[科普中国]-两相流体管线

由于高温流体流动，在整个热井或部分井孔中包含两相的蒸气、气体和水混合物。从核反应堆、锅炉到石油和地垫井，在许多情况下管道中通常会有两相流。对于管线中的两相流目前没有精确的数学模型，但是已经发展出一系列的经验关系。

研究根据蒸气和液体流量比及流速比，在不同的“流动体系”内流体混合物的自身分布各不相同。对于仅有少量蒸气的，在液柱中通常存在蒸气泡。随着蒸气比例的增加，会逐渐出现蒸气夹栓和液体流。然后转变为雾化和环流等最终流态，管道的中心会出现伴有雾化液滴的蒸气，并且在管线壁上附着有连续的水相。

在这个体系范围内的结论之一就是在负压热储中需要有一个最小的流量来维持持续的排放。如果通过节流阀逐渐减少钻井流量，井口压力上升、流速下降直到达到最大排放压力(maximum discharging pressure，MDP)为止。进一步减少井流量，会导致更低的井口压力并且可能引起井停止排放。一般来说，在这种状态下，井孔中蒸气流量的上升仅仅足够维持蒸气和水的混合。如果流量进一步减少，流动状态改变为一个连续的水柱夹带有分布于其中的蒸气泡，压力梯度也变化为液态水的压力梯度，流体柱的整体密度增加，流体不再流出地表。

在井中两相流动形式的另一种结论是井的性能对排放的热焓很敏感。热焓的增加意味着井孔中的两相柱中有较高的蒸气比例，这样沿着井上升就有一个较低的压力梯度及较高的井口压力。流体中气体的含量能对井的性能有明显的影响，因为气体可导致在较高的压力下产生沸腾，即在井较深部位，并且在两相流中提供更高的蒸气比例，这基本上是一些气举排放导致的。1

模型计算两相流体的排放压力曲线最好使用井孔模拟器，其中包括压力梯度的经验近似值。许多模型可以利用，例如HOLA—GWELL(Aunzo et al，1991)、WELLSIM(Gunn et a1，1991)、GEOFLOW(Acuna，2008)、WELBOR(Pritchett，1985)和SIMU000(Upton，2000)。一个井孔模拟器应该能够代表一口井。它具有许多特定补给深度的流入量和流出量以及指定流入量的流体温度或质量。这些模型通常也用来计算井孔的热传递。通过对流量曲线和产能曲线进行拟合，获得了井的性能评估。该井有四个补给带，从温度曲线中可看出明显的三个补给带，在套管靴处的第四个补给带非常小。值得注意的是在各带之问温度曲线并不是完全等温的，但水在上升过程中冷却得却很慢，这是因为在井孔上升时流体是绝热(等焓)膨胀，由于井孔的温度很接近于热储温度，故没有井孔的热传递冷却流体。拟合后，如果已经具有一个大口径的钻孔，那么就可以利用井孔模拟评价井的性能。井孔模拟的最常用之处就是评价不同完井设计的优缺点。1

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学