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1、多相管流理论与计算课程综合复习资料一、判断题I.无滑脱时，体积含气率等于质量含气率。2.多相流研究的半经验方法是当前多相流研究的主流和方向.3.多相流动中，同一种流动型态范围内，其流体力学特征基本相同。4.多相管流的压力分布计算通常需要采用分布、迭代计算的方法。5.丹斯-若斯方法和哈格多恩-布朗方法都是分流动型态计算的方法。6.气液两相流动存在加速度损失的原因是，压力的改变使得气相流量发生变化。7.气相漂移速度是指气相速度与液相速度的差值。8.单相液体在管道中向上流动，虽然压力逐渐降低，但液体流速保持不变。9.通常情况下，当压力降低时，天然气发生绝热膨胀后温度会降低。10.洛克哈特一马蒂内利方
2、法适合于大管道和大流量条件计算。11.贝克方法适合于大管道和大流量条件计算。12.贝格斯-布里尔方法仅可用于计算倾斜井筒气液两相流的压力梯度，不可用于流型计算。13.油水混合物的流变性十分复杂，它可能是牛顿流体，也可能是非牛顿流体.14.油水混合物的流变性十分复杂，它的表观粘度可能比纯油高，也可能比纯油低。15.油水混合物含水率降低以后，其表观粘度一定会增加。16.在分相流动模型研究中，多倾向于使用能量微分方程式来计算压力梯度。17.倾斜气液两相管流中，截面含液率在与水平方向成-50。的地方出现最小值。18.倾斜气液两相管流中，持液率在与水平方向成+50。的地方出现最小值。19.忽略滑脱时，气
3、液混合物的体积含气率等于空隙率。20.忽略滑脱时，气液混合物的体积含气率等于截面含气率。二、单选题1.在垂直向上气液两相流中，流体的真实密度P与流动密度p,的关系为（）。A）pp.B）P=pC）pB）=C）0B）气液滑脱速度VsOC）气液滑动比slD）气液滑动比sl6.油气混合物在垂直井筒中流动可能出现的流动型态是：A）泡状流B）弹状流C）段塞流D）环状流E）层状流F）雾状流7.以下流型属于水平管道中油气混合物的流动型态的是：A）泡状流B）团状流C）段塞流D）环状流E）层状流F）雾状流8.不属于垂直气液两相管流的流动型态是：A）泡状流B）雾状流C）波状流D）环状流E）分层流F）过渡流9.均相流
4、动模型可准确地计算哪种流型的流动规律？A）泡状流B）段塞流C）波状流D）环状流E）雾状流F）分层流10.Beggs-Brill方法将气液流型划分为：A）泡状流B）分离流C）过渡流D）分散流E）分层流F）间歇流四、名词解释1.相2.多相流动体系3.单工质气液两相流4.双工质气液两相流5.天然气临界点6.原油泡点压力7.段塞流8.环流9.雾流10.湿周II.水力半径12.当量直径13.气体状态方程14.气体压缩因子15.天然气相对密度16.原油相对密度17.原油APl重度18.摩擦阻力的全液相折算系数19.摩擦阻力的分液相折算系数20.摩擦阻力的分气相折算系数五、简答题1.安萨瑞方法和丹斯一若斯方
5、法流型图的建立依据有何不同？2.对比分析井筒气液两相流与单相液流的差别。3.与单相液流相比，气液两相流的运动规律要复杂得多，试分析其主要原因。4.解释气液两相流动的经验方法。5.解释研究气液两相流动的半经验方法。6,什么是气液两相管流的持液率和滑脱速度？若己知气液两相的流量和管道截面积，如何建立两者之间的关联式。7.写出多相流动总压力梯度的表达式，并分别解释各项、各变量的含义。8.试描述丹斯一若斯方法的流型图有何特征？9,试描述丹斯一若斯方法采用哪些无因次量描述气液两相流动规律，它们如何计算？10.怎样计算垂豆同心环空气液两相流动的相量克径和相量粗糙度？11.对于同心的环空管道，如何计算其水力
6、半径和当量直径？12.己知某不饱和油藏单井生产时，地面油产量Q，生产气油比&,不含水，井口温度和压力分别为介和外，写出井筒中某点（温度和压力分别为T和P）油相和气相实际体积流量的计算步骤。13.已知某不饱和油藏单井生产时，地面产液量0、生产气油比%、含水率为人，井口温度和压力分别为n和外，计算井筒中某点（温度和压力为7和P）液相和气相实际体积流量。14.为什么哈格多恩一布朗方法不分流型计算却也能得到较好的精度？15.绘制水平管气液两相分层流的管道截面示意图，并分别说明计算气相和液相雷诺数时水力当量直径的计算方法.16.说明油水混合物表观粘度随含水率的变化规律。六、论述题1.如何依据抽油机井生产
7、的井口压力和1泵深度来计算抽油泵的排出口压力？写出计算步骤，并分析影响该算法准确度的主要因素。2.如何建立某一流动过程的动量方程？以垂直气液两相环状流为例，采用分相流动模型的思路分别建立气芯、液膜的动量方程，建模过程中忽略两相之间的质量传递以及气芯的可压缩性.3.为什么与铅直方向成1520。的斜井中气液混合物压力梯度大于铅直井中的压力梯度？综合复习资料参考答案一、判断题题号12345678910答案XXYXX题号Il121314151617181920答案qXXX二、单选题题号12345678910答案AABBDBADCA三、多选题题号12345678910答案ABCADADBCEACABCD
8、FABCDEFCEAEBCDF四、名词解释1.答案：通常指某一系统中具有相同成分且物理、化学性质完全均匀的部分，各相之间有明显的界面。2.答案：两相或两相以上的流体一同参与流动的体系。3.答案：气液两相都具有相同化学成分的两相流动，如水和水蒸气混合物的流动。4.答案：气液两相各具有不同化学成分的两相流动，如空气和水混合物的流动。5.答案：在天然气P-T相图中，泡点线与露点线的交汇点为临界点，在该点液气界限消失。6.答案：是指温度一定时，开始从原油中分离出第一批气泡时的压力。7.答案：气液两相垂直管流中在泡流之后出现的一种流型，其特征是液相中的变大、聚集，形成与管径接近的炮弹状气泡，把液体分成段
9、塞，这种流型称为段塞流。8.答案：气液两相垂直管流中在段塞流之后出现的一种流型，其特征是气相在管道中心形成含有小液滴的连续气流，液体分布在管壁四周形成连续的液膜，这种流型称为环状流。9.答案：气液两相垂直管流中在环状流之后出现的一种流型，其特征是气液体积比很大时，气相占据整个管道断面，液体以微粒形式分散在气相中，形成雾状，这种流型称为雾状流。10.答案：湿周是过流断面上流体与固体壁面接触的周界线长度。11.答案：指某过流断面的过流面积与水体接触的输水管道边长（湿周）之比。12.答案；把水力半径相等的圆管直径定义为非圆管的当量直径。13.答案：描述一定质量气体的压力、温度和体积之间关系的表达式.
10、14.答案：压缩因子的物理意义是在给定温度和压力条件下，实际气体所占体积与理想气体所占体积之比。15.答案:在标准条件下.天然气密度当干燥空气密度的比值。16.答案：2（C时原油密度与4C时水的密度之比。141517.答案:美国石油学会采用的原油密度指标，其计算式为APl=-131.5,式中加为原油相对密度。18.答案：设水平气液两相流动为均匀流动，管径为0，流段长度为dz,流速V沿程不变，质最流量为G,此时流体与管道的摩擦阻力为d凡若管道的Q,dz保持不变，但通过管道的流体为单相液体，其质量流量等于两相流动的总质量流量，此时流体与管道的摩擦阻力为dFo,全液相折算系数为dF与dFo的比值。1
11、9.答案：设气液两相流动为均匀流动，管径为D,流段长度为dz,流速V沿程不变，质量流量为G,此时流体与管道的摩擦阻力为dh若管道的。，dz保持不变，但通过管道的流体为单相液体，其质量流量等于两相流动中液相的质量流量，此时流体与管道的摩擦阻力为d（,分液相折算系数为dF与dRu的比值。20.答案：设气液两相流动为均匀流动，管径为D,流段长度为也，流速V沿程不变，质量流量为G,此时流体与管道的摩擦阻力为d凡若管道的/）,dz保持不变，但通过管道的流体为单相气体，其质量流量等于两相流动中气相的质量流量，此时流体与管道的摩擦阻力为d,分气相折算系数为dF与df的比值。五、简答题I.答案：安萨瑞方法是机
12、理模型的代表，安萨瑞方法流型图中过渡界限是依据流型的过渡机理建立的流型判别准则计算而得到的；阿济兹一戈威尔一福格拉锡方法是经验性模型的代表，该方法流型图中过渡界限完全是根究实验结果绘制的。2.答案：井筒气液两相流与单相液流的差别体现在4方面：（1）流动能量来源不同：单相流只有井底流压，两相流还包含气体膨胀能；（2）能量损失不同：单相流包括重力损失和摩擦损失，两相流还包括动能损失；（3）流型不同：单相流采用层流与紊流区分；两相流则不能简单地区分为层流和紊流，还包含不同流动型态；（4）能量转换关系不同：单相流较为简单，两相流存在界面能和动能的转换，更复杂。3.答案：气液两相流比单相液流更为复杂原因
13、有四个方面：(1)体系中存在相界面，相间出现质量和能量的交换时伴随着机械能的损失，两相之间的作用使得质量传递、受力分析和能量分析更为复杂。(2)两相的分布情况多种多样，即存在流型。不同流型的流动规律不同，这增加了研究的复杂性。(3)两相流动中存在滑脱现象，滑脱现象会产生附加的能量损失。(4)沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变。使得井筒中流体流量会发生变化。4.答案:经验方法是从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。5.答案：半经验方法是根据所研究的气
14、液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。6.答案：持液率F即截面含液率，是指两相流的过流断面中，液相面积占过流断面总面积的份额.气液滑脱速度心是气相实际速度与液相实际速度之差。若已知气相的流量Q.、液相的流量0和管道截面积A,则持液率与气液滑脱速度存在以下关系:A(l-W,)AH1S其中右侧第一项为重力梯度或举高梯度，第二项为摩阻梯度，第三项为加速度梯度。P为压力,为高度，自”为混合物真实密度，g为重力加速度，入为摩擦系数，加为混合物速度。8.答案：据试验结果，丹斯一若斯方法建立的流
15、动型态分布图将相应的流型划分为三个区域：1区:液相是连续的，包括泡状流、弹状流和部分的沫状流；II区:液相和气相交替出现，包括段塞流和沫状流的其余部分；【II区:气相是连续的，指雾状流.在II区和11I区之间存在过渡区。9.答案：根据因次分析，丹斯-若斯方法提出了四个真正有意义的无因次量,并以此来描述气液两相流动现象。它们分别是：10.答案：对于一外管内径为o，粗糙度为总；内管外径为Q,粗糙度为左的环管,相量直径为：De=Do-D1：相量粗糙度为：ke=k-J+。Dt+Dl)11.答案：水力半径为流体过流截面积除以湿周，对于一外管内径为。，内管外径为ZA的同心环空管道，其水力半径为R=业厂一三
16、乃(R+R)R-&4当量直径为水力半径的4倍，即=。,-。12.答案:(1)计算温度和压力为7和P条件下的气体压缩因子Z和原油体积系数及。(2)计算温度和压力为T和P条件下的溶解油气比R$。(3)该条件卜原油的体积流量为&x&。该条件下气体的体积流量为多!X2,X(Rp-凡)13.答案：(1)计算井口条件下的产水量QI)和产油量Q，产水量为0,xR，产油量为QX(1/O。(2)计算温度和压力为T和P条件下的气体压缩因子Z和原油体积系数儿。(3)计算温度和压力为7和P条件F的溶解油气比Rs。(4)该条件下原油的体积流量为Q/x(l/,)x8,水的体积流量为QkR,液相流量为两者之和。该条件下气体
17、的体积流量为生二0x(lJ(%-K314.答案：哈格多恩一布朗方法是基于实验建立的经验相关式，而且该方法不分流型进行计算。该方法之所以在很多情况下都能获得较好的精度，主要原因是建立该方法依据的实验条件接近油田现场、实验数据覆盖范围较广。他们在装有1、1%、1%英寸的457米深的实验井中，以10、30、35和110mPa.s的油、天然气和水混合流动进行的实验。15.答案：水平管气液两相分层流的管道截面示意图如右图所示其中，管道直径为D,液相过流截面积，气相过流截面积，TS,则气相水力当量直径为D.=Sq$和$分别是过流截面上气体边界、液体边界和气液界面的长度，g4)工液相水力当量直径为R=F16
18、.答：当含水率不高时，油水混合物为油包水体系，粘度随着含水率增加逐渐增大；当含水率增加到5070%时，油包水体系将转相为水包油体系，其粘度将会急剧地减小.六、论述题1.答案：依据井口压力和卜泵深度计算抽油泵排出口压力需要计算抽油杆和油管环形空间的压力分布，可采用按压力增量迭代的计算方法。其步骤为：(1)将井口压力PO作为起点，选一合适的深度作为计算的深度间隔，将下泵深度分为段。(2)估计一个对应于A6的压力增量Ap,并计算该段下端的温度。(3)计算该管段的平均温度和平均压力，并计算该条件下的全部流体性质参数。(4)采用环形空间计算方法，计算该段的压力梯度功/、(5)计算对应于该段的压降47=(
19、如/曲)。(6)将Ap与Ap相比较，若两者之差超过允许范围，则以Ap为新的估计值，重复计算(2)(5),使&/与AP在允许的误差范围之内。(7)计算该段下端对应的深度和压力。(8)以上一段下端的压力和温度为起点，重复(2)(7),直至下泵深度处。影响该算法准确度的关键性因素：流体物性参数及流动参数的确定、环形空间压力梯度计算模型、井筒温度场的确定、具体的迭代计算方法等。2.答案：动量方程依据动量定理或牛顿第二定律建立，方程左侧为流体受到合力，方程右侧为动量变化率。对于垂直气液两相环状流，采用分相流动模型的方法建立气液两相流动的动量方程，应分别对气芯和液膜分别进行受力分析，然后建立气芯和液膜的动
20、量方程。垂直气液两相环状流示意图如右所示.A,、%分别为气芯和液膜过流截面积，MS分别是管横截面内周长、气芯与液膜界面的长度，S分别是液膜与管壁以及气液界面上的剪切应力。若忽略两相之间的质量传递以及气芯的可压缩性，则气芯和液膜的动量方程式如下：气芯:液膜：3.答案:井筒中气液混合物压力梯度包括举高梯度、摩擦梯度和加速度梯度三部分，而举高梯度所占比重最大。依据贝格斯-布里尔方法，倾斜气液两相管流压力梯度的计算公式如下：dpjplhl+px(-hl)s+在ITEHL+/I-%)叫式中，儿为持液率，8为井筒与水平方向夹角。可见持液率和井筒倾角的正弦将决定举高梯度的数值。忽略气相密度、摩擦压降和加速度压降影响，压力梯度计算公式简化为一令=QfHLgSin9依据贝格斯-布里尔的研究，当井筒倾角约为50。时持液率出现最大值，当井筒倾角为90。时，sin0出现最大值，当井筒与铅直方向成1520。时(井筒倾角为7075。)，两者乘积出现最大值，即压力梯度达到最大.其数值也会高于铅直井中的压力梯度.
