一种垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量计算方法与流程

技术特征：

1.一种垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量计算方法是建立在以下四点假设基础之上：①气井产出液体中全部以液滴形式夹带；②液滴在气芯中分布成正六面体排列；③井筒流场中液滴为圆球状；④液滴尺寸相等且等于平均液滴索特直径d32。

2.一种垂直气井井筒多液滴夹带临界气流量计算方法，计算步骤如下

步骤一：假设多液滴夹带临界气流量q_SC,Crit,new；

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：计算雾状多液滴流场中的持液率H_LC；

步骤四：计算雾状多液滴流场中液滴平均索特直径d₃₂；

步骤五：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；

步骤六：计算雾状多液滴流场中液滴间横向及纵向距离d_o；

步骤七：计算雾状多液滴流场中液滴的曳力系数C_D；

步骤八：计算雾状多液滴流场中液滴夹带的特征参数C_m,d32；

步骤九：计算雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界气流速u_Crit；

步骤十：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；

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与步骤十一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。

3.如权利要求2所述的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，所述的临界携液气流量q_SC,Crit,new是根据前一步计算的临界携液气流量q_SC,Crit进行调整，本专利采用牛顿迭代法求取该循环步的临界携液气流量的假设值：

q SC , Crit , new = q SC , Crit , old − f ( q SC , Crit , old ) f ′ ( q SC , Crit , old ) ]]> （1）

式中 q_SC,Crit,new为此循环新假设的携液气流量；q_SC,Crit,old为上一次循环假设的携液气流量；f(q_SC,Crit,old)为上一次循环后计算的携液临界气流量，即步骤十一的q_SC,crit；f'(q_SC,Crit,old)为上一次循环后计算的临界携液气流量随所假设临界携液气流量的梯度，即△q_SC,Crit/△q_SC,Crit,old。

4.如权利要求1所述的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，所述的雾状多液滴流场中的持液率H_LC由下式计算：

H LC = u SL u SG + f E u SL ]]> （2）

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。

5.如权利要求1所述的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，所述的雾状多液滴流场中液滴平均索特直径d₃₂由下式计算：

d 32 = λ ( 15.4 We L 0.58 + 3.5 G LE ρ L u SG ) ]]> （3）

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)；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。

6.如权利要求2所述的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，雾状多液滴流场中液滴平均索特直径对应的临界韦伯数We_d32由下式计算：

We d 32 = ρ G u SG 2 λ σ ( 15.4 We L 0.58 + 3.5 G LE ρ L u SG ) ]]> （4）

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)；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。

7.如权利要求1所述的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，所述的雾状多液滴流场中液滴间横向及纵向距离do由下式计算：

d 0 = d 32 ( π 6 H LC ) 1 / 3 ]]> （5）

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。

8.如权利要求1所述的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，所述的雾状多液滴流场中液滴的曳力系数C_D由下式计算：

C D = 0.42 ( 1 − 0.8 ( d 0 / d 32 ) − 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。

9.如权利要求1所述的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，所述雾状多液滴流场中多液滴夹带的特征参数C_m,d32由下式计算：

C m , d32 = ( 4 g We d32 3 C D ) 0.25 ]]> （7）

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。

10.如权利要求1所述的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，所述雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界气流速u_Crit由下式计算：

u Crit = C m , d32 ( σ ( ρ L − ρ G ) ρ G 2 ) 0.25 ]]> （8）

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为流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。

11.如权利要求1所述的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，所述雾状多液滴流场中多液滴夹带的临界携液气流量q_SC,Crit由下式计算：

q SC , Crit = 2.5 × 10 8 pA u Crit zT ]]> （9）

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。