22井筒气液两相流
气液两相流的性质和计算方法
气液两相流的性质和计算方法气液两相流是指气体和液体同时存在并混合流动的流体系统。
它在工业领域和自然界中都具有重要的应用价值，例如石油开采、化工生产以及大气湍流等。
了解气液两相流的性质和计算方法对于工程设计和科学研究都至关重要。
本文将介绍气液两相流的基本特性以及常用的计算方法。
一、气液两相流的性质1. 相态及其转变：在气液两相流中，气体和液体是两种不同的相态。
相态的转变主要涉及气体与液体之间的相互作用。
常见的气液相态转变有蒸发和凝结。
蒸发是液体转变为气体的过程，凝结则相反，是气体转变为液体的过程。
2. 平衡态：在气液两相流中，气相和液相之间存在着平衡态，即气体和液体之间的能量和质量交换达到平衡。
平衡态可以通过温度、压力和相对湿度等参数进行描述。
在一定的温度和压力条件下，气体和液体之间会达到平衡态，这对于计算气液两相流动参数至关重要。
3. 流速及测量方法：气液两相流的流速可以通过多种方法进行测量，常用的方法有雷诺数法、回收法和瞬时测量法等。
雷诺数法利用流速以及流动的截面积来计算气液两相流的饱和度，从而推导出流速。
回收法则通过测量液体回收某一时间段内的质量差异来计算流速。
瞬时测量法则是在气液两相流过程中通过传感器实时测量流速。
二、气液两相流计算方法1. 流动模型：在计算气液两相流动时，常用的模型有欧拉模型和拉格朗日模型。
欧拉模型是基于连续方程和动量方程的宏观计算方法，适用于大规模流体系统的计算。
拉格朗日模型则是基于颗粒运动方程的微观计算方法，适用于小尺度的气液两相流计算。
2. 数值模拟方法：气液两相流的数值模拟是一种常用的计算方法。
通过将流体系统划分为离散的网格单元，利用数学模型和计算算法对流体动力学进行数值求解。
常用的数值模拟方法有有限差分法、有限元法和计算流体力学（CFD）等。
3. 实验方法：为了验证理论计算结果和数值模拟方法的准确性，常常需要进行实验研究。
实验方法可以通过流体试验和实验观测两种途径进行。
2-2.井筒气液两相流
i
Li hj j 1
Pi Po iP
⑧以L1处的压力为起点，重复②～⑦步，计算下一段的深 度和压力，直到各段的累加深度等于或大于管长(Ln>L) 时为止。
2)按压力增量迭代的步骤
①已知井底或井口的压力P0,选取合适的深度间隔h；
②估计一个对应于计算间隔的压力增量。
积之比值。
液相存容比(持液率)HL ：管段中液相体积与管段容
积之比值。
滑脱速度：气相流速与液相流速之差。
vs
vsg Hg
vsL 1 Hg
qg Ap H g
qt qg Ap (1 H g )
则
Hg
1 [1 2
qt vs Ap
(1 qt )2 4qg
vs Ap
vs Ap
泡流摩擦损失梯度按液相进行计算：
dP g v dv f v2
dh
dh d 2
• 为了强调多相混合物流动，将方程中的各项流动参数 加下角“m”,则
dP dh
m g sin
mvm
dvm dZ
fm
m
d
vm2 2
(2)多相垂直管流压力分布计算步骤 1)按深度增量迭代的步骤
①已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个 合适的压力降作为计算的压力间隔；
进入断面１的流体能量 ＋在断面１和２之间对流 体额外所做的功 －在断面１和２之间耗失 的能量 ＝从断面２流出的流体能 量
倾斜多相管流断面1和断面2的流体的能量平衡关系为：
U1
mgZ1 sin
mv12 2
井筒气液两相流动数值模拟研究
数值模拟是利用计算机技术和数值计算方法，对物理模型进行数学描述和求解 的一种方法。在石油和天然气工程中，数值模拟通常采用离散化方法和有限元 素法等数值计算方法，对井筒气液两相流动进行数学描述和求解。离散化方法 是将连续的物理模型离散化为网格模型，然后利用有限元素法等数值计算方法 对网格模型进行求解。有限元素法是将连续的物理模型离散化为有限个元素， 并对每个元素进行数值计算，最终得到物理量的近似值。
气泡之间在上升过程中可能会相互靠近并且产生合并现象。这些结果表明气泡 上升规律的变化可能主要是由液体黏度和密度变化等因素导致的。因此油水密 度黏度比的差异会决定气泡合并前流型是呈柱状或弹状的特点；在相同流量条 件下随着油水比例的增加油水界面的波动幅度逐渐减小当油水比例达到一定程 度后界面的波动幅度已经很小；
4、结果及分析
通过对数值模拟结果进行分析，可以得出以下结论：
（1）管内气固两相流动呈现出明显的非均匀性，且流动状态受固体颗粒性质 和气体速度的影响较大。
（2）在较低气体速度下，固体颗粒容易在管道底部积聚，形成固相浓度较高 的区域。随着气体速度的增加，固相浓度分布趋于均匀。
（3）在一定条件下，管内流动可能出现稳定的层流状态，即气体和固体颗粒 分层流动。这种现象有利于减小能量损耗和维护设备正常运行。
四、计算结果及分析
通过计算得到了不同工况下的流动规律和液相分布情况。当油水比例达到50% 时，气泡流动不再存在液膜的气泡接触角变小并且向正流区变化的现象变得更 为显著；在初始上升高度不随油水比例的变化而变化的情况下，随着油水比例 的增加，气泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例达到50%时，气 泡在垂直管上升过程中更容易被拉长；当油水比例增加到一定值后，
关键词：气力输送，管内流动， 气固两相流，数值模拟
油气井流体力学教学课件气液两相流动
两相流动基础
定义和分类
讲解两相流动的定义和分类， 为后续的学习做好铺垫。
基本特性
介绍两相流动的基本特性，帮 助学生理解其与单相流动的区 别。
方程式和数学模型
探讨两相流动的基本方程式和 数学模型，帮助学生掌握分析 两相流动的基本方法。
气液两相流动实例分析
1
油气井应用
以油气井为例，分析气液两相流动的
数学模型和计算方法
2
实际应用，帮助学生了解其实际背景 和重要性。
讲解气液两相流动的数学模型和计算
方法，帮助学生学会分析并计算流体
力学问题。
3
影响因素
探究影响油气井气液两相流动的因素， 帮助学生理解问题本质和提升专业能 力。
常用工具与技术
常用工具和软件
简要介绍气液两相流动的 常用工具和软件，方便学 生初步了解仪器设备和软 件平台。
实验技术
说明常用的气液两相流动 实验技术，帮助学生学会 实践操作。
应用指导
指导学生在实践中如何应 用工具和技术，帮助他们 学会独立思考和解决问题。
总结与展望
基本知识点和理论
总结气液两相流动的基本知识 点和理论，为学生巩固和深化பைடு நூலகம்学习内容。
未来发展方向
展望气液两相流动领域的未来 发展方向，为学生提供前瞻性 的宏观视角。
学习提示
提醒学生在学习和实践中需注 意的问题和方法，促使学生在 软硬实战中成长。
油气井流体力学教学课件 PPT气液两相流动
这是一份关于油气井流体力学和气液两相流动的教学课件。我们会介绍基本 概念和原理，并分析两相流动的数学模型和实际应用。欢迎来到本次讲座！
概述
基本概念
介绍油气井流体力学的基本概念，为后续学习做好铺垫。
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。
气液两相管流分解ppt课件
10/14/2023
/7/2023290 式，溅1nia f摩相数两系阻
29
10/14/2023
10/7/202330
30
图1 NL与CNL关系 0/7/202331关N LN 译1
10/14/2023
31
图2
持液率系
0/7/20233持数率液系1
10/14/2023
32
0/7/202333修数正系1
将压力梯度方程写成管长增量的形式
式中 i为节点序号
解法思路：给定上式中的压力增量Δp，先估计出Δp对
应的管段长度增量的初值，由此确定相应管长的平均温度和
平均压力，并计算该条件下的压力梯度(dp/dz)i，再由上式 计算出，若计算值与初值接近，则计算值即为给定Δp对应
的解，否则将计算值作为初值进行迭代直到收敛。逐个节点 重复上述过程直到或超过预计终点为止。
单位处理
Z 0 ＝0
P 0 ＝P wh
Z0=Z1 P0=P1
10/14/2023
计算k1 ~ k4 Z1=Z0+h p1=p0+ p
N
ZL
Y
输出结果
结束
~ 1算=Z 构据数入溅＝0ZZ
F(Z,P) PVT
44
威远气田低压井 两相管流实用模型研究
10/14/2023
气井口田 /7/202345 0 用究
界面，相分布极不均匀
0/7/20233性1习复
10/14/2023
3
垂直管流典型流型
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0/7/20234流典流垂型管直1
4
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垂直管流型
滑脱小，摩阻大 流动结构极不稳定 举液效率高
水平井筒气水两相流动压降规律研究
流流速 的增大 ， 井壁摩擦压 降、 孔眼粗糙度 压 降以及 混合压 降都增 大 ； 井径 的增加 导致井壁摩 擦压 降和孔 眼粗糙度压 降都减小 ； 而流体 黏度 只对 孔眼粗 糙度压 降产生影 响， 增 加黏度会 引起 粗糙度压 降的增加。数值模拟结果表 明， 从井筒指 端到跟端 ， 流量增 大， 流速增 大 ， 孔 眼入 流会 产生压 力 降， 沿程 总压力减小 ， 符合井筒流动压降的原理 。 关键 词 ： 水平 井筒； 变质 量流 ； 压 降； 计算模型 ； 数值模拟
同产水平井 的气水 两相 流动 规律 和压 降分 布 规律 的研
且 没 有 能够 与 气藏 渗 流 相结 合 的井 简 流动 模 用 。有水气藏在 开发 中后期 ， 井 筒 内会 出现气 水两 相流 降变化 对气 藏产能 动 。此 时气水 两 相 的渗流 规律 以及 流 动状 态与 气体 单 型 ， 相 不同 ， 且 由于气 水两相 之间的物性差 异 ， 不 能照搬 的影响 。因此进行水平井筒气水两相流动和压 降分
个水平段 的压 降 ） 。高 渗气 藏 、 长水 平段 井 以及 高产 井 动量也增加 ， 流速随之增 加 ， 各种 压降 也增加 。同时 ， 孔
中水平段 的流动将会 对气 藏生产动 态产生较 大影 响 ， 因 眼人流也将对井筒 内流体 的流 动形态 产生影 响 。因此 ， 应单独 考虑 各种 流 此 不能忽 略水平井筒 的压降 ， 认 为水平井 筒 内为有限 对井筒 内气水两相压 降进行计算 时 ，
态 的影 响。借 助划分 微元 段 的思 想 ， 将 水平井 等分 为多 水平井筒 流动 过程 中的 总压 降。下 面结 合水 平 井筒 气
段， 孔 眼均 匀 分 布 于 每 个 井 段 ， 由叠加 原理 可知 ， 整 个 水
简述油管中气液两相流各种流型的特征
简述油管中气液两相流各种流型的特征下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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《掘进工作面气液两相流超声雾化降尘技术研究》范文
《掘进工作面气液两相流超声雾化降尘技术研究》篇一一、引言在矿山、隧道等掘进工作面，由于大量的岩石破碎和挖掘，会产生大量的粉尘，严重危害工人的身体健康和设备的正常运行。
因此，有效的降尘技术成为保障作业环境和设备运行的重要手段。
气液两相流超声雾化降尘技术作为一种新型的降尘技术，因其高效率、低能耗等优点，近年来得到了广泛的研究和应用。
本文将针对掘进工作面气液两相流超声雾化降尘技术进行深入研究，探讨其技术原理、应用及优化方向。
二、气液两相流超声雾化降尘技术原理气液两相流超声雾化降尘技术是利用超声波的振动能量，将液体破碎成微小的雾滴，通过气液两相流的相互作用，将雾滴喷射到空气中，与粉尘颗粒进行碰撞、吸附，从而达到降尘的目的。
该技术具有以下特点：1. 雾化效果好：超声波振动能量大，能够将液体破碎成微小的雾滴，提高雾滴的表面积，增强与粉尘颗粒的碰撞概率。
2. 降尘效率高：雾滴与粉尘颗粒的碰撞、吸附作用，能够快速降低空气中的粉尘浓度。
3. 节能环保：该技术能耗低，且使用过程中无二次污染。
三、掘进工作面气液两相流超声雾化降尘技术应用在掘进工作面，气液两相流超声雾化降尘技术主要应用于以下几个方面：1. 破碎区域：在岩石破碎过程中，利用超声雾化装置将降尘液体雾化成微小雾滴，喷射到破碎区域，有效降低粉尘浓度。
2. 掘进机工作区域：在掘进机工作时，通过安装在掘进机上的喷雾装置，将雾滴喷射到掘进机工作区域，减少粉尘的扩散。
3. 巷道内：在巷道内设置喷雾装置，定期进行喷雾降尘，保持巷道内空气清新。
四、技术优化与改进方向尽管气液两相流超声雾化降尘技术在掘进工作面取得了显著的效果，但仍存在一些问题和挑战。
为进一步提高降尘效果和设备运行效率，需要从以下几个方面进行优化与改进：1. 超声波发生器优化：优化超声波发生器的性能，提高其振动能量和稳定性，以获得更好的雾化效果。
2. 喷雾装置改进：根据实际工况，对喷雾装置进行改进和优化，提高其适应性和喷雾效果。
气液两相流在气井排水采气软件中的应用修改
中国石油大学（北京）石油天然气工程学 院 油气田开发工程 向耀权
气液两相流在气井排水采气中的 应用
积液危害及积液机理 积液判断及积液高度计算
常用排液采气方法
气液两相流方法优选
优选管柱排液方法应用
泡沫排液方法应用 气举排液方法应用
积液危害及积液机理
苏里格气田苏20-18气井生产数据表
气液两相流方法优选
Hagedorn-Brown计算方法 压力关系式
f m qL M t 2 f m (um 2 / 2) p 106 m g 9 5 h 9.2110 m d h
变化形式为
气液两相流方法优选
Hagedorn-Brown计算方法 • 只要计算出任意条件下的混合物密度（kg/m3）、地面气 m 水总质量流量 q L(kg/m3)、地面液体体积流量 M t (m3/d)、 两相摩阻系数 、气液两相混合物流速 （m/s） u m f
• 气举排液方法应用
常用排液采气方法
• 气井出水在井筒形成积液后，采用排液采气方法是恢复产 能的有效办法。国内外常用的排液采气方法有 • 排液采气方法
优 选 管 柱 排 液 采 气
泡 沫 排 液 采 气
机 抽 排 液 采 气
电 潜 泵 排 液 采 气
射 流 泵 排 液 采 气
螺 杆 泵 排 液 采 气
43600
79400 45300 33100
16500
30100 17200 12500
49100
92700 53000 38600
Turner 李闽 杨川东 线性 (基 0 20000 40000 60000 准线) 气井产量(m3/d)
积液判断及积液高度计算
2-2 自喷井流动过程及能量分析
pwf(test)
o max
q o max =
q o (test )
2 Pwf (test ) Pwf (test ) 1 − 0.2 − 0.8 P Pr r
② 给定不同流压，计算相应的产量：
Pwf Pwf qo = 1 − 0.2 − 0.8 P Pr r
特点：气体呈分散相，液体呈连续相；
一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。
采油工程 27
（二）流动型态的变化
④环流 油管中心是连续的气流而管壁为 油环的流动结构。
特点：气液两相都是连续相； 气液两相都是连续相；
气体举油作用主要是靠摩擦携带； 气体举油作用主要是靠摩擦携带； 摩擦损失变大。 摩擦损失变大。
=f(p)
2 kh Pe Kro π qo = dp re ∫Pwf µoB o ln rw
通常结合生产资料来绘制IPR曲线（如Vogel方法）
采油工程 13
2、油气两相渗流时的流入动态 2）Vogel 方法(1968) ： 假设条件：
a.圆形封闭油藏，油井位于中心； b.均质油层，含水饱和度恒定； c.忽略重力影响； d.忽略岩石和水的压缩性； e.油、气组成及平衡不变； f.油、气两相的压力相同； g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点的 脱气原油流量相同。
采油工程 20
计
组 合 型
单相达西渗 流
算 方
方 法
IPR
IPR IPR Vogel方程
采油工程 21
①当
时，由于油藏中全部为单相液体流动。 Pwf > Pb
流入动态公式为：
q o = J ( Pr − Pwf )
气液两相流井口压力折算理论及应用
气液两相流井口压力折算理论及应用气液两相管流是一门新学科，不仅涉及到天然气的物性计算、气液两相管流的流态变化、还涉及到井筒中的气液滑移及能量守恒方程等。
将井口压力较为准确地折算到井底，需要已知气体组份、井筒内温度分布、管道的粗糙度、气体与液体产量变化、液体的密度及不同液体的含量等多项参数。
以下我们将分别介绍相关的内容。
1 地层天然气的物性天然气是气态烃和一些杂质的混合物，天然气中常见的烃类组分是：甲烷(CH4)、乙烷(C H26)、丙烷(C H38)、丁烷(C H410)、戊烷(C H512)、少量的巳烷(C H614)、庚烷(C H716)、辛烷(C H818)以及一些更重的烃类气体。
天然气中的杂质有二氧化碳(CO2)、硫化氢(H S2)、氮(N2)、水蒸汽(H O2)等。
天然气的有关性质是与这些单组分的物理性质有关。
1、天然气的偏离因子(z)由分子物理学可知，理想气体的状态方程可以写成：(1-1)pv nRT式中p--- 气体压力，( Mpa )；v--- 气体体积，( m3 )；n--- 气体的摩尔量，( Kmol )；R--- 气体常数，[ Mpa.m3/(Kmol.K) ]；T--- 气体的温度，( K )；方程(1-1)是理想气体方程，它的适用范围是压力接近于大气压，温度位常温。
在大多数情况下，不能将方程(1-1)直接应用于油藏中的天然气，因为天然气是一种真实气体，并且地层中的天然气承受着高温高压。
为了也能使用方程(1-1)这种简单形式的状态方程，可以将天然气的状态方程写成下面形式pv znRT = (1-2)方程(1-2)中，z 是气体的偏差因子，也叫气体的偏离因子，它表示在某一温度和压力下，同一质量气体的真实体积与理想体积之比即：z v v a i =/ (1-3) 式中v a --- 真实气体的体积，( m 3 )； v i --- 理想气体的体积，( m 3 )； 方程（1-2）也可改写成：pv zmRT M =/ (1-4)式中m--- 气体的质量，( kg ) ; M--- 气体的分子量， ( kg/kmol ); 式（1-4）也可改写成密度形式：g m pM v zRT ρ==(1-5)式中ρg --- 为气体密度，( kg/m 3 )；有时，我们不知道天然气的组份，只知道天然气的相对密度γg 。
气液两相流动的管道布置-概述说明以及解释
气液两相流动的管道布置-概述说明以及解释1.引言1.1 概述气液两相流动是工业生产中常见的一种流体流动形式，在许多领域都有着重要的应用。
气液两相流动具有复杂的物理特性，其在管道内传输时会受到相互作用力的影响，因此管道布置的设计对于流动的稳定性和效率至关重要。
本文旨在探讨气液两相流动的管道布置问题，通过分析流体性质和流动参数，提出优化的管道布置方案，旨在提高流体传输效率和降低系统能耗。
通过本文的研究，希望能为工程实践提供有益的参考和启发，并促进相关领域的进一步研究和应用。
json"1.2 文章结构": {"本文将分为引言、正文和结论三个部分来展开讨论。
引言部分将对气液两相流动的背景、意义和研究现状进行概述；正文部分将详细介绍气液两相流动的特点，以及管道布置的要点和优化方案；结论部分将对全文进行总结，展望未来研究方向，并留下结束语。
通过本文的研究，希望能为气液两相流动的管道布置提供一定的理论指导和实践经验。
"}1.3 目的：本文旨在探讨气液两相流动在管道布置中的重要性与影响因素，通过分析相关理论和实践经验，提出有效的管道布置要点和优化方案，以期能够为工程领域提供参考和指导。
通过深入研究气液两相流动的特点和规律，以及管道布置的关键问题，为工程设计人员和研究者提供实用的指导，促进工程项目的设计与实施效率提升，同时有效降低风险，提高安全性。
希望本文能够为相关领域的专业人士和学者提供有益的参考和启发，推动气液两相流动研究和管道布置技术的进步和发展。
2.正文2.1 气液两相流动气液两相流动是指在管道中同时存在气体和液体混合流动的情况。
在工业生产中，气液两相流动是一种常见的现象，例如在石油、化工、食品加工等行业中都会遇到这种情况。
气液两相流动的特点是流动性能较复杂，流态结构不稳定，流速和流量难以准确控制。
在管道布置设计中，要考虑到气体和液体两相流动的特点，合理安排管道布置，以确保流体能够顺利流动，避免发生堵塞、混合不均等问题。
气液两相管流
•现代机理模型 SPE20630等考虑具体流型的物理现象
2022/3/24
22
机理模型
段塞流示意图
2022/3/24
环状流示意图
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单相流摩阻系数
2022/3/24
24
Colebrook-White(1939)公式
1 f
1.74
2 lg
2e D
18.7 NRe f
Jain(1976)公式
1 f
32
2022/3/24
图3 修正系数
33
计算HL的步骤： 1 计算流动条件下的上述四个无因次量； 2 由NL－CNL关系曲线图1，根据NL确定CNL值； 3 由图2确定比值HL/Ψ； 4 由图3确定Ψ值；
5 计算HL=（HL/Ψ）·Ψ。
2022/3/24
34
两相管流压降计算
根据地面条件应用关系式计算井底流压
vm vsL vsg
f
与流型、
m
H
L、e
/
D、Re
有关
m
18
压力损失定性分析
qg qL
P
当P
Pb
单相液流，dP dz
常数
Pwf
Pr
HL、ρm 、fm 随两相流流型变化
2022/3/24
19
气液比的影响
dp
dz
D一定
dp
(
dp dz
)G
dz
过低
2022/3/24
合适
(
dp dz
)F
GLR
过高
GLR过低
步骤如下：
1. 记计算节点序号i = 1， 选取压力增量Δp和对应的管 长初值ΔZ0；
油藏类知识-气液两相流讲稿
D
D 2g
2
•
（2）
用比重表示
v'
1
1
'
vl'
x(vg'
vl' )
、v
' l
、v
——分别表示气、液及两相混合
vg
'
物的比重，
v
vg
vl
Q A
Gv A
Gdv
Gd (G v' A
G2 A
dv'
G2 A
d[vl'
x(v
' g
vl' )
v' f ( p) 单值函数
面的两相流体总Q中液相体积所占的份额，即
1 Ql Ql
Q Qg Ql
质量含气与体积含气的关系：
x Gg Gg
Gg
G Gg Gl g Gg l Gl
x
x (1 x) g
l
3、真实含气率和真实含液率
真实含气率，又称截面含气率或空隙率，是
v 2
2
4 g sin
D v'
G2 A2
v
' g
vl'
油藏类知识-气液两相流讲稿
流体力学
• 气体、液体在静止状态下能承受切力容 易的物体称为流体。
• 流体力学是以水为代表的液体静止和运 动规律以及在工程上的应用。
• 单一水的流动、单一气的流动 • 在油田生产中经常碰到的问题是：
钻井：泥浆水气在钻杆及其环境中流动；
气液两相流井口压力折算理论及应用
气液两相流井口压力折算理论及应用气液两相管流是一门新学科，不仅涉及到天然气的物性计算、气液两相管流的流态变化、还涉及到井筒中的气液滑移及能量守恒方程等。
将井口压力较为准确地折算到井底，需要已知气体组份、井筒内温度分布、管道的粗糙度、气体与液体产量变化、液体的密度及不同液体的含量等多项参数。
以下我们将分别介绍相关的内容。
1 地层天然气的物性天然气是气态烃和一些杂质的混合物，天然气中常见的烃类组分是：甲烷(CH4)、乙烷(C H26)、丙烷(C H38)、丁烷(C H410)、戊烷(C H512)、少量的巳烷(C H614)、庚烷(C H716)、辛烷(C H818)以及一些更重的烃类气体。
天然气中的杂质有二氧化碳(CO2)、硫化氢(H S2)、氮(N2)、水蒸汽(H O2)等。
天然气的有关性质是与这些单组分的物理性质有关。
1、天然气的偏离因子(z)由分子物理学可知，理想气体的状态方程可以写成：(1-1)pv nRT式中p--- 气体压力，( Mpa )；v--- 气体体积，( m3 )；n--- 气体的摩尔量，( Kmol )；R--- 气体常数，[ Mpa.m3/(Kmol.K) ]；T--- 气体的温度，( K )；方程(1-1)是理想气体方程，它的适用范围是压力接近于大气压，温度位常温。
在大多数情况下，不能将方程(1-1)直接应用于油藏中的天然气，因为天然气是一种真实气体，并且地层中的天然气承受着高温高压。
为了也能使用方程(1-1)这种简单形式的状态方程，可以将天然气的状态方程写成下面形式pv znRT = (1-2)方程(1-2)中，z 是气体的偏差因子，也叫气体的偏离因子，它表示在某一温度和压力下，同一质量气体的真实体积与理想体积之比即：z v v a i =/ (1-3) 式中v a --- 真实气体的体积，( m 3 )； v i --- 理想气体的体积，( m 3 )； 方程（1-2）也可改写成：pv zmRT M =/ (1-4)式中m--- 气体的质量，( kg ) ; M--- 气体的分子量， ( kg/kmol ); 式（1-4）也可改写成密度形式：g m pM v zRT ρ==(1-5)式中ρg --- 为气体密度，( kg/m 3 )；有时，我们不知道天然气的组份，只知道天然气的相对密度γg 。
采油工程第2章气液两相管流.ppt
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
9
• 雾状流
压力进一步降低，中心气柱逐渐 增大，壁面液膜厚度降低，液体以液 滴分散于气相中。
特点
气相是连续相，液相是分散相 摩阻增加，重力损失最小
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10
雾状流 过渡流 段塞流 泡流 纯液流
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p
H • 总结
30
m LHL G (1 HL ) (1 HG )L HGG
ρL
ρoqo
Rsρg sc qo R w /oqoρw qoBo R w /oqo
ρo
Rsρg s c R w /ρo w Bo Rw/o
ρG
ρg
s
c
Ts cPa v Z Ps cTa v
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b.摩阻梯度
只考虑气体的压缩性：
d ZnRT
dvm dvSG 1 dqG 1
p dp 1 ZnRT dp vSG dp
dz dz A dz A dp dz A p2 dz p dz
mvm
dvm dz
mvmvSG
p
dp dz
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VSG qG / A
Wm AmVm
(1-67)
WmqG dp A2 p dz
质量，kg/m3。
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2、流型判别
1）影响流态的因素 多相管流流态的影响因素共有13个，主要因
素：VSL 、VSG 、 ρL 、σ 2）无因次处理
NLV VSL 4ρL/gσ
NGV VSG 4ρL/gσ
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Ros流型图版
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分离出来，气体都以小气泡分散在液相中，气泡直径相对 于油管直径要小很多。这种结构的混合物的流动称为泡流。
滑脱现象：混合物向上流动时，由于油、气密度的差异,气
泡上升速度大于液体流速，气泡将从油中超越而过，这种 气体超越液体上升的现象称为滑脱。
图2-16 气体混合物的流动结构(流型)示意图
流上升过程中其压力低于饱和压力后，油中溶解的天然 气开始从油中分离出来，油管中便由单相液流变为气-液 两相流动。
(2)气液混合物在垂直管中的流动结构—流动型态的 变化
流动结构（流型）：流动过程中油、气的分布状态。
流型与油气体积比、流速及油气的界面性质有关。
①纯液流：井筒压力大于饱和压力，天然气溶解在原油中。
• 一般自喷井内，段塞流是主要的。
图2-17 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图
(3)滑脱损失的概念
• 因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。 m m m
m 有滑脱时混合物的密度 m 不考虑滑脱只按气、液体积流量计算的混合物密度 • 不考虑滑脱，即认为油气之间不存在相对运动时，某 一深度的混合物密度可由下式计算：
雾流的特点：气体是连续相，液体是分散相；气体以很高
的速度携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速度很 小；气相是整个流动的控制因素。
• 油井中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流、泡 流、段塞流、环流和雾流。
• 实际上，在同一口井内，不会出现完整的流型变化。 环流和雾流只是出现在混合物流速和气液比很高的情 况下。
g
s in
(
dP dZ
)加速度
v
dv dZ
(
dP dZ
)摩擦
dI
w
dZ
则
dP dZ
dP ( dZ )举高
dP ( dZ )摩擦
dP ( dZ )加速度
• 对于水平管流， 。若用x表示水平流动方向的坐标，
则
dP v dv f v2
dx dx d 2
• 对于垂直管流，=，sin，若以h表示高度，则
2.2井筒气液两相流基本概念
2.2.1井筒气液两相流动的特性
(1)与单相液流的比较 单相流：当油井的井口压力高于原油饱和压力时，井筒内
流动着的是单相液体。其流规律与普通水力学中单相液 体的流动规律完全相同。
气液两相流：
• 井底压力低于饱和压力时，油管内部都是气-液两相流动； • 井底压力高于饱和压力而井口压力低于饱和压力时，油
泡流的特点：气体是分散相，液体是连续相；气体主
要影响混合物密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱现 象比较严重。
③段塞流：当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气
体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据 整个油管断面时，井筒内将形成一段油一段气的结构。
段塞流的特点：气体呈分散相，液体呈连续相，炮弹
状的大气泡托着油柱向上流动，象一个破漏的活塞向 上推油。油、气间的相对运动要比泡流小，滑脱也小。
④环流：随着混合物继续向上流动，压力不断下降，气相体
积继续增大，泡弹状的气泡不断加长，逐渐由油管中间突 破，形成油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。
环流特点：气液两相都是连续的，气体举油作用主要是靠摩
擦携带。
⑤雾流：在油气混合物继续上升过程中，压力下降使气体的
体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变 得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油 滴分散在气流中。
dP g v dv f v2
dh
dh d 2
• 为了强调多相混合物流动，将方程中的各项流动参数 加下角“m”,则
dP dh
m g sin
mvm
dvm dZ
fm
m
d
vm2 2
(2)多相垂直管流压力分布计算步骤 1)按深度增量迭代的步骤
①已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个 合适的压力降作为计算的压力间隔；
如果忽略气体的密度，则
m
fl f
l
液相的流动断面增大将引起混合物密度的增加。
假定：存在和不存在滑脱两种情况下液、气体积流量不
变。有滑脱时，气体流速大，液体流速小，为保持体
积流量不变，气体过流断面将减小为 f g ，液体的过流
断面将增加为 f1。考虑滑脱后分相过流断面的变化：
f fl fl ( fg fg )
进入断面１的流体能量 ＋在断面１和２之间对流 体额外所做的功 －在断面１和２之间耗失 的能量 ＝从断面２流出的流体能 量
倾斜多相管流断面1和断面2的流体的能量平衡关系为：
U1
mgZ1 sin
mv12 2
P1V1
q
U2
mgZ 2
sin
mv
2 2
2
P2V2
dU mvdv mg sindZ d(PV) dq 0
m
Ql l
Ql
Qg g
Qg
• 通过每个断面的液体和气体流量应分别等于各自的真
实流速(o、g)与流过断面的乘积。
图2-18 气液两相流流动断面简图
在无滑脱时，
f fg fl
vo vg vm
Qg Ql vm f
m
fl l fg g
fl fg
•
存在滑脱时混合物密度：m
fl'l
f
' g
g
f
( fl f )l ( fg f )g
f
( fl f )l
f
•
单位管长上滑脱损失为：
m
f f
l
2.2.2井筒气液两相流能量平衡方程及压 力分布计算步骤
(1)能量平衡方程推导
两个流动断面间的能量平衡关系：
简化后得： VdP mvdv mg sindZ dlw 0
U 2 , P2 ,V2
m
V2 2
2
, mgh2
U1, P1,V1
m
V2 1
2
,
m gh1
图2-19 倾斜管流能量平衡关系示意图
取单位质量的流体m=1：
1
dPvdv Nhomakorabea
g
sindZ
dlw
0
令
dP ( dZ )举高
②估计一个对应的深度增量⊿H； ③计算出该管段的平均温度及平均压力 ，并确定在该
和下的全部流体性质参数； ④计算该段的压力梯度。 ⑤计算对应于的该段管长(深度差)。
⑥将第步计算得的与第②步估计的进行比较，两者之差 超过允许范围，则以新的h作为估算值，重复②～⑤的