气液两相流动在油气生产和运输过程中十分常见,自上世纪40年代开始,国内外的研究者就有对气液两相流的研究。前期对气液两相流的研究主要是针对低黏度流体进行的,近年来随着传统石油储量的快速消耗,稠油的开发逐渐引起了人们的重视,然而稠油本身的高黏度给其生产和运输带来了很大的困难。研究表明,由于液相黏度的增加,高黏油的两相流动特性与常规的低黏度气液两相流有着很大的区别。为此,国内外的专家学者针对高黏度情况下的两相流动开展了许多研究,并且提出了一些适用模型,但是这些研究大多是针对水平管和垂直管进行的,对于上倾管中高黏油气两相流的研究相对较少。为了研究上倾管高黏油气两相流的流动特性、段塞流特性和适用模型,本文开展了一系列实验与理论研究。针对上倾管内高黏油气两相流的流型和压降特性进行了详细的实验研究。实验中观测到7种流型,得到了不同工况下的压力波动信号及压降值。实验结果表明,由于液相黏度的影响,上倾管内大部分流型的过渡边界向流型图的左侧偏移,且黏度越大偏移程度越大。将流型数据与Barnea流型判断模型进行对比,发现在高黏度时两者误差较大。根据压降数据得出,由于高黏度时液滴的附着作用增强,在气液表观速度均较小时,会出现黏度增加而压降却减小的现象。分析了OLGA模型和Zhang模型对于压降的计算精度,发现高黏度时模型的计算误差远大于低黏度情况。建立了适用于上倾管高黏油气两相流压降计算的段塞捕捉模型。模型以气液相间滑移速度和液相连续性方程为基础,通过动坐标系求解液相连续性方程,得到持液率的变化来反映段塞的形成和发展。建立气液动量守恒方程关联持液率和压力,得到管路中各位置的压力变化。闭合关系式中,通过液塞平移速度、壁面及气液相界面的剪切力关系式突出黏度的影响。分别使用实验数据和国外研究者的相关数据来验证模型,结果表明模型具有较高的精度,大部分压降误差在±15%以内,可以在上倾管高黏油气混输管路中进行应用。研究了上倾管中高黏油气段塞流主要特性参数的变化规律,结果表明,随着液相黏度的增加,段塞速度和段塞频率逐渐增大,而段塞长度逐渐减小;在低黏度的情况下,平均段塞长度在15-30D之间,段塞长度分布为近似正态分布,而在高黏度的情况下,平均段塞长度仅在5-12D之间,段塞长度分布由近似正态分布转为右偏分布,且黏度越大,偏态系数越大。根据实验数据评价了现有高黏度段塞流模型的计算精度以及在上倾管中的适用性,得到了在上倾管高黏度条件下精度最高的段塞参数计算模型。