倾斜管内气体/非牛顿液体弹状流动时液弹区域的流动特性研究

弹状流动是海洋油气混输及油气井内气液流动的主要流动形态，它以间歇出现的气弹和液弹为主要特征。其中，液弹的间歇出现是影响压力脉动、流量波动及流态转化的重要因素之一。目前国内外对于液弹的研究主要为气体/牛顿流体的水平或垂直流动，但在实际的石油工业生产中，由于原油的非牛顿流体特性和倾斜井的日益增多，致使气体/非牛顿流体两相倾斜流动显得越来越突出和重要。为此，本项目特提出进行倾斜管内气体/非牛顿流体两相弹状流动时液弹的流动特性研究，研究中将通过实验以同步测量方式获取液弹的相含率、长度以及压力降等参数，并同时应用电阻层析成像技术以及双能gamma射线技术观测液弹内部气泡的瞬态三维运动规律，结合理论分析建立液弹流动的描述模型，以便从理论上搞清楚液相为非牛顿流体的液弹流动特性及其对流型转化和压力脉动等因素的影响，为准确估算倾斜井和计量混输管道中的流态、减阻效率、气液流量提供科学的理论依据和工程实用方法。

弹状流动是海洋油气混输及油气井内气液流动的主要流动形态，它以间歇出现的气弹和液弹为主要特征。其中，液弹的间歇出现是影响压力脉动、流量波动及流态转化的重要因素之一。目前，对于倾斜管内气体/非牛顿流体两相弹状流动时液弹的流动特性研究在国内外越来越引起重视。因此，我们针对这个课题开展了深入地研究工作。首先，我们进行了相似性分析，搭建了试验系统，探索了气体/非牛顿流体流动时间歇流动的形成条件，发现在倾斜的管道中，在较低的气体表观流速下泡状流动已经转化为弹状流动。其次，我们采用伽马射线技术和快关阀技术进行了液弹含气率的测量，给出了基于混合雷诺数和倾斜角度的液相为非牛顿流体的液弹内持液率的表达式，并应用该表达式修正了气体/非牛顿流体混合流动时有效粘度的关系式。最后，我们将油水混合液作为单相非牛顿流体，研究了气体/油水混合液的摩擦压降特性。整个项目的科研工作中，发表了六篇SCI收录的国际期刊学术论文。