日輸量對分注工具內流體壓降影響計算

班久慶，黃 斌，吳 迪，韓 冊，劉 歡，張 威

（東北石油大學， 黑龍江 大慶 163318）

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日輸量對分注工具內流體壓降影響計算

班久慶，黃 斌，吳 迪，韓 冊，劉 歡，張 威

（東北石油大學， 黑龍江 大慶 163318）

為了明確日輸量對環形降壓槽內聚合物溶液沿程阻力損失影響及規律、提高分層注采效率。結合流體力學理論，分別針對日輸量為50、75、100、125、150、200 m3，密度為998 kg/m3，粘度為75 mPa·s的聚合物溶液進行計算，在同一規格降壓槽中比較沿程阻力損失的大小，分析影響規律。計算結果表明：不同日輸量對流經同一環形降壓槽的聚合物溶液流態影響不大，雷諾數十分接近，僅200 m3時處于層流紊流混合區；環形降壓槽壓力損失與管壁粗糙度無關，與日輸量、輸送介質密度、粘度等因素有關；隨著日輸量上升環形降壓槽管壁沿程阻力損失不斷增加，但增加速度逐漸降低。

日輸量；環形降壓槽；沿程損失；雷諾數

隨著現有油田原油開采工作不斷推進，聚合物驅籠統注入方式很難發揮出應有效果。不同油層之間由于自身條件等客觀原因，導致籠統注入方式下油層間的矛盾比較突出［1］。為提高油藏開采合理性，普遍采取分層注入方式進行開采，環形降壓槽就是用來實現在不同層系注聚時，調整聚合物流速，控制壓降，改變分子量，提高分層注采效果的工具，如圖1 。分層聚驅時通常依靠調節環形降壓槽的槽數、長度、直徑等因素達到預期效果，對流經的聚合物溶液沿程損失（即壓降）影響尚不可知，本文針對環形降壓槽的不同日輸量對聚合物流體壓降影響展開計算并得出結論，從而明確日輸量對環形降壓槽沿程損失造成影響，提高分層注采效率［2-4］。

圖1　環形降壓槽Fig.1 Annular pressure reducing tan k

以外徑d1=18 mm，槽間距L=11 mm，前槽間角為 30°，后槽間角為 45°的環形降壓槽作為計算樣本分注工具。以聚合物溶液作為樣本溶液進行計算日輸量對環形降壓槽沿程阻力損失影響。分別設定聚合物溶液日流量分別為 50、75、100、125、150m3、200 m3，密度為 998 kg/m3，粘度為 75 mPa·s，以200 m3為例進行計算如下計算：

1　雷諾數Re的計算

1.1日輸量為200 m3時雷諾數計算a.聚合物溶液流速：

式中：R — 環形管大圓半徑,m；

r — 環形管小圓半徑，m；

v — 聚合物溶液流速，m3/s。

b.聚合物溶液動力粘度:

c.聚合物溶液密度：

d.在橫截面為同心圓的條件下，考慮到環形降壓槽內表面非規則平面，分注工具水力直徑，即為分注工具特征長度［5］：

式中：x — 濕周， m；

D — 水力直徑，m；

d — 特征長度，m。格環形降壓槽分別計算日輸量為50、75、100、125、150 m3時雷諾數值，如表1所示：

表1　不同日輸量對應雷諾數計算結果Table 1 Calculation results of Reynolds number at different daily transport capacity

2　流體流動狀態判斷

在流體層流狀態下，阻力系數與雷諾數有關，與其他因素關系不大。在流體紊流狀態下，阻力系數除了與雷諾數有關外還與環形降壓槽壁面粗糙程度有關［5］。

（1） 在雷諾數值Re＜2 000的情況下，此時流體流動狀態為層流，阻力系數λ只是關于雷諾數Re的函數并和管道粗糙度Δ無關，同時和理論分析得到的層流沿程阻力系數公式相符：

式中：λ — 阻力系數；

Re — 雷諾數。

（2） 在雷諾數值Re處于2 000～4 000范圍內的情況下，此時流體流動狀態屬于紊流，處于由層流向紊流的轉變過程，為臨界區，但是阻力系數λ 隨Re的增大而增大，與管道粗糙度依舊無關，公式與（1）中情況相符。

根據所求得在日輸量為 200 m3時為例，Re=2 456＞2 000，根據雷諾數與流體流動狀態的關系，溶液在分注工具環形降壓槽中流動處于層流與紊流過渡區，屬于紊流，流體流動狀態與雷諾數Re有關而與壁面粗糙度無關。 因此不同日輸量下流態判定如表2所示：

表1　不同日輸量下流態判定結果Table 1 Determination results of flow regimes under different transport conditions

3　壁面沿程損失計算

阻力系數應按照層流沿程阻力系數公式計算：

e.雷諾數：

根據達西公式計算沿程阻力損失：

式中：v、ρ、μ— 分別為流體的流速m/s、密度g/cm3與黏性系數mPa·s；d — 特征長度, m。

1.2其余日輸量雷諾數計算

根據上述公式，其與參數不變，仍利用同一規

式中：hf— 沿程阻力損失，m。

根據實際流體總流的伯努利方程式：

式中：α1、α2為動能修正系數，一般取1。ΔZ= （Z2-Z1）為溶液流過分注工具長度，v1、v2分別為流入、流出分注工具時溶液流動速度，由于動能損失遠小于沿程損失，則上式變為：

表3　不同日輸量條件下沿程壓力損失計算結果Table 1 Calculation results of the pressure loss along the path under different transport conditions

即日輸量為200 m3時，流體流過環形降壓槽沿程壓力損失為9.16×104 Pa。根據上式計算其余日輸量條件下沿程損失結果如表3所示：

4　結 論

（1）結合日流量分別為50、75、100、125、150、200 m3的聚合物溶液及環形降壓槽實際工作環境，針對沿程阻力損失進行推導計算，從而得出不同日輸量對流經同一環形降壓槽的聚合物溶液流態影響不大的結論，并且僅在日輸量達到 200 m3時流體處于層流紊流混合區。

（2）從計算公式及計算過程中能夠清楚發現，環形降壓槽壓力損失與管壁粗糙度無關，與日輸量、輸送介質密度、粘度等因素有關。

（3）隨著日輸量上升環形降壓槽管壁沿程阻力損失不斷增加，但增加速度逐漸降低。

［1］李俊成，楊亞少，許莉娜，張玉秋. 低滲透油藏分層注采對應技術研究與試驗［J］. 石油天然氣學報，2014（05）：141-144+8-9.

［2］鄭永令. 流體流動狀態與伯努利方程［J］. 大學物理，1994（08）：1-4.

［3］張維志. 等溫管道層流與紊流臨界狀態值的分析［J］. 油氣儲運，1995（02）：10-12+65-4.

［4］李成佳. 同心環形斷面管道的流速和流量公式的一般形式［J］. 遼寧建筑工程學院學報，1982（01）：105-108.

［5］黃斌，徐德奎，蔡萌，周萬富，李朦，付思強，吳天奇，傅程. 基于正交試驗法和數值仿真的環形降壓槽結構優化［J］. 數學的實踐與認識，2014（22）：96-102.

Calculation on Influence of Daily Transportation Amount on the Fluid Pressure Drop in Separate Injection Tool

BAN Jiu-qing，HUANG Bin，WU Di，HAN Ce，LIU Huan，ZHANG Wei
（Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China）

In order to determine the influence of daily transportation amount on the frictional resistance loss of the polymer solution along the path and its law in the annular pressure reducing tank, and to improve the efficiency of the injection production, according to the theory of fluid mechanics, the frictional resistance loss of the polymer solution with density of 998 kg/m3and viscosity of 75 mPa·s was calculated under daily transportation amount of 50, 75, 100, 125, 150 and 200 m3,respectively. The frictional resistance losses in the same pressure relief groove under different daily transportation amount were compared, and the influence rule was analyzed. Calculation results show that: different throughput has little effect on the flow state of polymer solution flowing through an annular pressure relief groove, their Reynolds numbers are very close; pressure loss in the annular pressure relief groove is entirely unrelated to the pipe wall roughness, and is related to throughput, transmission medium density, viscosity and other factors; with increasing of the throughput, annular pressure relief groove pipe wall friction loss increases, but the increase rate decreases gradually.

daily transportation amount; annular pressure reducing tank; resistance loss along the path; Reynolds number

班久慶（1992-），男，黑龍江大慶人，2014年畢業于東北石油大學油氣儲運工程專業，研究方向：油氣集輸及分層注采技術。E-mail：1748525095@qq.com。

TE 357

A

1671-0460（2016）05-1073-03

2016-01-07