垂直管流試驗

1、垂直管流實驗一、實驗目的1 .觀察垂直井筒中出現(xiàn)的各種流型，掌握流型判別方法；2 .驗證垂直井筒多相管流壓力分布計算模型；3 .了解自噴及氣舉采油的舉開原理。二、實驗原理在許多情況下，當油井的井口壓力高于原油飽和壓力時，井筒內(nèi)流動著的是單相液體。當自噴井的井底壓力低于飽和壓力時，則整個油管內(nèi)部都是氣-液兩相流動。油井生產(chǎn)系統(tǒng)的總壓降大部分是用來克服混合物在油管中流動時的重力和摩擦損失，只有當氣液兩相的流速很高時（如環(huán)霧流型），才考慮動能損失。在垂直井筒中，井底壓力大部分消耗在克服液柱重力上。在水平井水平段，重力損失也可以忽略。所以，總壓降的通式為：式中：%一重力壓降；此一摩擦壓降；%一加速壓降

2、。在流動過程中，混合物密度和摩擦力隨著氣-液體積比、流速及混合物流型而變化。油井中可能出現(xiàn)的流型自下而上依次為：純油流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。除某些高產(chǎn)量凝析氣井和含水氣井外，一般油井都不會出現(xiàn)環(huán)流和霧流。本實驗以空氣和水作為實驗介質(zhì)，用閥門控制井筒中的氣、水比例并通過儀表測取相應的流量和壓力數(shù)據(jù)，同時可以從透明的有機玻璃管中觀察相應的流型。三、實驗設備及材料儀器與設備：自噴井模擬器，空氣壓縮機，離心泵，秒表等；實驗介質(zhì)：空氣，水。設備的流程（如圖1所示）也I擊程出招圖1垂直管流實驗設備流程圖四、實驗步驟1 .檢查自噴井模擬器的閥門開關狀態(tài)，保證所有閥門都關閉，檢查穩(wěn)壓罐的液位（3/4液位

3、）；2 .打開空氣壓縮機及供氣閥門；3 .打開離心泵向系統(tǒng)供液；4 .打開液路總閥，向穩(wěn)壓罐中供液，控制穩(wěn)壓罐減壓閥，保證罐內(nèi)壓力不超過0.12MPa;5 .待液面達到罐體3/4高度，關閉液路總閥，輕輕打開氣路總閥和氣路旁通閥，向?qū)嶒灩苈饭?，保證氣路壓力不大于0.5MPa,穩(wěn)壓罐壓力約為0.8MPa；6 .輕輕打開液路旁通閥，向系統(tǒng)供液，待液面上升至井口時，可以改變氣液閥門的相對大小，觀察井筒中出現(xiàn)的各種流型；7 .慢慢打開液路測試閥門和氣路測試閥門，然后關閉氣路旁通閥和液路旁通閥，調(diào)節(jié)到所需流型，待流型穩(wěn)定后開始測量；8 .按下流量積算儀清零按鈕，同時啟動秒表計時，觀察井底流壓和氣體浮子流

4、量計的示數(shù)。當計時到10秒時，記錄井底流壓、氣體流量、液體累計流量和所用時間；9 .改變不同的氣液流量，重復步驟7到8記錄數(shù)據(jù)，一般取5組段塞流和5組泡流數(shù)據(jù)點。10 .打開氣、液旁通閥，再關閉測試閥，關閉離心泵和空壓機，清理實驗裝置，實驗結束。五、注意事項1 .不要踩踏地面的各種管道；2 .操作自噴井模擬器時要注意穩(wěn)壓罐中的液位，不要打空或溢出；3 .觀察的浮子流量計和壓力表示數(shù)應讀取測量時間內(nèi)的平均值；4 .浮子流量計的單位和流量積算儀的單位；5 .注意流量積算儀清零的操作方法。六、實驗報告內(nèi)容1 .簡述垂直井筒中各種流型的特征；2 .用奧齊思澤斯基方法判斷各實驗數(shù)據(jù)點所屬的流型并與實驗觀

5、察到的現(xiàn)象相對比，至少列出一個實驗點的判別過程。3 .額外思考題：4 )實驗觀察到的段塞流為什么說氣體是非連續(xù)相，請解釋？5 )實驗過程中怎樣用水和空氣模擬地層中原油與溶解氣的兩相流動的？6 )實驗過程中，觀察到了什么樣的實驗現(xiàn)象，并給出自己的解釋？實驗報告處理過程和處理結果1.簡述垂直井筒中各種流型的特征：答：油井中可能出現(xiàn)的流型自下而上依次為：純油流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。各種流型的特征如下：(1)純油流：當井筒中的壓力高于飽和壓力時，沒有氣體從油中分離出來，油呈單相流動。(2)泡流：氣體是分散相，液體是連續(xù)相；氣體主要影響混合物的密度，對摩擦阻力的影響不大；滑脫效應比較嚴重。(3)段

6、寒流：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相；一段氣一段液交替出現(xiàn)；氣體膨脹能得到較好的利用；滑脫損失變小，摩擦損失變大。(4)環(huán)流：在環(huán)流結構中，氣液兩相都是連續(xù)的，氣體的舉油作用主要是靠摩擦攜帶，滑脫損失小，摩擦損失更大。(5)霧流：氣體是連續(xù)相，液體是分散相；氣體以很高的速度攜帶液滴噴出井口；氣、液之間的相對運動速度很??；氣相是整個流動的控制因素。2.用奧齊思澤斯基方法判斷各實驗數(shù)據(jù)點所屬的流型并與實驗觀察到的現(xiàn)象相對比，至少列出一個實驗點的判別過程表1原始數(shù)據(jù)記錄表序號Pwf/MPaPt/MPaPr/MPaQg/(L/h)£Ql/LTVs流型10.0650.0170.0904500.80

7、9.81段塞流20.0640.0240.0907000.7810.31段塞流30.0490.0060.0925000.2010.34段塞流40.0580.0170.0926500.1610.28段塞流50.0420.0120.0928000.2110.28段塞流60.0390.0060.0927500.2410.19段塞流70.0590.0270.0928500.1310.31段塞流80.0340.0080.0929500.2410.34段塞流計算所需參數(shù):33.D=30mmh=6.0m；g=1.29kg/mL=1000kg/mvs=0.244m/s二二0.072mN/mE=4.57X10&#

8、39;5m以第i組數(shù)據(jù)為例說明數(shù)據(jù)處理過程:Qg_4503600X1000-3600X1000=L25xlO-4ni3/sX10-3=-X10-3=8.15X10-5m3/sT9.81'_%+QlVt-afqE4-Ql_(1.25+0.815)X10-4nD2/4nX04032/4=0.292m/s0J277Xd0.7277X0.292aLr=1.071=1.071=-0.997<0.13bD0.03取.-.qEqE125XIO-4%qg+qL(1.25+0.815)X10-4B_qKp.I1.2SX10T10001tT=()4=Z()4=6.1023%nX0.03z/4v9.8

9、X0.072X10-3>q,0.815X10-4Ls=50+36Xi;-=50+36X6.102Xxm=19323由計算可知：f<l由以上計算可知滿足>Ln,T<U,即根據(jù)奧齊思澤斯基方法計算第1比目組數(shù)據(jù)可得該氣液流量下形成的流型為段塞流，實驗觀察現(xiàn)象也為段塞流，即可驗證奧齊思澤斯基方法的正確性。所有數(shù)據(jù)計算結果如下表所示：表2數(shù)據(jù)處理結果表序號qg/qtqtqgqiVtLb'LbLS可10.6050.0002070.0001250.00008150.292-0.9970.13193.236.10220.720.000270.0001940.00007570.

10、38-2.470.13183.019.5030.8780.00015830.0001390.00001930.224-0.1460.1383.926.78540.9210.0001960.0001810.00001560.28-0.800.1377.368.8250.9160.0002430.0002220.00002040.34-1.790.1385.9210.8560.8980.0002320.0002080.00002360.33-1.540.1391.4110.1770.9490.0002490.0002360.00001260.35-1.940.1372.1711.5380.9190

11、.0002870.0002640.00002320.41-2.930.1390.8112.89結論：所有數(shù)據(jù)計算結果均與實際觀察現(xiàn)象相符合。3.額外思考題：1）實驗觀察到的段塞流為什么說氣體是非連續(xù)相，請解釋?答：實驗觀察到的段塞流，在井筒內(nèi)呈一段液，一段氣流動，氣柱托舉著液柱向上運動。氣柱與管壁之間有一層液膜，將氣柱上下的兩個液柱連通起來，所以液體是連續(xù)相；雖然液膜里含有氣體，但是氣體是以氣泡的形式分散在液膜中，所以說氣體是非連續(xù)相。2）實驗過程中怎樣用水和空氣模擬地層中原油與溶解氣的兩相流動的？答：用穩(wěn)壓罐中的水模擬地層中的油，水在實驗管路中流動，同時向?qū)嶒灩苈分斜萌肟諝?，來模擬原油與溶解氣的兩相流動，通過調(diào)節(jié)進入管路中的水和空氣的流量比來模擬不同氣液流量情況下的流型及其特點。3）實驗過程中，觀察到了什么樣的實驗現(xiàn)象，并給出自己的解釋？答：現(xiàn)象：在確定的氣液比情況下，有時可以在管路下方形成泡狀流，但是，大多數(shù)情況下整個管路中都是段塞流；氣柱的頂部呈炮彈狀，小氣泡在上升過程中不斷與上面的大氣泡合并，而使氣柱越來越長；在氣柱下方的液柱中有很多小氣泡，且小氣泡的上升速度大于大氣泡。解釋：當氣液比比較小的時候，可以在管道中形成泡狀流，但是在本實驗過程中很難能觀察到泡狀流。隨著氣泡上升，壓力逐漸減小，使得氣泡膨脹，體積變大,