多相管流计算方法对气举工艺设计影响分析

煤层气同心管气举排水工艺参数的确定方法钟子尧;吴晓东;韩国庆;苏雷;胡彦林【摘要】Coalbed methane wells need dewatering operation before producing gas. Concentric pipe gas lift by adding a small tubing in production tubing, can inject compressed gas through the gas lift-channel, and shall not affect gas flow in casing-tubing annulus as the gas production channel of the CBM wells. On the bases of solid parti-cles migration model in vertical gas-liquid two-phase flow,the critical conditions are obtained that the gas-liquid ve-locity required to pulverize different particle size of coal fine particles from wellbore which concentric pipe gas lift is applying. Using gas-liquid two-phase flow pressure calculation model in concentric pipe annulus, the depth of gas injection point and the placement gas-lift valves can be designed. In consideration of production dynamic character-istics of the CBM wells during dewatering and production process,a method for determining of the concentric pipe gas injection rate is presented. A field test of the concentric pipe gas-lift dewatering process is also presented. Through the analysis of actual production curves of the test gas well,it is proved that the concentric pipe gas-lift de-watering process is feasibility,and the designed parameters of gas lift are reasonable. By calculation of concentric pipe gas-lift efficiency during the dewatering process, it is concluded that the process in the whole test can keep high lifting efficiency. According to discharge critical condition,the likelihood and time of coal fine particle deposi-ting in thebottom of wellbore can be judged and predicted.%煤层气井在产气之前需要进行排水降压作业,同心管气举通过在生产油管中加入小油管,可以为气举提供注气通道的同时,又不影响油套环空作为气井的产气通道.结合固相颗粒在垂直气液两相流中的运移模型,给出了同心管气举条件下,不同粒径煤粉颗粒排出井筒所需要的气液流速条件.通过同心管环空气液两相流压力计算,给出了同心管气举阀安装位置的设计方法,并结合煤层气井排采过程中煤层气井的生产动态特征,给出了注气量的确定方法.对同心管气举排水工艺进行了现场试验,分析了试验气井的实际排采曲线,证明同心管气举排水工艺的可行性,以及气举参数设计的合理性.通过计算排采阶段同心管的气举效率,表明该工艺在整个试验阶段可以保持较高的举升效率.根据煤粉排出的临界条件,判断以及预测煤粉在井底沉积的可能性和时间.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)008【总页数】6页(P55-60)【关键词】煤层气井;排水降压;煤粉;环空多相流;气举;同心管【作者】钟子尧;吴晓东;韩国庆;苏雷;胡彦林【作者单位】中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油大学(北京),北京102249;中国石油华北油田山西煤层气分公司,晋城048000;中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】TE3552017年7月19日收到国家自然科学基金(51574256)和国家十三五重大科技专项(2016ZX 05042)资助煤层气井在排水采气阶段，由于井底能量不足，需采取人工举升措施。

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
5 0.062 0.021 0.080
650
0.89 10’’10 段 塞 流
6 0.060 0.013 0.080
475
7 0.050 0.008 0.081
500
8 0.052 0.007 0.081
500
9 0.052 0.007 0.081
500
10 0.051 0.008 0.081

550
之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。
0.28 10’’06 段 塞 流
0.26 10’’19 段 塞 流
0.26 10’’06 段 塞 流
0.27 10’’01 段 塞 流
0.27 10’’09 段 塞 流
0.27 10’’04 段 塞 流
0.28 09’’97 段 塞 流
0.27 09’’86 段 塞 流
0.28 10’’11 段 塞 流
号
型
1 0.067 0.02 0.081
550
0.98 10’’42 段 塞 流
2 0.062 0.022 0.080
600
0.96 10’’29 段 塞 流
3 0.064 0.021 0.079
625
0.93 10’’62 段 塞 流

多相流领域的数值计算方法及应用随着工业化和科技的不断进步，多相流领域的研究和应用越来越受到重视。

物料在流动过程中会与其他物料或界面发生相互作用，这种复杂的流动状况被称为多相流。

多相流涉及到固体、液体和气体等不同物态的介质，因此其研究和应用需要使用复杂的数值计算方法。

一、多相流的特点多相流的研究和应用过程中涉及到很多行业，比如化工、能源、航空航天等领域。

多相流介质的物理性质不同，具有以下几个特点：1. 相互作用强烈不同相态的物料之间会发生相互作用，例如固体微粒在液体中的漂浮、液滴在气体中的破裂等。

2. 物料运动混乱多相流介质的物料运动速度和方向较难预测，因此多相流的运动模式通常非常复杂。

3. 传递规律复杂多相流介质中不同物料的传递规律复杂，例如液滴的运动、未熔化固体在熔体中的运动等。

4. 可能存在相变多相流介质因为具有不同物态的物料，因此可能存在相变现象，例如气体在液体中的溶解等。

二、多相流的数值计算方法多相流的复杂性使得其研究和应用需要结合各种学科，比如计算流体力学（CFD）、材料科学、传热学等。

在多相流的计算过程中，有两个重要的假设：连续介质假设和相间界面模型。

1. 连续介质假设连续介质假设认为多相流介质可以像单相流一样，被视为连续的流体。

在这种假设下，物理量如质量、动量、能量等可以通过微分方程来描述，以求解其全场的运动学性质。

2. 相间界面模型多相流中不同相态物质的相互作用，使得相界面的存在成为一大难点。

通过相间界面模型对相变的过程和相界面的运动进行数值模拟，从而模拟多相流介质中不同物理量的分布和传递规律。

目前，常见的多相流计算方法包括欧拉方法、拉格朗日方法和欧拉-拉格朗日复合方法。

3. 欧拉方法欧拉方法模拟多相流介质中的物理量在时间和空间上的分布规律。

该方法将不同相态之间的相互作用描述为源项，通过物理量的守恒方程，来求解多相流介质内各物理量的分布规律。

4. 拉格朗日方法拉格朗日方法着重于对多相流介质中物体的运动轨迹进行跟踪和计算。

３．中国石化江苏油 田分公司 ，江苏 扬 州 ２２５０００）
摘要 ：为解决常 用多相流计 算方法对现场 实测 井预测存在较 大偏差的问题 ，运 用室 内实验与拟 合检验相 结合的方法 ，开展 了油气水 多相管流 系统性 实验研 究。对流型预 测模 型及其 中 ２种 具有持 液率计 算能力的预测模 型 （Ｂｅｇｇｓ—Ｂｒｉｌｌ、Ｍｕｋｈｅｒｊｅｅ—Ｂｒｉｌ１）进 行检验后 发现 ，最适合 的流 型预 测 方 法 为 Ｍｕｋｈｅ ｒｉｅｅ—ＢｒｉⅡ模 型 ，其 准 确 性得 到 进 一 步 验 证 ；明 确 持 液 率 预 测 的 准确 性 是 压 降预 测 的 关 键 因素 。 重 新 拟 合 得 到 的预 测新 模 型 ，经 现 场 实 测 数 据 检 验 表 明 ，其 平 均 相 对误 差 为 ５．０８％，较其他模型预测精度 至少提 高 ３个百分点 ，表 明新预 测模 型具有较 高的精度 与可靠 性。新模 型能够为 实际油 气井的生产设 计提 供理论参考 。 关键 词 ：多相 流 ；流型 ；压降预 测 ；持 液率 中 图 分 类 号 ：ＴＥ３１２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编号 ：１００６—６５３５（２０１８）０２－００７０－０６
０ 引 言
多 相管 流 的研 究 已经 有 ３０多 年 的历 史 ，研 究 得 到 的多 相管 流预 测方 法有 二 十几种 ，被 广泛 应 用 的多相 流计 算 方法 接近 １０种 。多相 管流 预测 方 法 按 导 出原 理可 分为 半 经验 、经验 模 型 和 机 理模
型 。。Ｊ。尽管如此 ，多相管流还存在很多不完善和 亟 待解 决 的 实 际 问题 。早 前 ，由 于 实 验 条 件 有 限 （介 质 、流 量 范 围 、测 量 仪 器 精 度 等 ），能 在 油 、 气 、水 三相 流基 础 上 得 到 的 多相 流 计 算 方 法 较 少 。 近 年来 ，中国著 名科 研 院所开 始侧 重 于稠 油多相 流 动 方 面 的研 究 ｊ，直 接 忽 略 了 对 常 规 黏 度 原 油 与

多相流技术在凝析气管道输送中的应用近年来，随着环境友好型能源的发展，在凝析气输送中采用多相流技术已逐渐受到关注。

凝析气是从天然气中提炼出来的一种有利的可再生能源，其能源密度要比煤、燃料油高得多，可以给大型火力发电厂或涡轮发电机组提供较高的热效率。

与传统的气体输送相比，多相流技术可以有效减少污染，降低能源消耗，减少温度差异。

因此，多相流技术在凝析气输送中的应用越来越受到重视，具有重要的实际意义。

首先，多相流技术具有较低的能耗，可以有效地提高凝析气的输送效率。

多相流技术主要是将凝析气经过气液混合、加热、压缩等过程进行输送，可以起到省能的作用，其中的加热和压缩可降低温度差，减少需要投入的能量。

另外，多相流技术还能够将输送流程简化，可以将多个设备结合在一起，减少环节，缩短输送距离，节省能源。

其次，多相流技术可以降低污染，降低碳排放。

采用多相流技术的管道系统的输送可以有效地控制废气排放，大大减少污染环境的机会，从而有效地减少碳排放量。

此外，多相流技术还可以延长管道的使用寿命，减少对现有管道的改造，进一步降低碳排放。

再者，多相流技术可以促进人类社会的可持续发展。

采用多相流技术，可以提高凝析气的质量，提高气体输送的效率，降低环境污染，消除能源危机，使社会的经济发展和环境保护可以更好的协调发展，为保护环境和可持续发展做出贡献。

综上所述，多相流技术在凝析气输送中的应用具有重要实际意义。

多相流技术可以降低能耗、降低污染、减少温度差异，可以有效地促进人类社会的可持续发展，成为当今可再生能源发展的重要技术手段和保护环境的有效措施。

鉴于以上优势，政府应该加大对多相流技术的投入，加强政策支持，推动凝析气的应用，促进凝析气的全面发展，更好地服务于日益增长的能源消费需求，打造环保型的能源输送体系，谱写人类可持续发展的新篇章。

渡区和 雾状 流均 用 Ｄ ｎ— ｏ 方法 。 ｕｓＲｓ 压 力梯 度 ：
１６ 年 Ｈ ｇ ｄ ｒ Ｂ ｏ ９５ ａ ｅ ｏｎ和 ｒｗｎ针对油、气、水混合物 在铅直管 中的流动， 基于单相流体的机械守恒定律 ， 得出
压力 梯度计 算 公式 。
ｌ 一 Ａ Ｐ
卸
（ ＋ｒ ） ｒ
体摩阻计算是极为重要 同时也是最为困难 的， 是影响各压
降预 测模 型精 准性 的要 素 。 因此对 多相 管流 摩 阻计 算 的分 析研 究无 疑是 十分 必要 的【 ３ 】 。 １１多相 管流 的压 力 梯度 基本 方程 【 ． ４ ｄ ｐ 源自＝ｐｇｓ ｍ ＋厂Ｄ ２＋
（） １
是继Ｐｏ ｔ ｎ —Ｃ ｒｅ ｔｒ 法之 后 ， 石 油工业 界有 重 ｅｔ ｍａ ｎ ａｐ ｎ ｅ方 对
要 影响 的又一 种方 法 。
随着原 油 、 气从几 千 米深 的地 层 中采 出 ， 多数 油 气 大 井 已经 不是 单相 流动 而 是 出现 了气 、 相或 油 、 、 液 气 水三
到很好 的精度 ， 它更适用于较短的管段 ， 而对深度或压差
很 大 的井 ， 必须 进行 一 连串 的分段 计算 。 该法 对于 低流量
上式中， 为流体密度 ， ｇ ｍ 为流速， ｓ Ｚ Ｐ ｋ ／ ；Ｖ ｍ／ ； 为
的高粘油情况不准确， 因此应用于稠油时应注意。 这种方
５ ５ ｝ ｃ ｏ ｆ ＾ ｎ ｕ ｓ
规定静压梯度就是管段按体积平均的流体密度 ， 然后
从大量 的实验 数据 中 ，分别 对三 个 主要 的流态 域 （ 泡流 、 段塞 流 、雾流 ）提 出计 算管 壁摩 阻 的相 关式 。Ｒ ｓ 出 ： ｏ提 可 以把 泡流和 段塞 流这 两个 区域 同样地 进行 处理 ， 因为二 者都 涉及 到 一个 连续 的液 相 。 照 Ｆ ｎ ｉｇ 式 ， 摩 阻 仿 ａｎｎ 公 取

流动保障 Flow Assurance
“流动保障” 确保油气的无阻塞流动并使系统的运行费用达 到最低。
保温材料
Pipe-in-Pipe
管线管束(flowline bundles)
渤海平均水深 18m,最深83m
黄海平均水深 44m,最深140m
东海平均水 深 370m, 最 深 2719m
南海平均水深 1212m, 最 深 5377m
pwf 井底流压
ptp 两相流压降
pt ph 自喷生产 pt ph 机械采油(人工举升)
气举采油系统示意图
依靠从地面注 入井内的高压气体 与油层产出流体在 井筒中混合，利用 气体的膨胀使井筒 中的混合液密度降 低，将流到井内的 原油举升到地面。
pt pwf ptp
设计的原则： 最大限度地发挥油藏的潜 力和地面设备的能力，获 得最高的产油量。
•80年代中期应用高新技术及仪器进行多相流的模拟试验， 期望深入认识多相流动现象及流动机理，从而改进模型，提 高精度。
核密度计、超声波传感器、电导和光导探针、电容传感器、 激光多普勒测速仪、高速摄像机等。
西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室 • 目前，双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机 理模型是多相管流研究的主要方法
举例来说，渗流理论、油气井压力控制、油气管流计算、举升参 数设计、工况分析、集输设计等，都离不开多相流的理论与计算 方法。
多相流理论是贯穿于石油开采全过程的基本理论
一、多相流理论在石油工业中的地位和作用
许多工程设计都将计算多相流体在管道中流动的压降和温度。
钻井工程：油气井压力控制 (含气泥浆的压降计算)
第二节 气液两相管流的基本特征与研究方法
一、基本特征

绘制曲线B的各参数的变化
2.油管直径的选择
不同油管直径对产量的影响
注：在某种条件下，大直径 油管不一定比小直径油管的产量高
油压较低时（pt1），大 直径油管的产量比小直径 的要高；
油压较高时(pt2)，大直 径油管的产量比小直径的 要低。
原因：大直径管中滑脱损 失使总损失增大。
3.预测油藏压力变化对产量的影响
①根据设定的一系列产量Q，分 别从油层和分离器开始计算出 油嘴处的一系列的油压和回压。
②将满足回压低于油压一半（油 嘴临界压力比近似取0.5）的点绘 制成pt-Q的曲线B.
③油嘴直径d一定，绘制临界流 动下油嘴特性曲线G；(油嘴的参 数曲线)
④油管曲线B与油嘴特性曲线G 的交点C即为该油嘴下的产量与 油压。
4d 2 R 0.5
Pt
对于含水井： q
4d 2 R 0.5
Pt 1
f 0.5 w
以上的油嘴流动等式有很强的经验性， 与油田条件有关，因而在实际运用中
应根据油田的具体情况进行校正， 得到适合本地区的计算公式
当油嘴直径与气油比一定时，产量Q和 井口压力pt成线性关系。但只有满足 油嘴的临界流动，整个生产系统才能 稳定生产，即使回压有所变化，油井
而油嘴直径又很小， 因而，混合物流经 油嘴时流速极高， 可能达到临界流动
图2-19 嘴流示意图
临界流动：流体的流 速达到压力波在流体介 质中的传播速度，即声 波速度时的流动状态
质量流量
根据热力学理论，气体
流动的临界压力比为：
喷管后压力
k
Pc 2 k1 P1 k 1
G f (P2 / P1) 关系
采油方法：将流到井底的原油采到地面
所用的工艺方式和方法。方法和方式。

C1与Nb关系曲线
l
l
摩阻梯度：
f l vt2 ql vs Ap f 2D q v A t s p
C1与NRe关系曲线
（3）过度流
平均密度可由顿斯及罗斯方法算出：

LM g LM LS
段塞
g LS
LM LS
雾流
摩阻梯度：
f f
l vl2
D 2
ql 其中 vl Ap (1 H g )
摩擦阻力系数可查下图：
摩擦阻力系数曲线
（2）段塞流
流体平均密度：

其中
Wt l vs Ap qt vs Ap
l
vs C1C2 gD
vs D l N vt Dl Nb Re
合并成大气泡，最后，大气泡成为顶部凸起的炮弹形气泡。 井筒内流体的压力进一步低于饱和压力，气体继续分离出来，
并且进一步膨胀，且炮弹形大气泡形成气体柱塞，使井筒内出现一段液
体、一段气体的柱塞状游动。这时气柱好象活塞一样推动液体上升，对 液体具有很大的举升作用，气体的膨胀能量得到充分的利用。
环状流
水平管流型
这是目前气液两相管流方面较全面的研究成果。
机械能守恒方程：
dp dE dv g sin v dZ dZ dZ
位差压力梯度
dp l Hl g 1 Hl g sin g sin dZ 位差
Gv l H l g (1 H l ) g sin 2 DA
1 { l H l g (1 H l ) vvsg }/ p
Beggs-Brill方法流型分布图—水平流动

2020年01月气举工况诊断与治理于喜艳1何能欣2张玮2（1.中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津300452；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452）摘要：开展气举井不稳定气举工况研究，对提高气举效率，提升油井产能，尤其对以气举采油方式为主的处于开发中后期的油田，有至关重要的意义。

文章针对B 油田开发中后期气举井频繁出现的井口产出不稳定及间出的异常气举工况，研究出一套基于气举井日常生产参数分析，通过对油、套管井筒压力剖面及井筒多相管流拟合计算结果对比分析，确定注气阀工作状态，进而确定最佳注气点，得出气举优化措施,提出一套可随生产状况变化及时进行气举工况诊断方法。

实际应用表明，该诊断方法与现场测试结果较吻合，气举井产状得到明显改善，可以在同类气举井中推广应用。

关键词：气举；工况诊断；工况优化；气举阀间歇出液是由许多不同因素引起的[1]，比如不正确的气举管柱设计，不合理的阀设置，注入阀入口的尺寸不对，供压的变化，或是阀泄露或堵塞，通常很难找到间歇出油的根本原因。

本文中B 油田随着地层压降增大，油井到中高含水期以后，井下监测点压力下降且波动频繁，气举井生产稳定性变差，油井出现间歇出液及关井后启动困难等复杂情况，已严重影响气举井产量。

为此迫切需要系统分析影响气举工况的主要因素，分类提出改进措施，为提高气举井气举效率和稳定性提供技术支持。

1气举工况诊断技术常用的气举井工况测试诊断技术有:流压、流温曲线分析法和典型油套管压力记录图法[2],该方法受测试仪器精度及气举井况影响,对气举阀工作状态判断容易出现偏差。

气举采油工艺常规分析方法[3]是在录取气举井的油压、套压、注气量等地面资料后，通过下入压力计、温度计等井下工具录取气举井的井下压力、温度资料。

再通过绘制深度-压力和深度-温度曲线进行分析。

常规分析方法测试工作量大，压力、温度资料的一致性差，资料处理复杂，容易给现场分析管理人员带来一定的技术处理难度。

为 了研 究 排 液采 气 井 的核心 问题—— 气 、 二 水 相管 流 的沿 程压 力损 失 及 其 影 响 因素 ， 拟 常规 连 模 续气举 排液 采气 过程 ， 研究低 压 、 液量 下常规 连续 低 气举举 升效 率 的影 响 因素 ， 立 了 新 型气 举 试 验装 建
置 ［３。 １］ ＿
（ ｏ ｔ ｗｅｔＰｅｒ ｌ ｕ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ，Ｃｈ ｎ ｕ ６ ０ ０ ，Ｃ ｉ ａ Ｓ ｕ ｈ ｓ ｔｏ ｅ ｍ ｉ ｅ ｓｔ ｅ ｇｄ ５ ０ １ ｈｎ ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｐｉ ｉｔｎ ｎ ｗｅ ｌｂ ｅｉ ｗ ｆ ｉｉ ｎ ｅ ｈｏ ｇ ｌ ｉ ｇ ｉ ｌ ｏｒ ｓａ ｎｅ ｅ ｆｃｅ ｔｍ ｔ ｄ．Ｉ ｓａ ｌｅ ｎａ ｉｅ ｍ ｅ ｈ ｏ ｈｅｕｐ ｆ ｔｉ ｎ ａ ｔ ｒ ｔｖ ｔ ｏｄ ｆ ｒｔ — ｐｅ ｏ ｉ ｒ ｃ ｎｔｎｕｏ ｓ ｌ ｔａ ｎｃ ｅ ｓ ｓ ｌ ｔｎ ｆｉｉｎｃ ． Ｔｈｉ ｐ ｒｄｅ ｃ ｉ ｓｔ ｅ ｉ ｆｔ ｇ ｕｓｇａ ｉ ｎｄ ｉ ｒ ａ ｅ ｉ ｉ ｇ ｅ ｆｃｅ ｙ ｆ ｆ ｓｐａ ｅ ｓ ｒｂｅ ｈｅ ｄ ｓｇｎ ｏ ｈｅ Ｐｉ ｌ ｔｎｇ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｎｄ ｉｓｃ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ．Ｔｈ ｅ ｔｄｅ ｃ ｏ ｉ ｓ ｔ ｄｖ ｎｃ ｄ ｗａ ｏ ｔ ｒ ｓ ｕｒ ｉ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅａ ｔ ｏｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｆ ｅ ｔ ｓ ｖｉｅｐｒ ｖ ｄｅ ｈｅａ ａ ｅ ｙ ｔ ｈｅｐ ｅ ｓ ｅ ｇｒ ｄ ｅ ｎｄ ｆｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｅ ｉ ｎｔｏ ｕｌｉ ａ ｅ Ｆｌ ａ ｉｎｔａ ｌ ｗ ｔ ｔ ｘｐ ｒｍｅ ｆ Ｍ ｔｐｈ ｓ ｏｗ ｎ ｗｅｌｒ ｍ ｏ ｅ ｉ ｕｉ ｎ ｏ ｃ ｄ ｇ ｓ， ｉ ｌ ｅ ｖ ｄ ｌｑ ｄ ａ ｄ ｐｒ ｄｕ ｅ ａ ｃ ｎｖ ｎｔｏ ａ ａ ｒ ｕｃ ｉ ｎ ｉ ｏ ｔｎｕ ｕｓｇａ —ｉｔｓｍ ｕ ａ ｉ ｘｐ ｒｍｅ ，ａ ｎａ ｙ ｉ ｆｌ ｔｅ ｆ— ｏ ｅ ｉ ｎ ｌｇ ｓ ｐ ｏｄ ｔｏ ｎ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｌ ｉ ｌ ｔｏｎ ｅ ｅ ｉ ｎｔ ｎｄ ａ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｆｉ ｆ ｆ ｃｅ ｆｃ ｔｎｕ ｕｓ ｇ ｓ ｌ ｔ ｉｎｔｏ ｏｎ ｉ ｏ ａ ｉ ． ｆ Ｋｅ ｒ ：ｐ ｇ ｌｆｉ ｇ；ｔ ｓ ｅ ｃ ｙ ｗｏ ｄｓ ｉ ｉｔｎ ｅ ｔ ｄ ｖｉｅ；ｓ ｓ ｅ ｄ ｓｇｎ；ｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｏ ｔ ｏｌｓ ｓ ｅ

多相管流输运特性的数值计算研究的开题报告题目：多相管流输运特性的数值计算研究一、题目背景和研究意义在石油、化工、冶金、能源等领域，管道输送是一种非常重要的工业过程。

在输送过程中，液体、气体和固体颗粒等多种物质同时存在，形成了复杂的多相流输运特性。

为了实现管道输送过程的稳定、高效和安全运行，需要深入研究多相管流的输运特性。

数值计算方法作为研究多相管流输运的重要手段，在现代计算机技术的支持下，得到了广泛应用。

二、研究内容和方法本文主要研究多相管流的输运特性，并采用数值计算方法进行模拟和分析。

具体内容包括：1. 分析多相管流的流动特征，建立相应的数学模型；2. 采用计算流体力学（CFD）方法进行多相管流的数值模拟；3. 分析多相管流输运中的压力、速度、体积分数等参数的变化规律；4. 考虑不同情况下的影响因素，如管道壁面摩擦、物料粗糙度、介质物性等；5. 建立多相管流输运仿真平台，并进行实际案例分析。

三、研究预期成果本文将通过数值模拟方法研究多相管流输运的特性，得到以下预期成果：1. 深入分析多相管流的流动特征和输运规律；2. 建立多相管流输运的数学模型和数值计算方法；3. 确定不同因素对多相管流输运的影响，并进行相关分析；4. 建立多相管流输运仿真平台，实现多种情况下的仿真模拟。

四、研究的创新性和实用性本文的研究具有一定的创新性和实用性，主要体现在以下几个方面：1. 采用数值计算方法对多相管流输运进行研究，可以避免传统实验方法所带来的时间和成本的限制；2. 建立了多相管流输运的数学模型和仿真平台，可为实际工程应用提供参考；3. 通过分析多种影响因素的作用，可为工程实践提供指导，并优化输送过程；4. 可为相关行业的技术进步和实际生产提供参考依据。

五、论文的进度安排1. 2021年6月-8月：对多相管流的相关文献进行综述，了解多相管流输运特性及相关数值计算方法。

2. 2021年9月-10月：选择多相管流输运的数学模型并进行建立，以及相关数值计算方法的学习，确定数值计算的算法。

ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ ｉ ｎ ｄ ｕ ａ ｌ ｇ ｒ ａ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ． Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｇ ａ ｓ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｌ ｙ
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梯 度 钻 井 过 程 中注 气量 的设 计 方 法是 可行 的 ， 为 今 后 开展 双梯 度 钻 井 提 供 了理 论 依 据 。 关键 词 ： 气举 注 气 量 双梯 度 钻 井 隔水 管 中图分类号 ： Ｔ Ｅ ２ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ０ ８ ９ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ０ ２ ３ — ０ ５
Ｍ ｉ ａ ｏ Ｄｉ ａ ｎｙ ｕ ａ ｎ
（ Ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ． ， ＣＮ０２ ） ＣＥｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｏｌ ｎ ｏ ｇ ｙ＆ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ Ｌｔ ｄ． ， ｒｉ ａ ￣ ｊ ｉ ｎ ， ３ ０ ０ ４ ５ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ）

多相流管网水力特征与水力计算引言多相流是指在管道中流动的两种或多种不同物质的混合物。

在管道系统中，多相流的存在会对水力特性和计算产生影响。

本文将探讨多相流管网的水力特征及相应的水力计算方法。

多相流的类型多相流可以分为气液两相流、气固两相流、液固两相流等。

不同类型的多相流在管网中的运动方式和相互作用会有所不同。

气液两相流气液两相流是指在管道中同时流动的气体和液体混合物。

在管道中，液体往往沉积在管底，气体则分布在上部。

由于气液两相流的密度差异较大，对管网的水力特性影响较为显著。

气固两相流气固两相流是指在管道中同时流动的气体和固体颗粒混合物。

固体颗粒的运动状态对管道摩擦阻力和管道磨损有较大影响。

液固两相流液固两相流是指在管道中同时流动的液体和固体颗粒混合物。

固体颗粒的浓度和粒径会影响流体的黏度和密度，从而影响水力计算结果。

多相流管网水力特征多相流管网的水力特征受到以下几个方面的影响：壁面摩擦多相流中的固体颗粒或液滴会与管道壁面发生摩擦，增加管道的摩擦阻力，影响管网的水力性能。

混合液体密度不同密度的液体在管道中会产生密度梯度，影响管网中各点的压力分布。

流体黏度多相流中的固体颗粒或液滴会改变流体的黏度，从而影响管道的阻力系数和流动状态。

气体流量分布多相流中气体和液体的流动分布会影响管道内的速度场、压力场和流体混合程度。

多相流管网水力计算方法针对多相流管网的水力计算，可以采用以下方法：常规水力计算方法对于气液两相流，可以采用常规的水力计算方法，如达西公式、墨依斯方程等进行计算。

但需考虑气液两相流的混合特性和摩擦阻力的影响。

模拟方法采用CFD（Computational Fluid Dynamics）等数值模拟方法，对多相流管网进行流场模拟和压力计算，可以更精确地分析水力特性。

实测方法通过在实际管网中设置传感器，实时监测多相流的流动状态和参数，对管网进行水力计算和分析。

结论多相流管网的水力特征受到多种因素的影响，水力计算也需要考虑这些影响因素。

气举设计适应性评价新方法——气举工况诊断节点分析法罗威;廖锐全;许冬进;张祖国;柯文奇;谢向威【摘要】在气举装置投入生产前,分析连续气举设计装置对目标油井含水率、气油比、地层压力、产液指数、注气压力和注气量等重要参数的适应范围,评估出气举设计的适应性,进而优化或优选出最佳的气举设计方案是非常必要的.将气举工况诊断与节点分析进行有机结合,分析气举设计对目标油井各重要参数的适应范围,进而制作出不同的含水率、气油比条件下气举地层压力、产液指数适应性图版,得到了气举设计适应性评价新方法.实例分析表明,新方法制作气举设计适应性图版与现场测试判断结果较吻合,可以评价气举设计方案在油井生产中的适应性.%Before the gas lift devices are put into operation,analyzing the applicable range of water-cut, GOR,reservoir pressure,liquid production index,gas injection pressure and injection rate of the target well for continuous gas lift devices,evaluating the adaptability of the gas lift design,and then choosing the optimal gas lift design are really necessary.By combining gas lift operation diagnosis with nodal analysis, and analyzing the gas lift design adaptability to each important parameter of the target well,the adaptabili-ty chart for reservoir pressure and liquids production index under different water cut and GOR values was developed,based on which a new approach for the adaptability assessment of gas lift design was estab-lished.Case studies show that the adaptability chart is in good agreement with the judgment results by field test,and can be used to evaluate the gas lift design adaptability in practical production.【期刊名称】《中国海上油气》【年(卷),期】2016(028)001【总页数】6页(P114-119)【关键词】连续气举设计;气举装置;适应性;气举工况诊断节点分析法【作者】罗威;廖锐全;许冬进;张祖国;柯文奇;谢向威【作者单位】长江大学石油工程学院湖北荆州 434023;长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室湖北荆州 434023;长江大学石油工程学院湖北荆州434023;长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室湖北荆州 434023;长江大学石油工程学院湖北荆州 434023;长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室湖北荆州 434023;中国石化石油勘探开发研究院北京 100083;中国石化石油勘探开发研究院北京 100083;长江大学石油工程学院湖北荆州 434023;长江大学教育部油气资源与勘探技术重点实验室湖北荆州 434023【正文语种】中文【中图分类】TE355.3连续气举设计是实施连续气举采油人工举升的关键技术,为气举举升的顺利实施发挥着至关重要的作用。

反应器设计中的多相流动研究在化学工程和相关领域中，反应器的设计是一个至关重要的环节，而其中多相流动的研究更是关键所在。

多相流动指的是在同一系统中存在两种或两种以上不同相态物质的流动现象，比如气液、液液、气固、液固等。

这种流动现象的复杂性和多样性给反应器的设计带来了巨大的挑战，同时也为优化反应过程、提高反应效率和产物质量提供了广阔的研究空间。

多相流动对反应器性能的影响是多方面的。

首先，它会影响反应物的混合程度。

在一些反应中，反应物需要充分混合才能发生有效的反应。

如果多相流动不均匀，可能会导致局部反应物浓度过高或过低，从而影响反应的速率和选择性。

例如，在气液反应中，气体的分散程度和液体的流动状态会直接影响气液接触面积和传质效率。

其次，多相流动还会影响传热效果。

不同相态物质的热导率和比热容通常不同，它们之间的流动和传热过程复杂多变。

如果传热不均匀，可能会导致局部温度过高或过低，从而引发副反应、降低催化剂活性甚至损坏设备。

此外，多相流动还可能导致固体颗粒的沉积、磨损和堵塞等问题，影响反应器的正常运行和使用寿命。

为了深入研究多相流动现象，研究人员采用了多种实验和模拟方法。

实验方法可以直接观察和测量多相流动的特性，但往往受到实验条件和测量手段的限制。

常见的实验方法包括高速摄影、激光多普勒测速、粒子图像测速等。

这些技术可以获取流场的速度、浓度、温度等信息，但对于复杂的多相流动系统，实验测量的难度较大，且成本较高。

相比之下，数值模拟方法具有成本低、效率高、能够模拟复杂工况等优点。

通过建立数学模型和采用适当的数值算法，可以对多相流动过程进行预测和分析。

常见的多相流模型包括欧拉欧拉模型和欧拉拉格朗日模型。

欧拉欧拉模型将不同相态视为相互渗透的连续介质，通过求解各自的守恒方程来描述多相流动；欧拉拉格朗日模型则将其中一相视为离散的颗粒，通过追踪颗粒的运动轨迹来研究多相流动。

数值模拟方法可以帮助研究人员优化反应器的结构和操作参数，减少实验次数，提高研发效率。

３ 多相流计算方法评价 Ｌ ａｗｓｏｎ 和 Ｂ ｒｉｌｌ［６］评价了 Ｈ ａｇ ｅｄｏｒｎ－Ｂ ｒｏｗｎ 方法、 Ｆ ａｎｃｈ ｅｒ— Ｂ ｒｏｗｎ 方法、Ｄｕｎｓ－Ｒ ｏｓ方法、Ｐ ｏｅｔｔｍａｎｎ－ Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ方法、Ｂ ａｘｅｎｄｅｌｌ－Ｔ ｈ ｏｍ ａｓ方法和Ｏ ｒｋｉｓｚｅｗｓｋｉ 方法。Ｖ ｏｈ ｒａ［７］等评价了Ｂ ｅｇ ｇ ｓ－Ｂ ｒｉｌｌ方法、Ｃｈ ｉｅｒｉｃｉ等的 方法和 Ａｚｉｚ等的方法。他们在评价这九种方法时，都是 用的相同的７２６口井的数据和相同的流体物性参数的常规 方法，评价工作从五个方面（生产气液比、生产水油比、 液相的折算速度、管径和脱气原油的相对密度）来比较平 均百分误差和标准误差。表１列出了具体的平均百分误差 和标准误差的数值。
２ 多相流摩阻计算简介 ２．１ Ｄｕｎｓ－Ｒ ｏｓ 方法 １９６１年 Ｄｕｎｓ和 １９６３年 Ｄｕｎｓ－Ｒ ｏｓ的压降计算方法， 是继Ｐｏｅｔｔｍ ａｎｎ－Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ方法之后，对石油工业界有重 要影响的又一种方法。 规定静压梯度就是管段按体积平均的流体密度，然后 从大量的实验数据中，分别对三个主要的流态域（泡流、 段塞流、雾流）提出计算管壁摩阻的相关式。Ｒ ｏｓ提出： 可以把泡流和段塞流这两个区域同样地进行处理，因为二 者都涉及到一个连续的液相。仿照Ｆ ａｎｎｉｎｇ 公式，取摩阻 压差：
动阻力系数 的规律与单相流动的相同，可以由单相流动 的阻力系数与雷诺数之间的关系求得，只是雷诺数的计算 要选择下式：
（５）
式中， 为单相液体的沿程阻力系数，无因次； 为在 该管段的平均压力和平均温度下，液相的平均流速，ｍ ／ｓ。
（２）段塞流的摩阻压力梯度
度，Ｐ ａ·ｓ。 Ｈ ａｇ ｅｄｏｒｎ－Ｂ ｒｏｗｎ 为发展适合于长管的流动模型，