中国石油大学(垂直管流实验 )在线作业

中国石油大学（课程名称）实验报告实验日期：成绩：班级：石油工程09-1班学号：09152115 姓名：毕文姣教师：战永平同组者：毕文姣、陈为敏、曹溪、高雪娇、崔力晨、葛辉、耿红、王宇实验名称一、实验目的（1）观察垂直井筒中出现的各种流型，掌握流型辨别方法；（2）验证垂直井筒多相管流压力分布计算模型；（3）了解自喷及气举采油的举升原理；实验目的内容。

表1 数据表图1 变化曲线二、实验原理当油井的井口压力高于原油饱和压力时，井筒内流动着的是单相液体，当自喷井的井底压力低于饱和压力时，则整个油管内部都是气-流两相流动，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，只有当气液两相的流速很高时（如环雾流型），才考虑动能损失，在垂直井筒中，井底压力大部分消耗在克服液柱重力上，所以，总压降的通式为三、实验流程四、实验步骤（1）检查自喷井模拟器的阀门开关状态，保证所有阀门都关闭，检查稳压罐的液位，如不足（稳压罐高度3/4）请打开稳压罐进液阀门，加液使稳压罐的液位保持在稳压罐高度3/4液位；（2）打开气路阀门，保证气路通畅后打开空气压缩机，向管路供气。

（3）调整稳压罐定值器，保证稳压罐压力表压力不超过0.10MPa，打开稳压罐压力阀门，等待压力稳定后打开液路阀，向系统供液；（4）此时系统已经开始同时供应液体和气体，待液面上升至井口时，可以改变气液阀门的相对大小，观察井筒中出现的各种流型，调节到所需流型，待流型稳定后开始测量；（5）按下流体积算仪清零按钮，同时启动秒表计时，观察井底气体浮子流量计的示数，当计时到10秒时，记录井底流压，气体流量，液体累计流量和所用时间；（6）改变不同的气液流量，重复步骤4到5记录数据，一般取5组段塞流和5组泡流数据点。

（7）试验结束，首先关闭液路，再关闭空气压缩机和总电源放空后再关闭面板所有阀门，最后清理实验装置，结束实验。

(2) 回答实验讲义提出的问题，1)简述实验原理以及自喷井和气举工作原理；2)简述各流型的特征；3) 对实验数据运用奥奇斯泽斯基理论进行计算，并给出计算过程，然后对比实验所观察的现象来验证该理论。

《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。

华东中石油《工程流体力学》2015年春学期在线作业(一)答案一、单选题（共 20 道试题，共 100 分。

）1. 等加速垂直上升容器内液体的等压面为。

A. 倾斜面B. 抛物面C. 水平面正确答案： C2. 一条管路由1断面向2断面输送液体，中间无能量输入，则1断面上总比能E1和2断面上总比能E2之间的关系应满足。

A. E1﹤E2;B. E1﹥E2 ;C. E1=E2正确答案： B3. 相同条件下，水在膨胀性比空气的。

A. 大B. 小C. 相等正确答案： B4. 牛顿内摩擦力正比于。

A. 速度梯度B. 速度C. 压力正确答案： A5. 作用在平面上的总压力作用点，也称为。

A. 形心B. 压力中心C. 惯性矩正确答案： B6. 静水压强的分布是随淹没深度按规律变化的。

A. 抛物线B. 双曲线C. 直线正确答案： C7. 对于在等径直管中等速流动的液体，不存在。

A. 重力B. 压力C. 惯性力正确答案： C8. 水的相对密度（比重）为。

A. 13.6B. 1C. 1000正确答案： B9.题目和选项如下图所示：A.B.C.D.正确答案： C10. 连续性方程描述了流体流动时应遵循。

A. 动量守恒B. 能量守恒C. 质量守恒正确答案： C11. 理想流体是一种的流体。

A. 不考虑重量B. 静止不运动C. 运动时没有摩擦力正确答案： C12. 缓变流断面上水力特性。

A. 测压管水头为常数B. 流速水头为常数C. 压力水头为常数正确答案： A13. 稳定流时，流线与迹线。

A. 重合B. 相交C. 不相交正确答案： A14. 作用在平面形心处压强平面上的平均压强。

A. 等于B. 大于C. 小于正确答案： A15. 应用伯诺利方程时，水流必须是。

A. 稳定流B. 缓变流C. 稳定均匀流正确答案： A16. 流体包括。

A. 液体与固体B. 固体与气体C. 液体与气体正确答案： C17.题目和选项如下图所示：A.B.C.D.正确答案： B18. 静止流体内任一点静压强大小，与作用位方位无关。

模拟实验在线作业单项选择题第1题水箱气体空间的压力P0（P0≠Pa，Pa为大气压）时，测压管1,2中油品的高度差为h，如果将测压管中的油品换成水（ρw> ρo），水柱高度（）油柱高度。

A、大于B、小于C、不变第2题完全放入水中的平板，如果平板的形心相对水面的深度不变，那么在木板做无规则转动时（木板不露出水面），作用在木板上的静水总压力（）。

A、变大B、变小C、不变第3题随着雷诺数的增大，孔板流量计的理论流量系数μ（）。

A、变大B、变小C、不变第4题伯努利方程可适用于以下那种情况（）。

A、不可压缩理想流体渐变流B、不可压缩理想流体急变流C、不可压缩实际流体急变流第5题在动量方程的实验中，是否需要等流动稳定了再测量记录数据？（）A、有必要B、无所谓C、不可以第6题在测量下临界雷诺数时，阀门应当（）A、阀门只可以关小B、阀门只可以开大C、关小开大都可以第7题实验数据最后整理求局部损失系数时ζ，需要计算（）A、前后断面的测压管水头差B、雷诺数C、流体的粘度第8题沿程水头损失系数λ是相对粗糙度δ/d与雷诺数的Re函数，但是在（）流态下，λ仅是相对粗糙度δ/d的函数。

A、层流和紊流光滑区B、紊流过渡区C、紊流粗糙区第9题在孔口和管嘴的实验中在计算流量系数时，如果孔口和管嘴高度相同以及开孔面积也相同，则（）的取值是不相等的。

A、横截面积B、水头C、流量第10题下面（）措施能减小水击的危害。

A、延长关阀时间B、减小输送流量C、减小管道直径判断题第11题读取测压管读数时，应保持视线与液面边缘的高度平行。

正确错误第12题浸没于水中的平板，形心yc不会位于总压力的作用点yd之下。

正确错误第13题文丘里流量计的流量系数μ可以大于1。

正确错误第14题用毕托管测速、测压管量测测点的压强时，一定要先排气。

正确错误第15题在动量方程的实验中，没有考虑重力的影响会引起误差。

正确错误第16题影响流态的因素只有流速v吗？正确错误第17题流线发生弯折的地方，都有局部能量损失。

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。

中国石油大学远程教育石油工程在线作业第一阶段在线作业答案第1题采油工程渗流形态指的是井筒多相流您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：渗流形态还包括油层中的渗流第2题采油工程就是研究从油井井底到地面这一过程规律的科学您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：还包括从地面注入井下这一过程第3题采油工程目标就是有效提高油井产量和采收率您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：这是大的目标第4题IPR曲线表示产量与井底流压关系的曲线您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：也叫流入动态曲线第5题采油指数是指单位生产压差下的日产油量您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：可做为井与井之间的对比第6题油井流入动态曲线基本形状与油藏驱动类型无关您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：理解驱动能量对生产的影响第7题井底流压是流体沿井筒向上流动的唯一动力您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：还有油气的弹性能量的释放第8题单相流动时的IPR曲线为直线,其斜率的负倒数是采油指数您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：理解采油指数的定义第9题当井底压力高于泡点压力时，IPR曲线为直线您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：为单相液流，渗流为线性流第10题沃格尔方程是用来解决油气两相渗流时的一种方法您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：是通过试验得到的重要规律第11题当井底压力低于饱和压力时,油藏渗流为油气两相流您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：有气析出，自然会是油气两相流第12题当油气水三相时计算IPR曲线采用含水率加权法您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：是一种比较简单实用的方法第13题多层油藏同时开采时,注入水较难均匀推进，影响各层生产您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：分层开采的意义第14题多相流在垂直井筒中流动时严格分为五种形态您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：有时流动形态不是区分太明显第15题滑脱现象的产生是气液两相的密度差异造成的您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：不同流动速度和密度共同造成第16题滑脱现象不在泡流中产生,而是在环流中产生您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：泡流中就已经产生第17题多相管流压力分布计算按深度增量计算是给定压差计算深度您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：多次运算后得到压力分布第18题油井自喷产生的条件是总压力损失小于油藏能量您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：意思是油藏能量足以把油举到地面第19题临界流动是流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：临界流动是计算油嘴参数的重要参数第20题油井自喷的主要动力是岩石压力您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：是井底渗压第21题为了稳定生产有油嘴系统的设计要求嘴流可不用达到临界流动条件您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：必须达到临界流动第22题若不安排气举阀则气举启动会有很大的启动压力您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：为了减轻气启的动力才设计的气举阀第23题气举的能量来源主要是气体的膨胀能您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：气体压缩注入管鞋，压力降低弹性能量释放第24题气举的方式可分为连续气举和间歇气举两种您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：从能量补充角度来考虑第25题气举阀的作用是逐步排出油套环形空间的液体,降低启动压力您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：与气举阀作用一样第26题采油工程渗流形态有哪些您的答案：A,B,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：考查采油工程的工作范围,自油层到地面的流动过程第27题自喷采油时主要的天然能量有哪些您的答案：A,B,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：从油藏受弹性力\重力\水压力等方面出发找能量第28题采油工程是下列哪些内容的总称您的答案：A,B,C,D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：采油工程不仅包括采油井,还包括注水井,以及通过它们对油层的各种措施第29题机械采油包括哪些方式您的答案：A,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：地层能量不足以把油驱到井口,需加入人工能量的采油第30题采油工程任务主要有您的答案：A,B,C,D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：理解采油工程的定义后即可得答案第31题IPR曲线的影响因素有您的答案：A,B,C,D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：IPR曲线是反映油藏向井底供液能力大小的特征曲线,与之相关的都应包括在内第32题IPR曲线的作用有您的答案：A,B,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：理解IPR曲线的特征含义即可得第33题井口装置结构主要由哪些组成您的答案：A,B,D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：井口装置的构成第34题自喷井系统构成有哪些您的答案：A,B,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：了解自喷井的结构第35题多相流在油井流动形态有您的答案：A,B,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：油从井底到井口压力与温度要下降,气要析出，气大小不同流动形态不同第36题影响多相管流流形的因素主要有您的答案：C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：与流动形态相结合更好第37题多相管流能量损失主要有您的答案：A,C,D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：能量守恒与质量守恒第38题油井自喷压力总损失包括您的答案：B,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：结合自喷井工作原理第39题分层开采的意义您的答案：A,B,C,D,E题目分数：0.5此题得分：0.5批注：理解分层开采的问题第40题气举的适用情况为您的答案：A,B,C,D题目分数：0.5此题得分：0.5批注：气举需要高压地面管汇，气藏具有较高能量等作业总得分：20.0作业总批注：中国石油大学远程教育石油工程在线作业第二阶段在线作业答案第1题抽油机是将电动机的高速旋转运动变成抽油杆的快速往复运动您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：慢速往复运动第2题链条式和皮带式抽油机都属于无游梁抽油机您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：没有游梁第3题从检泵方便程度考虑筒式泵优于杆式泵您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：杆式泵优于管式泵第4题从可供产量调节范围考虑杆式泵优于管式泵您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：管式泵优于杆式泵第5题沉没度是指抽油泵的吸入阀与静液面之间的相对高度您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：与动液面的相对高度第6题柱塞上冲程过程中游动阀打开,固定阀关闭您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：要充分理解泵的工作原理第7题柱塞下冲程过程中液柱载荷作用于油管您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：要理解悬点所受载荷第8题抽油机悬点运动规律可简化为简谐运动也可简化为曲柄滑块运动您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：悬点运动简化有利于分析第9题悬点在上冲程中到上死点时加速度最大,方向向上您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：方向向下第10题上冲程中沉没压力对悬点载荷没有影响您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：有影响是动力第11题井口回压在下冲程中减少抽油杆柱悬点载荷您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：正确第12题悬点最大载荷发生在上冲程您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：提液冲程第13题上下冲程中悬点载荷不同是设计抽油机平衡的主要原因您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：抽油机平衡就是因为上下载荷不同第14题抽油机平衡原理是上冲程储存能量,下冲程应用储存的能量作功您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：下种程储存能量,上冲程作功第15题所谓冲程损失是指明光杆冲程和活塞冲程之和您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：应该为之差第16题抽油泵的泵效是指在抽油井生产过程中理论产量与实际产量的比值您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：实际产量与理论产量比值第17题油管锚的作用是将油管柱的上端固定，减小冲程损失您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：是下端固定第18题选择油井工作制度的原则是长冲程、低冲数、小泵径及较小的下泵深度您的答案：错误题目分数：0.5此题得分：0.5批注：应该为合理的下泵深度第19题抽油机井示功图是载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：是描述载荷运动规律的有交效方法第20题气体和充不满时的典型示功图为刀把形您的答案：正确题目分数：0.5此题得分：0.5批注：气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使排出阀滞后打开，卸载变慢。

垂直管流实验一、实验目的1.观察垂直井筒中出现的各种流型，掌握流型判别方法；2.验证垂直井筒多相管流压力分布计算模型；3.了解自喷及气举采油的举升原理。

二、实验原理在许多情况下，当油井的井口压力高于原油饱和压力时，井筒内流动着的是单相液体。

当自喷井的井底压力低于饱和压力时，则整个油管内部都是气-液两相流动。

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，只有当气液两相的流速很高时（如环雾流型），才考虑动能损失。

在垂直井筒中，井底压力大部分消耗在克服液柱重力上。

在水平井水平段，重力损失也可以忽略。

所以，总压降的通式为：式中：—重力压降；—摩擦压降；—加速压降。

在流动过程中，混合物密度和摩擦力随着气-液体积比、流速及混合物流型而变化。

油井中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流。

除某些高产量凝析气井和含水气井外，一般油井都不会出现环流和雾流。

本实验以空气和水作为实验介质，用阀门控制井筒中的气、水比例并通过仪表测取相应的流量和压力数据，同时可以从透明的有机玻璃管中观察相应的流型。

三、实验设备及材料仪器与设备：自喷井模拟器，空气压缩机，离心泵，秒表等；实验介质：空气，水。

设备的流程（如图1所示）图 1 垂直管流实验设备流程图四、实验步骤1.检查自喷井模拟器的阀门开关状态，保证所有阀门都关闭，检查稳压罐的液位（3/4液位）；2.打开空气压缩机及供气阀门；3.打开离心泵向系统供液；4.打开液路总阀，向稳压罐中供液，控制稳压罐减压阀，保证罐内压力不超过0.12MPa ；5.待液面达到罐体3/4高度，关闭液路总阀，轻轻打开气路总阀和气路旁通阀，向实验管路供气，保证气路压力不大于0.5MPa ，稳压罐压力约为0.8MPa；6.轻轻打开液路旁通阀，向系统供液，待液面上升至井口时，可以改变气液阀门的相对大小，观察井筒中出现的各种流型；7.慢慢打开液路测试阀门和气路测试阀门，然后关闭气路旁通阀和液路旁通阀，调节到所需流型，待流型稳定后开始测量；8.按下流量积算仪清零按钮，同时启动秒表计时，观察井底流压和气体浮子流量计的示数。