垂直向下管内变物性气液两相流流型分布及阻力特性研究

微生物驱油的关键技术是通过井筒向深达数千米的油藏加气注水，管内的两相流由于空气的压缩和溶解而沿管长方向发生大范围连续变化。本项目重点针对垂直向下管内物性发生连续变化的气液两相流的流型分布和阻力变化特性开展系统的实验和理论研究。通过一系列专门设计的实验，研究工质物性在大范围内连续变化时，竖直向下管内气液两相流流型转换机理，考察流量、管道直径及重力等因素对流型转换的影响规律，建立相应流型转换分析模型，应用概率描述方法对传统流型之间的过渡区域内的复合流型进行精细描述和表征；结合流型分布规律和压差信号数据，建立垂直向下管内物性发生连续变化时的气液两相流压降计算模型，分析入口气液流量及含气率对管道总压降的影响规律；结合水平管和垂直向上管内气液两相流流型转换的研究成果，深入分析重力对两相流型转换的影响机理。本研究成果为微生物驱油技术中提供理论基础和技术支持，也对多相流学科的发展具有重要意义。

本项目主要以微生物驱油技术中存在的典型的长距离垂直向下管内变压力、变物性空气-水气液两相流动特性为应用背景，重点研究了垂直向下管内气液两相流的流型分布、流型转换、含气率和摩擦压降等随气、液两相流量、管径、系统压力等变化的规律，分析了该两相流的流型转换的机理及含气率、摩擦压降的变化规律。主要研究成果包括：1.搭建了常压条件下，垂直向下管内气液两相流动特性研究实验台，建立了不同管径条件下的垂直向下管内气液两相流流型图、各流型对应的压力和压差波动信号、含气率、摩擦压降等的数据库；2.建立了垂直向下管内气液两相流的含气率、摩擦压降的新计算模型，获得了良好的效果；3.利用信号处理技术，建立了垂直向下管内气液两相流的基本流型与对应的压力和压差波动信号特征之间的对应关系；4.建立了垂直向下管内气液两相流的流型判定准则和流型转换模型，使用概率统计方法，对基本流型之间的过渡区域内的流型实现了更为合理的流型识别；5.建立了垂直向下管内气液两相流的概率流型图；6.建立了高压条件下两相流动特性研究实验台，获得了不同压力条件下高压蒸汽-水两相流各流型对应的压力和压差波动信号，并进行了信号分析；7.研究了不同压力条件下变物性垂直向下管内气液两相流的流型判定及流型转换界限。.该研究的成果可以为中长距离垂直向下管内气液两相流的流型判定、含气率计算以及摩擦压降预测提供可靠的理论和技术支持。