多相管流摩阻计算方法综述

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1、万方数据多相管流摩阻计算方法综述口居迎军1刘晓光1高永亮1曾妮2王鹏2(1．中国石油长庆油田采油六厂，陕西省定边县，718600；2．北京雅丹石油技术开发有限公司，北京昌平，102200)摘要：多相管流普遍存在于石油工业中，对指导整个油田生产系统的分析设计与原油集输工程方面的工作有着重要的影响。在进行多相管流研究时，大多数人最为关心的是温降和压降的计算，而在压降计算中，流体摩阻计算是重点也是难点，其计算的精准性是多相管流技术的关键。本文将着重对几种常见的预测压降行为的经验或半经验式中的流体摩阻进行分析比较。关键词：多相管流压降计算流体摩阻1前言随着原油、气从几千米深的地层中采出，大多数油气井已

2、经不是单相流动而是出现了气、液相或油，气、水三相流动，研究多相管流对指导整个油田生产系统的分析设计与原油集输工程方面具有十分重要的意义。多相管流已经成为石油工程领域中一个重要的研究对象，其研究内容主要是工艺计算，而工艺计算的重点是温降和压降。由于多相流的复杂性，目前在压降计算方面多采用以试验为基础的经验式或半经验式【ll。常见的女HDuns-Ros(1963)法，Hagedom—Brown(1965)法，Orkiszewski(1967)法，Aziz-Govier-Fogarasi(1972)法，Beggs—Brill(1973)法等[21，都被石油工业所广泛采用。在上述各种方法中，流体摩阻计

3、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【，1。1．1多相管流的压力梯度基本方程【4】塞=pg血占+厂暑詈+∥妄(1)上式中，P为流体密度，kg／m3，’r为流速，m／s，z为深度，m，P为压力，Pa,g为重力加速度，9．81m／s2Ip为井斜角，(。)，f为摩阻系数，D为管子内径，m。式中包括：因举高液体而克服重力所需的压力势能、流体沿管路的摩阻损失和流体因加速而增加的动能。2多相流摩阻计算简介2．1Duns-Ros方法1961年Duns和1963年Duns-Ros的压降计算方法，是继Poettmann-Carpent

4、er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。Ros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Fanning公式，取摩阻压差：蛔=华晴卜㈦式中，她为摩阻压差，Pa,五为Ros阻力系数，无因次。在雾流区，气相是连续的，气体与管壁之间发生摩擦，因此摩阻压差应以气相的速度来计算。仍然仿照Fanning公式取摩阻压差。Duns-Ros方法主要适合气液两相垂直管流。其覆盖所有的流动范围，但是主要针对于雾流。在工程上可以达到

5、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。该法对于低流量的高粘油情况不准确，因此应用于稠油时应注意。这种方55窜增n警留一铲犍-c掣ou一岬墨h■中圈．墨淋一‘蚕程一m【_删L■黜_删U一■f■万方数据法最适用于气举井的稳态性预测，对于所有的自喷条件都有较好的精度，但对于低流量、高粘度的油的情况不适用，如稠油。2．2Hagedorn--Brown方法1965年Hagedom和Brown针对油、气、水?昆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。知+器+孕㈥上式中，△p为油、气、水混合物在管段&上的总压差，Pa,Az为管段的

6、位置高差，ml。p为就地混合物的有效密度，kg／m3,五为阻力系数，无因次；Q为产油量，m3／s，q为伴随每生产lm3地面脱气原油的油、气、水的总质量，kg／m3·D为管子的直径，m；石为就地混合物的平均流速，m／s。在此方法中，Hagedom和Brown采用的就地混合物的有效密度P=矽’岛+(1-矽．)岛(4)上式中，痧’为就地?昆合物的有效空隙率，m，／m3，1一矽’为就地混合物的有效持液率，m3／m3，B为就地气相的密度，kg／m3；岛为就地液相的密度，kg／m3。Hagedom和Brown规定：油、气，水，混合物的流动阻力系瓤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

7、的关系求得，只是雷诺数的计算要选择下式：Re=鼎㈥上式中心‘为就地液相粘度，Pa‘s，以为就地气相粘度，Pa·s。Hagedorn-Brown为发展适合于长管的流动模型，以气液两相滑脱为基础(滑移模型)建立了经验性的相关式。但其在应用中一直有较高的精度，滑移模型方法在水平多相流动中得到了广泛的应用。2．5Orkiszewski方法1967年总结已有的方法，将压力梯度按不同流动型态采用已有或自己总结