礦場集輸管路授課教案

1、第四章 礦場集輸管路課程內(nèi)容分配學(xué)時(shí)主要內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)第一節(jié)概述共7學(xué)時(shí)1、氣液兩相管路的參數(shù)和術(shù)語；2、混輸管路的流型分類；3、兩相流壓降計(jì)算，與多相流 有關(guān)的幾個(gè)問題探討。1、多相流技術(shù)術(shù)語及特點(diǎn)2、壓降計(jì)算包括水平管和傾斜管多相混輸管線壓降計(jì)算概述：本章主要講述混輸管路的分類和優(yōu)點(diǎn)、混輸管路的流動(dòng)參數(shù)和技術(shù)術(shù)語、混輸管路的特點(diǎn)和處理方法、 兩相流壓降計(jì)算等方面的內(nèi)容，并且探討了與多相流有關(guān)的幾個(gè)問題。其目的是使學(xué)員通過本章的學(xué)習(xí)， 充分了解混輸管路在油田建設(shè)和油田生產(chǎn)的重要作用，并且對混輸管路與單相管路的不同之處特點(diǎn)、壓 降計(jì)算等有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。本章的重點(diǎn)為混輸管路的參數(shù)和術(shù)語、混輸管路

2、的特點(diǎn)以及壓降計(jì)算等部 分的知識(shí)。建議學(xué)員要與單相管路輸油管、輸氣管等比照進(jìn)行本章學(xué)習(xí)，這樣可以加深對混輸管路的 特殊性的理解。本節(jié)知識(shí)點(diǎn)： 本節(jié)主要介紹混輸管路的分類和優(yōu)點(diǎn)、混輸管路的流動(dòng)參數(shù)和技術(shù)術(shù)語、混輸管路的 特點(diǎn)和處理方法、兩相流壓降計(jì)算等方面的內(nèi)容。其中混輸管路的特點(diǎn)和處理方法、兩相流壓降計(jì)算是本 節(jié)重點(diǎn)掌握內(nèi)容也是本節(jié)的一個(gè)難點(diǎn)。1 氣液兩相管流的參數(shù)和術(shù)語一流量1、質(zhì)量流量：單位時(shí)間內(nèi)流過管路橫截面的流體質(zhì)量。Kg/s 2、體積流量：單位時(shí)間內(nèi)流過管路橫截面的流體體積。:-整、m3/s二流速Ag和A,那么:1、氣、液相流速如下列圖，假設(shè)在混輸管路內(nèi)，氣、液相所占的流通面積分別為

3、S AA氣相流速：“P_Tm/s(m/s)液相流速:液相的實(shí)際速度上述速度實(shí)質(zhì)上是氣、液相在各自所占流通面積上的局部速度的平均值，常稱為氣、當(dāng)氣、液相流速相同，即：時(shí)，氣液混合物的流速稱均質(zhì)流速。均質(zhì)流速2、氣、液相表觀流速A時(shí)的流速，即:所謂表觀流速就是指兩相混合物中任一相單獨(dú)流過管道全部流通截面氣相表觀速度:(m/s)液相表觀速度:(m/s)很顯然，氣相和液相的表觀流速必小于相應(yīng)的氣、液相實(shí)際速度3、氣液混合物流速氣液混合物流速表示兩相混合物總體積流量與流通截面積之比，即Q+2丄W = = % +心A堰m/s4、氣液相質(zhì)量流速氣液相質(zhì)量流量與管路流通截面之比。氣相質(zhì)量流速:液相質(zhì)量流速：旦

4、十M M& 二一=二 q二 w a+混合物質(zhì)量流速：.-'三氣液相對流速參數(shù)滑移速度：氣相速度與液相速度之差，即：Ws=Wg-Ws =滑動(dòng)比：氣相速度與液相速度之比：-I匚 漂移速度：氣相速度與均質(zhì)流速之差:四氣液含率1、氣液質(zhì)量含率質(zhì)量含氣率：氣相質(zhì)量流量與混合物總質(zhì)量流量之比。即:質(zhì)量含液率：亠 - 2、氣液體積含率0二學(xué)體積含氣率：管路流通截面上的氣相體積流量與氣液混合物總體積流量之比，即：體積含液率：.3、氣液截面含率 截面含氣率：氣相流通面積與管路總流通面積之比，有時(shí)也指某一管段內(nèi)氣體所占流道體積的份額。即:截面含液率：八 4、三種含率之間的關(guān)系(1) 體積含氣率與質(zhì)

5、量含氣率之間的關(guān)系0二魚二- 叫Q 2+0 %+%ms+ml見必+%p丄由以上兩式可以看出：一般情況下3 > x (由于 門3通過公式變形得:T/£/x -/叫 gQ-/Pi- _w堰% (必一+ (w也1 +叫“不上式即為質(zhì)量含氣率與體積含氣率之間的關(guān)系，氣液相的密度以及體積含氣率就可以求得質(zhì)量含氣率，反之亦然。(2) 質(zhì)量含氣率與截面含氣率之間的關(guān)系xMJ 出一A _.+4魚+魚,(1計(jì)% 叫叫E叫厲lPlxMPlXQ+(1刃呂Q耳+ (l-x)fivx上式即為質(zhì)量含氣率與截面含氣率間的關(guān)系。由于滑動(dòng)比s較難求得，由x準(zhǔn)確求解 ©有一定難度。3體積含氣率與截面含氣

6、率之間的關(guān)系“ 3 一 , 1 2+G 1 +卷 1 +瓷4 1 1卩 = i+%l+h+業(yè)-花上式即為截含氣率與體積含氣率之間的關(guān)系。由于這兩者的關(guān)系式中包含了滑動(dòng)比，而影響滑動(dòng)比的因素很多，因此或x的值求取截面含氣率是很困難的。從和二的關(guān)系式中可以得到：當(dāng).= 當(dāng)卜1 時(shí)，匚丁 ；當(dāng)'k- I五兩相混合物的密度1、流動(dòng)密度單位時(shí)間內(nèi)流過管截面的兩相混合物的質(zhì)量與體積之比，即_m_QQai Q Q二 0&+(1-0)厲2、真實(shí)密度表示一段長度管段內(nèi)氣液混合物質(zhì)量與其體積之比，即<pALL $ + (1 - 少)ALLpLAAL當(dāng)氣液相間無相對運(yùn)動(dòng)即氣液流速相等，此時(shí)J

7、' I,= 二_ , = 丫，流動(dòng)密度和真實(shí)密度相等，即流動(dòng)密度和真實(shí)密度定義不同，二者的應(yīng)用場合亦不同。流動(dòng)密度常用來計(jì)算氣液混合物沿管路流動(dòng) 時(shí)的摩阻損失；真實(shí)密度常用于計(jì)算氣液混合物沿地形起伏管路流動(dòng)時(shí)的靜壓損失，即計(jì)算由于管路高程 變化引起的附加壓力損失。2. 混輸管路的特點(diǎn)和處理方法一混輸管路的特點(diǎn)1、流型變化多在單相管路中，為研究流體流動(dòng)的特征，把流體的流動(dòng)分成層流和湍流兩種。不同流態(tài)下，流動(dòng)參數(shù) 和壓降間有著不同的關(guān)系。類似地，對氣液兩相管流也根據(jù)氣液在管路內(nèi)的分布和結(jié)構(gòu)特征，把兩相管路的流動(dòng)分成假設(shè)干流型。壓降計(jì)算時(shí)，考慮不同流型有不同的能量損失機(jī)理，采用不同的計(jì)算式。

8、測定流型方法大致分為三類： 目測法，包括肉眼觀察、高速攝影等； 測定某一參數(shù)的波動(dòng)量并與流型建立某種聯(lián)系，例如測量壓力的波動(dòng)、探針與管壁間導(dǎo)電率的波動(dòng)、X射線被管內(nèi)流體吸收量的波動(dòng)等； 由輻射射線的吸收量確定氣液混合物的密度和流型，如X射線照相和多束 Y射線密度計(jì)等。(1)水平管流型 埃爾烏斯流型劃分法較好地說明了氣液兩相流動(dòng)的流型變化特點(diǎn)。埃爾烏斯把水平兩相管路的流型分為氣泡流、氣團(tuán)流、分層流、波浪流、沖擊流、不完全環(huán)狀流、環(huán)狀流和彌散流等八種-k 弋糟敦 i研<<)km*. <4)翠定非專耽揺(Ki(hla 氣泡流，當(dāng)氣液混合物內(nèi)的含氣量不多時(shí)，氣體以氣泡形式濃集于管子的

9、上部。氣液間的外表張 力力圖使氣泡呈球形。氣泡以與液體相等的速度或略低于液體的速度沿管運(yùn)動(dòng)。兩相管路以氣泡流型穩(wěn)定 運(yùn)行時(shí)，一般無明顯的壓力波動(dòng)。b. 氣團(tuán)流，隨著氣量的增加，形成較大的氣團(tuán)，在管路上部同液體交替地流動(dòng)。c. 分層流，再增多氣量，氣團(tuán)連成一片成為連續(xù)氣相。氣液間具有較光滑的界面，相速度有較大的 差異。以分層流型穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，管路也無明顯的壓力波動(dòng)。d. 波浪流，氣體量進(jìn)一步增加，氣體流速提高，在氣液界面上吹起與行進(jìn)方向相反的波浪。以波浪 流運(yùn)行的管路有輕微的壓力波動(dòng)，其波動(dòng)頻率較高。e. 沖擊流，又稱段塞流。氣體流速更大時(shí)，波浪加劇，其波峰不時(shí)到達(dá)管頂，形成液塞，阻礙高速 氣流的

10、通過，進(jìn)而又被氣體吹開并帶走一局部液體。被帶走的液體或吹散成霧滴或與氣體一起形成泡沫。 顯然，以沖擊流工作的混輸管路其振動(dòng)和水擊現(xiàn)象最為明顯，管路壓力有很大波動(dòng)，但振動(dòng)頻率較小。f 不完全環(huán)狀流，氣量繼續(xù)提高，要求管路有更大面積供氣體通過。氣流將液體的斷面壓縮成新月 型，管路頂部的液層很薄而底部的液層較厚，形成不同心的環(huán)狀流。g. 環(huán)狀流，隨著氣流速度的進(jìn)一步提高，不同心環(huán)狀液層變薄，形成環(huán)狀流。氣體攜帶著液滴以較 高的速度在緊挨管壁的環(huán)狀液層的中心通過。h. 彌散流，當(dāng)氣體的流速更大時(shí)，環(huán)狀液層被氣體吹散，以液霧的形式隨高速氣流向前流動(dòng)。(2) 1976年，Taitel和Dukler根據(jù)氣液

11、界面的結(jié)構(gòu)特征和管壁壓力波動(dòng)的功率頻譜密度記錄圖的特征，將氣液兩相流動(dòng)分成三種根本流型。別離流：包括分層流、波浪流和環(huán)狀流。氣液均為連續(xù)相，管路壓力較平穩(wěn)。間歇流：包括氣團(tuán)流和段塞流。氣體為分散相，液體為連續(xù)相，壓力有較大波動(dòng)。分散流：包括氣泡流、分散氣泡流和彌散流。一種流體以細(xì)小顆粒分散于另一種流體內(nèi)，壓力較平穩(wěn)。 氣液兩相管路內(nèi)，流型必然和氣液兩相的流動(dòng)參數(shù)之間存在某種聯(lián)系，據(jù)此才能判斷管路內(nèi)處于何種 流型。以實(shí)驗(yàn)和觀察為主得到的流型圖，稱為經(jīng)驗(yàn)流型圖。1954年Baker提出了首幅適用于各種介質(zhì)的水平管路流型圖，之后，研究者又不斷提出各種流型圖 其中1974年Mandhane提出的流型圖

12、獲得較廣泛的認(rèn)同。0.L0.014J L.010100T相折卻連圖 Mandlhane流型圖Mandhane流型圖以液氣相表觀流速為縱橫坐標(biāo)，將氣液兩相流動(dòng)分為六種流型。流型圖的適用范圍比 Baker流型圖廣泛，近年來使用者頗多，但在流型圖上不能表達(dá)氣液物性對流型的影響。以上介紹的經(jīng)驗(yàn)流型圖存在一定缺陷：它們大多根據(jù)小管徑、低壓條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制，并帶有一 定主觀臆斷性，當(dāng)應(yīng)用于大口徑、較高壓力系統(tǒng)時(shí)存在著偏差；沒有全面考慮氣液物性、管徑、管路傾角 等對流型的影響；不便于上機(jī)計(jì)算；縱橫坐標(biāo)不一致不便于比較；流型的分界也無理論依據(jù)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，某些研究者試圖從理論和半理論方法對流型

13、進(jìn)行描述，以克服經(jīng)驗(yàn)方法的不 足。其中，1976年Taitel - Dukler提出的用半理論方法對流型分界的處理較全面，因而得到廣泛的認(rèn)同。Taitel - Dukler把兩相管路的流型分為五種，即：分層光滑流、分層波浪流、間歇流包括氣團(tuán)流和段塞流、環(huán)狀霧狀流和分散氣泡流。Taitel假設(shè)管內(nèi)氣液為一維穩(wěn)定流動(dòng)，以分層流入手，研究流型的轉(zhuǎn)換機(jī)理和分界準(zhǔn)那么，從而提出了Taitel - Dukler流型圖。圖 Taitel 水平管流型圖垂直管流型在陸上油氣田地面管網(wǎng)中 ，較高的垂直管路很少。但在海洋采油時(shí)遇到的立管較多，立管內(nèi)油氣兩相流動(dòng)產(chǎn)生的問題常制約海洋采油的正常生產(chǎn)。與水平和傾斜管相似，

14、各學(xué)者對垂直管路內(nèi)兩相流流型的劃分也有多種不同的方法。比較公認(rèn)的是將流型分為氣泡流、段柱流彈狀流、環(huán)霧流乳沫狀流和霧流環(huán)狀流四種，見以下列圖。何4>2、存在相間能量消耗在氣液兩相流動(dòng)中，由于兩相的速度常常不同，使氣液相間產(chǎn)生能量交換和能量損失。例如，在兩相 管路內(nèi)液體的劇烈起伏造成相間界面粗糙，增加了相間滑脫損失；液面的起伏使氣體的流通面積忽大忽小,氣體忽而膨脹忽而壓縮，氣體流動(dòng)方向亦隨著液面起伏而變化，這些都使兩相流動(dòng)時(shí)的相間能量損失增加。流速較高的氣體，常常把一局部液體拖帶到氣體中去，脫離液流主體時(shí)要消耗能量；被氣流吹成液滴 或顆粒更小的霧滴要消耗能量；由流速較慢的液流主體進(jìn)入流速較

15、快的氣流中的液滴或霧滴獲得加速度要 消耗能量，這些都存在能量交換。3、存在相間傳質(zhì)在兩相或多相管路內(nèi)，隨壓力溫度的變化，以及氣液相流速常不相同，氣液相間常處于不平衡狀態(tài)。 因而，相間不斷有質(zhì)量交換，使氣液在新條件下到達(dá)新的平衡狀態(tài)。故管路的氣液質(zhì)量流量、組成、密度、 粘度等參數(shù)沿線不斷地變化。氣液質(zhì)量流量的變化還影響流型和能耗的變化。4、流動(dòng)不穩(wěn)定管路穩(wěn)定工作時(shí)，各種流動(dòng)參數(shù)，如壓力、流量等，不隨時(shí)間變化。在氣液兩相管路中，氣液兩相各 占一局部流通面積，當(dāng)氣、液流量發(fā)生變化時(shí)，各相所占流通面積的比例也將發(fā)生變化，這就會(huì)引起管路 的不穩(wěn)定工作，并且需要較長的時(shí)間才能重新到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。5、存在非牛

16、頓流體和水合物在油田的多相流管路內(nèi)，油水混合物為非牛頓流體，其表觀粘度隨剪切歷史和剪切強(qiáng)度而變。在氣田 的多相流管路內(nèi)，在高壓、低溫條件下管路內(nèi)可能形成固態(tài)水合物，這使多相流管路的計(jì)算更趨復(fù)雜。二氣液兩相管路的處理方法流體力學(xué)的根本方程式，即表達(dá)質(zhì)量守恒的連續(xù)性方程和表達(dá)運(yùn)動(dòng)守恒的動(dòng)量方程與能量方程，也都 適于兩相流動(dòng)。對于兩相流動(dòng)，在考慮運(yùn)動(dòng)守恒時(shí)，還應(yīng)考慮相間的相互作用，故描述兩相流動(dòng)的方程組 要比單相流復(fù)雜得多。各國學(xué)者在處理具體的氣、液復(fù)雜共流時(shí)，常作某些假設(shè)使問題簡化，根據(jù)假設(shè)和 處理方法不同，可分為均相流模型、分相流模型和流型模型三種。1、均相流模型均相流模型是把氣液混合物看成為一

17、種介質(zhì)，因此可以把氣液兩相管路當(dāng)成單相管路來處理。在均相 流模型中作岀了兩個(gè)假設(shè)：1氣、液兩相速度相等。由于氣、液兩相的速度相等，因此管路還具有截面含氣率和體積含氣率 相等，氣液混合物的流動(dòng)密度和真實(shí)密度相等等特點(diǎn)；2氣液兩相介質(zhì)已到達(dá)熱力學(xué)平衡狀態(tài)，氣、液相間無熱量的傳遞，故流動(dòng)介質(zhì)的密度僅是壓力 的函數(shù)。顯然，氣泡流分散氣泡流和彌散流比較接近均相流模型的假設(shè)條件，而分層流、波浪流和環(huán)狀流 等同均相流模型的假設(shè)條件偏差較大。2、分相流模型分相流模型把管路內(nèi)氣液兩相的流動(dòng)看作是氣液各自分別的流動(dòng)。為此，需首先確定氣液相在管路內(nèi)各自所占的流通面積，即截面含氣率 J'和截面含液率HL,再把

18、氣相和液相都按單相管路處理并計(jì)入相間作 用，最后將氣、液相的方程加以合并。目前，H ：匚和相間相互作用等數(shù)據(jù)主要依靠實(shí)驗(yàn)求得。同時(shí)，分相流模型也作了兩條假設(shè)：1 氣、液兩相有各自的按所占流通面積計(jì)算的平均速度'''=和；2氣、液兩相間可能有質(zhì)量的交換，但氣、液兩相介質(zhì)處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，相間無熱量的傳遞。顯然，分層流、波浪流和環(huán)狀流等流型與分相流模型的假設(shè)條件比較相符，而其它流型的偏差較大。3、流型模型首先分清兩相流的流型，然后根據(jù)各種流型的特點(diǎn)，分析其流動(dòng)特性并建立關(guān)系式，這種處理方法稱 為流型模型。顯然，流型模型處理方法能較深入地揭示兩相流各種流型的流體力學(xué)特性，故

19、近年來這一分析方法受到理論界的重視并取得了一定的理論研究成果。但由于流型分界尚未完全統(tǒng)一，這種理論的研究成果還不 能普遍地用于實(shí)踐。目前，在工程上使用的大多是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根底上確定的各種流型的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。3. 兩相流壓降計(jì)算式各研究者提岀多種兩相流管路壓降計(jì)算式，隨研究的進(jìn)一步深入，計(jì)算式也不斷地被修正和更新。以下僅介紹在石油工業(yè)中使用較廣的幾種壓降計(jì)算式。一杜克勒I壓降計(jì)算式只適應(yīng)于水平管杜克勒在建立壓降計(jì)算方法時(shí)，根據(jù)氣液相的速度是否相同，即氣液相間是否存在滑脫損失，把兩相管路壓降計(jì)算法分為兩種情況，即Dukeler I和Dukeler II壓降計(jì)算法。下面先介紹一下Dukeler I法:假

20、設(shè)氣液兩相在管路內(nèi)混合得非常均勻，符合均相流模型的假設(shè)條件，可把氣液兩相管路當(dāng)作單相管 路進(jìn)行水力計(jì)算，只是在計(jì)算中用氣液混合物的各項(xiàng)參數(shù)取代單相流體參數(shù)，這樣，管路的壓降梯度可達(dá) 西公式計(jì)算：dp K w3片+(1 - 0)竝式中，1 管路條件下液體的粘度，Pa?s；：管路條件下氣體的粘度，Pa?s二杜克勒II壓降計(jì)算式只適應(yīng)于水平管Dukler認(rèn)為，在實(shí)際管路中氣液兩相的流速常不同，相間存在滑脫。只有在流速極高的情況下，才能 近似認(rèn)為兩相間無滑脫存在。因此，杜克勒利用相似理論，并假定沿管長氣液相間的滑動(dòng)比不變，建立了 相間有滑脫時(shí)管路壓降梯度的計(jì)算方法，即杜克勒II法。兩相管路的壓降梯度仍

21、按I法公式計(jì)算，只是氣液混合物密度計(jì)算公式有所變化。dp 41 dl d 2.In念(7 = 1-% = 1.281 -0.478(-h 5J+0.444(-InRf -0.0$4(-h J3+0.00843(-hJ12込由于截面含液率HL與雷諾數(shù)間呈隱函數(shù)關(guān)系，需要猜算，所以Dukler II法的計(jì)算步驟為:1假設(shè)HL2求兩相混合物濃度 P錄R “應(yīng)3 求雷諾數(shù)"4查以下列圖得到HL理匚如兀5%5 如果那么進(jìn)行下一步，否那么重新假設(shè) Hl6由RL查以下列圖得：也可以用公式計(jì)算，然后求 丨C-Rl關(guān)系曲線三Beggs-Brill 貝格斯一布里爾相關(guān)式1、壓降梯度計(jì)算式本計(jì)算式的前提假

22、設(shè)條件為：1流量為常數(shù)，即流動(dòng)是穩(wěn)定的；2等溫。氣液混合物沿管流動(dòng)時(shí)的能量守恒方程為：dp-dl np 2d 2式中，匸匚一管段一二的高程差上式中各項(xiàng)分別為單位質(zhì)量氣液混合物的壓能、 把上式改寫成壓降梯度的形式，有：動(dòng)能、位能以及沿管長點(diǎn)£流動(dòng)時(shí)由摩擦而損失的能量。即管路總壓降梯度為單位管長動(dòng)能、位能變化和摩擦損失之和。通過研究分析以及適當(dāng)?shù)暮喕梢缘玫饺缦玛P(guān)系式具體推導(dǎo)過程見教材：妙1也+1-鳳珂麗血+2鰐P當(dāng)截面含液率等于1或等于0時(shí)，上式即為單相液體或單相氣體管路的壓降梯度計(jì)算式，式中氣液混輸水力摩阻系數(shù)和截面含液率都需通過實(shí)驗(yàn)求得。上式既考慮了上坡時(shí)舉升油氣混合物所消耗的能量

23、，又 考慮了下坡時(shí)回收的能量。既可用于水平管路，亦適應(yīng)于傾斜管，在垂直油管中亦有應(yīng)用該方程的實(shí)例。2、截面含液率由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)繪的截面含液率與管路傾角9的關(guān)系如以下列圖所示90 -TO-JO -1G 0 1030 恥 io 90-口- ； 2二-4； 3- -,-:圖3 - 12 截面含液率與傾角的關(guān)系由實(shí)驗(yàn)曲線中，B-B得出如下結(jié)論：1管段傾角大于3。時(shí)，實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)分層流型。2傾角由水平逐步增加時(shí)，液體流速減慢，含液率增加。傾角約為50°時(shí)，管段內(nèi)截面含液率最高。進(jìn)一步增加傾角時(shí)，液體不時(shí)充塞管路流通截面，岀現(xiàn)氣頂液體向上流動(dòng)現(xiàn)象，液體流速增加，截面含液率又有所下降。3在下坡管段觀

24、察到的流型幾乎全是分層流。當(dāng)管段由水平逐步向下傾斜時(shí)，液體流速增大，截面含 液率下降，傾角約為-50。時(shí)，截面含液率到達(dá)最小值。之后，流型轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀流，由于管壁和液體的粘性 阻力，液體流速減慢，截面含液率又有所上升。B B 1977年又經(jīng)布朗修正將兩相管路的流型分為四種，即：別離流，包括分層流、波浪流和環(huán)狀流；過渡流；間歇流，包括氣團(tuán)流和段塞流分散流，包括氣泡流和彌散流或稱液霧流。兩相管路的流型判別準(zhǔn)那么以及水平管截面含液率和傾斜管截面含液率的計(jì)算見教材或?油氣集輸設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?附錄Co3、兩相水力摩阻系數(shù)兩相流水力摩阻系數(shù).可用下式計(jì)算：a二躺式中，'為均質(zhì)流的水力摩阻系數(shù)；In 翻R&

25、#163;-0.0523- 3.1821n +0.8725111 mf - 0.01853ta，朋一兩可當(dāng) 1悄1一2 時(shí)，"ln2加-L2在眾多考慮管路起伏影響的混輸管路水力計(jì)算方法中，B B壓降計(jì)算是唯一考慮下坡管段能量回收的估算的截面含液率偏計(jì)算方法。但由于BB相關(guān)式有以下缺點(diǎn)：沒有直接提岀計(jì)算截面含液率的相關(guān)式; 高；由一種流型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N流型時(shí)，含液率不連續(xù)，使兩相水力摩阻系數(shù)也不連續(xù)，這與實(shí)際管路不符 等。因而，通過試驗(yàn)得出 M B相關(guān)式。四Mukherjee Brill 相關(guān)式1、流型分界在油田集輸系統(tǒng)中，嚴(yán)格水平的管路是少有的，研究管路傾角對流型的影響具有重要的實(shí)用意

26、義。Brill用空氣一煤油、空氣一潤滑油為介質(zhì)，在管徑38.1毫米的管路內(nèi)，進(jìn)行傾角對流型影響的實(shí)驗(yàn)。他們認(rèn)為有些學(xué)者力求把流型分得過細(xì)，而某些流型事實(shí)上僅存在于很狹小的區(qū)域內(nèi)，它們與其它流型的差異并不 顯著，也難于客觀地進(jìn)行區(qū)分。因此，他主張把流型只分為氣泡流、分層流、沖擊流和環(huán)狀流四種，并通 過實(shí)驗(yàn)，提岀一組以無因次準(zhǔn)數(shù)表示的、適用于各種管路傾角的流型分界相關(guān)式，其形式為:氣相表觀流速準(zhǔn)數(shù)：式中，、為外表張力a. ! '上傾角，氣泡流段塞流間轉(zhuǎn)型相關(guān)式為：%R0Kplg%+0M+0074$inl855$i0+二695 兀N制f N恤為氣泡流嘰P入環(huán) 為沖擊流式中，一管路傾角，上傾角

27、為正值，下傾角為負(fù)值。b. T'二任何值，沖擊流環(huán)狀流間轉(zhuǎn)型相關(guān)式為：滄 二 10 exp 1401-2一694見 +0.521N $ N為環(huán)狀流，彌散流N nN為不一定是沖擊流，也可能為其它流型。c. U L 水平或下傾角，氣泡流-段塞流轉(zhuǎn)型相關(guān)式為：<0.431 + 1 132 sin 5-3.0032、叫必?zé)?1.133覽見觸細(xì)叭；二為氣泡流% t % 為分層流或沖擊流d. iJ 水平或下傾角，分層流邊界相關(guān)式為:321-0 017-4.267 51115-2.972下標(biāo)BS 氣泡流一段塞流； S段塞流環(huán)狀流；ST 分層流M- B就實(shí)驗(yàn)中觀察到的傾斜管路兩相流動(dòng)情況，進(jìn)行歸

28、納和分析，得出以下結(jié)論：a. 丁-二 時(shí)，丄門一-*，：.為環(huán)狀流，X =卜、時(shí)為環(huán)狀薄膜，彌散流。b. ：；，不管傾角是多少，實(shí)驗(yàn)中沒有觀察到分層流現(xiàn)象。當(dāng)二：上時(shí)為氣泡流，否那么是沖擊流。另一名學(xué)者巴利亞認(rèn)為：-，分層流消失；r時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)波浪流。c. 管路下傾時(shí)常遇到分層流或氣泡流。只有液體流量大得足以推動(dòng)聚結(jié)的氣泡向下游流動(dòng)時(shí)才岀現(xiàn)段 塞流當(dāng)：在030°內(nèi)，隨傾角變大，分層流范圍逐漸擴(kuò)大；時(shí)，隨傾角變大，分層流范圍逐漸縮小。這主要是由于重力和粘性引起的。d. 不管管路傾角如何，液相粘度對流型的轉(zhuǎn)變都有較大的影響。粘度越大，在單位體積中有很大外表積的氣泡在液體中運(yùn)動(dòng)受到較大阻力

29、，其流動(dòng)速度減慢，氣泡易于聚結(jié)，合并成大氣團(tuán)并轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊流型。因而在某一液體輸量下，液體粘度越大，由氣泡流向段塞流轉(zhuǎn)變的氣體流量越小。e. 為負(fù)值時(shí)，氣泡受浮力影響，向上運(yùn)動(dòng)的分速度和流體流動(dòng)的方向相反，氣泡受液體質(zhì)點(diǎn)的碰撞和剪切變?yōu)楦〉臍馀?。因而，液體流量為定值時(shí)，氣泡流轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳鞯臍怏w流量比1時(shí)大得多。下傾管中很少岀現(xiàn)段塞流型。f. 在某一液體流量下，管路上傾角愈小，氣泡在管截面上的分布愈不均勻，管截面上方的氣泡濃度愈大，易于合并成較大氣團(tuán)，最后變?yōu)槎稳餍汀Ｒ蚨?，上傾角較小時(shí)，由氣泡流轉(zhuǎn)變?yōu)槎稳鞯臍怏w流量 較小。2、持液率相關(guān)式用非線性方程回歸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得岀截面含液率的相關(guān)式式中，

30、一 ：系數(shù)，具體數(shù)值見教材。3、壓降相關(guān)式M- B提出了各局部的計(jì)算式，具體計(jì)兩相管路的壓降由高程壓降、加速壓降和摩阻壓降三局部組成。算公式和計(jì)算步驟見教材。需要說明的是，在管路全長范圍內(nèi)，隨著管路壓力的降低，溶解于原油中的天然氣會(huì)逐漸釋放岀來， 氣體的質(zhì)量流量和流速都會(huì)增加，管路流態(tài)(或流型)、油氣物性等一系列參數(shù)均會(huì)改變，因此在計(jì)算較 長的兩相管路時(shí)，應(yīng)將管路分成假設(shè)干管段，算岀各段的壓降后相加得到全管路的壓降。這種分段計(jì)算的方 法適用于本章中介紹的各種壓降計(jì)算方法。(五)Flanigan 相關(guān)式1、管路起伏對兩相管流的影響管路沿線存在起伏時(shí)，不僅影響兩相管路的流型，而且液相大量聚積在低洼

31、和上坡管段內(nèi)，使氣體的 流通面積減少、流速增大，造成較大的摩擦損失和滑脫損失。(1)對流型的影響根據(jù)布里爾流型劃分法，管路上傾時(shí)很少有分層流岀現(xiàn)，而管路下傾時(shí)經(jīng)常遇到分層流。(2 )管路上坡舉升氣液混合物所消耗的能量在下坡時(shí)得不到全部回收上坡舉升流體所引起的壓力降為：&瓦+P當(dāng)(1 一，由于重力的影響使液相流速減慢,液體所占的流通面積增大，平均截面含液率亠：增加；浮力的作用使氣體流速增加，流通面積減小，平均截面含氣率二減??；相反，在其下坡段，由于重力和浮力的作用，使-I減小，匸增大，并且液相密度遠(yuǎn)大于氣相密度，所以下坡段所回收的壓能不能完全補(bǔ)償上坡段舉升流體所消耗的能量。故管路沿線地形

32、 起伏時(shí)，管路的壓降除克服沿程摩阻外，還包括上坡段舉升流體所消耗的、在下坡段不能完全回收的壓能 損失，這是兩相管路不同于氣液單相管路的重要特征。兩相管路的壓降主要由兩局部組成，沿程摩阻和克服管路高程變化的壓力損失。在天然氣-凝析液地形起伏的混輸管路中，氣量小時(shí)雖然沿程摩阻損失減小，但管路內(nèi)積液量增多，管路上坡舉升液體需要的 能量增多，使管路總壓降增大。氣量大時(shí)，管路內(nèi)積液量減少，舉升液體所需的能量減少，但氣液沿程摩 阻損失增大，使管路壓降也增大。在某一中等輸量下，沿程摩阻和高程變化壓力損失之和最小，存在管路 的最優(yōu)輸量。不難推斷，在某一氣液輸量下，存在能量損失最小的管徑，有時(shí)使用大直徑管路的壓

33、降反而 增大，這也是兩相管路不同于單相管路的重要特點(diǎn)。2、弗萊尼根關(guān)系式弗萊尼根在研究許多現(xiàn)場數(shù)據(jù)后得岀結(jié)論：(1)管路下坡段所回收的壓能比上坡段舉升流體所消耗的壓能小得多，可以忽略；(2)上坡段由高差所消耗的壓能與兩相管路的氣相表觀流速呈相反關(guān)系，表觀流速趨于零時(shí)，高程附 加壓力損失最大；(3 )由爬坡所引起的高程附加壓力損失與線路爬坡高度的總和成正比，和管路爬坡的傾角、起終點(diǎn) 高差的關(guān)系不大。1958年，弗萊尼根建立了兩相管路由于高程變化所引起的附加壓降Ph 的計(jì)算式為：(Pa)式中，工z管路上坡高度的總和，mFe起伏系數(shù)，它和氣體的折算速度有關(guān)，無因次1 + 1.078和實(shí)起伏管路的總壓

34、降為水平管路壓降與起伏附加壓降之和，由任一種兩相水平管路壓降關(guān)系式求水平管路的壓降，利用弗萊尼根關(guān)系式計(jì)算管路起伏引起的附加壓力損失，然后疊加求得起伏兩相管路的總壓降。六組合模型近30年來，各國學(xué)者提岀的兩相流計(jì)算模型不下數(shù)十個(gè)。這些模型一般包括：流型劃分、持液率計(jì)算、摩阻壓降、高程壓降、加速壓降計(jì)算等幾局部。把各模型計(jì)算精度較高的局部組合在一起，構(gòu)成組合模型。如利用BB模型劃分流型，Eaton模型計(jì)算持液率，用 BB模型計(jì)算摩阻壓降采用Moody圖提供的水 力摩阻系數(shù)、高程壓降和加速壓降，這構(gòu)成了組合模型，稱為Beggs & Brill Moody EatonBBME 模型。在兩相和

35、多相流商品軟件內(nèi)，常包含多種組合模型供使用者根據(jù)油氣田具體工況進(jìn)行選擇。這要求軟件使 用者有扎實(shí)的多相流理論根底和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能用好這些商品軟件。4. 段塞、清管與磨蝕一段塞1、段塞流分類常把段塞流分為三種，即水動(dòng)力段塞流，地形起伏誘發(fā)段塞流和強(qiáng)烈段塞流。在上述三種段塞流中，早期研究水動(dòng)力段塞流的文獻(xiàn)較多，隨著研究的深入和生產(chǎn)實(shí)踐的需要目前已轉(zhuǎn)向后兩類，特別是第三類 段塞流。1水動(dòng)力段塞流：管內(nèi)氣液表觀流速處于流型圖段塞流范圍內(nèi)誘發(fā)的段塞流。2地形起伏誘發(fā)的段塞流：由于液相在管路低洼處積聚、局部堵塞氣體通道而誘發(fā)的段塞流，常在較低氣液流量下發(fā)生。以下列圖表示在低輸量下濕天然氣管路內(nèi)的流動(dòng)

36、情況，在下坡管段中流體含液率僅百分之 幾，氣液混合物在管內(nèi)處于分層流。下坡段的液體到達(dá)管路低洼部，低洼處下游上坡管段內(nèi)的局部液體因 重力而倒流，使管道低洼部積聚液體，氣體流通面積減小。在局部堵塞的管道低洼處，氣體流速增大，帶 液能力增強(qiáng)，使上坡段的含液率大幅增加，可達(dá)50%左右，在上坡段就形成了段塞流。在穩(wěn)態(tài)多相流軟件中，對地形起伏管段只能采用上下坡分段的方法計(jì)算；瞬態(tài)軟件可跟蹤段塞的形成和開展。1 在管路低洼處積液；2液體間歇地流至下游的低洼處；3上坡段局部液體倒流，與上游來的液體形成液塞3強(qiáng)烈段塞流：液塞長度大于立管高度的一種段塞流，其特征是氣液流量和岀油管壓力有周期性的強(qiáng) 烈波動(dòng)。從井口

37、平臺(tái)生產(chǎn)的油氣井流體，經(jīng)海底岀油管路與立管進(jìn)入生產(chǎn)平臺(tái)或浮式生產(chǎn)系統(tǒng)。在氣液流 量較小時(shí)，岀油管一立管系統(tǒng)易發(fā)生強(qiáng)烈段塞流。2、強(qiáng)烈段塞流岀油管一立管系統(tǒng)，假設(shè)岀油管為下傾管，管內(nèi)氣液流量很小并呈分層流型時(shí)，將發(fā)生以下列圖所示的強(qiáng)烈 段塞流。強(qiáng)烈段塞流具有周期性，在一個(gè)周期內(nèi)大致分為以下四個(gè)過程。圖強(qiáng)烈段塞流形成機(jī)理(1)立管底部堵塞 在下傾的岀油管內(nèi)氣液分層流動(dòng)，由于氣體流速較小，沒有足夠的能量攜帶液體 通過立管，使液體在立管底部聚集，堵塞由岀油管流來的氣液混合物的流道，此時(shí)立管岀口無液體排岀， 僅有少量平衡氣體排岀。由于立管底部被液體堵塞，只有液體才能進(jìn)入立管，立管內(nèi)液位增高。岀油管的 氣

38、體不能進(jìn)入立管，積聚在岀油管內(nèi)，使岀油管壓力增大。(2 )立管排液 當(dāng)岀油管壓力增大至高于立管液柱的靜水壓力時(shí)，液體開始從立管頂部排岀。隨液體 的排岀，積聚在立管底部的液體量逐漸減少。此時(shí),(3 )液塞加速 當(dāng)積聚在立管底部的液體量減少到某一程度，岀油管內(nèi)的氣體能竄入立管時(shí)，由于立 管內(nèi)含氣液柱靜壓的減小，在岀油管和立管壓差推動(dòng)和氣體氣提作用下，液體加速由立管頂部排岀。排液流量到達(dá)峰值流量，常為平均液體流量的幾倍，如果管路下游別離器或捕集器沒有控制系統(tǒng)可能淹沒 容器。(4 )立管排氣液塞上游管路內(nèi)積聚的氣體以極快的流速排岀立管，進(jìn)入安裝在平臺(tái)上的下游別離器 或捕集器，短時(shí)間內(nèi)使裝置的氣液負(fù)荷有

39、很大周期性的變化。之后，立管內(nèi)氣體流速減小，岀油管壓力下降，又開始新一輪循環(huán)。在一個(gè)周期內(nèi)，岀油管壓力的變 化見以下列圖。圖岀油管壓力的周期變化1 立管底部堵塞；2立管排液；3氣泡竄入立管、液塞加速；4立管排氣由強(qiáng)烈段塞流形成過程分析，岀油管向下傾斜、管內(nèi)氣體流量很小，氣液呈分層流動(dòng)是產(chǎn)生強(qiáng)烈段塞 流的前提。發(fā)生強(qiáng)烈段塞流的氣液表觀速度范圍處于流型圖的分層流區(qū)域內(nèi)，Boe提岀的判斷準(zhǔn)那么為:式中，Wg、WL 氣液表觀速度，m/s;i 出油管壓力，Pa；i 液體密度，kg/m3；“一岀油管傾角，弧度；_ 出油管長度，從上式分析，當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，岀油管愈長發(fā)生強(qiáng)烈段塞流所需的液體表觀速度越小，越

40、容易發(fā)生 強(qiáng)烈段塞流，即在流型圖上發(fā)生強(qiáng)烈段塞流的區(qū)域愈大。岀油管壓力愈大，在流型圖上發(fā)生強(qiáng)烈段塞流的 區(qū)域愈小，發(fā)生強(qiáng)烈段塞流的幾率減少。發(fā)生強(qiáng)烈段塞流時(shí)岀油管路的壓力變化幅度顯然和立管高度有關(guān)。壓力變化幅度的極限應(yīng)為立管充滿 液體和充滿氣體時(shí)，立管底部形成靜壓之差。強(qiáng)烈段塞流的周期和系統(tǒng)壓力及岀油管容積直徑、管長 有關(guān)，管路容積愈大，壓力上升至排液壓力所需的時(shí)間愈長，排液和排氣的時(shí)間愈長，強(qiáng)烈段塞流的周期 愈長；系統(tǒng)壓力愈高，強(qiáng)烈段塞流的周期愈短。3、強(qiáng)烈段塞流的抑制強(qiáng)烈段塞流的抑制就是破壞其形成的條件，即破壞岀油管的氣液分層流動(dòng)并防止立管底部被液體堵塞。其方法較多，根本上從設(shè)計(jì)和增加附加

41、設(shè)備兩方面解決。例如：減小立管直徑，增加出油管壓力和立管 內(nèi)的氣液流速；立管底部注氣，減小立管內(nèi)氣液混合物柱的靜壓，使氣體帶液能力增強(qiáng)；采用海底氣 液別離器或海底液塞捕集器；在海底或平臺(tái)利用多相泵增壓；立管頂部節(jié)流等。強(qiáng)烈段塞洗形成機(jī)理液體堵庫出11無流體流茁樂力上升至與立管 內(nèi)靜液柱叩衡 流體流出排出被塞 出口流體加速管道氣體流出二清管兩相管路運(yùn)行中突岀的問題是管路中積液和內(nèi)腐蝕。管路內(nèi)積水是產(chǎn)生管路內(nèi)腐蝕的重要誘發(fā)因素， 故在海洋產(chǎn)油時(shí)一般在平臺(tái)上將油氣脫水后送入管路。油氣兩相輸送時(shí)，液體積聚在管路低洼處，引起管 路壓降上升，輸送效率降低。定期清管是提高管路輸送效率的有效措施。此外，在管路

42、竣工階段，可去除 管內(nèi)的雜質(zhì)；可為管路內(nèi)壁涂敷樹脂類防腐層。對濕天然氣管路，投產(chǎn)前需用清管器和枯燥劑對管路進(jìn)行 枯燥，防止殘留水與天然氣生成水合物。常用的清管器為密封型清管器，或?yàn)閳A盤式，或?yàn)榍蛐吻骞芷?。球形清管器由橡膠或塑料制成，大直 徑清管球的內(nèi)部可充以液體，使球的外徑比管路內(nèi)徑有適宜的過盈量。1、清管頻率清管頻率與管路終端捕集器液體處理能力有關(guān)，有些石油公司規(guī)定以管路內(nèi)積液量不超過捕集器液體處理能力，以此確定清管頻率。某些管路有最大允許壓降的要求，為減小管路壓降，也需定期清管。2、清管器運(yùn)行速度在中國石油大學(xué)華東兩相流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行過清管實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)管路管徑81mm長350m對單相液體管路

43、清管時(shí)，清管器在管內(nèi)的運(yùn)行速度與液體流速根本相同，實(shí)測通球時(shí)間與計(jì)算值的相對誤差不超過 4%°。氣液兩相管路清管器的運(yùn)行規(guī)律與單相液體不同，實(shí)測通球時(shí)間比按氣液混合物流速計(jì)算的通球時(shí)間長得多，按氣液流量不同，相對誤差在10%-45%之間。由于清管球在管路內(nèi)運(yùn)行所遇到的阻力是不均勻的， 氣液混合物內(nèi)的氣體又是可壓縮流體，因而清管球在管內(nèi)運(yùn)行速度也極不均勻，觀察到清管球時(shí)停時(shí)走現(xiàn) 象。3、管路枯燥輸送濕天然氣的管路在清淤、充水試壓后，需要枯燥，以免投產(chǎn)后在管內(nèi)產(chǎn)生水合物?？菰锏姆椒ù?體有三種：用液氮枯燥管路，處于超低溫和液態(tài)下的氮?dú)猓繕O低，有很強(qiáng)的吸濕能力，這種方法 適用于有液氮

44、來源的場合；用露點(diǎn)低于-60C的、極枯燥的空氣推動(dòng)清管器，清管器的刷子使管內(nèi)積水 揚(yáng)起，易被空氣吸收。這種方法常用于小直徑管路；用甲醇吸收管內(nèi)水分。三磨蝕多相流管路內(nèi)常含有固體雜質(zhì)。在某些流型下，特別是段塞流型下，固體雜質(zhì)的高速流動(dòng)將對管路內(nèi) 壁產(chǎn)生磨蝕。試驗(yàn)說明，當(dāng)管內(nèi)氣液混合物流速超過下式表示的磨蝕流速時(shí)將發(fā)生管內(nèi)壁磨蝕。丁3122式中，W磨蝕流速，m/s ;Pm-混合物密度，kg/m3；C-經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，對無固體顆粒、有內(nèi)壁防腐措施的連續(xù)運(yùn)行管路C取122;對間歇運(yùn)行管路取152。在確定多相流管路管徑時(shí)，混合物的流速不應(yīng)超過磨蝕流速。對磨蝕流速的研究仍在進(jìn)行，而且將擴(kuò)展至液體和氣體單相流管路

45、。5.多相泵為氣液混合物增壓的水力機(jī)械稱多相泵。在生產(chǎn)流程中使用多相泵有如下優(yōu)點(diǎn)：減少邊緣井井口回 壓，增加油井產(chǎn)量，延長油井壽命；對于儲(chǔ)量和產(chǎn)量不大的邊緣油田，按常規(guī)流程開采油田時(shí)，需將油 井產(chǎn)物進(jìn)行氣液別離，氣液分別用泵和壓縮機(jī)增壓用單獨(dú)的管路送往新建的集油站、壓縮機(jī)站或火炬系統(tǒng) 等，投資大，其生產(chǎn)本錢常在邊緣油田的經(jīng)濟(jì)開采界限以上，不得不放棄這些邊緣小油田的開采。同樣， 海洋主力油田周圍有許多儲(chǔ)量不大的邊緣油田，假設(shè)按主力油田方式開采這些油田，或者因?yàn)楫a(chǎn)量較小，或 者因?yàn)樗蜉^深，建設(shè)生產(chǎn)平臺(tái)技術(shù)上難度大、經(jīng)濟(jì)上也得不償失。假設(shè)利用多相泵安裝于井口平臺(tái)或海 底對邊緣油田生產(chǎn)的油氣進(jìn)行增壓

46、，氣液混輸至臨近的現(xiàn)有生產(chǎn)平臺(tái)上進(jìn)行加工，能降低生產(chǎn)本錢，使 邊緣油田得以經(jīng)濟(jì)地開采；與常規(guī)流程相比，采用多相泵的占地面積小、生產(chǎn)流程簡單、流程的密閉性 好。多相泵同時(shí)起泵和壓縮機(jī)的作用，對氣液混合物進(jìn)行增壓。與壓縮機(jī)類似，一般希望泵有較高的入口 壓力，以提高泵對氣液混合物的增壓效果、減小增壓所耗功率。除對水力機(jī)械泵、壓縮機(jī)的一般要求外，由于泵送對象氣液混合物的特殊性，對多相泵還有 以下特殊要求。能適應(yīng)氣液體積流量和氣液比大幅變化的能力。由于油田生產(chǎn)的特點(diǎn)，通過泵體的氣液混合物的體積 流量常有較大幅度的變化，泵增壓所消耗的功率也有大幅度變化。此外，由于氣體具有可壓縮性，泵在增 壓過程中，隨壓力

47、增加，氣液體積流量減小，因而，要求泵對氣液流量的變化有很強(qiáng)的適應(yīng)能力?，F(xiàn)場試 驗(yàn)說明，泵進(jìn)口氣液混合物的氣液比例極不均勻，在一段時(shí)間內(nèi)接近100%液體，另一段時(shí)間內(nèi)接近 100%的氣體，氣液常交替地流過泵體。有較強(qiáng)的抗磨、抗蝕能力。未經(jīng)加工的油氣水混合物較臟，除水以外，還含有一定量的砂子等固體雜 質(zhì)，因而泵必須抗磨、抗蝕。能適應(yīng)不同環(huán)境的要求。油氣田所處地域不同，自然環(huán)境各異，要求泵能適應(yīng)惡劣的自然環(huán)境。為避 免建設(shè)昂貴的海洋平臺(tái)，有時(shí)要求將多相泵安裝于海底，這就要求泵能完全自控，工作十分可靠，有較長 的12年無故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。相關(guān)例子1:1油氣混輸管路中，隨著管線的延長，壓力越來越低，有氣

48、體析岀，此時(shí)氣體的質(zhì)量流量增加， 密度增加；而液體的質(zhì)量流量減少，密度增加。2注蒸汽管路中，起點(diǎn)壓力約在150170大氣壓，溫度為300C左右，質(zhì)量含氣率約 70%隨著壓力的降低，散熱量增加，質(zhì)量含氣率下降。相關(guān)例子2:兩相管路沿線地形起伏所引起的附加壓降十分驚人，例如，美國有一條16英寸的兩相管路通過36個(gè)不大的小丘，按水平管路估算的壓降為1.7 xiO5Pa,投產(chǎn)10天后壓降穩(wěn)定在20.4 xiO5Pa,約為按水平管估算壓降的12倍，可見兩相管路沿線起伏對壓降的影響不可無視。在選線工作中有時(shí)會(huì)岀現(xiàn)線路長、 地勢平坦的方案優(yōu)于線路短而沿線有較大起伏的方案。相關(guān)知識(shí)3:立管頂部節(jié)流法為使系統(tǒng)穩(wěn)

49、定運(yùn)行，必須在立管底部岀現(xiàn)新液塞并進(jìn)入立管、在管內(nèi)增長至立管頂部前，將液塞排岀 立管，使氣液混合物在系統(tǒng)中連續(xù)流動(dòng)。為此，把混合物流速氣液相表觀速度之和作為控制參數(shù)，假設(shè)減小，表示將發(fā)生阻塞。為舉升剛形成的液塞，岀油管路的壓力應(yīng)高于立管下游別離器或捕集器的正常平 均操作壓力。立管頂部節(jié)流可增大管路和捕集器之間的差壓，利于在立管內(nèi)剛形成的小液塞流向捕集器， 見以下列圖。圖中，以氣液混合物的流速作為控制閥的設(shè)定值，混合物流量較大時(shí)增大控制閥開度；反之，流 量較小、易發(fā)生強(qiáng)烈段塞流時(shí)，減小閥的開度，增大岀油管和立管底部與捕集器間的壓差，增大混合物的 流量。節(jié)流的缺點(diǎn)是井的回壓增大，可能影響油井的產(chǎn)量

50、。相關(guān)例子4:以下列圖為英國Frigg海底管路管徑0.813m、長364km投產(chǎn)前的枯燥示意圖?？菰飼r(shí)，投放45個(gè)清管器。用壓縮機(jī)在第一個(gè)清管器前及第二、第三清管器間注入常溫氮?dú)猓詼p少甲醇與空氣的混合量。第一、二和第三、四清管器間注入甲醇。圖 Frigg管路枯燥小結(jié)：本節(jié)主要介紹混輸管路的分類和優(yōu)點(diǎn)、混輸管路的流動(dòng)參數(shù)和技術(shù)術(shù)語、混輸管路的特點(diǎn)和處理方法、 兩相流壓降計(jì)算以及段塞流和清管磨蝕、多相泵等方面的內(nèi)容。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們應(yīng)該掌握混輸管路 的特點(diǎn)和處理方法、兩相流壓降計(jì)算等知識(shí)，另外，也需對段塞、清管與磨蝕以及多相泵等知識(shí)有所了解。一、混輸管路的特點(diǎn)1、流型變化多2、存在相間能量交

51、換和能量損失3、存在傳質(zhì)現(xiàn)象4、流動(dòng)不穩(wěn)定5、存在作用力6、存在非牛頓流體和水合物二、處理方法1、均相流模型2、分相流模型3、流型模型三、兩相流壓降計(jì)算1、Dukeler I 壓降計(jì)算式2、Dukeler II壓降計(jì)算式dp A w二=1 p 更dl d 2 mR：a = a +a-Hl s -HlA-c.ln&c 二 1 -= 1.281 -0.478(-In 血)+0,444卜In- 0,094(-In R$ +0.00843(-In RJ自測：一、選擇題i. 以下關(guān)于混輸管路的特點(diǎn)描述不正確的選項(xiàng)是A. 流型變化多；B. 存在相間能量交換和能量損失；C. 存在傳質(zhì)現(xiàn)象和作用力；D

52、. 流動(dòng)穩(wěn)定。2. 以下不屬于氣液兩相流的處理方法三種模型的是A. 均相流模型；B. 多相流模型;C. 分相流模型；D. 流型模型；3. 氣相和液相的折算速度與氣液相的實(shí)際速度之間的關(guān)系是。1 A.小于B.等于C.大于4. 在一定介質(zhì)和溫度、條件下，氣液混輸管路中的質(zhì)量含氣率和體積含氣率是一一對應(yīng)的關(guān)系。A. 正確B. 錯(cuò)誤5. 在兩相混輸管路計(jì)算中引入折算系數(shù)的目的是把求兩相管路的摩擦壓降問題轉(zhuǎn)化為求折算系數(shù)問題A.正確B.錯(cuò)誤第三章礦場集輸管路課后習(xí)題第一題：請表達(dá)集輸管路的分類方法。答：按管路內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)的相數(shù)，集輸管路可分為單相、兩相和多相管路。輸油管和輸氣管都屬于單相管路, 而油氣或油

53、氣水混輸管路分屬兩相或多相管路，簡稱混輸管路。按管路的工作范圍和性質(zhì)，集輸管路可分為岀油管、采氣管，集油、集氣管，輸油、輸氣管等。 按管路的結(jié)構(gòu)，集輸管路又可分為簡單管和復(fù)雜管兩種。從起點(diǎn)至終點(diǎn)，管路具有相同直徑、沿線無 分支的管路稱為簡單管。除簡單管外，其余均為復(fù)雜管。變徑管、副管都屬于復(fù)雜管。第二題：氣液兩相管流的特點(diǎn)是什么？答：流型變化多； 存在相間能量消耗； 存在相間傳質(zhì)； 流動(dòng)不穩(wěn)定； 存在非牛頓流體和水合物。第三題：簡述管路起伏對兩相管流的影響。答：對流型的影響;管路上坡舉升氣液混合物所消耗的能量在下坡時(shí)得不到全部回收第四題：洛一馬參數(shù)X是如何定義的？該參量的提岀對多相流的研究有何意義?多相流 二七等參量受到流態(tài)、管徑、傾角、流體物性等眾多參量的影響，在多相流的研究中由于眾多因素的影響使得多相流的研究復(fù)雜化，The Lockhart-Martinelli Parameter是一無因次參量集合了眾多因素的影響，這樣使得i成為Lockhart-Martinelli Parameter和流態(tài)決定的指數(shù) n的函數(shù)，為多相 流的研究提供了很大的方便。在其后的多相流研究中很多學(xué)者引用了該參數(shù)。第五題：試推導(dǎo)質(zhì)量含氣率和截面含氣率的關(guān)系。£叭7iM4 氣 叫R-叫十MLxM 十%w上叫2叫SxM-吧Wc十1刃出f XV禺+ (1-對陰式中第六題：在Beggs