管线计算手册

实用管线计算手册

一、施工——缆、索

（一）估算钢丝绳强度

算法：

1、将钢丝绳直径换算成分母为8的数；

2、将分子平方；

3、再用分母去除；

4、答案以吨为单位。

例：估算1/2英寸钢丝绳的强度

直径=1/2=4/8

42/8=16/8=2

1/2英寸钢丝绳的强度约为2吨。

（一）各种钢丝绳使用多大直径的卷筒和滑轮？

为了最有效地使用钢丝绳，滑轮或卷筒的直径最好从表1-1内选择。

表1-1

钢丝绳种类6X196X378X195X286X2518X76X7

最佳磨损45273136455172

良好作法30182124303442

临界值16141416161828

例：如果钢丝绳的结构为6X19,直径为3/4英寸，牵引索上的绞车卷筒应为多大

尺寸？

根据上表，良好作法要求采用的卷筒直径为30倍钢丝绳直径，在这种情况

下应取22必英寸。负荷、速度、弯曲和工作条件也将影响钢丝绳的使用寿命。

较好的作法是取表内“良好作法”和“最佳磨损”这诙个指标之间的某一数值。

（三）钢丝绳的安全荷载

现有的钢丝绳和链条是各种各样的，可能的话，在具体采用之前应查一下

其强度系数。下表可用于施工作业。基于铅淬火高强度低碳钢这类材料，它们允

许的安全系数为4。如果钢丝绳由铅淬火高强度精炼这类材料制成，其安全系数

将更大。

*1-2铜”绳和链条的安全荷我系效

融

入1碗〕

%。。6%

「X一口】

单线单城施豪..¥俅双线

助行合金锤纲丝合金城合金融钢丝合金链做制性

绳，吨条,吨条，吨绳，M条,吨条，吨嫌，K条，吨条，吨绳，哗条，吨条，吨

Vi•••••••••0.5•••0.35••・•••••••••0.6•••••0.35••••••••••••

91»•••,-0.51.3•••\••••••1.8•••••……1••••••

•

••12.30.80.751.810.63】•43.】110.81.80.64

••••••131.1••••••2.40.9「215•••2.40.9

71•••••••••1.841.41.13.21.12.46.61911.43.21.1

•/“……1.85••••••••••••4••••••7•••••••••••4—••―

V.........-2.862.22.14・81.83.78.2，'32.24.81.8

V............3.97.86・22.86.22.65.210.74436.22.6

5.210.44.33.78.33.4714.4648.33.4

1・•♦・・••••

6.613.85.74・610.84.6918.7785.210.84.6

IV.•…”6.617.86.7•••・••U.2S.4----24.793••••••14.2S.4

I1/*-9.7238.36.618.2•一・61331.91157.51S.46.6

P/»-9.7••••••10・•・•••••••••8••••••—•—139••••••••••••8

(V/t••••••13.2••••••129.2••••••9.617.3••••••16610•••9.6

..............13.2••••••14•••••••・•・・・11.2••••••194••••••••••••11.2

1%••••••171612.112.821.5••••••>2212.4••••••12.8

2•••••••••20.6••••••211F.4】6.826.7.......29115.4•••・••16.8

（四）普通钢丝绳的强度及重量

表1—3给出铅淬火高强度精炼钢制成的普通结构钢丝绳的断裂强度。

表1-3

6X19

网线爆结构

-----------

尺寸1------------------------------r

二〕断裂修度1.量

836001.60

S4800.101

1052002.03

85200.161,/.

5/162.50

1129200

122000.23Z

V.155400S.03

0.311%

7/1616540

184000S.63

214000.4017»

•/»2140004.23

0.S11»/.

9/1627000

2480004.90

0.63

V.33100

2820005.«3

476000.90

3200006.40

1.23

7.64400!--------------------------

其它结构的钢丝绳的换算系数:

将上表用于其它结构的钢丝绳时，需要乘以卜.列系数:

钢丝绳结构6X196X296X3718X7

强度系数1.000.960.950.92

重量系数1.000.970.971.08

例：求直径2英寸，6X29铅淬火高强度精炼钢丝绳的断裂强度。

强度-320000X0.96-307000磅

重量可用同样方法求出。

（五）测量钢丝绳的直径

二、施工——涂层（用于管道涂层材料的磨擦系数）

埋地管线应力分析的一个主要因素是，管道在其寿命期，在温差和压差不

同时而引起的移动。这种移动很大程度上取决于土壤的磨擦阻力。

虽然很多材料已有静磨擦系数方面的大量资料，但是还缺乏管道工业中采

用的各种涂层与土壤间磨擦的有关资料。过去，据信磨擦系数资料是从与管子外

涂层对土壤界面的关系具有相似性的文献资料中推算出来的。

然而，随着环氧薄膜树脂涂层系统的发展，以及这些系统在管道工业中日

益被采用，从传统煤焦油毡涂层到环氧薄膜涂层的转变，将显示出由于这两种材

料表面结构的明显差别而导致的磨擦系数设计原则方面的显著变化。

为了鉴定表面结构方面的差异对管线系统的影响，制定了试验程序，用来

确定煤焦油毡和环氧薄膜这两种涂层对于各种土壤的磨擦系数，并获得将来采用

这些涂层材料时进行管线设计的更为可靠的资料。

为了求出煤焦油毡和环氧薄膜管道涂层与土壤间的磨擦系数，从一条管线

的施工占地的典型地段摄取了八种回填土土样，进行了静磨擦试验。结果表明，

磨擦系数明显大于根据文献推算出的数值，同时还表明，就固定管线而言，煤焦

油具有更大的磨擦阻力。

根据土壤及湿度，煤焦油毡涂层的磨擦系数在0.59〜0.91之间变化。在同等

条件下，环氧膜涂层的系数变化于0.51~0.71之间。

定义

静磨擦系数作用于管道表面的土壤纵向磨擦力理论值可以从卜面的关系

计算出来

F=PJApdA

式中F—土壤纵向磨擦力，磅；

口一磨擦系统，无单位；

p一作用于管道表面的垂直土壤压力，磅/英寸2

dA—土襄对管道的接触面积积分，英寸2

/ApdA一管道表面土壤总垂直力，磅。

只要不出现很高的按触压力，即埋地管线那样的情况，上述关系就与接合

表面的单位面积压力无关。

埋地管线支撑的土壤厚度达到管道直径的三倍时，土壤磨擦力的关系变为

F=P(2Dy(H-D/2)+WP)

式中

Wp一管道及其容纳物质的重量，磅/英寸；

D—管道直径，英寸；

H一管道中心线深度，英寸；

丫一土壤的比重，磅/英寸3

从上述关系中可以明显看出土壤磨擦力对于磨擦系数的敏感性。由于这种

磨擦力与温度利压力增加造成的管线移动的有效距离成反比，磨擦系数即成为管

线应力设计的主要因素。

试验系统作用于涂覆板材表面上的土壤理论磨擦力可通过下述关系计

算:

F=PN

式中N—作用于板材表面的垂直力，磅；

W一板材和外部负荷的总重量，磅。

w

I—1板材

N

图2-1

由于在上述所有表达式中磨擦参量的系数都相同，板材试验系统可用来模

拟土壤与管线的界面。

煤焦油毡为了模拟实际的涂覆管线，制备了煤焦油涂层一一种瓷漆和绝

缘纸的结合物。

钢板表面用煤焦油涂覆，并用15磅绝缘纸缠绕。因此，土壤表面主要是与

绝缘纸材料接触。

环氧薄膜环氧涂层模拟通过熔融方法涂施的环氧薄膜树脂管线涂层。

试验中采用的钢板通过流化床方法涂覆。但其表面结构与工厂生产设备可

得到的效果相同。

结果

煤焦油对土壤图2-2表示出在现场湿度的条件下，煤焦油对各种土壤的

磨擦系数在0.59~0.91之间变化。

图2-2煤焦油涂层对土壤的磨擦系数

由于所用的土壤样品在种类上变化不大，磨擦系数在各种土壤间的变化机

埋从这些试验结果中没有得到提示。但是，系数变化的范围明显地大于以前根据

文献推算出的范围。例如：

土壤种类通常采用的磨擦系数

淤泥0.3

砂0.4

砾石0.5

正如预料的那样，这些试验还表明，湿度可在一定程度上改变磨擦系数。

为了掌握温度的影响，曾对加热到120中的煤焦油毡缠绕层进行过试验。

仅在涂层表面之下观察到比微的软化。据信，温度在这个范围内不致严重影响磨

擦系数值。

环氧薄膜对土壤正如所料，图2-3所示结果表明，0.5J0.71这个环氧薄

膜磨擦系数范围要比煤焦油的低一些。

图2-3环氧薄膜对土壤的磨擦系数

同样，机理不太清楚，但是多数情况下结果颇符合于煤焦油磨擦系数增长

的数量级。由于在文献中万能得到这种涂层的有关资料，因而不能与类似试验的

结果进行比较。

120呼范围之内的温度对环氧薄膜与土壤的磨擦系数只能有极小的影响或

根本没有影响。

结论尽管实际上不可能准确地模似管线在回填沟内的表面接触状态，

这里报导的试验步骤和装置还是一种与其近似的手段。结果表明，就土壤的附着

力而论，煤焦油涂层具有比环氧涂层更大的磨擦阻力。

为了克服管线系统中在膨胀过大的情况下出现的过度应力，往往要采用加

强管配或精制的管涵。在扭转情况方面，根据土壤磨擦系数选择涂层具有经济意

义。

试验结果说明，地去通常采用的磨擦系数值，对于类似土壤来说是保守的,

但在将来的分析中建议仍采取一定的保守态度。

由于结果表明环氧薄膜的磨擦系数近似于过去所采用的煤焦油磨擦系数，

在环氧薄膜涂覆的管线上可以继续沿用这些数值。在光滑的环氧薄膜涂层与湿度

过高、能够明显改变磨擦系数的土壤相接触时，建议采用这些数值的更为保守的

近似值。

三、施工——管子和配件

(一)怎样计算管线的收缩或膨胀

温度变化100呼，钢管的收缩或膨胀大约为每100英尺0.8英寸。在美国铺

设焊接管线，除非遇到异常变化，通常不必为收缩或膨胀留松弛量。但是，在公

路穿越附近经常要留有松弛量，在这些地段管线可能要在将来某个时候下沟。

收缩量=0.8xx()

100100

例：一段1000英尺长的管线，如铺设时的温度为100°F,在冬季操作时温

度降至0°F,计算这段管线的收缩量(假设管线没有土壤或其它阻力荷载)。

收缩量=O.8xW22x变=0.8x10x1=8英寸.

100100

在外露的管线或压缩机站下游的管线上可能出现很大的温度变化。

当需要管线有松弛量时，所需要的下垂和上拱的量可以迅速估算出来。100

英尺长的管路要保证0.8英寸的纵向移动量，需要21英寸的下垂。150英尺长

的管路就需要31英寸.施工时，在管线上留出的这种松弛量可以保证管线下入

路床之下而不产生过度的应力。

铺设松弛管路时，要考虑好上拱、下垂和侧弯的地点。管路铺设后，应将

部分管路回填，起固定作用。管路应在每天最冷即管线最短的时候下沟。下沟完

了之后，下垂部分要落在沟底上，上拱部分要悬空。侧弯要落在沟底并抵住沟的

外侧壁。管线下沟应能使管子的各部分都处于紧缩状态。

(-)怎样根据外径和壁厚求管子重量

重量，磅/英尺二(D*)X10.68

式中D—外径，英寸；

t一壁厚，英寸。

例：外径=4.500英寸，壁厚=0.250英寸

W=(4.5X0.25-0.252)X10.68

=11.35磅/英尺

上述公式依据的钢密度为490磅/英尺3。高屈服点的薄壁管可能比上述表明

的微重一些。

(三)怎样依照管沟弯管一下垂、上拱和综合弯

为了使单纯的下垂或上拱与管沟相适应(见图4-1),符号不同的角度相加,

符号相同的角度相减。

例：（图中弯曲部位2+40处）

坡度」5。00，

坡度-1。00,

（相减）14。00,上拱

除侧弯之外，不论还有下垂或上拱，算法都是：综合弯等于最大的角度加

最小角度的1/3。

例：（图中弯曲部位1+40处）

坡度+10。00，

坡度-1。00，

（相加）11。00,上拱⑴

5。00，左侧弯（2）

综合弯=11。+（1/3X6。）=13。00'左上拱

注意：这项算法，弯曲最大到18.5。就要有大约1。的误差。

（四）计算冷管的最大弯曲度

冷直管在不出现过度应力的情况下可弯曲多大？换句话说，在野外铺设直

管时，允许应力范围内的最小曲率半径是多少？

图4-3

下面是对这些问题的分析解答。

用作悬臂梁的一段直管带有端部集中荷载时，其挠度公式为

P/3

△y=

3EI⑴

梁内的最大应力是

M

s=一⑵

Z

最大弯矩是

M=Pl⑶

如果允许应力为SA,(2)式即可改写为

,，

3A=—M(4)

Z

s$iPI(5)

“=范(6)

(1)改写为

⑺

3EI3EI

求式(7)的一阶和二阶导数

cl\y=2IZSA⑻

~dT~3EI

_22SA

dl~~3EI⑼

曲率半径可由下面方程得出

(10)

J2Ay

dl2

把式⑻和⑼代入式(10)

需

MT(II)

3E/

limR1_3E1

/0-2ZSA~2ZSA

3EI

式中Ay一挠度，英寸；

/一长度，英寸；

P—荷载，磅：

E一弹性系数，磅/英寸2

I一截面惯性矩，英寸4

S-应力，磅/英寸2

SA—允许应力，磅/英寸2,取自压力管道标准;

M一弯矩，英寸磅；

Z—抗弯截面系数，英寸3

R一曲率半径，英寸。

例：根据美国材料试验标准53(ASTM53),系列20直径24英寸的无缝直钢管在

不发生过度应力的情况下，可采用的最小曲率半径是多少？管子是在70年的条

件下，用于炼油厂界区外输油。

2菊

E=29X106磅/英寸2

1=1943英寸4

Z=162英寸3

SA=25500磅/英寸2,取自压力管道标准

n3x29xl()6xl943

K=--------------------------=20460英寸或1705英尺

2x162x25530

(五)解决管材有关问题的重要公式和常数

管子截面中金属的面积

面积，英寸2=3/416(D-t)l

式中，D一管子外径，英寸；

t一管子壁厚，英寸。

容量

Bio(i=O.l237A=0.0972D2

式中Bioo—每100英尺桶数；

A一管子内截面积，英寸2

D一管子内径，英寸。

及

「808.51029.4

叱丁二k

式中FB—每桶装满的英尺数；

A一管子内截面积，英寸2

D一管子内径，英寸。

不同类型管材容量的详尽资料在涉及这些管材类型的章节内给出。

钢材常数(用于管材)

1英寸3=0.2833磅

1英寸3=489.542磅

比重=7.851

用于工业套管、钻杆和油管的近似膨胀系数是

系数=6.9X10心/华氏度，适用范围。~400年

管子由于温度变化而膨胀的计算公式如下；

L(=Lo(1+0.00000691)

式中Lo一常温下的长度；

L一温度t变化后的长度。

惯性矩

截面惯性矩都加-。;）

截面极惯性矩£04—0：）

式中D—外径；

Di—内径；

兀一3.1416。

圆柱轴或管子的扭转变形和应力与扭力之间的关系

—q=-T=-C--O

rJL

四、气体

（一）有关的气体定律

各种气体定律的数学表达式中所采用的符号是：

V1一初始条件下的气体体积，英尺3

V2一第二组条件下的气体体积，英尺3

「一气体的初始温度，（）R=°F+460；

T2一第二组条件下的气体温度，°R;

P一初始条件下的气体压力，磅/英寸气绝压）；

P2一第二组条件下的气体压力，磅/英寸2（绝压）；

表示气体定律数学式的其它符号，将在引用时随时说明。

波义耳定律如果温度不变，一定量气体的体积与绝对压力成反比。其数

学表达式如下

匕」

匕P,

在运用波义耳定律时，人们通常要求的是在第二组压力条件下的体积，因

而上式可重新整理为

匕=VX二

例：一定量的气体，当压力为42磅/英寸2（表压）时，体积为1000英尺3。

求气体被压缩到100磅/英寸2（表压）时体积是多少？假设大气压力为14.2磅/英寸

2（绝压），温度保持不变。代入上边波义耳定律的第二个表达式，得

4?+14?

V,=1000X————=492.1英尺3

"100+14.2

查理定律（有时叫做盖-吕萨克定律）如果压力保持不变，一定量气体的体

积与绝对温度成正比。

这可以用数学式表示为

K-ZL

匕（

同样，由于人们多关心第二组温度条件下的体积而不是任何其它数据，因

而上边公式更为方便的形式即为

查理定律的第二部分是一如果一定量气体的体积不变，其绝对压力与绝对

温度成正比C

用数学式表示为

A-ZL

p2T2

在这种情况下，人们可能更关心第二组温度条件下的压力，于是可以这样

表示

T

例：一定重量的气体，当温度为45°F,压力为10磅/英寸气表压）时，体积

是450英尺3。假设压力不变，求温度升高到90年时气体的体积。

代入查理定律第一部分的公式，得

V、=450）吗=490英尺,

J（"45+460）

在上边的例题中，如果体积不变，温度同样从45年升到90叩，要求气体的

（大气压力为14.2磅/英寸气绝压））

代入公式，得

E=（10+14.4）x吃瑞=26・6磅/英寸I绝压域12.2磅/英寸1表压）

将波义耳定律与查理定律组合起来，可用如卜.数学式表示，更便于记忆和使用

人们可以把已知数值代入组合公式，求出任意的未知项。在其中一个参数（如

温度）不予考虑的情况下，可.当作公式两边有相同的数夹处理，因而可以消去。

阿佛加德罗定律在同一压力、温度条件卜，所有等体积的气体含有的分

子数都相等。

由此可知，一定体积的气体重量是其分子量的函数，并且，气体在某一体

积时，其重量（以磅为单位）与分子量的数值相等。

在温度60°F和压力14.73磅/英寸气绝压）的条件下，气体的重量（以磅为单

位）与其分子量的数值相等表7-1点和天然气其它伴生组分的分子量

时，气体的体积为378.9

组分分子式分子肽

英尺3（即“摩尔体积”）。

甲烷C1L16.043

表7-1列出了炬及天然

乙烷C,H130.070

气其它伴生组分的分子

丙aC.H.44.097

式和分子量。从该表查出T烷C.Hn58.124

72.151

甲烷的分子量是16.043。戊熄QHu

己烷CM,86.178

根据摩尔体积的定义，在

庚烧CrHi.100.205

温度60°F、压力14.73二氧化碳OQ>44.011

磅/英寸2（绝压）时，378.9氮N,28.016

英尺3的甲烷气体重氧532.00

水HjO18.016

16.043磅。

空28.967

阿佛加德罗定律与

通常所知的理想气体定律具有紧密的联系。

表7-1说明：分子量基于下列原子量的值：氢1.008,碳12.011,氮14,008,

M16.00,及氮39.944。假设空气含氮78.09%,氧20.95%,氮0.93%以及二氧化

碳0.03%。

理想气体定律这个定律有多种略有差异的表达式，但最为常见的是：

PV=nRT

式中p—气体的压力：

V一气体的体积；

n一气体的摩尔数；

R—通用气体常数，随着采用的压力，体积和温度的单位而变化。

由于气体的摩尔数等于气体的重量与其分子量的比值，我们就可把理想气

体定律表示为

W

PV=10.722x—xT

M

式中p—气体的压力，磅/英寸"绝压）；

V一气体的体积，英尺3；

w一气体的重量，磅；

M一气体的分子量；

T一气体的温度，浓。

常数10.722根据以磅/英尺％绝压）为压力单位的通用气体常数1544换算得

出。这个公式在使用时可有多种变化。在确定一定量气体的重量时，可以写成

MVP

W=0.0933x-------

T

式中符号和单位同上。

混合气体如可得到混合气体中各组分的体积百分比的分析结果，就可迅

速确定混合气体的平均分子量。为使术语前后一致，在叙述其计算步骤时，采用

“摩尔百分率”这个词。

然而，气体的摩尔百分率即等于各组分的体积百分比。通过举例可以更好

地说明这一点。假设需要根据如下分析求出一种天然气的平均分子量：

甲烷94.6%

乙烷4.6%

氮0.6%

二氧化碳0.2%

该天然气的分子量即可按下述方法计算（例中各组分的分子量数值取自表

7-1）：

各组分摩尔百分率

分子量（体积百分比）

16.043X0.946=15.177

30.070X0.046=1.383

28.016X0.006=0.168

44.011X0.002=0.088

混合气体分子量=16.816

（二）估算压缩天然气所需要的马力

估算每天压缩一百万立方英尺天然气所需要的马力，可采用卜.面的公式

R(5.16+124log/?、

BHP/MMCfd=R+Rj[0.97-0.037?,

式中BHP-制动马力；

MMCfd一百万立方英尺/天；

R—压缩比，即出口绝对压力除以入口绝对压力；

J—超压缩系数，假设每100磅/英寸2的人口绝对压力为0.022。

下面是一个例子：每天将一千万立方英尺的气体，从185.3磅/英寸2增至

985.3磅/英寸2,应安装多少马力？

用绝对压力表示就分别为200和1000o

那么

1000

^00=5.0

代入公式

5.05.16+124x0.699

BHP/MMCj'd=--------------x=106.5马力

5.0+5x0.0440.97-0.03x5

每天一千万立方英尺气体需要1065制动马力。

在入口压力约为400磅/英寸"绝压）的情况下，每天百万方英尺气体所需的

制动马力可从图8-1口读出。

上述公式可以用来计算各种入口压力及不同物理性质的气体所需要的马

力，这样就可以绘制出一族曲线。

120

人口压力;400修/茶，尸（绝HC

E

100

才80

60

螺40

玄

姓

丁

品

尔

耳

侬

压缩比

图8-1

（三）运用压降的方法估算气管线的漏失量

为了确定在基础压力14.4磅/英寸2（绝压）和温度60午的条件下的漏失量，

以百万立方英尺/年为单位，可将1英里管线在1小时求验内得出的数值作为基

数。采用下面公式

26P2

Ly=9xD

460+。460+/2

式中D一管子内径，英寸；

PL试验开始时的压力，磅/英寸1绝压）

P2—试验结束时的压力，磅/英寸飞绝压）

h一试验开始时的温度，°F；

12一试验结束时的温度，°F。

采用这个公式的误差约为4%。

（四）集气管线流量的快速确定法

这里介绍一种估算集气管线内气体流量的简便方法。对于小口径集气管线,

这种方法与更难的更精确的公式相比，其误差在10%以内。

3

_（500）（J）A/PV^

G=7Z

式中Q一每24小时气体的立方英尺数；

d一管子内径，英寸；

Pi一起点压力，磅/英寸气绝压）

P2一终点压力，磅/英寸气绝压）

L-管线长度，英里。

（五）怎样估算输气管线进行密闭试验所需要

的时间以及新管线上允许的最大压力损失

这两项算法可以有助于输气管线的空气或气体试验。它们不能用于静压试

验。各输气公司所采用的常数值随着经济意图、管线条件和输气量的不同可以有

所变化。

管线充完气并且稳定下来之后取得良好的密闭试验所需要的最短时间可由

下面的公式来确定

3XD2XL

ni~一一

式中Hm一获得准确试验所必需的最短时间，小时；

D一管子内径，英寸；

L一试验管线的长友，英里；

Pl—试验起始压力，磅/英寸2（表压）

（六）多相流动

正如本章一开始所指出的，在油田生产操作中，油和气或者油、气、水同

时在一条管线内流动的问题已经越来越重要了。由于必须考虑到两种或更多种流

体的特性，还由于流动条件决定了液体的不同流动形态，因此这些问题是很复杂

的。这些流动形态，在任何一条线内，都可以随着流动条件的变化而改变，并且

它们可以共存于同一管线的不同位置。

不同的研究人员对流动形态的认识和采用的术语都不相同。通常所认识到

的是：

1.气泡流一气泡沿着管子上部以与液体大致相同的速度流动。

2.气团流一气泡聚结成大的气泡占据了管子大部分截面。

3.层状流一气体液体界面相对"稳定，气体在管子上部流动。

4.波状流一与前者相同，只是在液体的表面形成了波浪。

5.段塞流一有些波浪的顶部触及管子的顶部。这些气团以高速度运动。

6.环状流一液体贴着管壁流动，气体以高速在中心穿过。

7.雾状流一液体散布在气体中

多相流动的压降一定高于单相流动的压降，上述对流动形态的说明即强调

了这种现象的第一个原因°后者的压降主要是磨擦的结果。在多相流动中，除了

磨擦以外，能量损失还在于气体使流体加速，气体的压缩以及波浪和气团的形成。

流动形态不同，这些损失也不同，而流动形态是作为流动条件变化的结果而变化。

第二个原因是这样一种情况，即由于管内存在两相物质，其中每一相所占的横截

面积就少了。正如前边所讨论过的，压降与管子直径的五次哥成反比。

两相水平流动

为了预计两相流动中的压降，不同的研究人员提出了二十多种相互关系。

关于这项研究，经美国石油学会和美国天然气协会联合发起，在休斯顿大学对其

中五个相互关系进行了验证。在实验中，从15000多个所得到的实测数据中筛选

出2620数据，再将这五个相互关系与这些数据进行比较。

这项研究报告的统计部分得出结论，在所验证的五个相互关系中，洛克哈

特一马蒂内利(Lockharl-marlinelli)的相互关系显示出与实验数据最为一致，尤其

是对于油田生产中常用的管子尺寸。该方法可以归纳如下：

1.假设气体和液体都单独在管内流动，确定出它们的单相压降。这一步是采用

以前给出的方程完成的。

2.确定无因次参数X一匹,式中APL和△PG分别是液体和气体的单相压降。

3.这种方法判明了两相流动的四种方式如下

流动方式

气体液体

紊流层流

紊流紊流

层流层流

层流紊流

每一相的流动类型都由它的雷诺数所决定（图11-6）

4.从图中查出系数6,作为X对适当的流动方式的函数。

5.那么两相压降即是

可采用气相或液相中任何一种单相压降，结果是同样的。

对于油田生产操作中的两相流动问题，如只需求出近似的估计值，可以采

用某种简化方法：

1.油和气体在流动状态下的体积可从均衡闪蒸计算中得到确定，但是通常

得不到这样做的资料，因而可以采用

根务忸和压力和原油重度也

SJ溶解度表示的平均条件出自151下列步骤：：

个油田的164#作品的508个观初

值平均偏差22.0%

气体体积采用图11-5中的曲线

API原油重度6（P确定，这个图产表示了不同重度的原

油和不同饱和压力（这里为来油管线

压力）的气体溶解度。如果已知某一

霹1000

c、压力，磅/英寸2

k压力的油气比，就可以通过曲线用下

«

.

面的方法计算另一压力的油气比：

tBt

胜

效假设30°API的原油，在900磅

丫

/英寸2的压力下，油气比为600英

戛至尺3/桶。确定1300磅/英寸2压力时

工毒的油气比。同图可知，在900磅/英

二I莹寸2时,气体溶解度为205英尺3/桶,

三聿在1300磅/英寸一时，气体溶解度为

-：!（300英尺3/桶，增加了95英尺3/桶,

5000因此在1300磅/英寸2时，油气比将

图11-5根据饱和压力和原油重度预测溶解度

为600-95=505英尺3/桶。

溶解气体的增加会造成原油体积的增加，这可以从计算泡点液体地层体积

的图表中得出。但是，对现场来油管线这样的近似估计问题，这一步常常可以省

略掉，不至于严重影响结果的有效性。

2.在这里所考虑的多数情况下，流动方式是紊流一紊流。因此，图11-6

中的曲线给出的系数仅用于这种方式。

图11-6系数小，用于两相流动的洛克哈特-马蒂内利相互关系

（七）可压缩流管线压降的计算图表

可压缩液体的流动压降可由达西（Darcy）公式来计算

=0.000336

f(a'}2S2

%-0.000000019597g

式中Pioo-每百英尺管子压降，磅/英寸十表压）

f—磨擦系数，可从本书图13-22中求出；

W一流量，磅/小时；

d一管子内径，英寸；

q'一流量，英尺3/小时（在14.7磅/英寸2表压、60°F的标准状态下）；

Sg—气体相对于空气的比重（即气体分子量与空气分子量的比值）；

P一气体重度,磅/英尺十图10-3）。

上边给出的任何一个公式所得出的压降都可以从计算图表（图11-10）中求出。

幕

“

CIV0

-

.54二

,

匚1000

mC-

三800

二600

.7二500

ko.8I-400

p-O.9L

FQ。dr

T00

二-00

羊