日输量对分注工具内流体压降影响计算

班久庆，黄 斌，吴 迪，韩 册，刘 欢，张 威

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）



日输量对分注工具内流体压降影响计算

班久庆，黄 斌，吴 迪，韩 册，刘 欢，张 威

（东北石油大学， 黑龙江 大庆 163318）

为了明确日输量对环形降压槽内聚合物溶液沿程阻力损失影响及规律、提高分层注采效率。结合流体力学理论，分别针对日输量为50、75、100、125、150、200 m3，密度为998 kg/m3，粘度为75 mPa·s的聚合物溶液进行计算，在同一规格降压槽中比较沿程阻力损失的大小，分析影响规律。计算结果表明：不同日输量对流经同一环形降压槽的聚合物溶液流态影响不大，雷诺数十分接近，仅200 m3时处于层流紊流混合区；环形降压槽压力损失与管壁粗糙度无关，与日输量、输送介质密度、粘度等因素有关；随着日输量上升环形降压槽管壁沿程阻力损失不断增加，但增加速度逐渐降低。

日输量；环形降压槽；沿程损失；雷诺数

随着现有油田原油开采工作不断推进，聚合物驱笼统注入方式很难发挥出应有效果。不同油层之间由于自身条件等客观原因，导致笼统注入方式下油层间的矛盾比较突出［1］。为提高油藏开采合理性，普遍采取分层注入方式进行开采，环形降压槽就是用来实现在不同层系注聚时，调整聚合物流速，控制压降，改变分子量，提高分层注采效果的工具，如图1 。分层聚驱时通常依靠调节环形降压槽的槽数、长度、直径等因素达到预期效果，对流经的聚合物溶液沿程损失（即压降）影响尚不可知，本文针对环形降压槽的不同日输量对聚合物流体压降影响展开计算并得出结论，从而明确日输量对环形降压槽沿程损失造成影响，提高分层注采效率［2-4］。

图1　环形降压槽Fig.1 Annular pressure reducing tan k

以外径d1=18 mm，槽间距L=11 mm，前槽间角为 30°，后槽间角为 45°的环形降压槽作为计算样本分注工具。以聚合物溶液作为样本溶液进行计算日输量对环形降压槽沿程阻力损失影响。分别设定聚合物溶液日流量分别为 50、75、100、125、150m3、200 m3，密度为 998 kg/m3，粘度为 75 mPa·s，以200 m3为例进行计算如下计算：

1　雷诺数Re的计算

1.1日输量为200 m3时雷诺数计算a.聚合物溶液流速：

式中：R — 环形管大圆半径,m；

r — 环形管小圆半径，m；

v — 聚合物溶液流速，m3/s。

b.聚合物溶液动力粘度:

c.聚合物溶液密度：

d.在横截面为同心圆的条件下，考虑到环形降压槽内表面非规则平面，分注工具水力直径，即为分注工具特征长度［5］：

式中：x — 湿周， m；

D — 水力直径，m；

d — 特征长度，m。格环形降压槽分别计算日输量为50、75、100、125、150 m3时雷诺数值，如表1所示：

表1　不同日输量对应雷诺数计算结果Table 1 Calculation results of Reynolds number at different daily transport capacity

2　流体流动状态判断

在流体层流状态下，阻力系数与雷诺数有关，与其他因素关系不大。在流体紊流状态下，阻力系数除了与雷诺数有关外还与环形降压槽壁面粗糙程度有关［5］。

（1） 在雷诺数值Re＜2 000的情况下，此时流体流动状态为层流，阻力系数λ只是关于雷诺数Re的函数并和管道粗糙度Δ无关，同时和理论分析得到的层流沿程阻力系数公式相符：

式中：λ — 阻力系数；

Re — 雷诺数。

（2） 在雷诺数值Re处于2 000～4 000范围内的情况下，此时流体流动状态属于紊流，处于由层流向紊流的转变过程，为临界区，但是阻力系数λ 随Re的增大而增大，与管道粗糙度依旧无关，公式与（1）中情况相符。

根据所求得在日输量为 200 m3时为例，Re=2 456＞2 000，根据雷诺数与流体流动状态的关系，溶液在分注工具环形降压槽中流动处于层流与紊流过渡区，属于紊流，流体流动状态与雷诺数Re有关而与壁面粗糙度无关。 因此不同日输量下流态判定如表2所示：

表1　不同日输量下流态判定结果Table 1 Determination results of flow regimes under different transport conditions

3　壁面沿程损失计算

阻力系数应按照层流沿程阻力系数公式计算：

e.雷诺数：

根据达西公式计算沿程阻力损失：

式中：v、ρ、μ— 分别为流体的流速m/s、密度g/cm3与黏性系数mPa·s；d — 特征长度, m。

1.2其余日输量雷诺数计算

根据上述公式，其与参数不变，仍利用同一规

式中：hf— 沿程阻力损失，m。

根据实际流体总流的伯努利方程式：

式中：α1、α2为动能修正系数，一般取1。ΔZ= （Z2-Z1）为溶液流过分注工具长度，v1、v2分别为流入、流出分注工具时溶液流动速度，由于动能损失远小于沿程损失，则上式变为：

表3　不同日输量条件下沿程压力损失计算结果Table 1 Calculation results of the pressure loss along the path under different transport conditions

即日输量为200 m3时，流体流过环形降压槽沿程压力损失为9.16×104 Pa。根据上式计算其余日输量条件下沿程损失结果如表3所示：

4　结 论

（1）结合日流量分别为50、75、100、125、150、200 m3的聚合物溶液及环形降压槽实际工作环境，针对沿程阻力损失进行推导计算，从而得出不同日输量对流经同一环形降压槽的聚合物溶液流态影响不大的结论，并且仅在日输量达到 200 m3时流体处于层流紊流混合区。

（2）从计算公式及计算过程中能够清楚发现，环形降压槽压力损失与管壁粗糙度无关，与日输量、输送介质密度、粘度等因素有关。

（3）随着日输量上升环形降压槽管壁沿程阻力损失不断增加，但增加速度逐渐降低。

［1］李俊成，杨亚少，许莉娜，张玉秋. 低渗透油藏分层注采对应技术研究与试验［J］. 石油天然气学报，2014（05）：141-144+8-9.

［2］郑永令. 流体流动状态与伯努利方程［J］. 大学物理，1994（08）：1-4.

［3］张维志. 等温管道层流与紊流临界状态值的分析［J］. 油气储运，1995（02）：10-12+65-4.

［4］李成佳. 同心环形断面管道的流速和流量公式的一般形式［J］. 辽宁建筑工程学院学报，1982（01）：105-108.

［5］黄斌，徐德奎，蔡萌，周万富，李朦，付思强，吴天奇，傅程. 基于正交试验法和数值仿真的环形降压槽结构优化［J］. 数学的实践与认识，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

班久庆（1992-），男，黑龙江大庆人，2014年毕业于东北石油大学油气储运工程专业，研究方向：油气集输及分层注采技术。E-mail：1748525095@qq.com。

TE 357

A

1671-0460（2016）05-1073-03

2016-01-07