油气井流体力学教学课件PPT气液两相流动 98页

'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。 第一节多相混合物特征1.2多相混合物流动图例山体滑坡 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 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.15m3/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.15m3/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.15m3/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.15m3/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 第二节气液两相流动基本方程式2.2基本方程 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 第二节气液两相流动基本方程式2.2基本方程分相流动 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 第二节气液两相流动基本方程式2.2基本方程动量守恒 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 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 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 第三节气液两相流动流型和流型图图10—6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 第三节气液两相流动流型和流型图汽～水两相流的　值及　值 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12.7～165.1mm液相密度705～1009kg/m3气相（或汽相）密度0.8～50.5kg/m3气相（或汽相）动力粘度10-5～2.2×10-5Pa·s液相动力粘度3×10-4～9×10-2Pa·s表面张力24×10-3～103×10-3N/m气相（或汽相）折算速度0.04～171m/s液相折算速度0.09～731cm/s曼德汉流型分布图的适用范围 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9.8×10-3Pa·s。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9.8×10-3Pa·s。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9.8×10-3Pa·s。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9.8×10-3Pa·s。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（Арманд）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（Мироиольскй）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 第四节气液两相流动压力降欧美采用的均相模型计算法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 、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≤1000ttlttlll2012105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 第四节气液两相流动压力降4.1摩阻压力降 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 第四节气液两相流动压力降4.2加速压力降 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 第四节气液两相流动压力降4.3重位压力降 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（Арманд）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（Мироиольскй）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（Kрамеров）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（Oсмачнин）计算法1973年基赫宁柯（Tихоненко）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17.5×10－6Pa•s；水流量为0.2kg/s，密度1000kg/m3，动力粘度1.519×10－3Pa•s，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17.5×10－6Pa•s；水流量为0.2kg/s，密度1000kg/m3，动力粘度1.519×10－3Pa•s，用洛－马法求截面含气率。 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17.5×10－6Pa•s；水流量为0.2kg/s，密度1000kg/m3，动力粘度1.519×10－3Pa•s，用洛－马法求截面含气率。水、空气的摩擦因数分别为 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17.5×10－6Pa•s；水流量为0.2kg/s，密度1000kg/m3，动力粘度1.519×10－3Pa•s，用洛－马法求截面含气率。 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分散泡状流：泡状流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型充分发展的段塞流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型充分发展的段塞流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型充分发展的段塞流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型发展中的段塞流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型发展中的段塞流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型发展中的段塞流： 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2．环空内的段塞流压降计算模型发展中的段塞流： 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3．环空内的环状流压降计算模型 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3．环空内的环状流压降计算模型 第五章　气液两相流动第五节欠平衡钻井气液两相流动5.2钻头喷嘴压降计算模型 1、什么是截面含气率和截面含液率？2、什么是质量含气率和质量含液率？3、什么是体积含气率和体积含液率？4、什么是气相折算速度和液相折算速度？5、什么是漂移速度？'