旋流条件下的气液环空流流动规律研究
发布时间：2021-08-05 17:35
针对涡流工具排液效果的问题,开展了旋流条件下气液两相流动模型的研究。考虑到旋流中角速度的存在,研究中采用气液流动在径向和周向上的动量和角动量平衡的方法,建立了气液流动控制方程,计算了液膜厚度,气液相旋流强度等参数以及压降梯度,并进行涡流工具实验验证模型。涡流工具降低压降损失的机理结果表明,安装涡流工具后流动压降可以降低5%～20%。根据实验及模型,在低速（气相速度小于13 m/s）时,小旋流角和高旋流强度更利于降低压降,而高速（气相速度大于16 m/s）时,高旋流强度会增加额外摩擦阻力。旋流强度的衰减速度会随着液相速度增大而减小,而随气相速度增大而增大。该研究结果可对涡流工具进行优化设计,以达到最佳排液效果。
【文章来源】：西南石油大学学报(自然科学版). 2020,42(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图５中模型计算结果振示，低速和高速条件下，??涡流工具对气液流动的影响存在相反的规律：在低??速下（气相表观速度为１２?ｍ／ｓ和１４?ｍ／ｓ＞时，压降随??
气相速度与??旋流强度衰减速度关系并不明显，但Ｒ图６中可以看??出，－ｄＷｒ／ｄｚ随气相速度增加呈上升趋势，这是由于??气体速度增加便得？夜膜厚度如减小，由式（１２）封售：??旋角度氏，根据％可以得到液相的旋流强度，结果??如下??－Ｖ?＝?＾?＝?＾＝Ｗｈ?（３１）??ｔａｎ?氏?ＵｚＬ?２ｕｚｉ＾??在文献［２］中，缺乏相应液相旋流强度参数的??数据。而在本文实验中ｓ涡流工麗：的螺旋角（３０、??４５°和５５°）对应的旋流强度分别为１．７３，?１．００和??０．７０。、图４给出了在安装涡流工具１时，不同气液速??度条件下的垂直管遒压降，其中散点为实验绪果，??曲线为模型计算结果。随着气流速度增加，一方面??会降低截面持液率５降低流动压降Ｔ另一方面更大??的气流速度会増加流动摩擦阻力，如图所茏，液相??表观速度为〇．〇５?ｍ／ｓ时，压降从１８２１?ｋＰａ下降到??７．５１?ｋＰａ后，，由于气相速度的增大加剧了摩擦阻力，??因此随着气柑速度增大而上升到１０．５１?ｋＰａｊ＞在高：??液流速度下，气相増加降低持液率的作用更为明显，??因此垂？流压叢一直呈下降趋势＾?．图中给出了实??验点压差结果上下２０％的误差线￥可以看＇出，模型??计算结果相对于实验结果偏大》但各测试点上的误??差基本都在可控范围内。??气相表观速度／（ｍｉ１）??图４实验和模型计算的气液压降与流速的关??系（涡流工具１）??Ｆｉｇ．?４?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ??ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｌｏｓｓ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｏｆ??ｇ
度０．０５?ｎｒ?ｓ－１?（工具１）??？实验：液相速度０．１０?ｎｒ?ｓ＿１?（工具１）??？实验：液相速度０．２０?ｍ，ｓ—（工具１）???模型：液相速度０．０５ｍ．ｓ＿１?（工具１）???模型：液相速度０．１０ｍ．ｓ＿１?（工具１）??■模型：液相速度０．２０ｎｒｓ＿１?（工具１）??实验：液相速度０．２０?ｍｆＯ：具３）??■模型：液相速度０．２０ｎｒｓ＿１?（工具３）??１１?１２?１３?１４?１５?１６?１７?１８?１９?２０??气相表观速度／?（ｎｒｓ＿１）??图６液膜旋流强度的实验与模型计算结果??Ｆｉｇ．?６?Ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｌｉｑｕｉｄ?ｆｉｌｍ?ｓｗｉｒｌ??根据图６中的绿色实钱和虚线可以对比工具１??和工具３的旋流强度变化，可知初始旋流速度越低，??液相与管塗的摩擦越小，这样也就导致旋流强度梯??度越校可以推断，在实际气井下入井下涡流工具??斿，流体旋流强度沿弁筒向上逐渐降低，但是下降??的速度会遂渐变缓ｓ图６中，液相速度为０．０５?ｍ／ｓ，??气体速度为１６?ｍ／ｓ时，旋流强度梯度为０．１０?ｍ－１?＿工??具１初始旋流强度为１．７３，其旋流维持的距离要大??于１．７３／０．１０＝１７．３?ｉｎ。当然在旋流强度降为０之前，??旋流降低压降的作用可能就不明显了。因此，需要??根据气并实际生产状况设计涡流工具的级数以及每??级之间的间隔。??４结论??（１）旋流条件下，气液环空流动由于周向运动??产生的离心力造成内部气芯与管壁液膜之间．存在．压??力差，并且气液分布特
【参考文献】：
期刊论文
[1]气井排液用涡流工具在不同流态的适用性研究[J]. 石怡帆,颜廷俊,赵栩鹤. 石油机械. 2018(11)
[2]导流叶片数量及排布方式对涡流工具性能的影响[J]. 张昭,廖锐全,赵亚睿,程福山,刘捷. 西安石油大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]K-均值聚类在CCERT系统流型辨识中的应用[J]. 李凯锋,王保良,黄志尧,冀海峰,李海青. 北京航空航天大学学报. 2017(11)
[4]井下涡流排液采气井筒临界携液量计算[J]. 周朝,吴晓东,汤敬飞,岑学齐,曹孟京,钟子尧. 大庆石油地质与开发. 2016(06)
[5]气井涡流排液采气工具有效作用长度[J]. 陈德春,姚亚,韩昊,付刚,宋天骄,谢双喜. 断块油气田. 2016(04)
[6]井下涡流工具携液机理及影响因素研究[J]. 许剑,肖茂,曾兴平. 天然气技术与经济. 2016(03)
[7]涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化[J]. 吴晓东,周朝,安永生,刘雄伟,岑学齐. 天然气工业. 2016(05)
[8]气井携液用涡流工具结构参数优化[J]. 陈德春,付刚,韩昊,姚亚,宋天骄,谢双喜. 石油钻采工艺. 2016(03)
[9]井下涡流工具排水采气机理研究[J]. 杨旭东,李丽,张军,卫亚明. 石油机械. 2015(05)
[10]深水动态压井钻井井筒压力模拟[J]. 付建红,冯剑,陈平,韦红术,刘正礼. 石油学报. 2015(02)
硕士论文
[1]川西气田涡流排水采气工艺技术研究[D]. 杜汶浓.西南石油大学 2015
本文编号：3324175
【文章来源】：西南石油大学学报(自然科学版). 2020,42(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图５中模型计算结果振示，低速和高速条件下，??涡流工具对气液流动的影响存在相反的规律：在低??速下（气相表观速度为１２?ｍ／ｓ和１４?ｍ／ｓ＞时，压降随??
气相速度与??旋流强度衰减速度关系并不明显，但Ｒ图６中可以看??出，－ｄＷｒ／ｄｚ随气相速度增加呈上升趋势，这是由于??气体速度增加便得？夜膜厚度如减小，由式（１２）封售：??旋角度氏，根据％可以得到液相的旋流强度，结果??如下??－Ｖ?＝?＾?＝?＾＝Ｗｈ?（３１）??ｔａｎ?氏?ＵｚＬ?２ｕｚｉ＾??在文献［２］中，缺乏相应液相旋流强度参数的??数据。而在本文实验中ｓ涡流工麗：的螺旋角（３０、??４５°和５５°）对应的旋流强度分别为１．７３，?１．００和??０．７０。、图４给出了在安装涡流工具１时，不同气液速??度条件下的垂直管遒压降，其中散点为实验绪果，??曲线为模型计算结果。随着气流速度增加，一方面??会降低截面持液率５降低流动压降Ｔ另一方面更大??的气流速度会増加流动摩擦阻力，如图所茏，液相??表观速度为〇．〇５?ｍ／ｓ时，压降从１８２１?ｋＰａ下降到??７．５１?ｋＰａ后，，由于气相速度的增大加剧了摩擦阻力，??因此随着气柑速度增大而上升到１０．５１?ｋＰａｊ＞在高：??液流速度下，气相増加降低持液率的作用更为明显，??因此垂？流压叢一直呈下降趋势＾?．图中给出了实??验点压差结果上下２０％的误差线￥可以看＇出，模型??计算结果相对于实验结果偏大》但各测试点上的误??差基本都在可控范围内。??气相表观速度／（ｍｉ１）??图４实验和模型计算的气液压降与流速的关??系（涡流工具１）??Ｆｉｇ．?４?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ??ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｌｏｓｓ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｏｆ??ｇ
度０．０５?ｎｒ?ｓ－１?（工具１）??？实验：液相速度０．１０?ｎｒ?ｓ＿１?（工具１）??？实验：液相速度０．２０?ｍ，ｓ—（工具１）???模型：液相速度０．０５ｍ．ｓ＿１?（工具１）???模型：液相速度０．１０ｍ．ｓ＿１?（工具１）??■模型：液相速度０．２０ｎｒｓ＿１?（工具１）??实验：液相速度０．２０?ｍｆＯ：具３）??■模型：液相速度０．２０ｎｒｓ＿１?（工具３）??１１?１２?１３?１４?１５?１６?１７?１８?１９?２０??气相表观速度／?（ｎｒｓ＿１）??图６液膜旋流强度的实验与模型计算结果??Ｆｉｇ．?６?Ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｌｉｑｕｉｄ?ｆｉｌｍ?ｓｗｉｒｌ??根据图６中的绿色实钱和虚线可以对比工具１??和工具３的旋流强度变化，可知初始旋流速度越低，??液相与管塗的摩擦越小，这样也就导致旋流强度梯??度越校可以推断，在实际气井下入井下涡流工具??斿，流体旋流强度沿弁筒向上逐渐降低，但是下降??的速度会遂渐变缓ｓ图６中，液相速度为０．０５?ｍ／ｓ，??气体速度为１６?ｍ／ｓ时，旋流强度梯度为０．１０?ｍ－１?＿工??具１初始旋流强度为１．７３，其旋流维持的距离要大??于１．７３／０．１０＝１７．３?ｉｎ。当然在旋流强度降为０之前，??旋流降低压降的作用可能就不明显了。因此，需要??根据气并实际生产状况设计涡流工具的级数以及每??级之间的间隔。??４结论??（１）旋流条件下，气液环空流动由于周向运动??产生的离心力造成内部气芯与管壁液膜之间．存在．压??力差，并且气液分布特
【参考文献】：
期刊论文
[1]气井排液用涡流工具在不同流态的适用性研究[J]. 石怡帆,颜廷俊,赵栩鹤. 石油机械. 2018(11)
[2]导流叶片数量及排布方式对涡流工具性能的影响[J]. 张昭,廖锐全,赵亚睿,程福山,刘捷. 西安石油大学学报(自然科学版). 2018(05)
[3]K-均值聚类在CCERT系统流型辨识中的应用[J]. 李凯锋,王保良,黄志尧,冀海峰,李海青. 北京航空航天大学学报. 2017(11)
[4]井下涡流排液采气井筒临界携液量计算[J]. 周朝,吴晓东,汤敬飞,岑学齐,曹孟京,钟子尧. 大庆石油地质与开发. 2016(06)
[5]气井涡流排液采气工具有效作用长度[J]. 陈德春,姚亚,韩昊,付刚,宋天骄,谢双喜. 断块油气田. 2016(04)
[6]井下涡流工具携液机理及影响因素研究[J]. 许剑,肖茂,曾兴平. 天然气技术与经济. 2016(03)
[7]涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化[J]. 吴晓东,周朝,安永生,刘雄伟,岑学齐. 天然气工业. 2016(05)
[8]气井携液用涡流工具结构参数优化[J]. 陈德春,付刚,韩昊,姚亚,宋天骄,谢双喜. 石油钻采工艺. 2016(03)
[9]井下涡流工具排水采气机理研究[J]. 杨旭东,李丽,张军,卫亚明. 石油机械. 2015(05)
[10]深水动态压井钻井井筒压力模拟[J]. 付建红,冯剑,陈平,韦红术,刘正礼. 石油学报. 2015(02)
硕士论文
[1]川西气田涡流排水采气工艺技术研究[D]. 杜汶浓.西南石油大学 2015
本文编号：3324175
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