中文摘要：

天然气开采中常伴随着液体。部分液体可能会沉降到井底造成气井减产甚至停产。目前常用Turner模型计算气体携液的临界速度。Turner模型是从作用在一滴单液滴上的力平衡推导出的，认为当气体生产速度大于其临界速度以后气流就会把液体带走，而与该气井中的液体含量多少无关。基于大量的生产数据，申请者于2009年发表了多液滴观点和模型，认为气流中相邻液滴间存在碰撞-粘合-下落-分解。当气流中的液滴数达到某临界值以后，液滴间的一连串碰撞会造成大面积的液滴沉降。从而得出当气流中液体含量超过某临界值以后，气体携液临界速度会随气流中的液体含量的增加而升高的结论和模型。这一新观点尚需实验室证实和深入的理论研究。该立项拟从实验室验证这一多液滴观点，建立较完整的多液滴理论和模型。该项研究将在用了40余年的悬浮液滴理论和管壁液膜理论上增添第3种-多液滴理论，以解决现有不少高含液气井的实际问题。

结论摘要：

天然气开采中常伴随着液体。部分液体可能会沉降到井底造成气井减产甚至停产。目前常用Turner模型计算气体携液的临界速度。Turner模型是从作用在一滴单液滴上的力平衡推导出的，认为当气体生产速度大于其临界速度以后气流就会把液体带走，而与该气井中的液体含量多少无关。2009年Zhou & Yuan发表了多液滴观点和模型，认为当气流中液体含量超过某临界值以后，气体携液临界速度会随气流中的液体含量的增加而升高。这一新观点尚需实验室证实和理论解释。该项目首先在详细调研国际上与气体携液实验相关的较先进实验室的基础上，建立了一内径50mm、高14米、功能较全面的气体携液实验装置。该装置能较好地混合气流与液流、观察并计量井底积液、提供2倍以上Turner临界速度与实现各种流态的稳定气流与液流、实时准确测量并记录下实验中的气体流量、液体流量、温度、压力等参数。通过所建立的实验装置，该项目用水与空气共完成了288次有效的气体携液实验。实验结果证明了Zhou & Yuan提出的气体携液的多液滴观点当气体流速大于Turner临界流速时，少量液体被气体全部带走，没有积液；但当气流中液体流量增加到某一值时，大于Turner临界流速的气流中仍然会出现积液。然而相对于Zhou & Yuan提出的0.01持液率这一临界液量，实验测得的值为0.0085。根据实验数据，该项目研究还建立了能反映大液量下的气体携液临界流速模型，该模型是对Zhou & Yuan模型的完善和发展。该项目同时还对液膜理论进行了研究，在Wallis经验公式和Levy动量交换模型的基础上建立了新的模型，以求出摩擦压降梯度、液膜厚度和空泡率。该新模型计算出的数据较Orkiszewski方法和Beggs-Bill 模型更接近实验数据。最后，该项目对多液滴影响进行了探讨，探索气体携液过程中的多液滴理论。建立了模拟研究上升气流中液滴间的碰撞、粘合、下落、分解、再上升的理论模型。模型结果表明当气井气流速度一定时，存在一个液滴数目临界值，当气流中的液滴数目小于该临界值时，井筒内各个单元的液滴数目会达到一个动态的平衡，当液滴数目大于该临界值，井筒内液滴出现掉落情况。该液滴数目临界值用井口的持液率表示为0.00935。该项研究成果丰富了气体携液理论，对大液量的气井开采也具有一定的指导作用。