垂直多相管流总结共50页
第二讲：多相管流-全中文
SWPU Southwest Petroleum Institute, Chengdu, P.R.China
Department of Petroleum Engineering
（一）垂直管气液两相流流态特征
4、过渡流（transition flow）
液相从连续相过渡到分散相，气相从分散相过渡到连续相，气 体连续向上流动并举升液体，有部分液体下落、聚集，而后又 被气体举升。这种混杂的、振荡式的液体运动是过渡流的特征， 故也称之为搅动流。
井底压力Pwf：原油流入井底的剩余能量，是举升原油的动力 井口油压Pwh：多相管流的剩余能量，地面管流的动力。（Pt）
Pb
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Department of Petroleum Engineering
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《采油工程》主要内容
第一章 第二章 第三章 油井基本流动规律(12) 自喷与气举采油 (6) 有杆泵采油(12)
1、学时分配64 - 教学学时 - 实验学时 - 自学 2、内容分配 3、课堂纪律 4、考核方法 - 考勤 - 作业 - 笔试
q UG G 滑脱速度：US=UG-UL AG q UL L AL
AL
AG
AG、qG、UG——分别表示单位管段上气相所占的截面积、流量和真实速度； AL、qL、UL——分别表示单位管段上液相所占的截面积、流量和真实速度。
SWPU Southwest Petroleum Institute, Chengdu, P.R.China
垂直管流实验实验报告
垂直管流实验实验报告实验报告一、实验目的本实验旨在通过进行垂直管流实验，探究液体在垂直管道中的流动特性，深入了解液体在管道中的流动规律。
二、实验仪器和材料1.垂直管流装置：包括垂直管、流量计、水泵等。
2.温度计：用于测量液体的温度。
3.尺子和卡尺：用于测量实验装置的尺寸。
三、实验原理垂直管流实验主要是通过将液体从顶部注入垂直管道中，通过重力和压力推动液体向下流动，以观察和研究液体在管道中的流动情况。
在实验进行过程中，可以通过测量液体的流量、速度和压力等参数来研究液体在管道中的运动规律。
四、实验步骤1.准备工作：检查实验装置和仪器，确保其完好无损，然后根据实验要求调整流量控制阀和压力控制阀的开度。
2.测量液体的物理性质：首先需要测量液体的密度和粘度等物理性质，并记录下来。
3.实验装置准备：按照实验要求，调整垂直管的高度和直径，并将流量计、水泵等连接好。
4.实验操作：将液体注入垂直管道的顶部，并打开水泵，让液体顺势流入管道中。
5.数据记录：记录实验过程中相关的参数，如液体的流量、速度和压力等。
6.实验结束：关闭水泵，停止液体的注入，并将实验装置和仪器进行清洗。
五、实验结果与分析在实验过程中，测得了液体的流量、速度和压力等参数，并按照实验要求进行了记录。
根据实验数据，可以进行相关的计算和分析，以得出液体在垂直管道中流动时的特性和规律。
六、实验误差分析在实际实验中，可能会存在一些误差，如人为操作误差、仪器误差等，这些误差可能会对实验结果造成一定的影响。
为了提高实验结果的准确性，可以进行多次实验并取平均值，同时要注意实验中的操作规范和仪器的使用方法。
七、实验结论通过进行垂直管流实验，我们可以得出液体在垂直管道中流动时的特性和规律。
实验结果与理论分析相符，证明了液体在管道中流动遵循一定的规律，为进一步研究液体流动提供了实验依据。
八、实验心得通过本次实验，我深入了解了液体在管道中的流动规律，掌握了实验操作的技巧，并学会了如何记录和分析实验数据。
流管总结
第一章通风工程：通过室内外空气交换，控制室内空气污染物浓度，保证空气品质。
空调工程：除了控制室内空气污染物浓度外，还要控制室内热湿环境。
通风系统分为排风系统和送风系统保证一定的通风量，两种方法(1) 选择较小管径，流速大，损失大，消耗风机功率大，但初投资小;(2) 选择较大管径，流速小，损失小，运行费用小但初投资大。
空调系统如何同时实现对室内空气污染物浓度和热环境质量的控制？前者可通过通风系统送新风；后者可通过降温采暖系统送冷热风。
可分别有两个系统实现，也可以由一个送风系统承担。
通常送冷热风量比新风量要大得多。
其它空调系统形式：双风道系统，二次回风系统，变风量系统管网类的：空气输配管网的装置与管件：有风机、风阀、风口、三通、弯头、变径管等,还有空气处理设备等。
影响管网性能。
风机:是空气输配管网的动力装置风阀:是空气输配管网的控制、调节机构调节阀就是风阀的一种风口：基本功能是将气体吸入或排出管网从空气输配管网角度，风口的主要特性是风量特性和阻力特性。
各种类型的管网：采暖空调冷热水管网建筑给水管网采暖空调冷热水管网采暖空调冷热水管网分为：重力循环、机械循环；同程式、异程式；定流量、变流量；单式泵、复式泵系统；开式、闭式按循环动力分：重力循环、机械循环按水流路径：同程式、异程式按流量分配：定流量水、变流量水按水泵分：单式泵、复式泵系统按与大气接触情况：开式、闭式采暖空调冷热水管网的膨胀水箱膨胀水箱作用：贮存膨胀水量；上供下回式重力循环系统中排气；恒定系统压力在重力循环系统中，接在供水总管的顶端；在机械循环系统中，一般接至循环水泵吸入口前循环管位置：定压点前的水平回水干管，距定压点1.5-3m连接点处的压力，称定压点。
排气装置排气装置设在系统各环路的供水管末端的最高处。
空气残留在系统内，会形成气塞，影响水正常循环。
建筑给水管网有哪些基本类型直接给水管网；设水箱的给水管网；设水泵的给水管网；设水泵和水箱的给水；气压给水管网；分区给水管网；分质给水管网；室内热水供应系统如何分类按热水供应范围分为集中热水供应系统和局部热水供应系统按管网压力工况的特点分为：开式热水供应系统和闭式热水供应系统按管网设置循环管网的方式不同分为：全循环、立管半循环、干管半循环、无循环热按动力区分：重力循环、机械循环流体输配管网的基本功能是什么？将源得到的流体,通过管道输送,按照流量要求，分配给各末端装置；或者按照流量要求从各末端装置收集流体，通过管道输送到汇。
采油工程：第一章 油井基本流动规律2
第三节 气液两相管流计算方法
一、发展历史 1952 年 ， Poettmann 和 Carpenter 根
据能量方程提出摩擦损失系数法。 （1）忽略了动能项； （2）不划分流态； （3）计算混合物密度时未考虑滑脱； （4）由f—Dv相关曲线计算f。
1961年,M.R.Tek引入两相雷诺数和气液 质量比K，考虑了流体粘度和K的影响。
1965年Hagedorn & Brown针对油气水混 合物在垂直管中的流动，基于单相流体的 机械能量守衡定律，得出了压力梯度的表 达式。此方法对流型未作详细研究，采用 统一模型计算压力梯度，只对泡流作了单 独处理。此方法适用于油井，在稳定流动 条件下，可得出较好的结论。
第三节 气液两相管流计算方法
析出，qL略有下降，与qG的增加相比基本 不变。
3、总混气液的体积流量: qm=qL+qG 4、混气液流速
Vm=qm/A=(qL+qG)/A
(1-54)
A不变, Vm的变化与qm的变化一致。
5、混气液密度 ρm= wm/qm ， wm—质量流量 质量守恒, wm不变, qm随流体上升而增
加，ρm随流体上升而下降。
垂直井气液两相流动，其主要优点是对流 型的过渡作了详细的研究，考虑了由于流 量、压力、两相物性和管道几何形状等对 流型过渡的影响，对每种流型都建立了合 适的水动力学条件。此方法考虑了滑脱
第三节 气液两相管流计算方法
速度的影响，对泡流作了一定的研究，在 环流持气率计算中考虑了气芯和液膜的影 响，适用于高气液比的气井。
过渡流：气体体积膨胀，气段增长,液段被 突破,气段与上部气段相连形成中心是气、 外环为液膜的流态。液体靠中心气流的摩 擦携带作用向上运移。气相、液相均为连 续相。这时体积流量较大,密度小。压降以 重力为主过渡为以摩阻为主。总压降比段 塞流大，压降曲线呈上凸型。
人工举升理论第4讲 多相管流
C1与Nb关系曲线
l
l
摩阻梯度：
f l vt2 ql vs Ap f 2D q v A t s p
C1与NRe关系曲线
（3）过度流
平均密度可由顿斯及罗斯方法算出：
LM g LM LS
段塞
g LS
LM LS
雾流
摩阻梯度：
f f
l vl2
D 2
ql 其中 vl Ap (1 H g )
摩擦阻力系数可查下图：
摩擦阻力系数曲线
（2）段塞流
流体平均密度：
其中
Wt l vs Ap qt vs Ap
l
vs C1C2 gD
vs D l N vt Dl Nb Re
合并成大气泡，最后，大气泡成为顶部凸起的炮弹形气泡。 井筒内流体的压力进一步低于饱和压力，气体继续分离出来，
并且进一步膨胀，且炮弹形大气泡形成气体柱塞，使井筒内出现一段液
体、一段气体的柱塞状游动。这时气柱好象活塞一样推动液体上升，对 液体具有很大的举升作用，气体的膨胀能量得到充分的利用。
环状流
水平管流型
这是目前气液两相管流方面较全面的研究成果。
机械能守恒方程：
dp dE dv g sin v dZ dZ dZ
位差压力梯度
dp l Hl g 1 Hl g sin g sin dZ 位差
Gv l H l g (1 H l ) g sin 2 DA
1 { l H l g (1 H l ) vvsg }/ p
Beggs-Brill方法流型分布图—水平流动
油气水在垂直管道中的流动
油气水在垂直管道中的流动地面产油，水：井下为油水两相。
地面只产油：井下由于有静水柱，所以应为油水两相。
地面产气：井下为气水或气油两相。
地面产水产气：井下为气水两相。
地面同时产油气水：根据泡点压力与流动压力的关系确定。
一．单相流动1． 单相流动有两种方式，层流，紊流。
雷诺系数：Re DveDvN μγ==D ：套管内径。
m γ: 运动粘度。
mpa.sμ ：流体粘度。
m2/s当Re N <2000 时为层流， Re N >4000时为紊流。
流速分布：层流时，max 12v v =， 紊流时，1/max nv y v r ⎛⎫= ⎪⎝⎭，当re N <510时n=1/7 55104*10re N <<时n=1/8。
所以一般情况下平均流速是最大流速的0.82。
2．入口效应：流体在流过套管时，由于粘度的影响，在套管表面形成一薄层，即附面层，流体需要经过一段距离才能达到完全层流或紊流。
层流时L/D=0.028Nre ，紊流时 L/D=25-403． 连续方程，质量守恒。
1122v A v A =圆管中的伯努力方程，也叫机械能方程。
221112221222f P a v P a v Z Z h g gγγ++=+++ 1Z 2Z 表示沿套管方向的两个深度点，1P 2P 压力，v1,v2流体速度，g 重力加速度，γ单位体积流体的重度（g ρ），hf 单位重量流体通过1，2两个截面间的平均能量损失，a 是动能修正系数。
若速度相同a=1，多数情况下，势能和压能比较大，动能项较小，若为层流a=1.05或 1.1 ,若为紊流a=2。
单相流动时油管中的压力平衡为：wf h fr wf P p p p =++wf P 井底流压，h p 井内静液柱压力，fr p 摩擦阻力，wf p 井口油管压力二．气液两相流动对气液两相流动的处理方法有三种（1） 经验法，从两相流动的物理概念出发，或使用因次分析法，或根据流动的基本微分方程，得到反映某一特性的两相流过程的一些无因次参数，根据实验数据得出描述这一流动过程的经验关系。
《垂直管流实验》实验报告
《垂直管流实验》实验报告垂直管流实验实验报告引言：垂直管流实验是流体力学实验中的一种常见实验方法，通过在垂直管道中流动的液体或气体的观测和测量，来研究其流动特性和流体力学性质。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入理解垂直管流的现象及其背后的物理原理。
实验设备与方法：实验中使用的主要设备包括垂直管道、流量计、压力计等。
首先，我们将垂直管道固定在实验台上，并连接好流量计和压力计。
然后，将待测流体通过流量计注入管道，并通过调节阀门来控制流量。
在实验过程中，我们将记录流量计示数和压力计示数，并根据实验要求调整流量和压力。
实验结果与分析：在实验中，我们记录了不同流量下的压力计示数，并根据流量计示数计算了实际流量。
通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 压力与流量的关系：实验结果显示，当流量增加时，压力计示数也随之增加。
这是因为流体在管道中流动时，摩擦力会导致管道内的压力损失，而较大的流量会增加摩擦力，从而导致更大的压力损失。
2. 流速与压力的关系：通过计算实际流量和管道截面积，我们可以得到流体的平均流速。
实验结果表明，流速与压力之间存在一定的关系。
当流速较小时，流体的粘性会导致较小的压力损失；而当流速较大时，流体的惯性会增加，从而导致较大的压力损失。
3. 流体的稳定性：在实验过程中，我们观察到流体在管道中的流动是稳定的，没有出现明显的湍流现象。
这是因为垂直管道中的流动属于层流流动，流体分层有序地沿着管道流动，而不会出现湍流的混乱现象。
结论：通过本次垂直管流实验，我们深入了解了垂直管流的现象和流体力学性质。
实验结果表明，流量、压力和流速之间存在一定的关系，而垂直管道中的流动属于稳定的层流流动。
这些研究结果对于工程领域中的管道设计和流体输送有着重要的指导意义。
同时，本实验也存在一些不足之处。
例如，由于实验条件的限制，我们未能观察到湍流流动的现象，而湍流流动在实际工程中也具有重要的应用价值。
因此，未来的研究可以进一步拓展实验条件，以便更全面地研究垂直管流的特性。
1 两相垂直管流实验
两相垂直管流实验气举井及绝大多数自喷井的油管中流动的都是油—气或油—气—水三相混合物。
对采油来说，油、气、水混合物在油管中的流动规律——多相垂直管流理论是研究自喷井、气举井生产规律的基本理论。
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，而且决定着用自喷和气举方法可能获得的最大产量。
为了掌握油井生产规律及合理地控制和调节油井工作方式，必须熟悉气—液混合物在油管中的流动规律。
在油气田开发过程中，为了充分利用天然资源和取得好的经济效果，或者要进行油气田动态分析，拟订油气田的增产及提高油气田采收率，高速度、高水平地开发油气就必须深入细致地研究地层—油管—油嘴生产衔接与协调，研究多相流在井筒中的流态变化。
使生产井的工作制度同地层变化了的情况协调起来，只有通过各个生产井的各种变化并把它们综合起来进行分析，才能为整个油气田动态分析提供准确的资料和依据，并对各个注采井提出有效的工艺措施，不断完善开发方案，改善油气田开发效果。
该实验就是研究气、液两相在垂直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，并对所作的气量与液量的关系曲线作出解释。
一、实验原理在多相垂直管流中，沿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来，以及压力降低气相体积流量逐渐变大。
随着液气流沿井筒上升，压力逐渐降低气体随之膨胀，不断释放出气体弹性膨胀能量，该能量要参与举升液体，膨胀能的大小与气量多少、压力变化范围有关。
该实验是研究液气两相在模拟垂直井筒中的流动变化。
也是利用气体膨胀能量来举升液体的实验，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；另一种是靠气体与液体之间的摩擦作用，气体携带液体上升。
其能量来源除压能外，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。