气液两相垂直管流的流型-煤层气开采工艺

两相垂直管流基本是气－液、气－固、液－液以及液－固4种类型，其中，气－液两相流是最复杂的。这是由于气－液两相流中存在可变形的界面，其中的气相具有高度可压缩性。这种两相界面分布成不同几何图形或不同流动结构形式的现象，称之为两相流流动型态，简称流型。不同流型的气液混合物遵循各自的流动规律。

观测流型的方法很多。低速低压实验条件下，在透明管中可直接用肉眼观察各种流型；高速时可采用高速摄影、X光摄影。还有采用各种类型的探针间接地测取有关流型变化的信息，用于推算及判别流型。由于观测手段和处理方法的不同，研究者们提供了多种流型划分及其转换条件，目前尚未统一。

在垂直管中气液两相混合物向上流动时，一般比较为大家所公认的典型流型有以下几种，垂直管气液两相流典型流型见图2－4。

（1）泡状流

图2－4　垂直管气液两相流典型流型

当气液两相混合物中的含气率较低时，气相以分散的小气泡分布于液相中，在管子中央的气泡较多，靠近管壁的气泡较少，小的气泡都近似球形，这种流型称为泡状流。泡状流状态下气泡的上升速度大于液体流速，而混合物的平均流速较低。泡状流的特点是气体为分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩阻的影响不大，而滑脱现象比较严重。(www.xing528.com)

（2）段塞流

当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，含气率增加，小的气泡相互碰撞聚合而形成大的气泡，其直径接近于管径，气泡占据了大部分管子截面，形成一段液一段气的结构，称为段塞流。段塞流气段头部像子弹状，在两个气段之间夹杂着一些小气泡向上流动，这种弹状气泡举升液体的作用很像一个活塞向上推进。在段塞向上运动的同时，气弹与管壁之间的液体层相对于气弹缓慢地向下流动。段塞流型的液、气间的相对运动要较泡流小，滑脱也小。段塞流的特点是气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；摩擦损失变大。

（3）过渡流

过渡流又叫搅动流，液相从连续相过渡到分散相，气相连续，气体连续向上流动，液体被举升到一定高度，然后下落、聚集，而后又被气体举升。这种混杂的、震荡式的液体运动是过渡流的特征，故也称之为搅动流。过渡流的特点是破碎的气泡形状不规则，液体震荡式上升。一般出现在大口径管中，小口径管中观察不到。

（4）环流－雾流

管中心是连续的气流，而管壁为环状液流的流动结构称为环流。环流的特点是气液两相都是连续相；气体举升液体主要是靠摩擦携带；摩擦损失变大。气体的体积流量增加到足够大时，管内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的液环变得很薄，绝大部分液体以小油滴的形式分散在气流中。环流－雾流的特点是气体是连续相，液体是分散相；气体以很高的速率携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速率很小；气相是整个流动的控制因素。

在气井生产过程中，随气液两相的流量变化和流速变化，可能会出现多种流型。