氣液兩相流動

在垂直管兩相流動中主要存在四種流態, 即泡狀流、段塞流、過渡流和霧狀流。在泡狀流中, 油管幾乎全部為液相充滿, 遊離氣相以小氣泡的形式出現, 氣泡對壓力梯度影響很小。在段塞流中, 氣體和液體都對壓力梯度有明顯的影響, 氣泡合併形成段塞形式, 但液相仍是連續的。在過渡流中, 液相從連續相過渡到分散相, 氣相從分散相過渡到連續相, 液相對壓力梯度的影響仍存在, 但氣相的作用已上升到主導地位。在霧狀流中液相以小液滴的形式夾帶在氣相中, 氣相控制着壓力梯度, 管壁上有一層液膜。 ^[1] 

1965 年, Hagedorn 和Brown 根據能量守恆原理導出了氣水同產井的壓力梯度方程:

式中

Δp———垂直管壓力增量, Pa;

ΔH———垂直管深度增量, m;

ρm ———氣液混合物密度, kg/ m3 ;

g———重力加速度, m/ s2 ;

f_m———兩相摩阻係數;

q_l———地面產液量, m3/ s;

G_t———地面標準條件下, 每產1 m3 氣體, 伴生油、氣、水的總質量, kg/ m3 ;

D———油管內徑, m;

v———氣液混合物速度, m/ s。

1、氣液混合物密度的確定

式中

ρ_l———液相密度, kg/ m³;

ρ_g———氣相密度, kg/ m³;

H_l———持液率, 小數。

在哈格多恩和布朗關係式中, 持液率Hl 不是測得的。為了確定H_l , 引入幾個無因次數, 如液相速度準數( N_rl )、氣相速度準數( N_rg )、管徑準數( N_D ) 及液相粘度準數( N_l )等。其間, 為了減小由於壓力變化而造成數據分散, 引入了壓力比參數( p/ p₀ ) 和一些係數, 作出了三個曲線圖。通過這些圖可以得到持液率, 進而求得氣液混合物的密度。

2. 兩相流摩阻係數的確定

兩相流摩阻係數可由穆迪(Moody) 圖版確定。雷諾數計算公式如下:

式中

μ_l———液相粘度, Pa·s;

μ_g ———氣相粘度, Pa·s。

其餘符號意義同前。 ^[1]