采油工程實(shí)驗(yàn)-垂直管流實(shí)驗(yàn)

中國(guó)石油大學(xué)采油工程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：2013.10.19成績(jī)：班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：教師：同組者：垂直管流實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（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(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升原理。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：QUOTE——重力壓降；QUOTE——摩擦壓降；QUOTE——加速壓降。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。四、實(shí)驗(yàn)步驟檢查自噴井模擬器的閥門開關(guān)狀態(tài)，保證所有閥門都關(guān)閉，檢查穩(wěn)壓罐的液位（3/4液位）；打開空氣壓縮機(jī)及供氣閥門；打開離心泵向系統(tǒng)供液；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(guò)0.12MPa；待液面達(dá)到罐體3/4高度，關(guān)閉液路總閥，輕輕打開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；輕輕打開液路旁通閥，向系統(tǒng)供液，待液面上升至井口時(shí)，可以改變氣液閥門的相對(duì)大小，觀察井筒中出現(xiàn)的各種流型；慢慢打開液路測(cè)試閥門和氣路測(cè)試閥門，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)定后開始測(cè)量；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；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)。打開氣、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、數(shù)據(jù)處理（1）基本參數(shù)：D=30mmh=6.0mνs=0.244m/sρg=1.29kg/m3ρL=1000kg/m3s=0.072mN/me=4.57×10-5m（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)：表1數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)Pwf/MPaPt/MPaPr/MPaQg/(L/h)∑QL/LT/s流型10.0360.0040.0945500.1410段塞流20.0370.0040.0945500.2710段塞流30.0380.0040.0945500.3310段塞流40.0400.0040.0925500.4010段塞流50.0410.0040.0915500.5010段塞流60.0420.0040.0915500.5510段塞流70.0440.0040.0915500.6510段塞流80.0450.0050.0915500.8310段塞流90.0470.0050.0905500.9010段塞流（3）計(jì)算舉例：以第4組數(shù)據(jù)為例：取=0.13則由此可推出：,根據(jù)流型判別方法（Orkiszewski方法）計(jì)算第4組數(shù)據(jù)屬于段塞流，實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象也為段塞流，驗(yàn)證流型判別方法（Orkiszewski方法）的正確性。六、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）注意流量積算儀的清零方法。七、思考題

1、簡(jiǎn)述泡流和段塞流的特征答：（1）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。（2）段塞流：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。2、簡(jiǎn)述滑脫和滑脫損失的概念答：滑脫：是指在氣液兩相管流中，由于氣體和液體件密度的差異而產(chǎn)生氣體超越流體的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為滑脫。滑脫損失：當(dāng)出現(xiàn)滑脫之后將增大氣液混合物的密度從而增大混合物的重力消耗，因滑脫而產(chǎn)生的附加壓力損失稱為滑脫損失。3、簡(jiǎn)述油井垂直多相管流的壓力損失主要由哪幾部分組成？壓力損失主要有：混合物在管流中的重力損失和摩擦損失，當(dāng)氣液兩相流速很高時(shí)，要考慮能量損失。另外，損失還包括加速損失。八、實(shí)驗(yàn)小結(jié)本次實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)老師對(duì)之前學(xué)過(guò)知識(shí)的提問以及老師認(rèn)真的講解，我對(duì)垂直井筒油水兩相流動(dòng)的規(guī)律有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)于管流中能量的消耗有了更深入的理解。本次試驗(yàn)中主要是對(duì)段塞流進(jìn)行觀察，剛開始時(shí)，氣泡非常少，后氣泡逐漸增多形成柱塞。原因是剛開始時(shí)，井筒中壓力低于飽和壓力，模擬的溶解氣開始從水中分離出來(lái)，這時(shí)，氣體都以小氣泡分散在水中，此時(shí)的流動(dòng)為泡流。當(dāng)繼續(xù)上升時(shí)，壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，小氣泡合并成大氣泡，直到能夠占據(jù)整個(gè)油管斷面。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到的流型和實(shí)驗(yàn)觀察到的流型相一致，驗(yàn)證了該流型