1两相垂直管流实验

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1、两相垂直管流实验气举井及绝大多数白喷井的油管中流动的都是油一气或油一气一水三相混合物。对采油来说，汕、气、水混合物在汕管中的流动规律一多相垂直管流理论是研究口喷井、气举井生产规律的妹木理论。在许多情况下，油井生产系统的总压降大部分是用来克服混合物在油管中流动时的重力和摩擦损失。它不仅关系到油井能否自喷，而且决定看用自喷和气举方法可能获得的戢大产址。为了掌握汕井牛产规律及合理地控制和调节汕井工作方式，必须熟悉气一液混合物在汕管中的流动规律。在油气出开发过程中，为了充分利用夭然资源和取得好的经济效果，或者要进行油气出动态分析，拟订油气出的增

2、产及提高油气出采收率，高速度、高水平地开发油气就必须深入细致地研究地层一汕管一汕嘴牛产衔接与协调，研究多相流在井筒中的流态变化。使卞产井的工作制度同地层变化了的情况协调起来，只冇通过各个生产井的各种变化并把它们综合起來进行分析，才能为整个油气出动态分析提供准确的资料和依据，并对各个注釆井提出右效的工艺抬施，不断完善开发方案，改善汕气H1开发效來。该实验就是研究气、液两相在垂宜井筒中的流态变化及观察模拟井筒气体膨胀能参与举升液体的现象，抓住观察到的现象综合分析，并对所作的气鼠与液最的关系Illi线作岀解释。一、实验原理在多相垂立管流中，沿

3、井筒自下而上随着压力不断降低，气体则不断从液体中分离出來，以及压力降低气和体积流量逐渐变大。随着液气流沿井筒上升，压力逐渐降低气体随Z膨胀，不断释放出气体弹性膨胀能量，该能量耍参与举升液体，膨胀能的人小与气量多少、压力变化范围有关。该实验是研究液气两和在模拟垂直井筒屮的流动变化。也是利用气体膨胀能量來举升液体的实验，它依靠两种作用：一种是气体作用于液体上，垂直地顶推液体上升；另一种是靠气休与液体Z间的摩擦作用，气体携带液体上升。其能量來源除压能外，气体膨胀能是个很重要的方面。因在管径不变的油管中，举升一定的油量，则单位管长上所消耗的总压

4、头，是随着气量的不同而变化的，而只有在某一气量下，举升一定气量的液体所必须消耗的压头最小。该实验是以①32的冇机玻璃管来模拟实际油管，并釆用恒位水箱保持井筒静水压头不变，也就是在一定宜径的垂立管中保持静水压头不变，利用气体的膨胀能來举升液体。由于压头不变,所以管鞋压力P1二C（常数），其气举垂玄管的管口压力P2=lato因此，气举管压差为P1-P2=C,既保持位常数。换言Z，气举管所具有的举液能量是一个常数。因此,v/q不同,混合物的流态是变化的。图1—1.多相垂直管流流态示这里所讲的流态，即气液两和在垂点管屮的流动结构或者说是流动形态

5、，是指气液两相流动过程屮其分布状态。在液体延井筒流动的过程中，压力随之逐渐降低，气体从液体屮分离出來的数量愈來愈多，其体积愈來愈大，随看气体和流速的增加，垂点井筒屮可能岀现多种流态。最常见的一种流态划分有：纯液流、泡流、段塞流、环流（乂称过渡流）、雾流。（见图1—1所示）1、纯液流当井口压力Pvh人于饱和压力Pb时，液体沿井简上升到井口是靠井底压力（即静水压头）的作用，此时只有纯液体在管内流动。见图1一1（8）。但事实上，一般油井井口压力Pwh都是小丁•饱和压力Pb的。2、泡流一般情况下，当井底压力稍低于饱和压力Pb,或者当井底压力P

6、M高于饱和压力Pb,而在井筒内压力低于饱和压力的断面上，连续的液体相屮包含分散的气泡（即自rh气），但由于气量并不多，而li-又是处于髙压下，所以多半是以气泡状存在液相中，由于气体比液体轻得多，气泡所山垂点管断面的比值也很小，流速也不大，所以气泡很容易从液体屮滑脱而过。因此，滑脫损失比较人，因流速不大，故摩擦阻力小。见图i—i（b）。3、段塞流混合物继续上升，压力逐渐下降，气体进一步膨胀小气泡合并成人气泡直到能占据整个垂直管断面时，垂玄管中将形成一段液体一段气的段柱状结构，这时气体托着液体上升，气体的膨胀作用能得到很好的发挥，对液相有很

7、大的举升力。这种流态是自喷井中的主耍流动结构。但是这种气柱只能象一个漏活塞一样，一边采油，一边油还要漏下來，不可能将其上面的液体全部举出去，这也是滑脱损失，但比泡流小得多。摩擦损失因流速增大面增加，见图1—1（c）O4、环流（又称过渡流）混合物沿井筒继续上升，随着压力的降低，气量再度增加并不断膨胀，气体的柱塞不断加长,逐渐从井筒中央突破，形成中心为连续气流，而四周管壁为环状液流。此时，气流上升的速度增大，气体靠它与液体之间的摩擦携带着液体上升。在该流态时，气体携带液体的能力仍很高，滑脱损失降低，摩擦损失因流速上升而增大。见图1一1（d）

8、。5、雾状流当压力再度下降，气量继续增加。中心气柱将完全占据井筒断面，此时液流以极细的液滴分散于气柱屮，即气和为连续相，而液和为分散相，气体的膨胀能表现为以很高的流速将液体携带到地面。见图1—1（e）o这种