[发明专利]一种考虑段塞气泡和多参数影响的临界携砂流速计算方法

权利要求书

1.一种临界携砂流速计算方法，包括如下步骤：

1)基于气液两相的质量与动量守恒计算稳定段塞流动压降；

2)基于砂粒所受的浮重力、拖曳力、举升力、塑性力与压力梯度力的力矩平衡，求得临界携砂流速表达式；

3)考虑到不同气相速度、井斜角与砂床厚度对气液两相稳定段塞流动压降的影响，建立考虑多参数的临界携砂流速计算模型；

4)采用迭代的方法求解模型，获取临界携砂流速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，计算稳定段塞流动压降包括以下步骤：首先根据段塞单元中液塞段与液膜段的气-液质量守恒求得段塞单元的平均空隙率，再基于液膜段气-液相稳态动量守恒方程求得液膜段液相高度，最后根据求得的平均空隙率与液膜段液相高度求得段塞单元平均压降，

其中，根据段塞单元中液塞段与液膜段的气-液质量守恒求得段塞单元的平均空隙率的计算公式如下：

α_u＝(u_GS-u_bα_s+u_tα_s)/u_t

式中，u_t为长气泡平移速度，又可视为段塞单元平移速度，m/s；u_GS为气相流量，m/s；u_b为液塞段中分散气泡速度，m/s；α_s为液塞段中气相体积分数；α_u为段塞单元平均空隙率；

基于液膜段气-液相稳态动量守恒方程求得液膜段液相高度，液膜高度随位置x的变化公式如下：

式中，h_f为液膜段液相高度，m；u_L为液塞段中液相平均流速，m/s；u_f为液相速度，m/s；R_s为液塞段液相体积分数；R_f为液膜段液相体积分数。ρ_L为液相密度，kg/m³；ρ_G为气相密度，kg/m³；S_f为液相湿周，m；S_G为气相湿周，m；S_i为气-液界面湿周，m；τ_f为液相与管壁剪切力，Pa；τ_G为气相与管壁剪切力，Pa；τ_i为气-液界面之间剪切力，Pa；A_f为液相截面积，m²；A_G为气相截面积，m²；β为管倾角，°

假设液膜段液相高度恒定，公式简化为：

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：采用求得的平均空隙率与液膜段液相高度求得段塞单元平均压降，计算公式如下：

式中，I_u、I_s与I_f分别为段塞单元、液塞段与液膜段长度，m；ρ_u为液塞单元平均密度，kg/m³，计算公式如下：

式中，ρ_u为液塞单元平均密度，计算公式如下：

ρ_u＝α_uρ_G+(1-α_u)ρ_L。