气井井筒条件下单液滴动力学特征及其携带临界气流速

摘要

准确认识气井井筒条件环状流场中单液滴的动力学特征和正确计算液滴携带临界气流速是气井连续携液机理研究的重要内容之一。为深入研究气井井筒高温高压条件下液滴的动力学特征,首先建立了气流场中单液滴动力学特征的数值模型及求解方法,采用流体体积函数法(VOF)模拟液滴表面结构,利用直接数值模拟方法(DNS)模拟液滴周围气流场,开发了单液滴动力学特征数值模拟求解器。以气井压力温度为模拟条件,通过逐渐增加气流速而增加韦伯数,模拟得到了液滴椭球度随韦伯数增加而减小、曳力系数随韦伯数增加而增加的规律,和液滴破碎的临界韦伯数为12的认识;基于数值模拟结果和力平衡原理推导了单液滴携带临界气流速预测新模型,新模型中的综合系数为3.31,与李闽椭球模型的综合系数为2.5比较接近。利用公开文献数据对现有单液滴模型进行的适应性评价表明,在低液量(1 m^(3)/d)气井条件下,井筒液滴稀疏、液滴相互作用弱,新模型和李闽椭球模型具有较高的准确性。