垂直管流实验

实验日期： 2012.10.31 成绩：

班级： 石工0910 学号： 09021462 姓名： 王壮壮 教师： 战永平 同组者： 杨乐乐、辛晓知、翟思聪、王骏、王之源、李天阳、冯喆

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：错误!未找到引用源。——重力压降；错误!未找到引用源。——摩擦压降；错误!未找到引用源。——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。

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。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；

9. 改变不同的气液流量，重复步骤7到8记录数据，一般取5组段塞流和5组泡流数据点。

10. 打开气、液旁通阀，再关闭测试阀，关闭离心泵和空压机，清理实验装置，实验结束。

三、数据处理

（1）基本参数：D=30mm h=6.0m ρg=1.29kg/m3 ρL=1000kg/m3 σ=0.072mN/m ε=4.57×10-5m νs=0.244m/s （2）实验测得的数据：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pwf/MpPt/Mpa Pr/Mpa Qg/(L/h∑QL/L T/s 流型 a ) 0.016 0.044 0.097 496 0.49 10 泡流 0.016 0.062 0.097 495 0.34 10 泡流 0.117 0.07 0.097 495 0.33 10 泡流 0.095 0.054 0.98 495 0.22 10 段塞流 0.098 0.05 0.98 400 0.09 10 段塞流 0.092 0.05 0.98 410 0.2 10 段塞流 0.086 0.046 0.98 430 0.2 10 段塞流 0.086 0.044 0.98 440 0.18 10 段塞流 0.081 0.04 0.99 445 0.15 10 段塞流 0.086 0.044 0.98 420 0.21 10 段塞流 （3）计算举例：

以第1组数据为例：

qgQ0.4951.375104m3/s 36003600LqlQ9.851030.491030.497104m3/s 9.85vtqgqlAF(1.3750.497)104(0.6670.457)1040.265m/s 22D0.03440.7277v2t0.72770.2652LB1.0711.0711.7030.13

D0.03取LB=1.703

qgqtqgqgql1.3751040.734LB=1.703 4(1.3750.497)10由此得到：

qgqtLB。根据流型判别方法（奥齐思泽斯基方法）计算第1组数据

属于泡流，实验观察现象也为泡流，验证流型判别方法（奥齐思泽斯基方法）的正确性。

四、思考题

1. 简述垂直井筒中各种流型的特征

答：①泡流：气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物的密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱效应比较严重。

②段塞流：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。

③环流：气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；滑脱损失变小，摩擦损失变大。

④雾流：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。

2.实验观察到的段塞流为什么说气体是非连续相，请解释？

答：在段塞流中，气体主要以气泡形式存在，气泡是非连续相，段塞向上运动的同时，沿管壁还有少许液体相对于气泡向下流动，因此向上流的气泡成为非连续相。

3.实验过程中怎样用水和空气模拟地层中原油与溶解气的两相流动的？

答：空气靠气泵压入实验管道中，水依靠气压压入实验管道，水和气体的流量在受控制的条件下流动，在控制不同气体流速，水的流速的条件下实现两相流动，不同的流速及流速差异得到不同的两相流的实验现象。

4.实验过程中，观察到了什么样的实验现象，并给出自己的解释？

答：实验过程中，观察到泡流和段塞流。泡流时，一些小气泡分散在液体中，气体是分散相，液体是连续相，这是因为此时气量还比较少，形不成连续相；段塞流时，一段液体，一段气体，这是因为气体增多，小气泡逐渐聚合，形成连续相。