第二节井筒气液两相流基本概念
一、教学目的
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）。
二、教学重点、难点
教学重点：
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：
1、滑脱及其特征；
2、气液两相流动的能量平衡方程。
三、教法说明
课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关流态图形。
四、教学内容
本节主要介绍两个方面的问题：
1.井筒气液两相流动的特性.
2.井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤.
(一) 井筒气液两相流动的特性
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。
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。
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。
2、气液混合物在垂直管中的流动结构——流动型态的变化
流动型态（流动结构、流型）：
流动过程中油、气的分布状态。
影响流型的因素：
气液体积比、流速、气液界面性质等。
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。
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。
3、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。
g l f f f +=
g g g f v Q =
l l l f v Q =
无滑脱时：m l g v v v == g g g f v Q = l l l f v Q =
)(g l l l g
g l l m f
f f f f ρρρρρρ>>=+=' 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，即：
有滑脱时：l g v v > m m
ρρ<' f f f f f g l l l m ρρρ)()(∆-+∆+=)(g l l l l f
f f f ρρρρ>>∆+= 单位管长上滑脱损失为：m m m ρρρ'-=∆ l m f
f ρρ∆=∆
1
倾斜多相管流断面1和断面2的流体的能量平衡关系为：
2222221121112
sin 2sin V p mv mgZ U q V p mv mgZ U +++=-+++θθ
0)(sin =-+++dq pV d dZ mg mvdv dU θ
w dI pdV dq dU +-=
0sin =+++w dI dZ mg mvdv Vdp θ
0sin 1
=+++w dI dZ g vdv dp θ
随压力的增加，
油相被压缩，体积减小，水可视为不可压流体。
油相体积增为不可压流体。
随压力的增加，油相被压
b p p >
某不饱和油藏单井生产时，地面油产量Q o，生产气油比R p，不含水，井口温度和压力分别为T0和p0，需要确定井筒中某点(压力和温度为T和p)油相和气相的实际体积流量和物性参数，为压力梯度计
2
质参数，然而，这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求得的未知数。
所以，多相管流通常采用迭代法进行计算。
有两种不同的迭代途径：按深度增量迭代和按压力增量迭代。
1)按深度增量迭代的步骤
①已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适
的压力降作为计算的压力间隔∆p(0.5 -1.0MPa)。
②估计一个对应的深度增量∆h估计，计算与之对应的温度。
③计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。
④计算该段的压力梯度dp/dh。
因。
掌握了气液两相流动中能量平衡方程的推导过程，了解了井筒压力计算的方法。
六、教学参考书
1、张琪主编.采油工程原理与设计. 中国石油大学出版社.
2、陈家琅主编. 气液两相管流.石油工业出版社.
七、复习思考题
1、何谓滑脱现象？产生滑脱的原因是什么？
2、持液率（液相存容比）指的是什么？有哪些主要因素影响持液率？
3、多相垂直管流中会出现哪些流态？各种流态有何特点？。
