气液两相流-整理.doc

第一章 概论相的概念：相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分 ，与体系的其它均匀部分有界面隔开两相流动的处理方法：双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机理模型是多相管流研究的主要方法目前研究存在的问题：1、多相流问题未得到解析解；2、油气水三相流的研究不够深入；3、水平井段变质量流动研究较少；4、缺乏向下流动的综合机理模型；5、缺乏专用研究仪器气液两相流的分类：1、细分散体系：细小的液滴或气泡均匀分散在连续相中2、粗分散体系：较大的气泡或液滴分散在连续相中3、混合流动型：两相均非连续相4、分层流动：两相均为连续相气液两相流的基本特征：1、体系中存在相界面：两相之间也存在力的作用，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：两相流动中两相介质的分布称为流型 3、两相流动中存在滑脱现象：相间速度的差异称为滑脱，滑脱将产生附加的能量损失4、沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变气液两相流研究方法：1、经验方法：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。 优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系2、半经验方法：根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。优点：有一定的理论基础，应用广泛缺点：存在简化和假设，具有不准确性3、理论分析方法：针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。 优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式缺点：建立关系式困难，求解复杂研究气液两相流应考虑的几个问题：1、不能简单地用层流或紊流来描述气液两相流2、水平或倾斜流动是轴不对称的3、由于相界面的存在增加了研究的复杂性4、总能量方程中应考虑与表面形成的能量问题5、多相流动中各相的温度、组分的浓度都不是均匀的，相之间有传热和传质6、各相流速不同，出现滑脱问题，是多相流研 究的核心与重点流动型态：相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动结构流型图：描述流型变化及其界限的图。把流型变换的实验数据加以总结归纳后，按照两个或多个主要的流动参数绘成曲线，便可以得到流型图。影响流型的因素：1、各相介质的体积比例2、介质的流速3、各相的物理及化学性质(密度、粘度界面张力等)4、流道的几何形状5、壁面特性6、管道的安装方式流型分类：1、根据两相介质分布的外形划分；垂直气液两相流：泡状流、弹状流、段塞流、环状流、雾状流。水平气液两相流：泡状流、团状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流。 2、按流动的数学模型或流体的分散程度划分为：分散流、间歇流、分离流。两种分类方法的比较：第一类划分方法较为直观；第二类划分方法便于进行数学处理气液两相流的特性参数：质量流量:单位时间内流过过流断面的流体质量，kg/s，气相质量流量:单位时间内流过过流断面的气体质量，kg/s，液相质量流量:单位时间内流过过流断面的液体质量，kg/s，体积流量:单位时间内流过过流断面的流体体积，m3/s，气相体积流量:单位时间内流过过流断面的气体体积，m3/s液相体积流量:单位时间内流过过流断面的液体体积，m3/s相速度: 单位相面积所通过的该相容积流量,m/s折算速度:假定管道全被一相占据时的流动速度，m/s两相混合物速度： 混合物的质量速度：滑差(滑脱速度)：气液两相相速度之差 滑动(滑移)比：气相相速度与液相相速度之比 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质量含液率：单位时间内流过过流断面的混合物总质量中液相质量所占的份额 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中气相所占的份额体积含液率：单位时间流过过流断面两相流体(混合物)总体积Q中液相所占的份额真实含气率:即截面含气率或空隙率，为任一流动截面内气相面积占总面积的份额(气相面积与管道总面积之比)真实含液率:又称截面含液率或持液率，为任一流动截面内液相面积占总面积的份额(液相面积与管道总面积之比) 与的比较 ：快关阀法测量真实含气率：易于实现，只能得到平均值，且不能在线测量。流动密度: 单位时间内流过过流断面的混合物质量与体积之比真实密度：在流道上取微段，微段内两相流体的质量与容积之比 第二章 气液两相流的模型常用的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。流动型态模型：按不同流动型态分别建立的流动机理模型。特点：1、针对性强，精确度高；2、数学处理复杂，计算量大；3、流型界限确定困难均相流动模型：把气液两相混合物看成均匀介质，其物性参数取两相的均值而建立的模型 两个假定：1、气相和液相的实际速度相等；2、两相介质已达到热力学平衡状态特点：1、对于泡状流和雾状流，具有较高的精确性 2、对于弹状流和段塞流，需要进行时间平均修正3、对于层状流、波状流和环状流，则误差较大均流模型摩擦阻力折算系数：按均流模型进行气液两相流动摩阻压差计算时，常把两相流动摩擦阻力的计算与单相流动摩擦阻力的计算关联起来，即常使用全液相折算系数、分液相折算系数或分气相折算系数全液相折算系数：设水平管道内的两相流动为均匀流动，没有重位压差与加速度分液相折算系数：再设管道的D、A和dz仍与两相流动管道的相同，但通过管道的流体为单一的液体，而且其质量流量等于两相流动中液相的质量流量。分气相折算系数：再假设另一种情况。设管道的D、A和dz 仍与两相流动管道相同，但通过管道的流体为单一的气体，而且其质量流量等于两相流动中气相的质量流量。分相流动模型：它是把气液两相流动看成为气、液相各自分开的流动，每相介质都有其平均流速和独立的物性参数。因此需要建立每一相介质的流体动力特性方程式。这就要求预先确定每一相占有过流断面的份额（即真实含气率）以及介质与管壁的摩擦力和两相介质之间的摩擦阻力，为了取得这些数据，目前主要是利用试验研究所得的经验关系式。 分流模型的基本假设是：(1) 两相介质有各自的按所占断面积计算的断面平均流速； (2) 虽然两相介质之间可能有质量交换，但两相之间处于热力学平衡状态，压力和密度互为单值函数。分流模型适用于层状流、波状流和环状流漂移流动模型：它是由朱伯(Zuber)和芬德莱(Findlay)针对均流模型、分流模型与实际的两相流动之间存在的偏差而提出的特殊模型。在均流模型中，没有考虑两相间的相互作用，而是用平均流动参数来模拟两相介质；分流模型中，尽管在流动特性方面分别考虑了每相介质以及两相界面上的作用力，但是每相的流动特性仍然是孤立的；而在漂移流动模型中，既考虑了气液两相之间的相对运动，又考虑了空隙率和流速沿过流断面的分布规律。分布系数：分布系数表示两相的分布特性，即流动型态的特性，当空隙率及速度在断面上为均匀分布时，C0=1多相流压力梯度计算通式：第三章 油藏流体高压物性的计算用于计算石油多相流流体物性参数的模型有黑油模型和组分模型两大类黑油模型：是按照油气的相对密度等来估算一定压力和温度条件下流体的气液组成以及物性参数的一种方法。优点：计算简单、编程方便、运算速度快；缺点：不能计算油、气组成沿井筒的变化，无法考虑气体的反凝析现象，计算较粗糙。黑油模型适用于油藏流体组分不能精确地用摩尔分数表达的场合，如：原油和伴生气多相管流的计算等。组分模型：是按照流体的组成、温度和压力，通过状态方程来确定平衡条件下气液的组成和PVT参数的处理方法。利用组分模型能够准确地模拟包括反凝析现象、焦耳汤普逊效应、节流降温效应在内的复杂传热传质过程。特点：组分模型精度高，但模型复杂，所需计算时间长，一般用于挥发油，液化石油气，凝析气和湿天然气的计算。按油藏流体的物理相态特征可将油气藏区分为稠油油藏、黑油油藏、挥发性油藏、凝析气藏、湿气藏和干气藏。压缩因子：反映了相对于理想气体，实际气体压缩的难易程度。Z0.5，则分层流将转变为冲击流；当平均液面低于管中心线时，即 h 0.5，管内没有足够的液体使波峰达到管顶，于是管内液体被高速气流吹向管壁形成环状流。因此，泰特尔和杜克勒选 h =0.5作为冲击流和环状流的转变界限。3、 由层状流转变为波状流的判别：分层流又可细分为层状流和波状流两种。当压力和切力对波所作的功超过波的粘滞耗损时，波将在液层的表面被激起。4、 由冲击流转变为分散泡状流的判别：当液体的波浪达到管顶形成液塞时，波浪两侧存在波谷。当管内液体流量较大致使液面高达管顶，而且此时液体的紊流脉动十分激烈足以克服使气体存在于管顶处的浮力时，气体就有与高速流动的液体混合的趋势，于是冲击流就向分散泡状流转变。Xiao方法计算水平气液两相流压降：1990年，肖(Xiao)对水平管路及接近水平管路中的气液两相流进行了研究。他们参照前人的研究结果，将水平管中气液两相的流动型态划分为分层流（包括层状流和波状流）、间歇流（包括团状流和冲击流）、环状流（包括环状流和环雾流）和分散泡状流四种主要形式，并给出了各种流动型态的判别方法，进而针对各种流动型态的流动机理和特点，分别建立了描述其流动特性的模型。注意：与铅直管流的情况不同，在水平和倾斜管流中，管壁周围的液膜并不是均匀的，通常底都要比顶都厚一些。垂直井筒与水平井筒气液两相流的典型流型有什么异同（分别按两种流型划分方法解释）？答：(1) 根据两相分布外形。垂直井筒的典型流型包括泡状流、弹状流、段赛流、环状流、雾状流。水平井筒中气液两相流型包括泡状流、团状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、雾状流。(2) 按流动的数学模型或流体的分散程度划分为分散流、间歇流和分离流三种。第七章 倾斜气液两相流的计算当油气集输管线穿越丘陵及多山地带或铺设在海底并向上倾斜延伸到海岸时，集输管线与水平方向存在一定的倾角，因而将水平管中气液两相流动的压差计算方法用于这种倾斜流动时常是不成功的。这是因为，倾斜管中气液两相混合物在上升时具有重位压差，且重位压差常大于其摩阻压差；同时，由于下坡流动时气液混合物的密度及持液率通常要比上坡时小得多，从而使气液两相倾斜管流上坡时的压力损失在下坡地段是难以象单相流动那样完全恢复。贝格斯-布里尔方法：Beggs-Brill方法是可用于水平、垂直和任意倾斜气液两相管流动计算的方法，是Beggs和Brill根据在长15m，直径1inch和1.5inch聚炳烯管中，用空气和水进行实验的基础上提出的。气液流量配比一定的情况下，气液滑脱程度越大，则持液率数值越大在不同的气液两相倾斜流动状况下，管道倾角的变化将引起流体的重新分布，从而使得重力和粘滞阻力对液相产生不同的影响，最终引起滑脱速度和持液率的变化角度对持液率的影响：上坡流动：当管子角度沿正方向增加时，作用在液体上的重力使液体的流速减小，因而增加了滑脱和持液率。随着角度的进一步增加，液体在管子里全部搭接起来，减少了两相之间的滑脱，因而也减小了持液率。下坡流动：当角度沿着负方向增加时，使液体的流速增加，因而减小了滑脱和持液率。随着角度沿负方向的进一步增加，有更多的液体与管壁接触，粘性的拖拽使得液体的流速减小，持液率增加。 为什么多相管流的压力计算要使用分步迭代方法答：由于多项管流中每相流体影响流动的物理参数如密度、粘度等及混合物密度和流速都随压力和温度而变，沿程压力梯度不是常数。因此，多相管流需要分段计算，并要预先求得相应段的流体性质参数。然而，这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求得的未知数。所以，多相管流通常采用迭代法计算。 怎样将气液两相流动压力梯度的计算模型用于井筒油气水三相混合物的计算答：在油井中，经常遇到油气水三相的流动。处理中，按照油水混合物的体积含水率来处理水的影响。其实油水之间也存在滑脱，但在处理过程中，忽略油水之间的滑脱。计算中一般采用加权平均的方法计算油水混合物的密度、粘度、以及表面张力。 根据掌握的知识和经验，谈谈对多相流理论的认识（特点、研究方法、与单相流的比较、计算方法与模型情况以及多相流理论在石油工业中的用途等等）。另外，你认为井筒气液两相流压力梯度计算的可能误差主要来自哪些因素的影响？答：气液两相流体力学是流体力学的一个分支，它研究气体和液体两相介质在共同流动条件下的流动规律。首先，两相介质与单相介质不同，存在着相的分界面。在两相介质共流过程中，介质除与管道壁面之间存在着作用力外，在两相界面之间也存在作用力。其次，从能量平衡的观点看，气液两相流动除灾整体界面上存在能量交换外，在两相界面之间也会有能量交换，而且必然伴随着机械能的损失。再次，在气液两相流动中，两相的分布状态也是多种多样的。最后，在气液两相流动中，各相的速度可能是不同的，即存在滑脱。处理两相流动的方法分为经验方法、半经验方法、理论分析法。油气是深埋于地下的流体矿藏。因此油气藏的开发与开采离不开多相流理论。渗流理论、油气管流计算、举升参数设计、工况分析、集输设计等都离不开多相管流的理论和计算方法。误差的原因：(1) 流体物性参数的计算精度；(2)温度场计算的精度(3)压力梯度计算方法本身精度(4)迭代计算方法不可避免的误差。（范文素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）