[发明专利]一种垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量计算方法

摘要

本发明涉及一种考虑气井井筒压力、温度和液流量条件影响的垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量的计算方法，属于气井采气工艺技术领域，气井雾状流场中的液滴不计其数，而现有连续携液液滴夹带临界气流量计算方法未考虑井筒压力、温度及液流速等因素对雾状多液滴流场中液滴的动力学特征影响，也未考虑雾状流场中大量液滴相互作用对液滴受力情况的影响，导致适用条件受限。本发明基于垂直气井井筒雾状流场中多液滴动力学特征，提出了一种垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量计算方法，所述方法的中的液滴的平均直径、曳力系数等关键参数与气井井筒流动条件联系紧密，具有较强的理论基础。该方法适用范围更宽泛，准确性更好。

主权项

1.一种垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量计算方法，其特征在于，包括如下计算步骤，步骤一：假设多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit,new；所述假设的多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit,new是根据前一步计算的多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit进行调整，所述假设的多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit,new采用公式(1)求取：式中q_SC,Crit,new为此循环新假设的多液滴夹带临界携液气流量；q_SC,Crit,old为上一次循环假设的多液滴夹带临界携液气流量；f(q_SC,Crit,old)为上一次循环后计算的多液滴夹带临界携液气流量，即步骤十的q_SC,crit；f'(q_SC,Crit,old)为上一次循环后计算的多液滴夹带临界携液气流量随所假设值的梯度，即△q_SC,Crit/△q_SC,Crit,old；步骤二：根据压力p、温度T、管径D、液流量q_L计算流体的物性参数和流动参数；步骤三：利用公式(2)计算雾状多液滴流场中的持液率H_LC：式中H_LC为持液率；u_SG为表观气流速，m/s；u_SL为表观液流速，m/s，f_E为液滴夹带率；步骤四：利用公式(3)计算雾状多液滴流场中液滴平均索特直径d₃₂：式中d₃₂为液滴平均索特直径，m；λ为中间参数，其定义式为λ＝(σ/ρ_Lg)^1/2；We_L为液相的韦伯数，其定义式为We_L＝ρ_Lu_SG²λ/σ；G_LE为液相质量流量通量，计算式为G_LE＝u_SLρ_L＝q_Lρ_L/21600πD²；ρ_L为液体的密度，kg/m³；u_SG为表观气流速，m/s；u_SL为液流速，m/s；σ为气液界面张力，N/m；D为管径，m；g为重力加速度，9.8；步骤五：利用公式(4)计算雾状多液滴流场中液滴平均索特直径对应的韦伯数We_d32：式中We_d32为液滴平均索特直径对应的临界韦伯数；u_SG为表观气流速，m/s；λ为中间参数，其定义式为λ＝(σ/ρ_Lg)^1/2；We_L为液相的韦伯数，其定义式为We_L＝ρ_Lu_SG²λ/σ；G_LE为液相质量流量通量，计算式为G_LE＝u_SLρ_L＝q_Lρ_L/21600πD²；ρ_L为液体的密度，kg/m³；ρ_G为气体的密度，kg/m³；u_SL为表观液流速，m/s；σ为气液界面张力，N/m；D为管径，m；g为重力加速度，9.8；步骤六：利用公式(5)计算雾状多液滴流场中液滴间横向及纵向距离d_o：式中d_o为液滴间距离，m；H_LC为持液率；d₃₂为液滴平均索特直径，m；步骤七：利用公式(6)计算雾状多液滴流场中液滴的曳力系数C_D；C_D＝0.42(1‑0.8(d₀/d₃₂)^‑0.45)               (6)式中C_D为雾状多液滴相互作用下的曳力系数；0.42为单液滴的曳力系数；1‑0.8(d₀/d₃₂)^‑0.45为考虑液滴相互影响对曳力系数提出的修正系数；d_o为液滴间距离，m；d₃₂为液滴平均索特直径，m；步骤八：利用公式(7)计算雾状多液滴流场中液滴夹带的特征参数C_m,d32：式中C_m,d32为雾状多液滴流场中多液滴夹带的特征参数；C_D为雾状多液滴流场中液滴的曳力系数；We_d32为液滴平均索特直径对应的韦伯数；g为重力加速度，9.8；步骤九：利用公式(8)计算雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界气流速u_Crit：式中u_Crit为雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界气流速；C_m,d32为雾状多液滴流场液滴夹带的特征参数；ρ_L为液体的密度，kg/m³；ρ_G为气体的密度，kg/m³；σ为气液界面张力，N/m；步骤十：利用公式(9)计算雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界携液气流量q_SC,Crit：式中q_SC,Crit为雾状多液滴流场中多液滴夹带临界携液气流量，m³/d；u_Crit为雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界气流速，m/s；p为压力，MPa；A为油管流动截面积，m²；z为气体的偏差系数；T为温度，K；步骤十一：若步骤一假设的多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit,new与步骤十计算的多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit误差满足一定的精度，所假设的q_SC,Crit,new为该流动条件下的多液滴夹带临界气流量；否则重复骤一至步骤十。