摘 要

石油在开采过程中会因管线压力下降，会释放出少量的溶解气；而在其排气管路中，随着气相的流动也会有水或较重的烃类凝析，油气两相的混输是普遍存在的。掌握两相流动规律及其工艺计算，并加以运用在油气混输管路上，能带来巨大的经济效益和实用价值。

油气混输有着不同流动型态，阻力损失也不同，压降与温降的计算公式也不同。压降计算可分为三类。第一类是均相流模型，如杜克勒Ⅰ法；第二类是分相流模型，如杜克勒Ⅱ法；第三类是流型模型，如贝克方法。本文结合以上几种方法， 对水平管道中的两相流进行了研究。对于倾斜管路应用了Beggs-Brill法，分析了影响因素并提出了用Xiao-Brill分层流模型代替计算下坡流动。对于温降计算，本文结合传热学与流体力学，推导了温降公式，并在压降计算过程中考虑温降，进行耦合计算，得出了较高精度的计算方法。

本文对常见工艺模型编制了相应的计算程序，省去复杂的人工计算，界面简洁，十分实用。

关键词：两相流；压降；温降；倾斜管；程序

Abstract

Due to the pipeline pressure drop, there will release a small amount of dissolved gas in the process of oil production. And heavier hydrocarbon condensate appeared with the flow of gas in the exhaust pipe. The mixed transport of oil and gas is a common existence. To master the law of two-phase flow and its process calculation and use it in the oil and gas pipelines, can bring huge economic benefits and practical value.

Oil and gas mixed transportation has different flow patterns, so the calculation formula of the pressure drop and the temperature drop is different too. Pressure drop calculation can be divided into three categories. The first is homogeneous flow model, such as Duke's first method. The second is the split phase flow model, such as Duke's second method. The third kind is the flow pattern model, such as Beck method. In this paper, the two phase flow in a horizontal pipeline is studied by combining the above methods. The Beggs-Brill method is applied to the inclined pipeline, and Xiao-Brill flow model is applied for downhill flow. For temperature drop calculation, in this paper, the formula of temperature drop is derived combined heat transfer theory and fluid mechanics. And coupling calculation of temperature drop and pressure drop can get high precision pressure drop.

In this paper, the corresponding calculation program is compiled for the Beggs-Brill model. It is very simple and convenient, and can eliminate the complex manual calculation.

Key Words：two-phase flow； pressue drop；temperature drop；inclined pipe；software.

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文的主要工作 4

第2章 油气物性计算 5

2.1 溶解气油比 5

2.2 原油的体积系数 5

2.3 天然气的压缩因子 6

2.4 溶气原油的密度 6

2.5 天然气的密度 7

2.6 溶气原油的粘度 7

2.7 天然气的粘度 8

2.8 油气表面张力 8

2.9 油气比热容 9

第3章 油气两相流模型 10

3.1 流动形态模型 10

3.1.1 结构特征划分 10

3.1.2 数学模型划分 11

3.2 工艺计算模型 11

3.2.1 均相流动模型 11

3.2.2 分相流动模型 14

3.2.3 流型模型 16

第4章 Beggs-brill法的应用 20

4.1 应用背景 20

4.2 压力梯度方程式 20

4.3 截面含液率 22

4.3.1 管道倾角的影响 22

4.3.2 流型的影响 23

4.3.3 气液比与管径的影响 25

4.4 水力摩阻系数 26

4.5 计算模型的剖析与修正 26

4.5.1 数学推导及验证 26

4.5.2 截面含液率的修正 28

第5章 温降计算 32

5.1 温降计算模型 32

5.2 温降公式的推导 32

5.3 温降与压降的耦合计算 35

第6章 程序介绍 37

结论 40

致谢 41

参考文献 42

第1章 绪论

油气混输管路即输送油气两相混合物的管路。油气两相混合流动是十分常见的。随着世界范围内石油、天然气的开发,尤其是海上油气开发技术的不断发展,近二十年来,气液两相混输技术的应用越来越广泛。

本章介绍本文研究的背景及意义、国内外对气液两相流动的研究现状及主要内容。

1.1 研究背景及意义

在石油与天然气的管道中，油气两相的流动是广泛存在的，即使在单相的管路中，如分离器的排液管路，随着液态原油的管线压力下降，会释放出少量的溶解气；而在其排气管路中，随着气相的流动也会有水或较重的烃类凝析。油气混输管路有着单相管路所没有的优点。比如说在某些不便于安装油气分离设备的地方，要想进行油气的集输，就必须利用油气混输管路来完成输送；在近海石油的开采中采用混输管路则可以节省平台建设投资和设备的费用；可以降低井口回压,提高油气田生产能力,增加老油田产量；输量不大时，混输管路的经济性要优于分别用两条管路输送油气等。

要想更有效，更合理的利用油气混输管路，必须对油气混输的规律进行探究。油气混输研究的主要目的是进行工艺计算，其重点是进行水力和热力的计算，因为这对正确地选择泵等设备及合理确定管径、输送压力和输送温度有着重要的作用，同时在节约材料和能量的方面也提供了理论的依据。总之，油气混输管路能带来巨大的经济效益和实用价值，有必要对其进行工艺计算及分析研究。