油—水两相流流型研究

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1、油—水两相流流型研究油—水两相流流型研究陈杰章龙江严大凡（石油大学北京市昌平区!"##""）!!!!!!!!!!!!!!!!!!摘要油—水两相流动是石油工业中十分普遍的现象。研究油—水混合液的流变行为和它在集输管路里的流动规律，准确预测它的摩阻压降，对于油田集输管路的经济设计有着重要意义。本文扼要介绍了近#"年来国内外有关油—水两相流动的研究成果，包括油—水两相流动的流型、流型转换、流型和压降的关系等方面的一些理论和实验研究，并对未来油—水两相流研究的方向提出了一些看法。主题词原油水两相流动流动模型压力降检测!!!!!!!!!!!!!!!!!!井解释提供了一个有力工具。总之，油—

2、水两相流型研究是研究油—水两相流动的关键和难点，具有重要的理论和实际意义。油—水两相流动的研究是从稠油的减阻输送开始的，从2"年代的34567)8到9"年代:60);等人都没终止过对水包油核环状流型的研究，他们认为对于高粘油的输送该种流型压降最小，但是由于种种实际原因在油田生产中很难维持油—水两相流动处于水包油核流型。另外，<57（!99%年）、-50=4)>和?5@+0（!99&年）对A／B和B／A分散流型作了研究，他们普遍认为油—水两相流动的压降主要取决于外相的粘度，B／A分散流型的压降远小于A／B分散流型的压降，当分散相浓度大于C"’时，油—水分散体系具有非牛顿性，而且油—

3、水两相流动压!$概述油—水两相流动广泛存在于石油生产中，特别在油田开发的中后期，随着生产液中含水量的上升，从地层中的岩石空隙到油井及地面上的出油管线均会遇到油—水两相流动。通常油田集输管网的投资约占地面工程总投资的!／%，集输能耗则占生产总能耗的&"’，因此研究油、水混合液的流变行为和它在集输管路里的流动规律，准确预测它的摩阻压降，对于油田集输管路的经济设计有着重要意义。油—水两相流动因所处的流动条件不一而具有多种流动结构，即流型。由于油、水粘度差异比较大，不同的油水流动结构具有不同的流变特征，油—水两相流型也就成了影响压降的重要因素。在井筒和集输管网中，如果管壁长期和水接触就会

4、导致腐蚀、结垢和水化物等一系列问题，解决这些问题就需要控制油—水流型，阻止以水为连续相的油—水流型出现。在油—气—水多相流动研究过程中，()*+,,,、-.)//+01等许多学者一致认为油—水两相流动结构很大程度上影响着多相流动的流型转换和压降梯度，可以说油—水两相流动是油—气—水多相流动的基础。另外，对油—水两相流型的研究将会促进多相流计量技术的进步，同时它也为测!油气田地面工程-9卷第!期（#""""!）（BHI）第!J降随着分散相浓度的增加和粒度的减小而增大。其中<57!99%年关于油—水分散流型的研究最有代表性。!992年，以D6+777为首的EFGG<研究中心建立了两套

5、分别用于水平和倾斜管内油—水两相流动的实验环道，他们在分析前人流型的基础上，结合自己的实验结果统一了油—水两相流型的定义，并提出了一个预测轻质油—水两相流型的数学模型。#$油—水两相流动的流型分析油—水两相流型是指油、水两相流动时在管内不同的分布情况，即流动结构。油、水两相在管流时的存在形式有两种：分离流动和分散流动（即相连续和相分散），对于分离流具有界面波动问题，而对于分散流，又存在分散相浓度分布的问题，两相之间有时还存在着滑差，这些都是构成油—水两相流型的特征。油—水两相流动和气—液两相流动的根本差异在于：液—液的密度差和界面自由能均比气—液小得多，而液—液界面的动量传递能力

6、比气—液界面大得多；另外，油水混合液中常常含有沥青胶质、环烷酸、脂肪酸等多种天然乳化剂或人为加入的乳状剂，在流动过程中容易形成稳定的乳状液。宏观上表现为：处于分离流型的油—水界面容易起波，油、水两相容易混杂，出现分离流型的区域较小；乳化剂的存在使得油—水流型发展比较缓慢，流型与油—水混合液在管道入口时初始的结构状态有着密切的关系。总的说来，油—水两相流型的影响因素有：流体物性（密度、粘度、界面张力）、混合液流速、含水率、管径大小和管壁的亲水性、管路倾角、油水的乳化情况等。由于油、水乳化后能在较长时间内具有稳定的流动结构，这就给油—水两相流型的确定带来了较大的困难。为了研究的方便，

7、有的国外学者在油—水两相流型实验中，对实验油品的乳化性有特殊的要求，!"#$%大学要求实验油品不具有乳化性，油水剧烈混合后，一旦静止放置能在&’()内彻底分离。其他研究者通常都选择不易乳化的油品来作为实验介质或降低实验流速来阻止油水乳化，如*+,+-(.)/012的实验，最大混合流速仅为3+45’／6。!"#流型的划分油—水两相流型的影响因素很多，许多研究者由于所用的实验介质和实验设施的不同或者是流型检测手段的差异，从已公开发表的油—水流型实验来看，无论是流型的定义还是流型的划分