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第二节 井筒气液两相流基本概念 教学目的： 一、井筒气液两相流动的特性 * 教学重点、难点： 教学重点 掌握井筒气液两相流动的特点、流态及其特征；井筒气液两相流动中能量平衡方程的推导以及压力分布计算的方法（按压力增量迭代和按深度增量迭代方法）。 1、气液两相流的特性 2、井筒气液两相流动的能量平衡方程 教学难点 教法说明： 教学内容： 1、滑脱及其特征； 2、气液两相流动的能量平衡方程。 课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关流态图形。 井筒气液两相流动的特性. 井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤 相的概念 相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部 分 ，与体系的其它均匀部分有界面隔开 例如：水--冰系统、泥浆、油--气--水等均是多相体系 油气是深埋于地下的流体矿藏 采油设备的优化设计和工况分析、油气集输设计等都离不开气液两相流的理论与计算方法 随压力的降低，溶解气将不断从原油中逸出，因此，井筒中将不可避免地出现气液两相流动。 (一)气液两相流动与单相液流的比较 流动型态（流动结构、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。 (二)气液混合物在垂直管中的流动结构变化 ① 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。 影响流型的因素： 气液体积比、流速、气液界面性质等。 ②泡流 井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。 滑脱现象： 混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。 如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。 特点：气体是分散相，液体是连续相； 气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大； 滑脱现象比较严重。 ③段塞流 当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。 特点：气体呈分散相，液体呈连续相； 一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。 ④环流 油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。 特点：气液两相都是连续相； 气体举油作用主要是靠摩擦携带； 摩擦损失变大。 ⑤雾流 气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。 特点：气体是连续相，液体是分散相； 气体以很高的速度携带液滴喷出井口； 气、液之间的相对运动速度很小； 气相是整个流动的控制因素。 总结： 油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。 图1-17 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流； Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流 (三)滑脱损失概念 因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。 图1-18 气液两相流流动断面简图 无滑脱 实际 由于有滑脱时，气体流速大，液体流速小，为了保持体积流量不变，气体过流断面将减小，而液体的过流断面将增加 。 由于滑脱存在： 单位管长上滑脱损失为： 滑脱损失的实质： 液相的流动断面增大引起混合物密度的增加。 图1-18 气液两相流流动断面简图 二、井筒气液两相流能量平衡方程 及压力分布计算步骤 两个流动断面间的能量平衡关系： (一)能量平衡方程推导 倾斜多相管流断面1和断面2的流体的能量平衡关系为： 图2-19 倾斜管流能量平衡关系示意图 适合于各种管流的通用压力梯度方程： 则： 令： O G W 随压力的增加，一部分气体溶于油，剩余气体被压缩；油相溶解了气体，体积增加；水也可被压缩，但可视为不可压流体。 O W 随压力的增加，油相被压缩，体积减小，水可视为不可压流体。 (二) 油气体积流量的校正 比较项目 单相液流 气液两相流 能量来源 井底流压 井底流压 气体膨胀能 能量损失 重力损失 摩擦损失 重力损失 摩擦损失 动能损失 流动型态 基本不变 流型变化 能量关系 简单 复杂