多相管流理论与计算

《多相管流理论与计算》综合复习资料一、判断题1、油水混合物在井筒中的流动是两相流动。

√2、流型图直观地表示了各种流型在管道中流动的外观特征。

×3、均相流动模型可较准确地计算泡状流的流动规律。

√4、在其它条件相同的前提下，油井含水率越高，则井口产出液的温度越低。

×5、一般情况下，在垂直多相管流的压力损失中重位损失所占的比重最大。

√6、忽略滑脱时，气液混合物的体积含气率等于空隙率。

√7、分相流动模型可较准确地计算环状流的流动规律。

√8、丹斯—若斯方法和哈格多恩—布朗方法都是分流动型态计算的方法。

×9、在计算环空气液流动时可采用当量直径来计算流速和摩擦系数。

×10、天然气在井筒中的流动是单相流动。

√11、在其它条件相同的前提下，油井产量越高，则井口产出液的温度越高。

√12、在泡流条件下，加速度损失所占比重较小，可以忽略不计。

√13、垂直井筒气液流动中，泡状流的滑脱损失大于段塞流。

√二、选择题（可能有多个答案）1、水、水蒸气共同流动的体系是一个：（BC ）A）单相流体系B）两相流体系C）单工质体系D）双工质体系2、油气混合物在垂直井筒中流动可能出现的流动型态是：（ ABCDF ）A）泡状流B）弹状流C）段塞流D）环状流E）层状流F）雾状流3、垂直向上气液两相段塞流中，描述准确的是：（ AC ）A）气液滑脱速度v s>0 B）气液滑脱速度v s<0C）气液滑动比s>1 D）气液滑动比s<14、均相流动模型可准确地计算哪种流型的流动规律（ A ）A）泡状流B）段塞流C）层状流D）环状流5、在垂直向上气液两相流动中，滑脱损失最小的流动型态是：（ B ）A）泡状流B）雾状流C）段塞流D）环状流6、气液两相流的研究方法包括：（ABD ）A）经验方法B）半经验方法C）数值计算方法D）理论分析方法7、以下流型属于水平管道中油气混合物的流动型态的是：（ ABCDEF ）A）泡状流B）团状流C）段塞流D）环状流E）层状流F）雾状流8、在垂直向上气液两相流中，流体的真实密度ρ与流动密度ρ’的关系为（A ）A）ρ > ρ’B）ρ = ρ’C）ρ < ρ’9、分相流动模型可准确地计算哪种流型的流动规律（ CD ）A）泡状流B）段塞流C）层状流D）环状流10、洛克哈特—马蒂内利方法可通过计算哪些参数来确定压力梯度的？（ CD ）A）全液相折算系数B）全气相折算系数C）分液相折算系数D）分气相折算系数11、不属于垂直气液两相管流的流动型态是：（ BC ）A）泡状流B）雾状流C）波状流D）环状流12、气相折算速度的计算方法为：（ ABD ）A）气相体积流量除以气相所占管道截面积B）气相体积流量除以整个管道截面积C）气相实际速度乘以空隙率D）气相实际速度除以空隙率13、多相流动的压力损失由哪几部分组成？（ B ）A）重力损失B）摩擦损失C）滑脱损失D）加速度损失三、简答题1、与单相液流相比，气液两相管道流动的基本特征是什么？2、解释液相的实际速度与折算速度的概念。

3、影响气液两相流流型的主要因素有哪些？4、写出多相流动总压力梯度的表达式，并分别解释各项、各变量的含义。

5、与均相模型和分相模型相比，漂移模型有何优越性，其作用是什么？6、怎样计算垂直同心环空气液两相流动的相量直径和相量粗糙度？7、解释气液两相流动的经验方法。

8、解释气相的实际速度与折算速度的概念。

9、研究气液两相流流型分类和过渡条件的意义是什么？10、解释摩擦阻力分液相折算系数的概念及其作用。

11、气液两相流体力学中，常用的两相流动模型有哪些？12、怎样将油气水混合物的三相流动简化为气液两相流动？13、5、多相流计算中为什么要首先计算油、气、水等油藏流体的高压物性？14、安萨瑞方法和丹斯—若斯方法流型图的建立依据有何不同？四、问答题1、什么是质量含气率和体积含气率？试推导出两者相互间的关系式。

2、气液两相流体力学中，常用的两相流动模型有哪些？而在实际的研究过程中，如何选择适合的研究模型。

3、比较洛克哈特－马蒂内利方法和贝克方法的区别与联系。

4、气液两相流中，流动密度和真实密度相等的条件是什么，并证明之？5、已知某不饱和油藏单井生产时，地面油产量Q o，生产气油比R p，不含水，井口温度和压力分别为T0和p0，写出井筒中某点（温度和压力分别为T 和p）油相和气相实际体积流量的计算步骤。

6、气液两相倾斜管流中，持液率与倾角有怎样的依存关系？原因是什么？五、论述题1、论述井筒压力分布计算过程产生误差的原因及减小误差的方法。

2、如何依据自喷井生产的井口压力和井深来计算井底流压？试分析影响该算法准确度的主要因素。

参考答案一、判断题1~5：√×√×√6~10：√√××√11~13：√√√二、选择题（可能有多个答案）1~5：BC ABCDF AC A B6~10：ABD ABCDEF A CD CD11~13：BC ABD B三、简答题1、答：气液两相流动的基本特征是：（1）体系中存在相界面，相间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。

（3）两相流动中存在滑脱现象。

（4）沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变。

2、答：液相的实际速度为液相体积流量与液相实际过流断面面积的比值；液相的折算速度为液相体积流量与管道断面面积的比值。

3、答：两相流的流型不仅与各相介质的体积比例有关，而且还与介质的流速、各相的物理及化学性质（密度、粘度、界面张力等）和流道的几何形状、壁面特性以及管道的安装方式等有关。

4、答：dh dv v d v g dh dp m m m m m m ρλρρ++=⎪⎭⎫ ⎝⎛22 其中右侧第一项为重力梯度或举高梯度，第二项为摩阻梯度，第三项为加速度梯度。

p 为压力，h 为高度，ρm 为混合物真实密度，g 为重力加速度，λ为摩擦系数，v m 为混合物速度。

5、答：漂移模型既考虑了气液两相间的滑脱，又考虑了空隙率和流速沿过流断面的分布，因而较为准确。

其作用是利用体积含气率计算真实含气率或计算气相实际速度。

6、答：对于一外管内径为D o ，粗糙度为k o ；内管外径为D i ，粗糙度为k i 的环管，相量直径为：i o e D D D -=； 相量粗糙度为：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=i o i i i oo o e D D D k D D D k k 。

7、答： 经验方法是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。

8、答：气相的实际速度为气相体积流量与气相实际过流断面面积的比值；气相的折算速度为气相体积流量与管道断面面积的比值。

9、答：气液两相流动中，流型不同，不但会影响两相流的流动特性和传热传质性能，而且会影响对两相流参数的准确测量。

因此，两相流流型是两相流的一个重要的研究方面。

10、答：设气液两相流动为均匀流动，管径为D ，流段长度为dz ，流速v 沿程不变，质量流量为G ，此时流体与管道的摩擦阻力为dF 。

若管道的D ，dz 保持不变，但通过管道的流体为单相液体，其质量流量等于两相流动中液相的质量流量，此时流体与管道的摩擦阻力为dFol ，分液相折算系数为dF 与dFol 的比值。

引入该系数的作用是将两相流摩擦压降的计算与单相流摩擦压降的计算关联起来，从而将两相流摩擦压降的求解转化为求折算系数的问题。

11、答：常用的两相流动模型有流动型态模型、均相流动模型、分相流动模型和漂移流动模型等。

12、答：在处理油气水的三相流动时，可将油水混合物按照体积含水加权平均合成一具有平均物理性质的液相，然后将三相流动转化为气液两相流动处理，该方法忽略了油水两相之间的滑脱，导致计算结果偏小。

13、答：油藏流体的高压物性将影响多相流体的流动特性；另外，油藏流体的物理性质是压力和温度的敏感函数，必须首先计算出物理性质才能计算出流体的体积流量，进而计算流体的压力梯度。

14、答：安萨瑞方法是机理模型的代表，它的流型图是根据严格推导得到的流型判别式计算而得到的；阿济兹—戈威尔—福格拉锡方法是经验性模型的代表，它的流型图完全是根究实验结果绘制的。

四、问答题1、答：质量含气率：单位时间内流过过流断面的混合物总质量G 中气相质量所占的份额。

gl gg G G G G x +== 体积含气率：单位时间流过过流断面两相流体（混合物）总体积Q 中气相所占的份额。

l g g gQ Q Q Q Q +==β两者间的关系： ()l g g l gl x x x x ρρρρρρβ-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=111 或()x g l g l l g =++⎛⎝ ⎫⎭⎪=+-ρρβρρβββρρ111 2、答：常用的两相流动模型有流动型态模型、均相流动模型、分相流动模型和漂移流动模型等。

在实际研究过程中，不仅要根据所研究的问题选择合适的研究模型，而且常常将前面介绍的各种模型有机地结合起来使用，以收到事半功倍之效。

3、答：区别：（1） 洛克哈特－马蒂内利方法属于分流态计算的方法，贝克方法属于分流型计算的方法。

（2） 洛克哈特－马蒂内利方法适用于小管径、小流量的条件，贝克方法适用于大管径、大流量的条件。

联系：（1） 洛克哈特－马蒂内利方法和贝克方法都使用了摩擦阻力的分气相折算系数方法。

（2） 贝克方法在计算雾流的压降时采用了洛克哈特－马蒂内利方法中气液两相都是紊流的计算方法。

4、答：流动密度ρ’的计算方法为l g ρββρρ)1(-+='，真实密度的计算方法为l g ρφφρρ)1(-+=，两者相等的就要求体积含气率β等于截面含气率φ，这就要求滑脱速度为零，即两相实速度相等。

g l l g g ll g g g g l g gv v A A A A v A v A v Q Q Q +=+=+=β 若g l v v =，则：φβ=+=+=l g gl g g A A A Q Q Q ，流动密度就等于真实密度。

5、答：（1） 计算温度和压力为T 和p 条件下的气体压缩因子Z 和原油体积系数B o 。

（2） 计算温度和压力为T 和P 条件下的溶解油气比Rs 。

（3） 该条件下原油的体积流量为Q o ×B o 。

（4） 该条件下气体的体积流量为)(00Rs Rp Q pT T Zp o -⨯⨯ 6、答：气液两相倾斜管流中，持液率随倾角的变化如图所示。

持液率的最大值出现在＋50°附近，最小值出现在－50°附近。

这一现象可以用重力和粘度对液相的影响来说明。