【正文】 Taitel[36]等認(rèn)為：當(dāng)氣相折算速度高到足以使夾帶液滴隨氣芯一起向上運動時，才會出現(xiàn)環(huán)狀流。修正系數(shù)KA用下式計算 （496）式(491)可以用來計算彈狀流Taylor氣泡段發(fā)生液泛現(xiàn)象時，Taylor氣泡與液膜的界面摩擦阻力系數(shù)，以Taylor氣泡段的折算氣速UTBαTB=UM代替式(491)中的折算氣速USG，可得 （497）根據(jù)Bharanthan[39]對氣液逆向流動發(fā)生液泛時壓降的實驗結(jié)果，式(493)中的修正系數(shù)K F用下式估算： （498）將式(494)代入式(493)，再將結(jié)果代入式(495)中，可得： （499）Taylor氣泡與液膜的界面周長可用下式表示： (4100)將式(490)、式(494)、式(495)和式(496)代入式(498)，整理后便得到彈狀流向過渡流轉(zhuǎn)變的界線方程式： （4101）式中： （4102） （4103）ZTB表達式為式(496)，式(498)中，CG=，m=當(dāng)氣相流量和表觀速度足夠大時，過渡流將轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀流。引用式(435)，式(439)可簡化為： （494）對于同向氣液兩相環(huán)狀流，Wallis[42]建議用下式計算氣液界面摩擦阻力系數(shù)，這里可以用來計算氣泡段的氣液界面摩擦阻力系數(shù)： （495）式中 vG——運動粘度， 。將式(434)與式(429)對比可知，當(dāng)彈狀流氣泡段發(fā)生液泛現(xiàn)象時，下降液膜平均速度為零，即U F =0 (489) 當(dāng)彈狀流Taylor氣泡段發(fā)生液泛現(xiàn)象時，對Taylor氣泡和下降液膜可分別寫出如下動量方程： （490） （491）式中A TB、A F——Taylor氣泡、液膜的流通截面積，m2；τ——Taylor氣泡與液膜的界面摩擦應(yīng)力，N∕m2S——Taylor氣泡與液膜的界面周長，m。彈狀流中Taylor氣泡的上升速度由Nicklin[41]等使用的公式估算： （479） （480）為Taylor氣泡在靜液中的上升速度。在此，定義雷諾數(shù) （476）式中UTB——泰勒氣泡的上升速度，ms，可參照下式(425)進行計算。由彈狀流的流動特征，可以對Taylor氣泡段建立如下動量方程： (473.)式中：αTB——Taylor氣泡占據(jù)管道截面的份額，無因次；SB——管道內(nèi)壁周長，m；τB——下降液膜與管壁的摩擦應(yīng)力，N∕m2。Bharathan[39]和Dukler[40]等的實驗結(jié)果都表明：當(dāng)氣液逆向流動發(fā)生液泛時，壓力梯度和截面含氣率都會出現(xiàn)一個極值。圖42為彈狀流的流動結(jié)構(gòu)。隨著氣相流量的增加，Taylor氣泡的上升速度和Taylor氣泡與下降液膜之間的界面摩擦力增大。已發(fā)展的彈狀流向過渡流的轉(zhuǎn)變模型大都是利用以下四種機理得到的：入口段較短導(dǎo)致遞換機理、液塞段含氣率增大導(dǎo)致遞換機理、液泛導(dǎo)致遞換機理和尾流效應(yīng)機理[34]。當(dāng)液相中的含水率ψW小于轉(zhuǎn)相點處含水率時，油水混合物為W/O型，與氣相接觸的是油相，取σ=σOG；當(dāng)液相中的含水率ψW大于轉(zhuǎn)相點處含水率時，油水混合物為O/W型，與氣相接觸的是水相，取σ=σWG。當(dāng)混合物處于O/W狀態(tài)時，油水混合物的粘度為式(417)，當(dāng)混合物處于W/O狀態(tài)時，油水混合物的粘度為式(418)，實驗數(shù)據(jù)也較符合上述公式計算值。 陳家瑯等[18,19,20]在計算W/O型油水混合物表觀粘度時采用了如下公式： （472）式(418)在估算W/O型油水混合物表觀粘度時較為準(zhǔn)確。Sibree給出的計算式為： （468）式(414)為應(yīng)用較好的計算油水乳狀液表觀粘度的公式，μW為水的粘度，mPa／s；a≈，Mcadams公式被廣泛應(yīng)用于計算均質(zhì)氣液兩相混合物的平均粘度μH： (469)式中μG——氣相的粘度，mPa／s；x——質(zhì)量含氣率，單位時間內(nèi)流過過流斷面的混合物總質(zhì)量G中氣相質(zhì)量所占的份額，無因次 G——質(zhì)量流量，即單位時間內(nèi)流過過流斷面的流體質(zhì)量，G=GG+GL，kg／s。Richardson[38]通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析，也提出了一個計算油水乳狀液表觀粘度的公式 （467）式中ψI——內(nèi)相的體積份額，無因次；μE——外相的粘度，mPa隨著油水混合物中含水率的增大，混合物的粘度會增大，當(dāng)含水率超過某臨界值時，油水混合物將發(fā)生從油包水到水包油的轉(zhuǎn)相，粘度急劇下降，當(dāng)進一步增大含水率時，油水混合物的粘度將逐漸減小。粘度的計算也如密度計算方法一樣，通過將油相粘度和水相粘度對各相份額的加權(quán)平均得到。 Taitel【36】給出了泡流產(chǎn)生的最小直徑，如下式 （459）當(dāng)管道尺寸大于式(45)所給出的值，造成泡狀流向彈狀流轉(zhuǎn)變的基本機理就是小的氣泡合并成大的Taylor氣泡。在這里，取αG=。因此，對泡狀流向彈狀流的轉(zhuǎn)變起著決定作用的是截面含氣率，即氣體體積在整個截面上所占的比例。這一聚集過程隨著氣體流量的增大而加快。泡狀流中的小氣泡在液體中上升時，通常是以不規(guī)則的路線前進的。反之，若降低含水率，油氣水三相流總壓降將突然增大。這是由于當(dāng)油水混合物處于W/O狀態(tài)時，水相以水滴的形式分散在連續(xù)的油相中，而且被油相包裹，油相潤濕管壁且與管中其他流體接觸，液相的粘度主要表現(xiàn)為油相的粘度，而且測量得到的管內(nèi)油氣水三相流體流動的總壓降較大；反之，液相的粘度主要表現(xiàn)為水相的粘度，油相的粘度遠遠大于水相的粘度，管內(nèi)三相流體流動的總壓降較小。／O型與O／W型的判別在一般流動條件下，可以用觀察法識別油水混合物是屬于W/O型還是O/W型，但是在轉(zhuǎn)相界線附近，則很難用觀察法來判斷。對于高粘油(粘度 Pas；ηo——原油粘度，mPa他們推導(dǎo)的通過兩相粘度預(yù)測轉(zhuǎn)相點處含水率φ的方程為： （457）Yel指出如果能用界面粘度μr代替連續(xù)相粘度μc，預(yù)測方程性能將得到改善。Yel等得出結(jié)論，相反轉(zhuǎn)受粘度而不是界面張力的影響，液滴聚并會加速轉(zhuǎn)相的發(fā)生，給出了轉(zhuǎn)相點處含水率與粘度比的直接關(guān)系式。其中JM為陳宣政定義的相關(guān)參數(shù)，其表達式 （456）式中：U M——氣液混合物的總流速，m／s；δOW——油水間的表面張力，N／m。 陳宣政[6]根據(jù)實驗得知，O/W型和W/O型油水混合物的轉(zhuǎn)相發(fā)生在含水率一定范圍內(nèi)。Spedding等【30】從垂直井筒油氣水三相流動的實驗入手，提出了氣相折算速度較高時，油氣水三相混合物在垂直管中持液率、壓力梯度隨著液相中的含水率變化的變化情況，得到了油氣水三相流動中環(huán)狀流下油水兩相間的轉(zhuǎn)變界限相關(guān)式： Usw= (455)即液相中含水達到75%時，油水兩相間發(fā)生轉(zhuǎn)相現(xiàn)象。徐國安測得大港油田稠油在含水65%處發(fā)生轉(zhuǎn)相。研究者一致認(rèn)為各相粘度對轉(zhuǎn)相點起著重要作用，但由于確定轉(zhuǎn)相點的理論研究不成熟，各學(xué)者都從實驗入手得到轉(zhuǎn)相點，而且由于各種因素的影響，所得到轉(zhuǎn)相點的數(shù)據(jù)大不相同。圖22表現(xiàn)了油水體系的相反轉(zhuǎn)過程。即油水形成油水乳狀液，且混合物從水包油型轉(zhuǎn)變?yōu)橛桶停蚴窍喾辞闆r。s。μg——氣相黏度，PaRe2中包含氣液質(zhì)量比的因素。 （449）在油、氣、水混合物流動時，影響阻力系數(shù)λ的因素較之單相流液體流動時的要復(fù)雜得多。根據(jù)密度的定義，得油、氣、水混合物的密度 （446）有時候，需要了解某壓力和相應(yīng)的溫度范圍內(nèi)，油、氣、水混合密度的平均值，則根據(jù)上式有 （447）于是，根據(jù)式(447)，(443)和(442)可以求得ρ值。得 (444)因為沿井筒自上而下的各個過流斷面處，油、氣、水混合物的體積流量是逐漸增大的而質(zhì)量流量始終不變，所以油、氣、水混合物的密度是逐漸減小的。于是，根據(jù)(435)，得 （442）式中Vt——在某壓力范圍和相應(yīng)的溫度范圍內(nèi)，Vt的平均值。根據(jù)氣體的狀態(tài)方程式，知 （437） （438）所以 （439）將式(436)代入上式，得出當(dāng)每生產(chǎn)1m3地面脫氣原油時，在壓力和溫度下天然氣應(yīng)該具有的體積為 （440）綜合以上分析，得出當(dāng)每生產(chǎn)1m3地面脫氣原油時，在壓力和溫度下油、氣、水混合物的體積為 （441） 根據(jù)上式和式(435)就可以求出某壓力和溫度下油、氣、水混合物的平均流速。所以，原來在壓力和溫度下伴隨每生產(chǎn)1m3地面脫氣原油的天然氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所占的體積為 （436）為了求得在壓力和溫度下的天然氣的體積，還需通過氣體狀態(tài)方程將Vst作如下變換。設(shè)Sp——生產(chǎn)油氣比，等于產(chǎn)氣量比產(chǎn)油量，m3/m3；St——溶解油氣比，m3/m3。為此，需要分別求出每生產(chǎn)1m3地面脫氣原油時，在某壓力和溫度下油、氣、水三者應(yīng)具有的體積。于是，在油、氣、水混合物流動的研究中，取1m3地面脫氣原油的體積作為分析基礎(chǔ)。為了研究方便起見，需要找出一個不變的體積作為研究的基礎(chǔ)。這些情況是和單相液流不同的。沿井口自下而上的各個過流斷面處，油、氣、水混合物的體積流量和平均流速逐漸增大。此時，流動型態(tài)可以分為以下五種：泡狀流、彈狀流、段塞流、環(huán)狀流和霧狀流。t—溫度，℃。 (424) (425)式中：A—管道的截面積。（1）體積流量氣相體積流量Q g和液相體積流量Ql分別是指在任意過流斷面處的壓力P溫度T下單位時間通過斷面的氣相、液相的體積。一般從設(shè)Z=1開始。表41 系數(shù)：C 1，C2，C3系數(shù)＜C1C2C32）原油體積系數(shù)瓦茲奎茲－貝格斯公式 (412)式中C1C2C3－系數(shù)，其值見表42表42系數(shù)：C 1，C2，C3系數(shù)0≥＜C1104104C2104103C3108107 3）天然氣壓縮因子當(dāng)天然氣的壓力低于35Mpa時，它的壓縮系數(shù)Z可以按下式計算： (413)其中 （414） （415） （416）式中 ：Z－天然氣的壓縮系數(shù)，無因次；Tr－對比溫度，無因次；T－溫度，K；Tc－天然氣的假臨界溫度，K。其中，計算溶解油氣比的公式如下： （411）式中：C1C2C3－系數(shù)，其值見表31。－溫度，℃。是因為此時的原油收縮率最小，而且接近于油井分離器壓力的實際情況。因此，（由100磅/英寸2表壓折合而來）作為參照壓力。1）溶解汽油比瓦茲奎茲－貝格斯公式瓦茲奎茲（Vazquez）和貝格斯考慮到早期的相關(guān)規(guī)律多是基于一定油田的為數(shù)不多的數(shù)據(jù)而得出的，于是收集了世界上許