重庆科技学院
《多相管流理论与计算》论文
院（系）:_ 专业班级: 学生姓名: 学 号: 1 设计地点（单位）_ _ _ __ ________ __ 设计题目:____气液两相管流及Beggs-Brill法_____________ 完成日期： 2010 年 7 月 6 日
指导教师评语: _______________________________________
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成绩（五级记分制）:______ __________
指导教师（签字）:________ ________
气液两相流及Beggs-Brill法
摘 要：气液两相流体力学时流体力学的一个新兴分支，其研究气体与液体两相介质在共同流动条件下的流动规律。气液两相流普遍存在于石油工业中，对指导整个油田生产系统的分析设计与原油集输工程方面的工作有着重要的影响。Beggs-brill是目前用于油田斜直井、定向井和水平并井筒多相流动计算的一种较普遍的方法。
关键词：多相管流、持液率、压力梯度、流体摩阻
1、引言
近几十年，对气液两相管流的水平流动和铅垂流动进行了广泛研究，对水平流动和铅垂流动时的压力降和持液率的计算得出良好的规律。但这些相关规律被应用于倾斜流动时，则常是不成功的。在油田上，倾斜井的数目日益增多。由于经济上的考虑，海上钻井经常是从一个平台上钻若干口定向井，它们通常与铅直方向成35~40°；在永久冻土区，由于钻机基础的费用昂贵和运输困难也需从一点沿不同方向钻若干口井。如用铅直流动相关规律去计算这些井的压力梯度就常常失败。倾斜气液两相管流的持液率和压力降的计算正在日益引起注意。Beggs-brill方法是可以用于水平、垂直和任意倾斜气液两相管流计算的常用方法。
2、模型（Beggs-brill方法）
1973年Beggs和Brill基于由均相流动式所得出的压力梯度方程式，在聚丙烯管上，用空气和水进行实验的基础上提出的。在每种实验情况下，调节不同的气体流量和观察流型，并测量持液率和压力梯度。实验中包含了全部流型，并依据气液分布状况和流动特性分类。其特点是：
1)按归并后的三类流型建立流型分布图并在分离流和间歇流之间增加了过渡区，处于过渡区的流动采用内插法。
2)先按水平管流计算，然后采用倾斜校正系数校正成相应的倾斜管流。 3)既可适用于垂直管流和倾斜管的上坡与下坡流动。
假设气液混合物既未对外做功，也未受外界功，则单位质量气液两相管流的压力降消耗于位差、摩擦和加速度引起的压力消耗。
2vm?mgsin?????p2D （1） ?总压力梯度：?z1??mvmvogp（1）式中：vog为气体折算流速， ?m为气液混合物密度。 D为管内径
2vm?p???m 其中由于摩擦阻力引起的压力降为： ?z2D对水平管得到持液率计算结果进行倾斜校正，即可得到管倾斜情况下的计算
结果，从而计算混合流的平均密度。倾斜校正系数与倾斜角秒、无滑脱持液率，弗鲁德数及流体速度有关。
Hl(?)???Hl(0) （2）
?为倾斜校正系数。
根据实验结果回归的倾斜校正系数的相关式为：
1?? ??1?C?sin?1.8???sin?1.8??? （3）
3??公式（3）中系数C与无滑脱持液率E1、弗鲁德数和液相速度数Nvl有关。
Nvl?vol(?l14) （4） g?公式（4）中 vol为液相折算速度；
?液体表面张力。
C?(1?E1)lnd(E1)e(Nvl)f(NFr)g （5）
公式（５）系数由表１根据流型确定
??表1d、e、f、g的确定流型上/下坡defg分离流上坡0.011-3.7683.539-1.614间歇流上坡2.960.305-0.44730.0978不修正C?0，??1，H(?)与?无关分散流上坡各种流型下坡4.7-0.36920.12440.505 确定Hl(0)和?之后，利用（2）式便得出Hl(?)。对于过度流型，则先分别
l用分离流和间歇流计算出之后采取内插法确定其持液率Hl(?)。 Hl(?)?AHl(分离)?BH （间歇）l A?L3?NFr
L3?L2NFr?L2?1?A
L3?L2 B?
利用持液率可计算出气液混合物密度?m：
?m??lHl??g(1?Hl) （6） Beggs和Brill利用实验结果研流阻力系数与无滑脱气液两相流阻力系数的比值和持液率和无滑脱持液率之间的关系。依据实验结果得出了气液两相流阻力系数的计算方法和相关式，从而计算摩阻损失的影响。沿程阻力系数?为：
???1es (7) 式中 ：
?1为无滑脱气液两相流阻力系数，
S为与E1和H1(?)有关的系数： S?lny （8） 24?0.0523?3.18lny?0.8725(lny)?0.01853(lny) y?E1（?H?1?）2
当1 S?ln(2.2y?1.2) 无滑脱气液两相流阻力系数?1： ?????NRe.m? ?1??2lg??? （9） ??4.5332lgNRe.m?3.8125?????2（9）式中NRe.m为气液两相流动的雷诺数。 NRe.m?Dvm???lEl??g(1?E1)???lEl??g(1?El) 计算出S和?1根据（7）式???1es确定气液两相流阻力系数?。最后将沿程 2vm?mgsin?????p2D式中计算出沿?阻力系数?和气液混合密度?m代入（1）?z1??mvmvogp程压力梯度。 3算法 在油田计算多相垂直管流的正确程度受多种因素的影响。其中关键是在不同温度T和压力P下的流体性质参数。目前虽然有一些计算流体性质参数的相关式可供选择，但在使用中应根据各油田的高压物性实验资料对所用的计算公式进行 检验和必要的修正。由于不同压力和温度下，流体性质参数和流动参数不同，在实际过程中采用迭代法计算。 例：已知井口压力为P1，求井底压力Pwf P21?P1??P； 11P?(P21?P);T?(T21?T1)； 122 1计算出P和T下的流体性质参数和流动参数 2、确定流动形态并根据流型计算Hl(0)、?及Hl(?) 3、计算摩阻系数? 4、计算出压力梯度dp/dz及?p12 5、计算末端压力P2 P2?P21?? 4、结论 1）Beggs-brill法是在一定假设条件下，推导出可以用于水平、垂直和任意倾斜气液两相管流压降计算的理论方法。在选择Beggs-brill法应充分考虑其适用范围。 2)Beggs-brill法在特定的实验条件下的精准性并不能代表其在实际应用中所能达到的效果，必要时结合现场实际对其加以修正，以获得更好的计算结果。 参考文献 [1] 张琪.采油工程原理与设计.中国石油大学出版社，2000.9 [2]喻西崇，赵金洲，邬亚玲．国内外油气水多相流技术的研究．中国海上油气(工程)，2002，V01．14，N05：31-33 [3]陈家琅．石油气液两相管流．石油工业出版社，2002．10，36-49 [4] 喻西崇，冯叔初．多相管流中沿程摩阻系数分析.油气田地面工程，V0120，N02，2001：3-4 [5]王卫阳，陈听宽，罗毓珊．垂直井筒气液段塞流压力梯度的简便算法．中国石油大学学报(自然科学版)，2006，V01．30，N04：75-77 [6] Beggs HD,Brill JP.A Study of Two-phase Flow Inclined Pipe.JPT,June1967