[发明专利]一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法，属于海洋石油工程领域。

背景技术

在海洋油气生产过程中，正确预测气液多相管内的流型对实际工业生产的设计、监测及控制均有重要的意义，而发生在倾斜管道内的段塞流由于其气液相间歇流动的特性，对油气生产和储运的安全构成危险因素，因此是油气输送过程中尤为关注的多相流问题。目前，国内外已有众多研究者提出了段塞流的理论预测模型，例如Kordyban与Ranov、Taitel与Dukler、Lin与Hanratty、Ruder与Hanratty等人。他们的理论预测模型大多基于K-H不稳定性理论或者界面波的不稳定性理论，虽然能够成功预测分层流到段塞流的转变界限，但各个理论的适应范围皆有局限，例如粘性对K-H不稳定性理论有明显影响，由此有研究者提出了VKH不稳定性理论，考虑液相粘性对界面波发展的影响，有效扩充了K-H不稳定性理论的适应范围，但实际段塞流气塞过程极为复杂，理论预测模型很难充分考虑各个因素对的影响。且在折算气速较低的情况下，VKH与IKH尚有一定不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作简单、判别准确的水平及微倾斜气液两相水动力段塞流的判别方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水平及微倾斜管内气液两相水动力段塞流的判别方法，包括以下步骤：

1)在漂移流关系式的基础上，基于实验结果得到的液相相含率H_L-EXP，改进漂移速度U₀的表达式，改进后的U₀为液相折算速度U_SL的函数：

U₀(U_SL)＝U_G-U_M＝U_SG/(1-H_L-EXP)-U_M

＝(U_M-U_SL)/(1-H_L-EXP)-U_M

上式中，U_G表示气相速度；U_M表示气液两相的混合速度；U₀表示气泡在静止液体中的上升速度(也称漂移速度)；U_SL表示液相折算速度；U_SG表示气相折算速度；

2)根据U₀随U_SL的变化规律关系式，绘制漂移速度U₀随液相折算速度U_SL的曲线，并根据曲线形态判断气液两相水动力段塞流，具体的判断准则为：当漂移速度U₀随液相折算速度U_SL的增大而递增时，管道内的流道为分层流；当漂移速度U₀出现由递增变为递减的拐点时，管道内的流动由分层流开始转变为段塞流；在漂移速度U₀的递减段，当出现曲线线型发生变化的转折点时，管道内的流动由段塞流开始转变为泡状流。

在所述步骤2)判断准则的基础上，以液塞区体积分数α作为水动力段塞流的量化判据，具体判定方式如下：当α＜0时即表示管道中没有液塞区域，即为分层流；当0＜α＜1时，表示管道中有液塞区以及Taylor气泡区，此时流动为段塞流；当α＞1时，表示液塞区充满整个管道，此时流动为泡状流；

其中，液塞区体积分数α的物理意义为：液塞区长度占总管长的比例，其表达式如下：

α＝(H_L-av-H_L-ST)/(H_L-SL-H_L-ST)

上式中，H_L-av表示管内的总体平均液相相含率；H_L-ST表示Taylor气泡区的液相相含率；H_L-SL表示液塞区的液相相含率。

液塞区体积分数α表达式中的H_L-av、H_L-ST和H_L-SL由下式得到：

H_L-av＝1-U_SG/U_G＝(U_SL+U₀(U_SL))/(U_M+U₀(U_SL))