針對(duì)渦流工具排液效果的問題,開展了旋流條件下氣液兩相流動(dòng)模型的研究�？紤]到旋流中角速度的存在,研究中采用氣液流動(dòng)在徑向和周向上的動(dòng)量和角動(dòng)量平衡的方法,建立了氣液流動(dòng)控制方程,計(jì)算了液膜厚度,氣液相旋流強(qiáng)度等參數(shù)以及壓降梯度,并進(jìn)行渦流工具實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型。渦流工具降低壓降損失的機(jī)理結(jié)果表明,安裝渦流工具后流動(dòng)壓降可以降低5%～20%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及模型,在低速（氣相速度小于13 m/s）時(shí),小旋流角和高旋流強(qiáng)度更利于降低壓降,而高速（氣相速度大于16 m/s）時(shí),高旋流強(qiáng)度會(huì)增加額外摩擦阻力。旋流強(qiáng)度的衰減速度會(huì)隨著液相速度增大而減小,而隨氣相速度增大而增大。該研究結(jié)果可對(duì)渦流工具進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以達(dá)到最佳排液效果。 

【文章來源】：西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,42(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖５中模型計(jì)算結(jié)果振示，低速和高速條件下，??渦流工具對(duì)氣液流動(dòng)的影響存在相反的規(guī)律：在低??速下（氣相表觀速度為１２?ｍ／ｓ和１４?ｍ／ｓ＞時(shí)，壓降隨??

氣相速度與??旋流強(qiáng)度衰減速度關(guān)系并不明顯，但Ｒ圖６中可以看??出，－ｄＷｒ／ｄｚ隨氣相速度增加呈上升趨勢，這是由于??氣體速度增加便得？夜膜厚度如減小，由式（１２）封售：??旋角度氏，根據(jù)％可以得到液相的旋流強(qiáng)度，結(jié)果??如下??－Ｖ?＝?＾?＝?＾＝Ｗｈ?（３１）??ｔａｎ?氏?ＵｚＬ?２ｕｚｉ＾??在文獻(xiàn)［２］中，缺乏相應(yīng)液相旋流強(qiáng)度參數(shù)的??數(shù)據(jù)。而在本文實(shí)驗(yàn)中ｓ渦流工麗：的螺旋角（３０、??４５°和５５°）對(duì)應(yīng)的旋流強(qiáng)度分別為１．７３，?１．００和??０．７０。、圖４給出了在安裝渦流工具１時(shí)，不同氣液速??度條件下的垂直管遒壓降，其中散點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)緒果，??曲線為模型計(jì)算結(jié)果。隨著氣流速度增加，一方面??會(huì)降低截面持液率５降低流動(dòng)壓降Ｔ另一方面更大??的氣流速度會(huì)増加流動(dòng)摩擦阻力，如圖所蘢，液相??表觀速度為〇．〇５?ｍ／ｓ時(shí)，壓降從１８２１?ｋＰａ下降到??７．５１?ｋＰａ后，，由于氣相速度的增大加劇了摩擦阻力，??因此隨著氣柑速度增大而上升到１０．５１?ｋＰａｊ＞在高：??液流速度下，氣相増加降低持液率的作用更為明顯，??因此垂？流壓叢一直呈下降趨勢＾?．圖中給出了實(shí)??驗(yàn)點(diǎn)壓差結(jié)果上下２０％的誤差線￥可以看＇出，模型??計(jì)算結(jié)果相對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大》但各測試點(diǎn)上的誤??差基本都在可控范圍內(nèi)。??氣相表觀速度／（ｍｉ１）??圖４實(shí)驗(yàn)和模型計(jì)算的氣液壓降與流速的關(guān)??系（渦流工具１）??Ｆｉｇ．?４?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ??ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｌｏｓｓ?ａｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｏｆ??ｇ

度０．０５?ｎｒ?ｓ－１?（工具１）??？實(shí)驗(yàn)：液相速度０．１０?ｎｒ?ｓ＿１?（工具１）??？實(shí)驗(yàn)：液相速度０．２０?ｍ，ｓ—（工具１）???模型：液相速度０．０５ｍ．ｓ＿１?（工具１）???模型：液相速度０．１０ｍ．ｓ＿１?（工具１）??■模型：液相速度０．２０ｎｒｓ＿１?（工具１）??實(shí)驗(yàn)：液相速度０．２０?ｍｆＯ：具３）??■模型：液相速度０．２０ｎｒｓ＿１?（工具３）??１１?１２?１３?１４?１５?１６?１７?１８?１９?２０??氣相表觀速度／?（ｎｒｓ＿１）??圖６液膜旋流強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)與模型計(jì)算結(jié)果??Ｆｉｇ．?６?Ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ａｎｄ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ?ｏｆ??ｔｈｅ?ｌｉｑｕｉｄ?ｆｉｌｍ?ｓｗｉｒｌ??根據(jù)圖６中的綠色實(shí)錢和虛線可以對(duì)比工具１??和工具３的旋流強(qiáng)度變化，可知初始旋流速度越低，??液相與管塗的摩擦越小，這樣也就導(dǎo)致旋流強(qiáng)度梯??度越�？梢酝茢啵趯�(shí)際氣井下入井下渦流工具??斿，流體旋流強(qiáng)度沿弁筒向上逐漸降低，但是下降??的速度會(huì)遂漸變緩ｓ圖６中，液相速度為０．０５?ｍ／ｓ，??氣體速度為１６?ｍ／ｓ時(shí)，旋流強(qiáng)度梯度為０．１０?ｍ－１?＿工??具１初始旋流強(qiáng)度為１．７３，其旋流維持的距離要大??于１．７３／０．１０＝１７．３?ｉｎ。當(dāng)然在旋流強(qiáng)度降為０之前，??旋流降低壓降的作用可能就不明顯了。因此，需要??根據(jù)氣并實(shí)際生產(chǎn)狀況設(shè)計(jì)渦流工具的級(jí)數(shù)以及每??級(jí)之間的間隔。??４結(jié)論??（１）旋流條件下，氣液環(huán)空流動(dòng)由于周向運(yùn)動(dòng)??產(chǎn)生的離心力造成內(nèi)部氣芯與管壁液膜之間．存在．壓??力差，并且氣液分布特

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