油气集输新课件

两相管路的压降
dp dl
2 l
dp dl
l
▪
由于
l
1 xG l A1
,
g
xG
g A
dp dl
2 g
dp dl
g
分相流模型压降计算式
▪
关键问题是如何求得
l2和
2 g
▪ 由式(1)、(4)、(6)、(8)得 :
2 l
'l l
d dl
1
1 2
▪ l和'l 与各自的雷诺数有关
l
C
sl l
▪
整理得：
dp
l p l
dp
MG12n dl
式中：M
42n C n (1 2 2n d 5n
对上式积分得：
)1n l
( pQ
pZ ) l ln
pQ pZ
l l
MG12n L
若x值很小，可近似取其
前两项之和
ln
pQ l
1 pQ
ln l
pZ L
1 pZ
ln 1
pQ
l
l
ln
1
pZ
d
n , 'l
C
l
d
l
l
n
sl
l
1
,
dl d
Al 0.5 A
1 0.5
▪ 上述关系代入上式
▪
C(ldl )n
C(
l
dl
)
n
2 l
vl
C(l (1 )d ）n
vl
1
5
(1 ) 2
n5
2 l
1
2
▪ 同理，可得分气相折算系数为
n5
2 l
2
X
dp dl l
2 g
令
dp
pQ2
pZ2
138.6
0.25(1
)0.75 ZTGl
g d 4.75
1.877
.L
低于120米3/吨、含水率低于10%、 w在1~5米/秒。
计算长管时，分成若干管段，算出各
3．杜克勒I压降计算法
▪ 1)收集阶段:收集500多篇文献， 20000多个数据。筛选出2620个数 据，建立数据库 .
dp ' 'g ll
▪
dl l dl 2
▪ 假想输气管路的压降梯度为
(1)
dp l
dl l d
lsl 2 l 1 x 2G2
2
dl 2A2L
(2)
dp
dl g
l
d
g
2 sg
2
g
d
x G2
2 A2 g
▪
dp ' 'g g g
(3)
dl g d g 2
▪ 式的中水力摩'g阻'l —系假数想。管路内气体和液体
C 1 ln RL
S0
m f
▪ ，上 式 与、杜H克L勒IR法L的密度计算式相同，，
则I法II法完全相同。
▪
▪ RCL==11。时所，以即系管数路C内可只理有解单为相管液路体内流存动时在， 两相对是地其水力摩阻系数比单相液体 管路增加的倍数。
杜克勒II法的适用范围为：（1）截面含液 率 为 0.01~1.0 ， 体 积 含 液 率 为 0.001~1.0;（2）管径不大于51/2英寸； （3）两相雷诺数为600~200000.
Q Q1 Qg m3/s
沙漠、湖泊、生态保护区、沼泽地 ▪ （二）流速 velocity of flow
等），就必需采用混输管路把油井 所产油气输送至附近的工业区进行 加工。
▪ 海洋石油集输系统：采用混输管路 直接将生产的油、气送往陆上加工 厂，可大大减小海洋平台面积和建
▪ 1．气相和液相速度
▪ 气相速度
gsg d l
100
▪ 层流-紊（lt）Re1≤1000; Reg>1000
5n
(13)
2 l
4 X 5n
1
2
▪ 紊 流 - 层 流 （ cl)Re1>1000; Reg≤1000
▪ 紊 流 - 紊 流 （ tt) Re1>1000; Reg>1000
l2 , g2与ＨＬ关系曲线图
▪ 实验的各种参数范 围为：
▪
G Gl Gg
Q QL Qg
1 1
f g
水平气液两相管流的压降计算
▪ 由气体状方程可知：
▪ 对数函数的泰勒级数展开
p
g
ZR gT
式为
ln(1 x) x
x2 2
(1)n1
xn n
▪
并为常数
p
g
ZRaT g
,g
p
ln(1 x) x x2 2
▪
▪ ▪
f
pl (1 ) p l
g (1 )l
▪ 3) 建立自己的压降计算公式阶段:
▪ 杜克勒Ⅰ法符合均相流模型的假设 条件 ,把气液两相管路当作单相管路 进行水力计算 ,用达西公式 .
▪
▪ λ为气液ddpl混合d 物22的水f 力摩阻系数
0.0056
0.5 Re 0.32
▪ 杜克勒认为，流体沿管长流速的变 化还将产生由加速度引起的压力损
▪ 奇斯霍姆（Chisholm）函数表达式 ▪ 假设λ=λ1，由式（8）（6)（18）得:
▪dp dl
d
1 2
g
2 g
1
l
2 l
当 0或 1时，上式即转化成常
用的单相流压降梯度表达式。
气相和液相的连续方程
xG
g Ag g或 g g
xG
A
dp
2 l
dl dp
G 2 2dA2 l
x2
l g
1 x2 1
lG 2 1 x2
dl l
2dA2 l
▪ x 2 l 1 (19)1 x g 1
1 x G l Al l或l l
1 x G
1 A
将式上两式代入得
dp dl
d
1 2
xG
A
2
1
1 1 x2 G2 1 2 A2
G 2 2dA2 l
x2
K 421641(1 )11 Z 287T
雷诺数可用下式计算
▪
pQ2
p
2 Z
232318d751gZTGl L
gd 4
Re
4G
d
4G1 (1 ) d
(4-110)
▪ (2)紊流光滑区c=0.3164,n=0.25
大庆油田: 取λ=0.03,按式（4-109）适
用于粘度小于0.5厘米2/秒、气油比
比s，即 s g
▪ （四）含气率和含l 液率
▪ 1.质量含气率与质量含液率
▪ 气相和液相的折算速度必小于相应 的气液相实际速度。即有
x Gg Gg G Gl Gg
sg g , sl l
▪ 3．气液两相混合物速度 ▪ 两相混合物总体积流量与流通截面
积之比。即
▪ 质量含液率1-x为 1 x Gl Gl
▪
g
Qg Ag
米/秒
▪ 液相速度
造、操作费用，降低海底管路的敷 设费用和海上油气加工设备的安装 及经营费用。
1
Ql A1
米
/秒
▪ 由于混输管路的流动状态极为复杂，
人们尚未完全掌握其流动规律。
▪ 上述速度实质上是气液相在各自所
占流通面积上的局部速度的平均值，
常称为气液相的实际速度。
流动参数和技术术语1
2
l g
杜克勒Ⅱ压降计算法
▪ 杜克勒:气液流速不相同，相间存在滑脱。 ▪ 相间有滑脱的水平两相管路的水力摩阻 在流速极高的时认为两相间无滑脱存在。 系数由下式计算
▪ 气液两相混合物的密度 按下式计算
▪ 若m气液流l速HR相L2L同，相1间1无RH滑LL脱2，
▪ ▪
C 0.0056
0.5 Re 0.32
失，其计算式为
▪
dp
dp dl dl t 1 J
J QQg p
A2 pQ pZ
▪ J为加速度所引起的与压力梯度有关 的系数; （dp/dl）t为考虑流体加速 度引起的压力损失后，管路的压降
梯度
（二）分相流模型压降计算式
▪ 1．洛克哈特-马蒂尼里压降计算法 上述关系代入（2)（3）得:
▪ 洛-马的基本出发点是：气液两相间 无相互作用，由两条假想管路组成， 一条输送液体，另一条输送气体。
l
pQ pZ
pQ2
p
2 z
l
2
2
2
2 l
水平气液两相管流的压降计算
▪ 将式（10）代入式（9），并简化 ▪ （3）混合摩擦区c=0.107,n=0.123
得 pQ2 pz2 KGL2n L
▪
K 42n C n(1 )1n ZRaT 2n d 5n g
pQ2
pZ2
48.33 0.123(1 )0.877 ZTGl2 L
dp ' dl l
'l
dl
1 x2 G 2 21 2 A2 L
(4)
气液两条假想管路的流通面积分别
与两柞管路中气液各自占有的实际 流通面积相等.
dp dp ' dp '
dp ' dl g
'g
dg
x 2G 2
2 2 A2 g
(5)
▪
dl dl l dl g
▪ 假想输液管路的压降梯度为
▪ 2．折算速度 reduced velocity
▪ （三）滑差和滑动比
▪ 折算速度:假定管子全部流通截面积
只被两相混合物中的任一相占据时 的流速，即
▪ 气相折算速度 ▪ 液相折算速度
sg
Qg A
米
/
秒
sl
Ql A
米/秒
▪ 气相速度与液相速度的差值称为滑 差或滑脱速度，即
g l
▪
气相速度与液相速度的比值称滑动
2 l
dl g
2 l
vl
C(
sl
d
）n
1百度文库
(1 )0.5
1
1
2
▪
vl
▪ 式中 X2—洛-马参数。
▪ 代入后得
▪
n5
▪
X2
1
2
或
1 4 1 X 5n
分相流模型压降计算式
▪ 将式（12）代入式（10）（11）后得
▪ 同理，可得分气相折算系数
n5
▪
2 l
1 1
1
4
X 5n
2
5n
2 g
X
第三节油气混输管路
▪ 用一条管路输送一口或多口油井所 ▪ 一、管路的流动参数和技术术语
产的原油及其伴生气的管路称为油 ▪ （一）流量 flow rate
气混输管路。
▪ 1．质量流量
▪ 地面集输系统:混输管路的应用日益 广泛。例如，在不便于安装油气分
▪
G G1 Gg
▪ 2．体积流量
kg/s
离、初加工设备的地区（城市地区、 ▪
例4-1 试用杜克勒I、II法计算水平两相管路压降
▪ 已知：管长L=1000米，管内径d=0.2米， ▪ =0.7391×6.2+(1-0.7391)×810=215.9kg/m3
▪ 在管路平均温度和平均压力下，原油流
两相管路雷诺数
量 Q1=1.2×10-2 米 3/ 秒 ， 密 度 ρ1=810 公 斤/米3，粘度μ1=5×10-3帕·秒，天然气 流 量 Qg=3.4×10-2 米 3/ 秒 ， 密 度 ρ1=6.2 公斤/米3，粘度μg=1.2×10-3帕·秒。 ▪ 解 1.杜克勒I法
x g (1 x)l
▪ 杜克勒（DuKler）计算式
▪ 整理得
▪
dp
42n C n (1 )2n 2 2n d 5d f
Gl2n dl
xf g
g
(1 x) f l
l
g
(1 )l
▪ 阿黑尼厄斯（Arrhenius）计
算式
H L (1HL )
l
g
▪ 随管路压力而变化
▪ 2)验证阶段:洛克哈特-马蒂尼里 （Lockhart-Martinelli）计算方法优 于其它几种计算方法，但其计算误 差随管径的增加而加大；
▪ 两相管路雷诺数
Re d f
▪
式中
Ql
Qg A
sl
sl
f g (1 )l
▪ 贝克（Baker）计算方法对大口径、 高粘液体的气液两相管路误差较小。
▪ 管径1.49~25.8毫米、 管长0.67~15.2 米、 压力0.11~0.36兆帕、 温度15~30℃、
▪ 流动价质为空气-水、 空气-煤油、空气、 苯等。
▪ 按气液相在两相管 路中单独流动时的 流态，将实验数据 分成四组，每组数 据相应于图中的一 条曲线。
奇斯霍姆（Chisholm）公式
g d 4.877
▪ （4）粗糙区 c ,, n 0
▪ ▪
气液两相管路水力力基本公式。
将不同流态下的C和n值代入上式， 可得一组不同流态下的计算公式。
pQ2
p
2 Z
465.27
(1
)ZTGl
gd5
2
L
▪ (1)层流c=64,n=1
可 取 0.025~0.0371, 当 气 液 两 相 滑 差
较大时应取较大的值。
G Gl Gg
▪ 2.体积含气率和体积含液率 Qg Qg
Q Gl Gg
▪
Q1 Q2
A
sl sg
▪ 体积含液率为，
RL
1
Ql Q
Ql Ql Qg
三、水平气液两相管流的压降计算
▪ （一）均相流模型压降计算式 ▪ 1．气液混合物的粘度 ▪ 当质量含气率x=0时， 1
▪ 2、压降计算式
4 5n
1
2
n5
4
2
1
X
5n 1 4
1 X 5n
▪ 算系数和截面含气率都是洛-马参数
和由流态决定的系数n的函数。若流
态一定，n不变，则
2 L
,
2 G
,
只
是洛-马参数X2的函数。
5n
4 2
▪ 判别层流还是紊流的标准
▪
1
X 5n
4
X 5n
层-层（ll）Rel
1sl d l
1000; Re g
l g
1 x2 1
▪
1
l ▪
▪
参数X在λ1=λg的假定条件下可表示成
dp X 2 dl l dp
lG 2 1 x2
2dA2 l gG 2 x2
1 x 2 x
dl g
2dA2 l
由式（16）、（17）（20）可得
1
1
1 s1 x g x l
1
sX
g l
dp
d
2
2
f
dl
▪ 当质量含气率x=1时， g ▪ 常用粘度计算公式 ▪ 麦克达姆（MeAdam）计算式
▪
4G
sd 2
f
4Gl
(1 Gg
d 2 f
Gl
)
4G1(1) d 2 f
1 x 1 x
g l
▪ 西 克 奇 蒂 （ Ciecchitti ） 计 算 式
▪ 气液质量流量之比
C
d
f
n
Gg / Gl