油井流入动态与多相流2全解.pptx

倾斜多相管流断面1和断面2的流体的能量平衡关系为：图2-19 倾斜管流能量平衡关系示意图(一)能量平衡方程推导二、井筒气液两相流能量平衡方程二、井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤及压力分布计算步骤适合于各种管流的通用压力梯度方程：则：令：O G W随随压压力力的的增增加加，一一部部分分气气体体溶溶于于油油，剩剩余余气气体体被被压压缩缩；油油相相溶溶解解了了气气体体，体体积积增增加加；水水也也可可被被压压缩缩，但但可可视视为为不不可可压流体。压流体。O W随压力的增加，油相被随压力的增加，油相被压缩，体积减小，水可压缩，体积减小，水可视为不可压流体。视为不可压流体。(二)计算参数说明某某不不饱饱和和油油藏藏单单井井生生产产时时，地地面面油油产产量量Q Qo o，生生产产气气油油比比R Rp p，不不含含水水，井井口口温温度度和和压压力力分分别别为为T T0 0和和p p0 0，需需要要确确定定井井筒筒中中某某点点(压压力力和和温温度度为为T T和和p p)油油相相和和气气相相的的实实际际体体积积流流量量和和物物性性参参数数，为为压力梯度计算做准备。压力梯度计算做准备。油相：原油的体积流量为QoBo 气相：地面条件 地下条件，油要溶解一部分气？同时，温度和压力的变化使气体体积变化较大（气体状态方程）气相：Z油相：(三)多相垂直管流压力分布计算步骤由于多相管流中每相流体影响流动的物理参数物理参数(密密度、粘度等度、粘度等)及混合物密度和流速都随压力和温度及混合物密度和流速都随压力和温度而变，沿程压力梯度并不是常数，而变，沿程压力梯度并不是常数，因此，多相管流需要分段分段计算；同时，要先求得相应段的流体性质参数，然而，这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求得的未知数。所以，多相管流通常采用迭代法迭代法进行计算。有两种不同的迭代途径：按深度增量迭代按深度增量迭代和按压按压力增量迭代力增量迭代。以计算段下端压力为起点，重复步，计算下一段的深度和压力，直到各段的累加深度等于管长为止。重复的计算，直至 。1)按深度增量迭代的步骤已知任一点(井口或井底)的压力作为起点，任选一个合适的压力降作为计算的压力间隔p(0.5 1.0MPa)。估计一个对应的深度增量h估计，计算与之对应的温度。计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。计算该段的压力梯度dp/dh。计算对应于的该段管长(深度差)h计算。计算该段下端对应的深度及压力。2)按压力增量迭代的步骤（略）思考题：根据上述步骤整理出计算压力分布的程序流程框图。说明：a.计算压力分布过程中，温度和压力是相关的；b.流体物性参数计算至关重要，但目前方法精度差；c.不同的多相流计算方法差别较大，因此在实际应用中有必要根据油井的实际情况筛选精度相对高的方法。第三节 奥齐思泽斯基（Orkiszewski）方法 奥齐思泽斯基于奥齐思泽斯基于19671967年用三大类、年用三大类、148148口井的实际资料口井的实际资料对前人的研究进行了评价，加上自己的研究，提出了此方对前人的研究进行了评价，加上自己的研究，提出了此方法。法。O Or rk ki is sz ze ew ws sk ki i流流型型图图他提出的四种流动型态他提出的四种流动型态是：泡流、段塞流、过是：泡流、段塞流、过渡流及环雾流渡流及环雾流出现雾流时，气体体积流量远大于液体体积流量。根据气体定律，动能变化可表示为：一、压力降公式及流动型态划分界限由垂直管流能量方程可知，压力降是摩擦能量损失、势能变化和动能变化之和：所以压降计算式为：表1-3 Orkiszewski方法流型划分界限 不同流动型态下 和 的计算方法不同。二、平均密度及摩擦损失梯度的计算液相存容比液相存容比(截面含液率、持液率截面含液率、持液率)HL：管段中液相体积与管段容积之比值，也等于fl/f。气相存容比气相存容比(截面含气率、空隙率截面含气率、空隙率)Hg：管段中气相体积与管段容积之比值，也等于fg/f。(1)泡流平均密度平均密度:滑脱速度：气相流速与液相流速之差。则：泡流摩擦损失梯度按液相(连续相)进行计算：图1-21图图1-21 摩擦阻力系数曲线摩擦阻力系数曲线(2)段塞流平均密度平均密度:滑脱速度滑脱速度vs液体分布系数液体分布系数滑脱速度滑脱速度 由泡流雷诺数由泡流雷诺数 查图确定查图确定 曲线曲线 根据泡流雷诺数根据泡流雷诺数 及雷及雷诺数诺数 查图确定查图确定 曲线曲线(1)假价设一个假价设一个vs值，求得值，求得C1及及C2(2)用式用式 计算一个计算一个vs 值值(3)重复计算直到假设值与计算值接近为重复计算直到假设值与计算值接近为止止vs值的确定 迭代法 vs也可由公式进行计算也可由公式进行计算 的计算 值需根据连续液相的类别及值需根据连续液相的类别及气液总流速来选用计算公式气液总流速来选用计算公式计算式详见教材公式(1-58)a e 时时计算得的计算得的 必须满足下面的条件：必须满足下面的条件：(3)过渡流 过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和雾流分别进行计算，然后用内插方法来确定相应的数值。段塞流的摩擦梯度段塞流的摩擦梯度式中的摩擦系数式中的摩擦系数 f ，根据管壁相对粗糙度根据管壁相对粗糙度和雷诺数和雷诺数 由穆迪图查得。由穆迪图查得。雾流混合物平均密度计算公式与泡流相同：由于雾流的气液无相对运动速度，即滑脱速度由于雾流的气液无相对运动速度，即滑脱速度接近于零，基本上没有滑脱。接近于零，基本上没有滑脱。摩擦梯度:(4)雾流所以：雾流摩擦系数可根据气体雷诺数 和液膜相对粗糙度（0.001到0.5）查图得。摩擦梯度:(4)雾流韦伯（韦伯（weber）数：）数：粗粗糙糙度度计计算算图1-24 Orkiszewski方法计算流程框图第四节贝格斯-布里尔方法 1973年年，Beggs和和Brill根根据据在在长长15m，直直径径1in和和1.5in聚聚炳炳烯烯管管中中，用用空空气气和和水水进进行行实实验验的的基基础础上上提提出出的的。Beggs-Brill方方法法是是可可用用于于水水平平、垂垂直直和和任任意意倾倾斜斜气液两相管流动计算的方法。气液两相管流动计算的方法。实验参数范围 气体流量气体流量 00.098 m3/s ；液体流量液体流量 00.0019 m3/s；持液率持液率 00.87 m3/m3；系统压力系统压力 241655 kpa(绝对压力绝对压力)；压力梯度压力梯度 018 kPa/m；倾斜度倾斜度 -900+900；流流 型型 水平管流动的全部流型。水平管流动的全部流型。一、基本方程单位质量气液混合物稳定流动的机械能量守恒方程 为：(1)位差压力梯度：消耗于混合物静水压头的压力梯度。(2)摩擦压力梯度：克服管壁流动阻力消耗的压力梯度。假设条件:气液混合物既未对外作功，也未受外界功(3)加速度压力梯度：由于动能变化而消耗的压力梯度。忽略液体压缩性、考虑到气体质量流速变化远远小于气体密度变化，则：(4)总压力梯度（Beggs-Brill方法的基本方程）Beggs-Brill 两相水平管流型分离流分层流波状流环状流间歇流团状流段塞流分散流泡 流雾 流Beggs-Brill 两相水平管流型二、Beggs-Brill方法的流型分布图及流型判别式图图1-26 1-26 Beggs-BrillBeggs-Brill流型分布图（教材流型分布图（教材p p4545）分离流分离流间歇流间歇流分散流分散流过渡流过渡流无滑脱持液率无滑脱持液率表表2-4 Beggs-Brill法流型判别条件法流型判别条件三、持液率及混合物密度确定(1)持液率Beggs-Brill方法计算倾斜管流时首先按水平管计算,然后进行倾斜校正。表1-6 a、b、c常数表 实验结果表明，倾斜校正系数与倾斜角、无滑脱持液率、弗洛德数及液体速度数有关。图图1-27 不同不同El下的倾斜校正系数下的倾斜校正系数根据实验结果回归的倾斜校正系数的相关式为:对于垂直管:系数C与无滑脱持液率、弗洛德数和液相速度数有关。表1-6 系数d、e、f、g其中：对于过渡流型，先分别用分离流和间歇流计算，之后采用内插法确定其持液率。利用持液率计算流动条件下混合物实际密度：(2)混合物密度四、阻力系数 气液两相流阻力系数与无滑脱气液两相流阻力系数的比值与持液率和无滑脱持液率(入口体积含液率)之间的关系：当1y1.2时两相流动的雷诺数：气液两相流阻力系数:Beggs-Brill方法计算流程框图(p49);结合p50的例题理解体积流量的校正和Beggs-Brill方法的应用