《垂直井筒气液两相非牛顿流体流动规律研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《垂直井筒气液两相非牛顿流体流动规律研究（88页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国石油大学（华东）硕士学位论文垂直井筒气液两相非牛顿流体流动规律研究姓名：蒋小伟申请学位级别：硕士专业：油气田开发工程指导教师：李明忠20050401垂直井筒气液两相非牛顿流体流动规律研究蒋小伟( 油气田开发工程)指导老师：李明忠教授摘要井筒气液两相流理论是研究各种举升方式油井生产规律共同的基本理论。多相管流，由于其流体的非均质性和流动型态的多变性，目前还没有切实可用的严格的解析解。对这一问题的研究大多是从基本方程出发，利用实验资料进行相关分析和因次分析等来相关各个变量的近似关系。且迄今为止，油气生产领域运用的多相管流计算相关式大都是以牛顿流体为基础建立的，而对于稠油等典型非牛顿流体与气体两
2、相的流动规律尚缺乏有价值的研究成果。本文根据气液两相流动力学及非牛顿流体力学理论，推导了垂直并筒内气液两相非牛顿流体流动的各流型间的转变界限方程：结合已有的截面相份额研究成果，建立了各流型的截面相份额的计算式；借鉴气液两相流动的研究方法，推导了垂直井筒气液两相非牛顿流体流动的各流型的全水相摩擦压降方程、重位压降计算模型及加速压降计算模型，从而得出了总压力降的计算模型；进行了实例计算，并对该模型和A n s a r i 方法的计算结果进行了对比和分析。关键字：气液两相流，非牛顿流体，流型，截面相份额，压力梯度计算R e s e a r c ho nF l o wC h a r a c t e r
3、 i s t i c so ft h eG a sN o n N e w t o n i a nF l u i di nV b r t i c a lW e U sJ i a n gX i a o w e i ( 0 i lF i e l dD e V e l o p m e n tE n g i n e e r i n g )D i r e c t e db yp r o f e s s o rL iM i n g - 曲0 n gA b s t r a c tT h ec h a r a c t 嘶s t i co fg a S 1 i q u i dn o wmV e n i c a l
4、 、v e l l si sm ec o m m o n l yb 船i cn l e o r yt or e s e a r c hw o 凼I l gc h a m c t e r i s t i c so fa l ll i f tm e t l l o d s B e c a u s eO fm ea e 0 1 0 仃o p i s mo ft h en u i d 柚dt 1 1 ep o l y 打o p eo fe a c hn o wp a n e m ，t l l c r ei sn o印p l i e da n dr i g o r o u sm a m e m a t
5、i cc o l l c l u s i o n T h em 觚nr e s e a r c hm e 也o di st ob e 西nw i t l l l ef I l n d 锄e m a le q 删o na n dm a l 【eu s eo ft h ee X p e r i m e m a l 蛐t og e tt h ec o m l a t i o na n a l y s i sa 1 1 dd i m e n s i o n a la f l a l y s i s ，也e nt 0g e td ea p p r o x i m a d o no fe v e r yV
6、 a r i a b k S of h r ，t l l em o s tm e t l l o d sa r eb a s e do nt h eN e w t o nf l u i d ，a n dt h e r ea r en OV a lu ；a b l es t u d yr e s u l t st 0d e a lw l l i tt 1 g 勰n o n - N 州o n i a nf l u i d sf l ow A c c o r d i n gt ot h em e o r yo fg a s l i q u i d 批r o - p h a S ef 1 0 wa n
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11、性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：巍：! ：纬气诉3 月 f 日关于论文使用授权的说明本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密论文在解密后应遵守此规
12、定)学生签名：鱼：! ：哇州年1月，1日 导师签名：趋1 衅j 月) ，日中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言第1 章前言1 1 研究背景及意义提高油气采收率是石油工业的一个永恒的主题。油气采收率系指其累积产量与之地质储量的比值。因此，对于一定的油气资源，提高其采收率的根本是在一定的经济界限内获得尽可能大的累积产量。对此有两条必由之路，一是借用一定的油藏工程方法、化学方法等研究、确定提高油气可采储量的途径或方法，二则是通过一定的采油工程措施确保油气畅流入井并用高效、可靠的举升方法将之开采到地面以变成现实的经济产品。也就是说，采油工艺技术与工程措施是最终实现提高油气采收率目标的根本保证。
13、对采油来说，油、气、水混合物在并筒中的流动规律一井筒多相流理论是研究各种举升方式油井生产规律共同的基本理论。无论是举井( 采油)方式的选择、举升参数的优化设计、油井生产工况的分析等，都必须借用井筒多相流理论与实用沿井筒流体压力梯度的计算方法才能进行。多相管流，由于其流体的非均质性和流动型态的多变性，目前还没有切实可用的严格的数学解。对这一问题的研究大多是从基本方程出发，利用实验资料进行相关分析和因次分析等来相关各个变量的近似关系。半个世纪以来已经提出了许多计算多相管流的方法，但由于实验条件限制和差异，以及研究过程中对某些因素的不同考虑，使得各种方法的使用范围、计算工作的繁简程度及计算结果的精度
14、等各有不同，如目前国内外采油工中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言程软件和工程计算中广泛使用的D u n s R o s 方法、H a g e d o r n B r o w n 方法、0 r k i s z e w s k i 方法、A z i z G o v i e r F o g a r a s i 方法、B e g g s B r i l l 方法以及A n s a r i 方法等。另外还必须强调指出，多相流理论是流体力学的一个新兴分支，其整体上还属于刚刚起步的状态，目前尚遗留有许多问题需要攻关解决，为此，国家自然科学基金委员会每年都资助一定的多相管流机理研究课题予以攻关。然而
15、，截至目前，国内外大多数的相关研究都过于偏向于一般的气液两相流动机理，且一般是以空气一水或水蒸汽一水等牛顿流体为基础上的( 如有代表性的西安交大国家多相流研究中心陈学俊院士、林宗虎院士以及美国T u l s a 大学B r i l l 教授等的研究) ，许多研究成果尚不能直接应用于石油生产领域，尤其对稠油开采、注聚合物开采等油气生产过程中所特有的多相非牛顿流体的流动规律更缺乏有价值的研究。致使目前在进行稠油井、注聚合物井等的工艺参数设计与工况分析时不得不仍使用前述的几种方法，这势必会降低油井生产工艺参数设计的合理性、整个生产系统的运行效率乃至油井生产系统设备的安全性。气体一非牛顿液体体系在管道
16、内的流动，可以在油田生产、集输的许多场合中遇到。在低于某一温度时，原油的流变性呈现屈服应力和剪切稀释的特点，属于非牛顿液体，所以有必要开展这方面的研究。经测试，稠油一般在温度高于7 5 9 0 的条件下，可视为假均匀液体，呈现牛顿流体特性；随着温度降低，稠油成为一种以液态烃为连续相、胶质沥青质为分散相的细分散悬浮液，其分散相带有双电层或溶剂化膜以防止凝聚，显示2中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言非牛顿流体特性；油温更低时( t 3 5 0 0 时，下降液膜处于紊流，气= O 0 7 9 1 ，”= O 2 5 。对于1 a y l o r 气泡段和液段可分别写出如下连续性方程：a 功u 描一( 1 一口符妒F = u 村( 3 2 1 )口【k 一( 1 一口6 s ) u = u 0( 3 2 2 )式中，【k 和【k 分别为液段中气相和液相的真实平均速度，为1 a y l o r气泡的绝对上升速度，口。为液段的平均截面含气率。N i c k l i n 掣1 71 建议用下式估算弹状流
