交替形成大气泡（气塞）和液块（液塞）。
这种流动模式的形成与多种因素有关，包括流体的物理特性、管道的几何尺寸、流速、压力和温度。
研究气液两相段塞流的理论基础，旨在通过深入分析流动特性，建立描述和预测段塞流行为的数学模型。
这些模型通常需要考虑气体和液体之间的相互作用，如滑动速度和液膜效应。
滑移效应是指管道中气体和液体流速的差异，而液膜效应是指当气泡在管道中上升时，液体与管道壁接触形成的薄膜。
段塞流的研究还需要关注流体动力学中的不稳定性问题，如液塞的波动和破裂，以及气塞的合并和分裂。
两相流
收稿日期:2002-07-15, 修回日期:2002-12-01第一作者简介:欧阳鸿武(1964-),男,博士,教授。
粉体的自组织行为欧阳鸿武,刘 咏,陈海林,何世文(中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙 410083)摘 要:粉体具有不同于固体、液体和气体的独特物性,并在一定条件下表现出自组织特性。
文中介绍了粉体在受迫振动堆积过程中的自组织行为,并对粉体在水平旋转的圆筒中的自组织现象进行了实验观察。
关键词:粉体;自组织;特性中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:1008-5548(2003)01-0038-03Self 2organization Behaviors of PowdersO U YA N G Hong 2w u ,L IU Yong ,CHEN Hai 2li n ,H E S hi 2wen(State K ey Laboratory for Powder Metallurgy ,CentralSouth University ,Changsha 410083,China )Abstract :The powdes have strange different characteristics from solid ,liquid and gas.No matter how the initial condition is ,the open powders system tenders to self 2organization critical state.The self 2organization behaviors of powders under the condition of vibration ,rotation and pile up are observed.K ey w ords :powders ;self 2organization ;characteristics1 粉体的物性及常规评价方法颗粒是指在通常的操作和分散条件下不可再分的固态物质。
油气两相流流型判断文献综述
油气两相流流型判断文献综述摘要：目前常用的两相流流型划分方式一般为两类，一类是按照两相管输中流体的外观形状来划分；另外一类是按照管输介质的连续性来划分。
按流体的外观形状来划分流型，其中一种典型的方式是按照气体输量由少到多来划分，依次将流型划分为气泡流、气团流、分层光滑流、分层波浪流、段塞流(段塞流)、环状流、雾状流。
由于众专家采用这种划分方式使用的实验手段和人为判断的差异，这类划分法所划分的流型不仅数量不同，甚至连名称也不统一。
为便于将两相流问题与比较成熟的单相流流体力学相联系，同时又能将各种不同流型归结为较少的几种模式，相互之间有比较明确的区分特征，简化理论研究对象，从管输介质的连续性出发，可将流型划分为分散流、分离流、间歇流三种。
目前流型测量的方法大致可以分为三类：1，目测方法；2，根据对管线某种参数波动量测定的统计结果与流型建立某种关系依此确定流型；3，根据辐射射线被吸收量来确定气液混合物的密度与流型。
本文中，我通过对文献的阅读，学习到随着计算精度以及生产要求的不断提高，流型有了新的划分和更加精确的流型测量方法。
关键词：两相流；流型；测量Oil and gas flow patterns’judgment literature reviewAbstract：Recently t he flow patterns are divided generally into two categories, one category is divided according to the shape of the appearance of the fluid in the two-phase pipeline;another class is divided according to the continuity of the pipeline media.According to the appearance of the shape,one of typical ways is according to the gas transmission capacity from less to more.the flow pattern is divided into a stream of bubbles,the air mass flow,stratified smooth flow,stratified wavy flow,slug flow(slug flow),annular flow,mist flow.Since all the experts'experimental means and people's judgments are different,not only the number of the flow patterns is different,but also the name is not uniform.In order to facilitate the two-phase flow problems with a more mature single-phase flow,make the various flow pattern attribute to several models and have clear distinguished characteristics between the simplified theoretical research object,we must start from the continuity of the pipeline medium making the flow pattern be divided into dispersed flow,separated flow, intermittent flow.Flow's measurement methods can be roughly divided into three categories:1,visual method;2,establish a relationship to determine the flow pattern, according to statistics on the pipeline;3,according to the amount of absorbed radiation ray to determine the density and the flow type of the gas-liquid mixture.In this article,I learned that with the development of calculation accuracy and production requirements,the flow pattern has a new division and more accurate flow measurement methods前言：随着油气资源的开采向沙漠、深海地区发展，多相混输技术的经济性日益凸显，相关研究逐渐成为热点。
石油工程复习题
判断1.一般认为在油气混合物中的声速小于单相介质中的声速，所以混合物通过油嘴也可达到临界流动。
（对）2.在一口自喷井内可能同时存在纯油流和雾流的情况。
（错）3.单管气举中的闭式管柱是在半闭式管柱的油管底部加单流阀，以防止注气压力通过油管作用在油层上。
（对）4.分层注水是通过分层注水管柱来实现的。
分层注水管柱一般分为两类：同心式注水管柱和偏心式注水管柱。
（对）5.保护器是电泵机组正常运转不可缺少的重要部件之一，根据结构和作用原理不同，可见其分成连通式、沉降式和胶囊式三种类型。
（对）6.采油指数的数值等于单位生产压差下的油井产量。
（错）7.当油藏压力高于饱和压力，而流压低于饱和压力时，油藏中将同时存在单相油流与油气两相流动。
（对）8.普通型光杆两端可互换，当一端磨损后可换另一端使用；一端镦粗型光杆连接性能好，两端也可互换使用。
（错）9.注地层水比注地表水引起的粘土膨胀要小。
（对）10.在稠油井和深井中，经常在抽油杆柱下部采用加重杆，防止杆柱下部发生弯曲。
（对）11.抽油杆柱所受的静动载荷性质不同，伸缩变形的性质与程度也不同。
（对）12.选择组合抽油杆时，要遵循等强度原则，即要求各级杆柱上部断面的折算应力相等。
（对）13.水里活塞泵的动力液循环系统的闭式循环和开式循环的动力液通道相同。
（错）14.在汽液两相垂直管流中，出现滑脱之后将减小气液混合物密度。
（错）15.当油井产量很高时，在井底附近将不再符合线性渗流，而呈现高速非线性渗流。
（对）16.沃格尔曲线也能描述高粘度原油及严重污染的油井的流入动态。
（错）17.气液两相流动的规律比单相流动复杂得多，它不仅与两相介质存在的比例有关，而且与其分布状况等有关。
（对）18.使问题获得解决的节点称为解节点。
（对）19.临界流动条件下，流量受油嘴下游压力变化的影响。
（错）20.下冲程末，余隙内还残存一定数量的溶解气，上冲程开始后，泵内的压力因气体膨胀而不能很快降低，使吸入阀打开滞后、加载缓慢。
西南石油大学历年复试题
08年填空，名词解释，简答题钻井：1、井身结构设计的内容a)确定套管的层数b)确定各层套管的下深c）确定套管尺寸与井眼尺寸的配合2、合理完井的要求①油、气层和井筒之间应保持最佳的连通条件，油、气层所受的损害最小；②油、气层和井筒之间应具有尽可能大的渗流面积，油、气入井的阻力最小；③应能有效地封隔油、气、水层，防止气窜或水窜，防止层间的相互干扰；④应能有效地控制油层出砂，防止井壁垮塌，确保油井长期生产；3、司钻法压井（定义）第一步（第一循环周）：在平衡地层压力的情况下循环排出受污染的钻井液。
第二步：加重钻井液，然后用加重后的钻井液循环压井（第二循环周）4、钻柱设计三种方法由方钻杆、钻杆、钻铤等基本钻具组成，并用配合接头连接起来的入井管串称为钻柱。
①确定钻铤长度Ｌc②从（钻铤）开始，由下而上确定钻杆可下长度③由管材规范、钢级计算Pw④计算允许的最大静拉负荷Pa⑤计算每段钻杆的许下深度，并决定实际的下入长度⑥下部钻柱进行抗外挤强度校核。
5、司钻性（名词解释）6、水力参数设计原理7、水力参数设计步骤（P165 ）(1)根据理论计算法或实测法，求得循环压耗系数m和n；(2)根据工程实际情况，选定最小排量。
8、钻井液流变参数在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。
如钻井液的塑性粘度、动切力、表观粘度、有效粘度、静切力和触变性等性能都属流变性参数。
采油：1、采收率定义及影响因素采收率：可采储量与地质储量的比值。
2、压裂液分（前置液）（携砂液）（顶替液）3、水力压裂和酸压的增产机理压裂酸化:在高于岩石破裂压力下将酸注入地层，在地层内形成裂缝，通过酸液对裂缝壁面物质的不均匀溶蚀形成高导流能力的裂缝。
水力压裂:裂缝内的支撑剂阻止停泵后裂缝闭合，酸压一般不使用支撑剂，而是依靠酸液对裂缝壁面的不均匀刻蚀产生一定的导流能力。
4、5、水处理措施：水源不同，水质不同，水处理的工衣也就不同。
现场上常用的水质处理措施有以下几种。
（1）沉淀（2）过滤（3）杀菌（4）脱气（5）除油（6）曝晒。
气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计
气液两相流段塞流持气率快关阀法优化设计赵安;韩云峰;张宏鑫;刘伟信;金宁德【摘要】快关阀法（quick closing valve, QCV）是气液两相流流动实验中常用持气率标定手段。
特别是由于段塞流中气塞与液塞表现为随机可变流动特性，不合理的快关阀间距及截取次数选择将会导致持气率测量误差增大。
提出了一种持气率快关阀法优化设计方案。
首先，采用环形电导传感器上下游阵列信号计算流体相关流速，根据相关测速结果提取上游传感器信号对应流动工况的气塞与液塞间隔长度序列，采用Maxwell方程提取液塞中含泡持气率；在此基础上，再依气塞在管道内占比模拟计算不同快关阀间距时捕获的持气率波动序列。
通过分析持气率序列波动，从统计学角度指出了95%置信度及5%允许误差情况下所需最低截取次数。
最后，在快关阀门间距为1.55 m的条件下对段塞流所需截取次数进行了实验验证。
通过对快关阀法持气率测量误差进行统计分析，证明了设置两个快关阀门间距的充分条件。
%Quick closing valve (QCV) method is a common means of calibrating gas holdup in gas-liquid two-phase flow test. Unreasonable selections of spacing between valves and trapping times in QCV could bring about large error in gas holdup measurement, particularly since the gas slug and liquid slug in slug flow present flow characteristics with random variability. In this study, an optimal design was proposed for measuring gas holdup using QCV method. The cross-correlation velocity of gas-liquid two-phase slug flow was measured based on the signals between axially upstream and downstream probes. Then, the lengths of gas slug and liquid slug were extracted from the upstream probe signals under different flow conditions. Also, the gas holdup in liquid slugs was calculated by using Maxwellequation. On that basis, the gas holdup series was simulated at different spacing between valves based on the gas slug ratio in pipe. By analyzing the fluctuation of gas holdup series, the floor level of trapping times was indicated under the condition of 95% confidence coefficient and 5% permissible error at different spacing between valves. Finally, an experiment was conducted to assess the trapping times in QCV with the spacing setting at 1.55 m length. The measuring errors of gas holdup using QCV method was statistically analyzed, and it was proved that the design guideline provided a sufficient condition for setting up the spacing between valves.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)004【总页数】10页(P1159-1168)【关键词】气液两相流;段塞流;持气率;快关阀法【作者】赵安;韩云峰;张宏鑫;刘伟信;金宁德【作者单位】天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072;天津大学电气与自动化工程学院，天津 300072【正文语种】中文【中图分类】TP212.92015-08-12收到初稿，2015-10-09收到修改稿。
两相流的流型和流型图分解PPT文档共39页
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
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21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
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在上述措施中，立管底部注气和顶部节流已有应用实例，但用注气法解决强烈 段塞流的费用太高，因而常采用各种顶部节流法。
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立管顶部节流原理
为使系统稳定运行，必须在立管底部出现新液塞并在立管内增长 至顶部前，将液塞排出立管，使气液混合物在系统中连续流动， 即把混合物速度Umix（定义为气液折算速度之和）作为控制参
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段塞流形成机理
强烈段塞流
9
（1）液体堵塞和液塞变长 在立管内较小气流速度下，管内的液体向下流动，积 聚在立管底部。它堵塞了管道内流来的气液混合物，使液塞上游的管道压力增大， 液塞变长。管道出口几乎没有液体流出，排出的气量也很小； （2）气体压力增大 管道内压力增大，同时液体继续积聚液塞增长，立管内的液 位逐渐上升。当管道压力高于立管液体静压头时，才有液体从立管顶部流出； （3）液塞流出 当管道压力足以举升立管内的液柱时，液体开始由立管顶部排出。 起初排液速度较低，当气体串入立管后液体加速，在很短时间内液体流量达到峰 值流量（常为平均流量的几倍），如果分离器或捕集器没有控制系统将淹没容器； （4）管道气体排出 最后，液塞上游积聚的气体极快排出立管，进入平台的接收 装置，使装置工作失常。此时，立管内气体流速减小，管道压力下降，又开始新 一轮循环。
lnLs （英尺）
实测值
Brill Norris Scott
lnD（英寸）
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最大液塞长度的确定
Norris（1982）经验关系式
Ls max exp1.54 ln Ls 假设液塞长度按对数正态分布，最大液塞长度出现的概率
18
Dunbar 16”管道强烈段塞流的抑 制
Dunbar位于北海英国海域北侧，它及它的卫星油田Ellon包括一 座生产平台和通向Alwyn north 平台（NAB平台）的16英寸和 长22km的多相流管道，87年投产。来自Ellon水下井口的气体
和Dunbar的油气混合，送往Alwyn north生产处理装置。最大
第九章 段塞流
李玉星
引言
段塞流是多相管流最常遇到的一种流型，在许多操作条件下（正 常操作、启动、输量变化）混输管道中常出现段塞流。其特点是 气体和液体交替流动，充满整个管道流通面积的液塞被气团分割，
气团下方沿管底部流动的是分层液膜。管道内多相流体呈段塞流
时，管道压力、管道出口气液瞬时流量有很大波动，并伴随有强 烈的振动，对管道及与管道相连的设备有很大的破坏，使管道下
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段塞流的抑制方法
强烈段塞流的抑制法 :抑制强烈段塞流的方法较多，基本上从设计和增加附加设 备两方面解决。例如：
减小出油管直径，增加气液流速； 立管底部注气，减小立管内气液混合物柱的静压，使气体带液能力增强 采用海底气液分离器如海下液塞捕集器 在海底或平台利用多相泵增压； 气体自举 立管顶部节流－最经济、实用的抑制方法
游的工艺装置很难正常工作。
2
第一节 段塞流形成机理
段塞流分类
水动力段塞流(hydrodynamic slugging)
管道内气液折算速度正好处于流型图段塞流的范围内所诱发的段 塞流，水动力段塞流又可细分为：普通稳态水力段塞流和由于气 液流量变化诱发的瞬态段塞流，发生这种段塞流时一般气液流量 较大;地形起伏诱发段塞流
压力传送器失效时，HIC1作为备用设施。
高输量控制方式。在高输量下，管道流态非常稳定，不会引起立 管的严重段塞流。在NAB平台的立管底也不需要保持89巴的压
力。为不超过Dunbar的最大操作压力（129巴），必须由手动
控制器HIC2打开16”入口主阀PV2。
24
25
气体自举
26
pump
27
第三节 段塞流特性参数计算
数。若Umix减小表示发生阻塞，为举升刚形成的液塞，出油管
道的压力应高于立管下游分离器或捕集器正常平均操作压力。立 管顶部节流可增大管道和捕集器之间的差压，利于在立管内刚形
成的小液塞流向捕集器。
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控制强烈段塞流的实例
带小分离器的控制方法
荷兰Shell Research B V, Kooninklijke/Shell-
变。
29
段塞流特性参数计算
液塞捕集器的工艺计算与段塞流特性参数密切相关，表征 段塞流特性的参数有很多，基本上可以分为两大类：
液塞区特性参数：包括液塞含液率，平均液塞长度，最 大液塞长度，液塞速度以及平移速度； 液膜区特性参数：包括液膜含液率，液膜速度，气泡速 度和平均气泡长度。
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液塞区特性参数
液膜高度均匀一 致，液膜含液率 和液膜速度为定 值
液膜高度是变化 的，液膜含液率 和液膜速度也随 之变化
vb
vs vf
模型 I
vb
vs vf
模型 I I
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段塞流特性参数计算
段塞流模型的建立基于以下几个假设：
液塞内的小气泡和液相以相同的速度运动，并且都是以 混合物速度运动； 液膜内不含小气泡，气泡中也不含小液滴； 液塞前锋拾液量和尾部脱液量相等，即液塞长度保持不
流量7791m3油/d和7.9MMSCMD，流量变化范围较大，特别 当Ellon不生产时，管道操作处于不稳定状态，产生立管诱导型
强烈段塞流。
计算表明：在很大流量范围内（特别当Ellon不生产时）， 特别是在低流量和低气油比时，管道处于立管诱导型强烈
段塞流。使NAB处理设备超压、火炬过负荷。
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Dunbar 16”管道强烈段塞流的抑 制
流量变化最大的段塞流，对管道和管道下ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ相应设备正常工作危
害最大的一种段塞流。和地形起伏诱发段塞流相似，常在低气液 流量下发生。
4
段塞流形成机理
水动力段塞流
5
众所周知，在管道内气液流量较小时，呈分层流型。当管 内液体流量较大，液位较高时，被气流吹起的液波可能高 达管顶，阻塞整个管路流通面积形成液塞，流型由分层流 转变为段塞流。这是由于在波浪顶峰处，由于伯诺利效应， 气体流速增大将使该处的压力降低，在波峰周围压力下，
0.1 ln Ls 25.4144 28.4948ln D
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Brill关系式 , Norris关系式 Scott关系式 Scott关系式的 计算结果与实 测值最为接近。
7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2
由于液塞前锋的拾液和尾部的脱液，液塞前锋的运动速度 比液塞体内流体的运动速度快，称其为平移速度。 1975年， Dukler和Hubbard提出了一个计算平移速度的模型，即
vt vs 1 C
C 0.021ln Re s 0.022
31
液塞含液率的确定
Gregory（1978）经验关系式
10
由上述形成机理可以看出：
第二、第三类段塞流的形成机理是类同的与第一类有所 区别； 管愈高（或地形起伏愈大）形成的强烈段塞流愈严重； 形成强烈段塞流时管道出口的气液流量极不均匀；
气液流量较小时才能形成强烈段塞流。
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第二节 段塞流的抑制方法
水动力和地形诱发段塞流的抑制
在多相流管道设计中，可选择合适的管径使管道处于 非段塞流工况下工作。若必须在段塞流下工作，由于水 动力、地形起伏、以及陆上集油管线进入油气分离器时 配有立管（高度较小）引发的段塞流，其段塞长度和冲 击强度远小于海洋油气田，常在分离器入口处安装消能 器，吸收油气混合物的冲击能量即可。
地形起伏诱发段塞流
由于液相在管道低洼处积聚堵塞气体通道而诱发的段塞流，常在 低气液流量下发生强烈段塞流(severe slugging)
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段塞流分类
强烈段塞流(severe slugging)
通常在两海洋平台间的连接管道上发生。定义为：液塞长度大于 立管高度的段塞流。这是一种压力波动最大、管道出口气液瞬时
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装置的立管高16.4m， 出油管线由透明聚丙 烯制成，长100m直径 50mm。管线前50m 水平，后50m向立管 倾斜2度。小型分离器 的体积近似等于立管 体积的25%。试验所 用流体是空气（最高 压力5bar）和水（加 入约20%的乙二醇作 为防冻剂）。
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控制强烈段塞流的实例
主分离器的液位和立管底部压力 的波动能够很好地反映出油管立管系统特性。气液质量流量分 别为0.002kg/s和0.36kg/s时， 实验测试的参数曲线见图 。 增加小分离器和控制系统后，主 分离器液位和立管底部压力相当 稳定。
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防止强烈段塞流的操作策略
使多相流管道流动稳定最有效的方法是：增加 Ellon采 气量或增加Dunbar的产量。然而，在很宽流量范围内 操作条件处于强烈段塞流，因而所选段塞控制系统包括： 管道节流防止液塞在立管底部堵塞。对Dunbar管道防 止强烈段塞流所需的立管底部最小压力为 84bar。图11 为控制工艺，图12为段塞控制系统。
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低输量控制方式。由立管底部压力传感器（有比例、积分、微分 线路PC1）控制接收Dunbar油气的分离器入口的段塞控制阀 PV1，使立管底部压力达89巴。手动控制器HIC1用于平缓地切 换为立管压力自动控制，并在管道再启动时（管内有很大的液体 持留量）限制分离器入口流量。此外，HIC1用来限制PV1的开 度，以免由于小的波动使阀失效而引起工艺条件的波动。在海底
Laboratorium认为 ：直接操作