井筒气液两相流流动特性模拟试验研究

作者:高庆华[1] 李天太[2] 赵亚杰[1] 李明[3] 孙洁[4] 刊名:长江大学学报自然科学版(中旬) 上传者:张凤

【摘要】在理论模型研究的基础上,根据雷诺相似原理,设计了井筒两相流室内模拟试验,研究了垂直管流型和两相流流动特性,绘制了垂直管流型图。应用流型图对各类气井井筒流态进行了判识,对流型图和2种预测模型的判别结果进行了对比研究,深入分析了井筒气液两相流的流态转变、流动稳定性、压降波动特征变化等流动特性。可知环状流和雾状流具有较好的稳定性。由绘制的流型图与修正的Hasan-Kabir和Zhmx模型对比分析,流态的判别结果一致,符合工程计算要求。

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长江大学学报 (自科版) 2014年5月号石油中旬刊第11卷 第14期 Journal of Yangtze University(Nat Sci Edit) May 2014,Vo1.1 l No.14 井筒气液两相流流动特性模拟试验研究 高J夹华 (陕西延长石油 (集团)有限责任公司研究院,陕西西安71 0075) 李天太 (西安石油大学石油与天然气工程学院,陕西西安71 0065) 赵亚杰 (陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院,陕西西安71 0075) 李明 (中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依841 ooo) 到1洁 (陕西延长石油(集团)有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心,陕西西安71 0075) [摘要]在理论模型研究的基础上,根据雷诺相似原理,设计了井筒两相流室内模拟试验,研究 了垂直管 流型和两相流流动特性,绘制了垂直管流型图。应用流型图对各类气井井筒流态进行 了判识,对流型图 和 2种预测模型 的判别结果进行 了对 比研究 ,深入 分析 了井筒 气液 两相流 的流 态 转变、流动稳 定性 、压 降波动特征变化等流动特性 。可知环状流和 雾状流具有较 好的 稳定 性。 由绘 制 的流 型 图与修 正的 Hasan- Kabir和 Zhmx模型对比分析,流态的判别结果一致,符合工程计算要求。 [关键词]两相流;流动型态;模拟试验;流动稳定性 [中图分类号]TE357.44 [文献标志码]A [文章编号]1673—1409(2014)14—0084—04 两相流动特性的参数一般有 12个 :每一相 的体积流量 、系统压力 、加热热流密度、每一相的密度 和粘度、相界面的表面张力、流道的几何形状、大小和方位、流动方向、流体人口状态和进人流道的方 式等。由于流动条件变化的多样性和研究角度的多样性,对流型的各种定义建立在主观观察的结果上, 并且还是根据流动的形态特点来划分流型,因此不同的研究者对流型的定义和划分差异很大,对流型判 别只能定性判断,还没有公认的定量判断方法[1_6_。为此,笔者在理论模型研究的基础上,根据雷诺相 似原理 ,设计进行 了井筒两相流室内模拟试验 。 1 试验装置 试验 的实施依托西安交通大学动力工程多相流 实验室油气水实验 台,试验装 置系统如 图 1所示 。 整个装置主要是由循环水系统、空气供给系统、试 验管路以及计算机采集系统 4个部分组成。 试验管段由透 明的有机玻璃管制成 的,便 于对 试验现象进行 可视化观察 ,总长 5m,测量管段 长 4m,管段 内径 40ram。在距管人 口 0.5m 和 4.5m 处设置 2个测压点,这 2个测压点 间的流动可认为 已进人流动稳定段,在第一测压点处用压 力传 感器 测试验管内系统压力,在 2个测点之间装差压传感 器测 2点之间压降。 2 试验方案设计 旁 通 道 图 1 试验装置 系统 流程简图 试验依据雷诺相似原理进行设计,即外部条件几何相似时 (几何相似的管子,流体流过几何相似的 物体等),若雷诺数相等,则流体流动状态也是几何相似的 (流体动力学相似)[ ]。 [收稿日期]2014—01—25 [作者简介]高庆华 (1982一),男,硕士,工程师,现主要从事油气田机械采油工艺技术及低压低渗透油气田开发技术方面的研究工作。 第 11卷 第 14期 高庆华等 :井筒气液两相流流动特性模拟试验研究 · 85 · 试验方法如下:常压条件下的气液两相流试验基本上都

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