基于段塞流的通用气液两相流模型中闭合关系式的评价

基于段塞流的通用气液两相流模型是近年来提出的能够对气液两相流进行较精确计算的水力计算模型,而闭合关系式的选择对模型计算准确性至关重要。从段塞流出发建立基本方程,得到的计算模型可以适用于管道倾角从-90°至90°的流动情况。选择模型中重要的相间水力摩阻系数、液塞平移速度、平均液塞长度等三个参数,对多组闭合关系式进行评价,将中国石油大学(华东)小型室内多相流环道实验的实验结果与各个关系式应用于模型得到的结果进行对比分析,筛选并推荐适用于模型计算的最优关系式。AndritsosHanratty关系式、Bendiksen关系式、Zhang关系式分别为模型中计算相间水力摩阻系数、液塞平移速度和平均液塞长度的最优关系式。     

非环状流气井两相流机理模型

针对目前气井两相流模型难以正确预测非环状流气井井筒压降和微观流动参数的问题,建立了非环状流气井两相流机理模型.首先基于液滴受力平衡和液膜桥接原理,提出了气井非环状流流型判别方法;其次根据非环状流中泰勒泡和液塞交替上升的流动特征,建立了单元体压降模型,封闭关系式中泰勒泡上升速度基于漂移模型得到,液塞含气率由Schmidt实验数据得到.38口非环状流气井数据评价表明,非环状流模型预测压降的相对误差仅为-1.464％.该模型能够精细描述非环状流气井多个微观参数,且计算简单.     

铅直气液两相管流研究现状综述

论述了深井气举采油的工作特点,阐述了气液两相管流研究对气举井设计和运行的重要作用,从研究方法上综述了国内外铅直气液两相管流的研究现状,分析了铅直气液两相流研究中尚存在的不足以及应用上的局限性,指出应加强铅直气液两相管流基础应用研究,提出适合我国的空隙率、混合液密度、压力梯度相关式。还针对气液两相流动特点和流动型态的多样性,提出应采用模糊数学方法来研究气液两相流的流动型态,以得到合理而科学的气液两相流分类公式和方法。     

产水气藏气液两相管流动态规律研究

由于气液两相流流型的多变性和流动机理的复杂性,需要建立适用于任何流动条件的压降模型。目前工程常用的两相流压降模型主要是基于圆管流动实验数据得到的,其适用条件均具有一定的局限性。对于含水气井,其气水比一般比油井高得多,而且水和油物性差异大,气水两相流液体滑脱严重。现有的两相流压降模型用于气井压降预测时误差较大。因此对其进行了修正,给出了修正曲线。依据气水两相流实验,深入研究了气水两相上升流流动机理及特性参数变化规律,在现有气液两相流压降模型基础上探讨了适用于产水气井的H-B修正模型,应用现场资料对该模型进行的评价和验证表明,提高了预测产水气井压降分布的准确性,更符合实际情况。     

气液两相流循环温度和压力预测耦合模型

为保证欠平衡钻井安全钻进,需要给欠平衡钻井设计提供井筒温度和压力分布等基础数据。基于气液两相流钻井液循环时的流动特征和井筒与地层的传热机理,建立了适用于欠平衡钻井预测气液两相流钻井液循环温度和压力的耦合模型,给出了模型的离散方法和求解方法。在模型的求解过程中,考虑了温度和压力对气相（空气、氮气）的密度、比热、比焓、动力黏度、热导率等热物性参数的影响及热源对气液两相流钻井液温度场的影响,保证了气液两相流循环温度和压力的计算精度。基于大庆油田升深2-17井充氮气欠平衡钻井试验数据,利用气液两相流钻井液循环温度和压力预测耦合模型对欠平衡钻井时的井底温度和压力进行了计算,计算结果与实测结果吻合程度高,验证了模型的有效性。对比分析了以地温、地面温度作为气液两相钻井液温度和考虑井筒换热3种情况下的环空压力剖面特征,为欠平衡钻井设计及控压钻井设计和施工提供了理论基础和技术支持。     

内边界旋转的垂直井筒气液两相流型和压降梯度

井筒中泵杆的存在会对井筒内气液两相流动产生干扰,进而影响流型和压力梯度,而井筒内压力梯度的计算是油气井生产优化的重要部分。实验采用内径?88.9 mm,长7 m且含有螺杆泵的部分透明有机玻璃管,进行了不同转速的气液两相流实验 ,得到了在螺杆泵旋转时,泡状流向段塞流的转换界限 ;并与无杆的流型转换模型进行对比,得到了0 r/min、30 r/min、60 r/min、90 r/min转速下改进的流型转换模型;根据实验数据对有杆井筒内不同转速下压力梯度变化的修正,得到不同转速下的压力梯度公式 。结果表明,在液相表观速度相同的情况下,无杆井筒中更早发生泡状流向段塞流的转换;随着转速增加,流动摩擦阻力同时增大,增大幅度比较小;随着气相表观速度的提高,总压力梯度逐渐降低,压力梯度的降低速率逐渐变小。     

水平管气液两相分离流相间水力摩阻系数计算

在大型多相流实验装置上研究了水平管气液分层流和环状流流动特性,采用气相动量方程求解了气液相间摩阻系数,与已有的经验公式进行了对比分析,建立了适于水平管气液两相分离流相间水力摩阻系数的计算方法。在分层流水力计算中可以采用Shoham&Taitel公式计算气液相间水力摩阻系数,在环状流水力计算中推荐采用Laurinat公式计算相间摩阻系数。     

��Ȼ������Һ��������������ˮ����ѧģ��

章分别以水、轻油和重油为液相，研究了天然气井中零液流量气提流动这一特殊气液两相流动现象。提出了零液流量气提流动的两相流水动力学模型，应用该模型计算了零液流量气提流动的持液率和压力降。模型计算结果与试验结果都表明，零液流量气提流的持液率随表现气速的增大而单调减小，而摩擦阻力压力降则不随表现气速的变化呈单调性的变化。尽管零液流量气提流的水动力学特性不同于液体流量不为零的常规气液两相流，零液流量气提流仍遵循常规气液两相流的水动力学基本关系式。     

大斜度井中气液两相段塞流动力学模型分析

水平井及大斜度井中气液两相的流型变得复杂,对角度变化更为敏感,致使在直井中建立的相关测井解释模型已经不能解决其流动剖面解释问题。针对大斜度井中气水两相流常见的段塞流,从管流动力学特性出发,建立了气液段塞流动力学模型,在多相流动环路模拟实验资料分析的基础上对该理论模型进行了正反演计算。采用该模型预测了多相流动环路模拟实验环境下的持水率和水相表观速度,与实验数据进行了对比分析。计算结果与实验很好地吻合,持水率理论预测值平均相对误差为6.831 3%,总流量越大误差越小;水相表观速度理论预测值平均相对误差为13.855 1%,角度越大误差越小。     

高效厌氧生物反应器内的湍流特性及结构优化

采用数值模拟方法研究了高效厌氧生物反应器内的湍流及多相流传质过程。通过重整化群k ε湍流模型(RNG k ε)和欧拉多相流模型构建反应器内多相湍流流动控制方程。在此基础上,应用自定义函数(UDF)方式修正了计算流体力学软件Fluent中的曳力模型,并植入欧拉多相流模型,建立高效厌氧生物反应器内气 液 固多相流动模型,并模拟计算了反应器内多相流过程,同时对其结构进行优化。结果表明,修正后的多相流动模型计算得到的流场特征与实验数据吻合,验证了所采用的湍流模型和计算方法的准确性;优化后的反应器内多相流传质效果明显提高。该方法较为准确地预测了反应器内传质过程,可以用于高效厌氧生物反应器的工程应用改进。     

A united model for predicting pressure wave speeds in oil and gas two-phase pipeflows

A pressure wave, caused by unsteady operations such as a shutdown or restart, pigging, slug flow or input flow rate transient changes during an oil–gas pipeline transmission, could cause a safety hazard to the whole pipeline system. Because of the compressibility of the gas phase, the changes of interface between the gas and liquid, the momentum and energy transfer between the two-phase and the single-phase to the wall, all make it complicated for predicting the pressure wave speeds for oil and gas two-phase flow in long-distance pipelines. On the basis of the gas–liquid two-fluid model, this paper analyzes the pressure wave propagation for the two-phase flow. Pressure sources of gas–liquid momentum equations are described as the function of the gas–liquid flow velocities, gas void fraction, void fraction gradient and their differentiations, which make the two-fluid model hyperbolic. With the introduction of virtual mass force, the united model for prediction of the pressure wave speeds has been developed. And the gas–liquid Equations of State (EOS) has also been used in the united model, which can analyze the effects of the different system pressures. Important factors, such as the virtual mass coefficient and the gas void fraction, are also discussed. The developed model fits well with the experimental data, and can be used to predict wave speeds for different flow patterns, such as stratified flow, dispersed bubble flow and slug flow.     

容器式捕集器结构尺寸的优化设计

在对捕集器系统进行理论研究的基础上 ,利用C+ + Builder编程环境编制了容器式捕集器结构尺寸优化设计软件。该软件根据标准油气分离器的工艺计算方法进行初步设计 ;采用动态模拟技术 ,建立捕集器内压力、液位变化、气液出口调节阀等动态优化数学模型。当管路为段塞流时 ,可动态模拟当 1/ 10 0 0概率最大液塞进入捕集器时液位和压力的动态变化 ,据此确定捕集器最优结构尺寸 ;当管路为其它流型时 ,可确定已知结构捕集器清管时允许的最大液体流量 ,以指示清管操作。     

海上油气水多相管流中沿程摩阻因数分析

沿程摩阻因数是制约多相管流发展的关键,摩阻因数是压降计算的重要内容之一,其计算的准确性直接决定了压降计算的准确性。基于Xiao等人的流型判别法,将流型分为分层流、段塞流、环状流和分散泡状流等4种流型。分散泡状流仅需用到气体或液体与管壁之间的相互作用;分层流、环状流和段塞流不仅用到气体或液体与管壁之间的相互作用,还要用到气液界面之间的相互作用。气体或液体与管壁之间的沿程摩阻因数可以采用单相流体的沿程摩阻因数方法计算。对于不同的流型,气液界面的摩阻因数计算方法也不同。     

排水采气井油管和环空两相流压降优化模型

根据川西南威远气田大水量气井现场测试数据,建立了举升油管和油套环空气液两相流压降优化模型.将油管内的持液率模化为气相、液相无因次速度和液相无因次粘度的函数;环空流动的持液率模化为气相与液相折算速度、密度和粘度三个相对量的函数.以最小计算压降与实测值的平均绝对误差作为目标函数,优化持液率关系式的参数值和管壁粗糙度修正系数.经综合评价表明,对于大水量气井条件下,新模型的计算结果与现场数据十分吻合,其性能明显优于所比较的5个常用经验相关式.文中还对此模型进行了水气比敏感性分析.     

凝析气井井筒压力计算

准确计算凝析气井井底压力是正确预测产能、合理制订生产方案的关键,近年来凝析气井压力计算重点考虑黑油模型和组分模型的差异,而对优选气液两相管流压降模型的重要性却认识不足。为此,采用Govier-Fogarasi公开发表的94口凝析气井实验数据对工程常用的无滑脱模型、HagedornBrown、Orkiszewski、Gray、MukherjeeBrill、HasanKabir分别按黑油模型和组分模型预测井筒压力。井底流压和压降梯度统计评价结果表明:两相流模型的选择对凝析气井井筒压力预测结果影响较大,而组分模型和黑油模型对部分两相流模型在一定条件下对凝析气井井筒压力计算产生影响;推荐使用Gray模型+黑油模型和HagedornBrown模型+组分模型来预测凝析气井压力剖面,并给出了无滑脱模型的适用条件(液气比为0.5~5m3/104 m3、产气量大于5×104 m3/d);最后指出,采用组分数据计算凝析气井压力剖面时,其数据选择尤为重要,否则预测的误差会增大。该研究成果对于凝析气藏的高效开采具有重要的意义。     

混注蒸汽与非凝析气的井筒流动动态分析

建立多组分混合流体的井筒蒸汽干度和温度梯度模型,利用Begs-Brill方法研究了不同注汽条件下的井筒气液两相流动动态.结果表明,混注非凝析气能够使得蒸汽组分的分压降低,蒸汽干度提高,混注烟道气时井底干度可提高5%-10%;与单纯注蒸汽相比,烟道气混注的流体重力梯度较小,沿程流体温度和压力相对降低;井筒流体流态以分散流或段塞流为主,混注非凝析气时气液比较大,流态以分散流为主.     

A mechanistic model of heat transfer for gas–liquid flow in vertical wellbore annuli

The most prominent aspect of multiphase flow is the variation in the physical distribution of the phases in the flow conduit known as the flow pattern. Several different flow patterns can exist under different flow conditions which have significant effects on liquid holdup, pressure gradient and heat transfer. Gas–liquid two-phase flow in an annulus can be found in a variety of practical situations. In high rate oil and gas production, it may be beneficial to flow fluids vertically through the annulus configuration between well tubing and casing. The flow patterns in annuli are different from pipe flow. There are both casing and tubing liquid films in slug flow and annular flow in the annulus. Multiphase heat transfer depends on the hydrodynamic behavior of the flow. There are very limited research results that can be found in the open literature for multiphase heat transfer in wellbore annuli. A mechanistic model of multiphase heat transfer is developed for different flow patterns of upward gas–liquid flow in vertical annuli. The required local flow parameters are predicted by use of the hydraulic model of steady-state multiphase flow in wellbore annuli recently developed by Yin et al. The modified heat-transfer model for single gas or liquid flow is verified by comparison with Manabe's experimental results. For different flow patterns, it is compared with modified unified Zhang et al. model based on representative diameters.     

管式液塞捕集器设计及性能测试研究

管式液塞捕集器是气液混输管线终端的重要设备,其设计参数复杂,目前国内还没有具有独立知识产权的液塞捕集器产品。为此,研究了混输管线段塞流参数变化规律,指出捕集器的液位控制系统对捕集器的工作性能有较大影响--不使用液位控制系统时,捕集器液位和压力都不稳定,影响捕集器的工作性能。而启动液位控制系统后,捕集器压力和液位都较稳定;启用液位控制系统以后,捕集器内液位在设定值附近周期性波动,受液位波动影响,捕集器内压力也出现周期性波动,液位和压力的波动周期与液体流量有关。编制了段塞流捕集器设计规则,建立了捕集器系统的优化数学模型,设计并优化了液塞捕集器的结构与尺寸。所研制的液塞捕集器经室内测试,运行状态良好,在不同的试验工况下,捕集器内部的压力、液位都比较平稳,可以较好地分离气、液两相,有效消除段塞流的影响。     

气井油管流动计算动能项的取舍

气井全油管段的总能耗由位能、动能和摩阻三项组成。采气井油管内单相或气水两相流动数学模型的建立，都以气井稳定流动方程作为基础。Ｋatz提出的建模的假设条件之一就是“动能忽略不计”，对纯气井而言，这对计算精确度影响不大。同时，也正因为有了这一假设，简化了微分方程，才使采气流压运算变为可能。但对含水、含油和油水皆含的复杂井流，这种假设就会带来较大的计算误差。为此，探讨了气井管流动能项的取舍对计算气井油管流压梯度的影响，建立了６种井流动能因子的表达式，并对主要敏感参数进行数据分析，对动能项的取舍作出了明确回答。针对复杂井流，在气井油管流压梯度计算公式中应该保留动能项，这样才能确保油管流压梯度计算的精度。     

气量增加段塞流场中压力波传播特性分析

利用改进后的段塞流跟踪模型,对水平管气量瞬变空气-水段塞流场中的压力波传播特性进行了模拟研究,主要分析了压力波沿管线的变化规律以及入口初始液相流量和气相流量的变化对压力波速的影响,并将模型模拟结果与长380m、内径80mm的大型多相流试验环道上的试验结果进行了比较。结果表明,该模型能够有效地模拟气量瞬变段塞流场中压力波的传播特性;压力波速沿管线具有衰减特性;在气量增加过程中,增压波速沿管线的衰减速率逐渐降低。