垂直管流試驗(yàn)

1、垂直管流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .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(yàn)證垂直井筒多相管流壓力分布計(jì)算模型；3 .了解自噴及氣舉采油的舉開(kāi)原理。二、實(shí)驗(yàn)原理在許多情況下，當(dāng)油井的井口壓力高于原油飽和壓力時(shí)，井筒內(nèi)流動(dòng)著的是單相液體。當(dāng)自噴井的井底壓力低于飽和壓力時(shí)，則整個(gè)油管內(nèi)部都是氣-液兩相流動(dòng)。油井生產(chǎn)系統(tǒng)的總壓降大部分是用來(lái)克服混合物在油管中流動(dòng)時(shí)的重力和摩擦損失，只有當(dāng)氣液兩相的流速很高時(shí)（如環(huán)霧流型），才考慮動(dòng)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(dòng)過(guò)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(huì)出現(xiàn)環(huán)流和霧流。本實(shí)驗(yàn)以空氣和水作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)，用閥門(mén)控制井筒中的氣、水比例并通過(guò)儀表測(cè)取相應(yīng)的流量和壓力數(shù)據(jù)，同時(shí)可以從透明的有機(jī)玻璃管中觀察相應(yīng)的流型。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料儀器與設(shè)備：自噴井模擬器，空氣壓縮機(jī)，離心泵，秒表等；實(shí)驗(yàn)介質(zhì)：空氣，水。設(shè)備的流程（如圖1所示）也I擊程出招圖1垂直管流實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .檢查自噴井模擬器的閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，保證所有閥門(mén)都關(guān)閉，檢查穩(wěn)壓罐的液位（3/4液位

3、）；2 .打開(kāi)空氣壓縮機(jī)及供氣閥門(mén)；3 .打開(kāi)離心泵向系統(tǒng)供液；4 .打開(kāi)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(guò)0.12MPa;5 .待液面達(dá)到罐體3/4高度，關(guān)閉液路總閥，輕輕打開(kāi)氣路總閥和氣路旁通閥，向?qū)嶒?yàn)管路供氣，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(kāi)液路旁通閥，向系統(tǒng)供液，待液面上升至井口時(shí)，可以改變氣液閥門(mén)的相對(duì)大小，觀察井筒中出現(xiàn)的各種流型；7 .慢慢打開(kāi)液路測(cè)試閥門(mén)和氣路測(cè)試閥門(mén)，然后關(guān)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(kāi)始測(cè)量；8 .按下流量積算儀清零按鈕，同時(shí)啟動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，觀察井底流壓和氣體浮子流

4、量計(jì)的示數(shù)。當(dāng)計(jì)時(shí)到10秒時(shí)，記錄井底流壓、氣體流量、液體累計(jì)流量和所用時(shí)間；9 .改變不同的氣液流量，重復(fù)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(diǎn)。10 .打開(kāi)氣、液旁通閥，再關(guān)閉測(cè)試閥，關(guān)閉離心泵和空壓機(jī)，清理實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。五、注意事項(xiàng)1 .不要踩踏地面的各種管道；2 .操作自噴井模擬器時(shí)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(jì)和壓力表示數(shù)應(yīng)讀取測(cè)量時(shí)間內(nèi)的平均值；4 .浮子流量計(jì)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(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容1 .簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)所屬的流型并與實(shí)驗(yàn)觀

5、察到的現(xiàn)象相對(duì)比，至少列出一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的判別過(guò)程。3 .額外思考題：4 )實(shí)驗(yàn)觀察到的段塞流為什么說(shuō)氣體是非連續(xù)相，請(qǐng)解釋?zhuān)? )實(shí)驗(yàn)過(guò)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(dòng)的？6 )實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察到了什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并給出自己的解釋?zhuān)繉?shí)驗(yàn)報(bào)告處理過(guò)程和處理結(jié)果1.簡(jiǎn)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(dāng)井筒中的壓力高于飽和壓力時(shí)，沒(méi)有氣體從油中分離出來(lái)，油呈單相流動(dòng)。(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(duì)摩擦阻力的影響不大；滑脫效應(yīng)比較嚴(yán)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(jié)構(gòu)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度很?。粴庀嗍钦麄€(gè)流動(dòng)的控制因素。2.用奧齊思澤斯基方法判斷各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)所屬的流型并與實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象相對(duì)比，至少列出一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的判別過(guò)程表1原始數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)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(jì)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(shuō)明數(shù)據(jù)處理過(guò)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(jì)算可知：f<l由以上計(jì)算可知滿(mǎn)足>Ln,T<U,即根據(jù)奧齊思澤斯基方法計(jì)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(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象也為段塞流，即可驗(yàn)證奧齊思澤斯基方法的正確性。所有數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如下表所示：表2數(shù)據(jù)處理結(jié)果表序號(hào)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(jié)論：所有數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果均與實(shí)際觀察現(xiàn)象相符合。3.額外思考題：1）實(shí)驗(yàn)觀察到的段塞流為什么說(shuō)氣體是非連續(xù)相，請(qǐng)解釋?答：實(shí)驗(yàn)觀察到的段塞流，在井筒內(nèi)呈一段液，一段氣流動(dòng)，氣柱托舉著液柱向上運(yùn)動(dòng)。氣柱與管壁之間有一層液膜，將氣柱上下的兩個(gè)液柱連通起來(lái)，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(shuō)氣體是非連續(xù)相。2）實(shí)驗(yàn)過(guò)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(dòng)的？答：用穩(wěn)壓罐中的水模擬地層中的油，水在實(shí)驗(yàn)管路中流動(dòng)，同時(shí)向?qū)嶒?yàn)管路中泵入空氣，來(lái)模擬原油與溶解氣的兩相流動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入管路中的水和空氣的流量比來(lái)模擬不同氣液流量情況下的流型及其特點(diǎn)。3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察到了什么樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并給出自己的解釋?zhuān)看穑含F(xiàn)象：在確定的氣液比情況下，有時(shí)可以在管路下方形成泡狀流，但是，大多數(shù)情況下整個(gè)管路中都是段塞流；氣柱的頂部呈炮彈狀，小氣泡在上升過(guò)程中不斷與上面的大氣泡合并，而使氣柱越來(lái)越長(zhǎng)；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?zhuān)寒?dāng)氣液比比較小的時(shí)候，可以在管道中形成泡狀流，但是在本實(shí)驗(yàn)過(guò)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,