长江大学地球科学学院2024级硕士研究生白富勇在流体力学领域国际权威期刊《Physics of Fluids》发表题为《Prediction of two-phase annular flow pressure drop in wellbores by incorporating liquid film modeling》的研究论文，陈鹏老师为通讯作者。该研究以液膜动量守恒为基础建立了气井井筒环状流压降机理模型，为试井中的井底压力折算提供了新的算法。

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试井解释以井底压力为依据，而深层、高气液比气井长期下压力计成本高、风险大，工程上多由井口压力折算井底压力，精度取决于井筒压降计算。此类井筒普遍为环状流，传统均相模型忽略相间滑脱与贴壁液膜，分相流模型又依赖常压、小管径空气—水实验拟合的经验相关式，在高压、高气液比下误差放大。

1.机理建模：液膜厚度由受力平衡求解

研究将井筒分为高速气芯与贴壁液膜，建立液膜微元动量守恒方程，计入壁面剪切、界面剪切、重力与压降梯度，对速度剖面沿膜厚积分得到液膜厚度隐式解，使其由受力平衡而非经验相关式确定；再耦合以拉普拉斯长度为特征尺度的夹带率模型与界面摩擦模型，形成压降闭环计算体系。

2.分相持液率：纠正高气液比下的高估

传统模型把持液率当作单一集总量，掩盖了液相以贴壁液膜和气芯液滴共存的事实。研究将总持液率分解为液膜与气芯液滴两部分，分别由液膜厚度和夹带率控制。气液比由6000增至11000时，液膜厚度下降62%、持液率下降69%。

3.现场验证：132口井压降误差降低34.7%

液膜厚度与Wang等、Sawant实验库对比，平均相对误差为11.2%和5.21%，优于6个国际经典模型。以132口环状流气井实测资料为基准，压降平均绝对误差0.976 MPa，较最优的Beggs-Brill模型（1.495 MPa）降低34.7%；5775 m深井井底压力误差仅0.297 MPa，自1000 m至井底误差增量0.223 MPa，10口4851～6205 m深层气井相对误差均低于3.5%、平均2.05%，误差沿井深的累积得到有效抑制。

图2 132口环状流气井实测井底压力与模型预测值交汇图

4.规律与边界：管径与井斜的影响

管径与井斜显著调制液膜对界面剪切的敏感性：小管径（0.05 m）比大管径（0.25 m）高76%，垂直井为15°井斜的2.13倍；45°井斜附近液膜对液量最敏感，为垂直井的4.82倍。模型适用于稳态环状流、常规油管、气液比大于1100的高压井筒。

该研究将井筒环状流压降预测从经验拟合推进到机理求解，为试井中的井底压力折算提供了可靠算法。

论文链接：https://pubs.aip.org/aip/pof/article-abstract/38/1/013308/3376437/Prediction-of-two-phase-annular-flow-pressure-drop?redirectedFrom=fulltext