1倾斜管连续携液临界气相流速特征
实验测试了不同倾斜角度（28°～72°）下，倾斜管段入口压力为20～90kPa时的连续携液临界气相流速，图9为不同压力下临界携液气相流速与倾斜角的关系图。从图中可知：（1）倾斜角为50°左右临界携液流速达到最大；（2）倾斜角小于50°时，随倾斜角度的增大，临界携液流速逐渐增大，随倾斜角的增大，增大速度逐渐变缓；（3）倾斜角大于50°时，随着倾斜角的增大，临界携液流速逐渐减小。
2倾斜管携液模型评价
目前的携液模型主流观点有两种，一种是基于液滴模型假设，认为排出气井积液所需的最低条件是使气流中的最大液滴能连续向上运动；另一种是基于液膜模型假设，认为液膜的反向流动是导致积液的主要原因。研究倾斜管段的临界携液时，液膜模型比液滴模型更为合理，主要理由如下：（1）从理论分析出发，液滴在倾斜井段井筒运动过程中受气流对其施加的曳力、浮力以及自身重力的共同影响，经过受力分析（图2）可知，液滴在水平方向上的受力始终不平衡，因此液滴不会一直沿井筒中心线上升，而是慢慢运移至油管壁，液滴到达管壁之后与液膜聚集，并最终破碎。换言之，液滴无法在倾斜井筒中长时间稳定存在。（2）从实验现象出发，实验观察到临界连续携液发生在搅动流向环状流转化的流型区间，液滴生成后，在向上移动的同时，逐渐向管壁靠近，最终与管壁的液膜融合在一起，并不能稳定存在，倾斜管的液体主要以液膜模式被携带。（3）实验观测到随倾斜角度的增大，临界携液流速先增大，再减小。以液滴为研究对象，受力平衡时，气相对于液滴的曳力与重力在运动方向上（即平行于管壁方向）的分量Gsinθ相等，重力G不变，在0～90°Gsinθ为θ的单调递增函数，曳力也为θ的单调递增函数，而曳力与气相流速成正比，因此，液滴模型计算出的临界携液流速随倾斜角的增加而增大，与实验结果不符；以液膜为受力分析对象，如图7所示，sinθ为θ的单调递增函数，当倾斜角度θ增大，液膜的周向分布越均匀，最大液膜厚度δmax减小，即控制单元体的重力G′减小，G′为θ的单调递减函数，因此控制单元体在平行于管壁方向上的重力分量，即液膜向上运移的阻力G′sinθ并不是倾斜角θ的单调函数，与实验结果相符。
3结论
（1）研制了水平气井连续携液模拟实验装置，进行垂直井段、水平井段和倾斜井段的携液实验，观测了气藏水平井中气水两相运动与流型变化情况并测试其临界携液气量。实验表明，倾斜管中所需的临界携液流速要大于水平管和垂直管，这说明水平井段和垂直井段对水平气井的连续携液影响不大，倾斜井筒中积液才是导致水平井积液的最主要因素。（2）实验观察到倾斜管连续携液发生在搅动流向环状流转化的流型区间，液体主要以液膜形式携带，液滴无法长时间稳定存在，因此临界携液计算模型使用液膜模型更为合理。（3）实验结果表明倾斜管的临界携液流速大于水平管和垂直管。倾斜角较小时，随倾斜角度的增大，携液流速有逐渐增大的趋势，增大速度逐渐变缓，在50°左右携液流速达到最大，然后随着倾斜角的增大，携液流速逐渐减小。（4）利用实验数据对液滴模型和液膜模型进行对比评价，液膜模型的计算值与实验值的平均绝对百分误差为7.34%，平均百分误差为4.12%。推荐使用液膜模型计算水平气井临界携液流量。
作计算机管理论文者：王琦 李颖川 王志彬 程金金 单位：西南石油大学石油与天然气工程学院
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