油气井流体力学教学课件PPT气液两相流动.ppt

第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 第二节 气液两相流动基本方程式 第三节 气液两相流动流型和流型图 第四节 气液两相流动压力降 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.1 多相混合物简介 多相混合物：指所有的多相材料体系，当这种体系的流动变量在宏观表 面上经历非微量的突变时，它们可以象流体一样流动。 如果任何材料体系的非混相组分的流动特性不同，那么它们都可以被认 为是多相组分体系。例如原油、天然气、地热盐水、水中的细粘土悬浮 体，从力学角度看它们都是均质的，但此处认为他们为多相。 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 山体滑坡 第五章 气液两相流动 泥石流 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 LSU气举双梯度 钻井系统 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 气固两相流 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 液固两相流 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 固相颗粒周围 流场-爬流现象 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 流体绕球形颗粒流 动时的边界层分离 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 气固两相流 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 气力输送装 置负压体系 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 气力输送装 置正压体系 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 气力输送装 置组合体系 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 抽油机井油管中 的气液混合物 储层 油气渗流 井筒油气水三相流 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 水平井筒中的 气液两相流 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 欠平衡钻井环空 内的气液两相流 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 1.2 多相混合物流动图例 多相流在油气储运工程中的应用 气 水 油 气 水 油 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 第二节 气液两相流动基本方程式 第三节 气液两相流动流型和流型图 第四节 气液两相流动压力降 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 1截面含气率及截面含液率（又称真实含气率及真实含液率） 2质量流量，气相质量流量及液相质量流量 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 3质量含气率 及质量含液率 4. 质量流速 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 体积流量 气相体积流量 液相体积流量 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 6体积含气率 和体积含液率 用质量含气率表示为： 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 7 气相真实流速 和液相真实流速 8气相折算速度 和液相折算速度 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 9滑动比 10滑动速度 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 11气液两相流体平均密度 12气液两相流体平均流速 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 13. 循环速度 14漂移速度 气相漂移速度 液相漂移速度 第五章 气液两相流动 15. 漂移流率 气相漂移流率 液相漂移流率 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 例气液混合物在内径25mm的管道内流动，气体和液体的体积流量分别为 0.85m3/min和.15 m3/min，由高速摄影测得气泡的速度为50m/s，试求体积 含气率、截面含气率、液相的速度以及气相和液相的折算速度、漂移速度。 解：体积含气率 截面含气率 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 例气液混合物在内径25mm的管道内流动，气体和液体的体积流量分别为 0.85m3/min和.15 m3/min，由高速摄影测得气泡的速度为50m/s，试求体积 含气率、截面含气率、液相的速度以及气相和液相的折算速度、漂移速度。 液相速度 气相折算速度 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 例气液混合物在内径25mm的管道内流动，气体和液体的体积流量分别为 0.85m3/min和.15 m3/min，由高速摄影测得气泡的速度为50m/s，试求体积 含气率、截面含气率、液相的速度以及气相和液相的折算速度、漂移速度。 液相折算速度 混合物速度 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.1 基本参数 例气液混合物在内径25mm的管道内流动，气体和液体的体积流量分别为 0.85m3/min和.15 m3/min，由高速摄影测得气泡的速度为50m/s，试求体积 含气率、截面含气率、液相的速度以及气相和液相的折算速度、漂移速度。 液相漂移速度 气相漂移速度 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 第五章 气液两相流动 气液两相流体在倾斜管中作分相流动时流体微元段示意图 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 分相流动 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 分相流动 动量守恒 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 动量守恒 第五章 气液两相流动 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 分相流动动量守恒 第五章 气液两相流动 能量守恒方程 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 第五章 气液两相流动 在均相流动时，上述3个基本方程式可简化 第二节 气液两相流动基本方程式 2.2 基本方程 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 第二节 气液两相流动基本方程式 第三节 气液两相流动流型和流型图 第四节 气液两相流动压力降 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 垂直上升管中的流型 1-细泡流；2-气弹流；3-块状流；4-带纤维的环状流；5-环状流 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 垂 直 管 液 体 受 热 沸 腾 上 升 汽泡状沸 腾开始线 汽泡状沸 腾终止线 蒸干线 过热蒸汽线 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 垂直上升管流型分布图 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 垂直下降管中的气液两相流流型 1-细泡状流型；2-气弹状流型；3-下降液膜流型； 4-带气泡的液膜流型；5-块状流型；6-雾式环状流型 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 图106 垂直下降管流型分布图 1-细泡状流型；2-气弹状流型；3-下降液膜流型； 4-带气泡的下降液膜流型；5-块状流型；6-雾式环状流型 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 水 平 管 中 的 气 液 两 相 流 流 型 细泡状流型 气塞状流型 分层流型 波状分层流型 气弹状流型 环状流型 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 受热水平蒸发管中的气液两相流流型 单相液体 细泡状流型 气塞状流型 气弹状流型 波状分层流型 环状流型 间歇性干壁 干壁 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 改进的贝克流型分布图 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 汽水两相流的 值及 值 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 曼德汉流型分布图 第三节 气液两相流动流型和流型图 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 名 称数 值单 位 管子内直径12.7165.1mm 液相密度7051009kg/m3 气相（或汽相）密度0.850.5kg/m3 气相（或汽相）动力粘度10-52.210-5Pas 液相动力粘度310-4910-2Pas 表面张力2410-310310-3N/m 气相（或汽相）折算速度0.04171m/s 液相折算速度0.09731cm/s 曼 德 汉 流 型 分 布 图 的 适 用 范 围 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 泰特尔的水平管流型分布图 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 泰特尔流型分布图与曼德汉流型分布图的比较 泰特尔流型 转换界线 曼德汉流型 转换界线 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 例水平管道直径0.253m,标准状态下，天然气输量0.77m3/s，密度 0.722kg/m3，油流量0.008m3/s，密度为860kg/m3。管道压力下天然 气密度8.7kg/m3，油界面张力为0.025N/m，油粘度为9.810-3Pas。 标准状态下空气密度1.25kg/m3，水的粘度为0.073N/m。用贝克法判 别流型。 解：管道截面积： 气相质量流量： 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 例水平管道直径0.253m,标准状态下，天然气输量0.77m3/s，密度 0.722kg/m3，油流量0.008m3/s，密度为860kg/m3。管道压力下天然 气密度8.7kg/m3，油界面张力为0.025N/m，油粘度为9.810-3Pas。 标准状态下空气密度1.25kg/m3，水的粘度为0.073N/m。用贝克法判 别流型。 液相质量流量： 气相折算质量速度： 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 例水平管道直径0.253m,标准状态下，天然气输量0.77m3/s，密度 0.722kg/m3，油流量0.008m3/s，密度为860kg/m3。管道压力下天然 气密度8.7kg/m3，油界面张力为0.025N/m，油粘度为9.810-3Pas。 标准状态下空气密度1.25kg/m3，水界面张力为0.073N/m。用贝克法 判别流型。 液相质量折算速度： 第五章 气液两相流动 第三节 气液两相流动流型和流型图 例水平管道直径0.253m,标准状态下，天然气输量0.77m3/s，密度 0.722kg/m3，油流量0.008m3/s，密度为860kg/m3。管道压力下天然 气密度8.7kg/m3，油界面张力为0.025N/m，油粘度为9.810-3Pas。 标准状态下空气密度1.25kg/m3，水的粘度为0.073N/m。用贝克法判 别流型。 查改进的贝克流型图，判断流型处于分层流和弹状流之间。 第五章 气液两相流动 第五章 气液两相流动 第一节 多相混合物特征 第二节 气液两相流动基本方程式 第三节 气液两相流动流型和流型图 第四节 气液两相流动压力降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 气液两相流作分相流动压降 气液两相流作均相流动压降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 总压力降； 摩擦阻力压力降； 重位压力降； 加速压力降。 以压力梯度表示的压降： 以压力降形式表示为： 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 年代 计算方法名称 1950年前苏联锅 炉水循环计算法 1947年阿尔曼特（）计算法 1961年前苏联锅 炉水力计算标准方法 1965年米洛保尔斯基（）计算法 1978年前苏联锅 炉水力计算标准方法 国内外气液两相流体摩擦阻力计算方法介绍 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 欧美采用的均相模型计计算法 1947年洛克哈特（Lockhart）马蒂内里（Martinnelli）纳尔逊（Nelson）计算法 1959年汤姆（T(hom)计算法 1965年巴洛齐（Baroczy）计算法 1969年奇斯霍姆（Chisholm）计算法 1972年多列查尔（Dolezal）计算法 1983年林宗虎计算法 1984年陈立勋计算法 1983年我国电站锅炉水动力计算方法 4.1 摩阻压力降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 洛克哈特马蒂内里方法 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 分别称为分液相折算系数、分气相折算系数。 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 马蒂内里（Martinelli）参数 如果摩擦系数都可以按通用的布拉休斯公式计算，则有 第五章 气液两相流动 、 与 的关系曲线 气水 气油 实验 内径1.5-25.8mm压强变化范围1.1-3.5atm 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 奇斯霍姆依据洛马关系曲线提出了分液相折算系数、分 气相折算系数与马蒂内里参数的关系式 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 液相气相 代号C值 流态流态 紊流 层流 紊流 层流 1000 1000 1000 1000 紊流 紊流 层流 层流 1000 1000 1000 1000 tt lt tl ll 20 12 10 5 气液两相流的四种组合流动工况和系数C 洛克哈特马蒂内里根据实验研究成果得出了截面含气率与马蒂内里参数的关 系曲线 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.1 摩阻压力降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.2 加速压力降 分相模型的加速压力降： 进口处干度出口处干度 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.2 加速压力降 第五章 气液两相流动 均相模型的加速压力降 第四节 气液两相流动压力降 4.2 加速压力降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.3 重位压力降 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.4 截面含气率 年代 计算方法名称 1947年阿尔曼特（）计算法 1961年前苏联锅 炉水力计算标准方法 1971年 米洛保尔斯基（）计算法 1978年前苏联锅 炉水力计算标准方法 1964年克拉曼诺夫（K）计算法 1948年马蒂内里（Martinnelli）纳尔逊（Nelson）计算法 1964年汤姆（T(hom)计算法 1965年奥斯马奇金（O）计算法 1973年基赫宁柯（T）计算法 1960年班可夫（Bankoff）计算法 1969年沃利斯（allis）计算法 1964年齐维（Zivi）计算法 1983年我国电站锅炉水动力计算方法 国内 外气 液两 相截 面含 气率 计算 方法 介绍 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.4 截面含气率 例空气水混合物流过直立管道。管道内径30mm，流型为环状流，空气流 量0.1kg/s，密度1.273kg/m3，动力粘度17.5106Pas；水流量为0.2kg/s，密 度1000 kg/m3，动力粘度1.519103Pas，用洛马法求截面含气率。 解：由于水、空气分别单独流过管道时的雷诺数为 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.4 截面含气率 例空气水混合物流过直立管道。管道内径30mm，流型为环状流，空气流 量0.1kg/s，密度1.273kg/m3，动力粘度17.5106Pas；水流量为0.2kg/s，密 度1000 kg/m3，动力粘度1.519103Pas，用洛马法求截面含气率。 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.4 截面含气率 例空气水混合物流过直立管道。管道内径30mm，流型为环状流，空气流 量0.1kg/s，密度1.273kg/m3，动力粘度17.5106Pas；水流量为0.2kg/s，密 度1000 kg/m3，动力粘度1.519103Pas，用洛马法求截面含气率。 水、空气的摩擦因数分别为 第五章 气液两相流动 第四节 气液两相流动压力降 4.4 截面含气率 例空气水混合物流过直立管道。管道内径30mm，流型为环状流，空气流 量0.1kg/s，密度1.273kg/m3，动力粘度17.5106Pas；水流量为0.2kg/s，密 度1000 kg/m3，动力粘度1.519103Pas，用洛马法求截面含气率。 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 重力压降： 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 Colebrook(1939) 摩擦压降： 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 (Wood1966) 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 (Churchill1977) 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 (Chen1979) 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 (Zigrang和Sylvester) 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算模型 1环空内的分散泡状流及泡状流压降计算模型 加速度压降： 第五章 气液两相流动第五章 气液两相流动 第五节 欠平衡钻井气液两相流动 5.1 环空内压降计算