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1、第二讲多相管流全中文第一页，本课件共有100页第一节第一节第一节第一节 油井流入动态油井流入动态油井流入动态油井流入动态一、单相原油流入动态一、单相原油流入动态一、单相原油流入动态一、单相原油流入动态二、油气两相渗流的流入动态二、油气两相渗流的流入动态二、油气两相渗流的流入动态二、油气两相渗流的流入动态三、含水及多层油藏油井流入动态三、含水及多层油藏油井流入动态三、含水及多层油藏油井流入动态三、含水及多层油藏油井流入动态四、完井方式对油井流入动态的影响四、完井方式对油井流入动态的影响四、完井方式对油井流入动态的影响四、完井方式对油井流入动态的影响五、预测未来油井流入动态五、预测未来油井流入动态
2、五、预测未来油井流入动态五、预测未来油井流入动态第二节第二节第二节第二节 气液两相管流基本概念及基本方程气液两相管流基本概念及基本方程气液两相管流基本概念及基本方程气液两相管流基本概念及基本方程第三节第三节第三节第三节 气液两相管流计算方法气液两相管流计算方法气液两相管流计算方法气液两相管流计算方法第四节第四节第四节第四节 嘴流动态嘴流动态嘴流动态嘴流动态Pwf PePwf Pe第一章第一章 油井基本流动规律油井基本流动规律第二页，本课件共有100页第二节第二节 井筒气液两相管流基本概念及计算模型井筒气液两相管流基本概念及计算模型气液两相流与单相流的比较气液两相流与单相流的比较气液混合物的流态
3、特征气液混合物的流态特征滑脱现象及流动的特性参数滑脱现象及流动的特性参数气液两相管流压力梯度方程的推导气液两相管流压力梯度方程的推导气液两相管流的计算方法气液两相管流的计算方法 第三页，本课件共有100页原油从油层流至地面计量站，经历的过程为原油从油层流至地面计量站，经历的过程为 Pr Pwf Pwh PB PSE 油层油层 井底井底 井口井口 (油嘴油嘴)计量站计量站 地层渗流地层渗流 多相管流多相管流 嘴流嘴流 地面管流地面管流 能量消耗能量消耗 10-50%20-80%5-30%5-10%井底压力井底压力Pwf：原油流入井底的剩余能量，是举升原油的动力：原油流入井底的剩余能量，是举升原油
4、的动力井口油压井口油压Pwh：多相管流的剩余能量，地面管流的动力。（：多相管流的剩余能量，地面管流的动力。（Pt）Pb第二节第二节 井筒气液两相管流基本概念及计算模型井筒气液两相管流基本概念及计算模型第四页，本课件共有100页两相管流研究的必要性两相管流研究的必要性要求井口要求井口 Pwh,油井产量油井产量qo多大合适？多大合适？根据流入动态根据流入动态qo1 对应对应 Pwf1 试采后试采后Pwh1，如果如果Pwh1Pwh，则调则调整增加产量。整增加产量。通过这样的调整最终能得到一个合理的定通过这样的调整最终能得到一个合理的定产，但如果每一种工作制度都这样调整显得十产，但如果每一种工作制度都
5、这样调整显得十分盲目分盲目 如果对两相管流规律认识清楚，可通过计如果对两相管流规律认识清楚，可通过计算机直接进行优化。算机直接进行优化。第二节第二节 井筒气液两相管流基本概念及计算模型井筒气液两相管流基本概念及计算模型Pwfqoqo1qo2Pwf1Pwf2第五页，本课件共有100页一、气液两相流与单相流的比较一、气液两相流与单相流的比较1、发生条件：、发生条件：Pwh Pb Pwh Pb时，井中流体为单相油流，成为单相流动时，井中流体为单相油流，成为单相流动 Pwf Pb，PwhPPPPPPPB B B B，无气体分离出来，无气体分离出来二、气液混合物的流态特征二、气液混合物的流态特征纯液流纯
6、液流纯液流纯液流纯液流纯液流PB第八页，本课件共有100页2 2 2 2、泡流（、泡流（、泡流（、泡流（bubble flowbubble flowbubble flowbubble flow）管内从压力等于管内从压力等于管内从压力等于管内从压力等于P P P Pb b b b 起，有天然气析出，呈现气泡状起，有天然气析出，呈现气泡状起，有天然气析出，呈现气泡状起，有天然气析出，呈现气泡状,分散在液相中。分散在液相中。分散在液相中。分散在液相中。随着油流上升，压力下降随着油流上升，压力下降随着油流上升，压力下降随着油流上升，压力下降,气泡渐渐膨胀。这时气体的体积流量气泡渐渐膨胀。这时气体的体积
7、流量气泡渐渐膨胀。这时气体的体积流量气泡渐渐膨胀。这时气体的体积流量仍较小，总流量不大，流速较低，摩阻小，密度比纯液流低。仍较小，总流量不大，流速较低，摩阻小，密度比纯液流低。仍较小，总流量不大，流速较低，摩阻小，密度比纯液流低。仍较小，总流量不大，流速较低，摩阻小，密度比纯液流低。特点：液相是连续相，气相是分散相。但滑脱损失较大。特点：液相是连续相，气相是分散相。但滑脱损失较大。特点：液相是连续相，气相是分散相。但滑脱损失较大。特点：液相是连续相，气相是分散相。但滑脱损失较大。（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态
8、特征第九页，本课件共有100页3 3 3 3、段塞流（、段塞流（、段塞流（、段塞流（slug flowslug flowslug flowslug flow）随混气液上升，压力下降，小气泡膨胀成大气泡。当气泡断面随混气液上升，压力下降，小气泡膨胀成大气泡。当气泡断面随混气液上升，压力下降，小气泡膨胀成大气泡。当气泡断面随混气液上升，压力下降，小气泡膨胀成大气泡。当气泡断面几乎与油管直径相当时，井筒内形成一段气，一段液的流动结几乎与油管直径相当时，井筒内形成一段气，一段液的流动结几乎与油管直径相当时，井筒内形成一段气，一段液的流动结几乎与油管直径相当时，井筒内形成一段气，一段液的流动结构。气段外
9、有液膜，液相仍是连续相，气相是分散相。气体体构。气段外有液膜，液相仍是连续相，气相是分散相。气体体构。气段外有液膜，液相仍是连续相，气相是分散相。气体体构。气段外有液膜，液相仍是连续相，气相是分散相。气体体积流量较泡流大，摩阻较泡流大，密度较小，滑脱较小。积流量较泡流大，摩阻较泡流大，密度较小，滑脱较小。积流量较泡流大，摩阻较泡流大，密度较小，滑脱较小。积流量较泡流大，摩阻较泡流大，密度较小，滑脱较小。特点：液相仍是连续相，气相是分散相。破漏活塞式举油，举油特点：液相仍是连续相，气相是分散相。破漏活塞式举油，举油特点：液相仍是连续相，气相是分散相。破漏活塞式举油，举油特点：液相仍是连续相，气相
10、是分散相。破漏活塞式举油，举油效果最好。效果最好。效果最好。效果最好。（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征第十页，本课件共有100页4 4 4 4、过渡流（、过渡流（、过渡流（、过渡流（transition flowtransition flowtransition flowtransition flow）液相从连续相过渡到分散相，气相从分散相过渡到连续相，气液相从连续相过渡到分散相，气相从分散相过渡到连续相，气液相从连续相过渡到分散相，气相从分散相过渡到连续相，气液相从连续相过渡到分散相，气相从分散相过渡到连
11、续相，气体连续向上流动并举升液体，有部分液体下落、聚集，而后又体连续向上流动并举升液体，有部分液体下落、聚集，而后又体连续向上流动并举升液体，有部分液体下落、聚集，而后又体连续向上流动并举升液体，有部分液体下落、聚集，而后又被气体举升。这种混杂的、振荡式的液体运动是过渡流的特征，被气体举升。这种混杂的、振荡式的液体运动是过渡流的特征，被气体举升。这种混杂的、振荡式的液体运动是过渡流的特征，被气体举升。这种混杂的、振荡式的液体运动是过渡流的特征，故也称之为搅动流。故也称之为搅动流。故也称之为搅动流。故也称之为搅动流。特点：液相从连续相向分散相过渡，气相近似为连续相特点：液相从连续相向分散相过渡，
12、气相近似为连续相特点：液相从连续相向分散相过渡，气相近似为连续相特点：液相从连续相向分散相过渡，气相近似为连续相（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征第十一页，本课件共有100页5 5 5 5、雾状流（、雾状流（、雾状流（、雾状流（annularannularannularannularmist flowmist flowmist flowmist flow）气体体积流量越来越大气体体积流量越来越大气体体积流量越来越大气体体积流量越来越大,管壁的油膜越来越少管壁的油膜越来越少管壁的油膜越来越少管壁的油膜越来越少,液相主要以雾状分液相主要以雾状分液相主要以雾状分液相主要以雾
13、状分散到气相中。气为连续相，液为分散相。这时密度很小散到气相中。气为连续相，液为分散相。这时密度很小散到气相中。气为连续相，液为分散相。这时密度很小散到气相中。气为连续相，液为分散相。这时密度很小,但流速很但流速很但流速很但流速很大大大大,压降主要消耗在摩阻上。压降梯度变得更大压降主要消耗在摩阻上。压降梯度变得更大压降主要消耗在摩阻上。压降梯度变得更大压降主要消耗在摩阻上。压降梯度变得更大,压能损失更为严压能损失更为严压能损失更为严压能损失更为严重。重。重。重。特点：液相是分散相，气相为连续相，油气相对速度很小。特点：液相是分散相，气相为连续相，油气相对速度很小。特点：液相是分散相，气相为连续
14、相，油气相对速度很小。特点：液相是分散相，气相为连续相，油气相对速度很小。（一）垂直管气液两相流流态特征（一）垂直管气液两相流流态特征第十二页，本课件共有100页纯液流纯液流泡流泡流段塞流段塞流过渡流过渡流雾状流雾状流（环流或雾流）（环流或雾流）PBHPPB第十三页，本课件共有100页典型流型：分层流、间歇流和分散流典型流型：分层流、间歇流和分散流（二）水平管气液两相流流型态特征（二）水平管气液两相流流型态特征（二）水平管气液两相流流型态特征（二）水平管气液两相流流型态特征分层流分层流间歇流间歇流分散流分散流第十四页，本课件共有100页1 1、分层流、分层流层状平滑流层状平滑流：沿管子底部流动
15、的液体和：沿管子底部流动的液体和顶部流动的气体之间具有平滑的界面。顶部流动的气体之间具有平滑的界面。流量较低。流量较低。层状波状流层状波状流：气、液界面变成波状的，：气、液界面变成波状的，气体气体 流量较高。流量较高。环流环流：在管壁上形成液环，管子中心为：在管壁上形成液环，管子中心为夹带液滴的气流。气液流量较高。夹带液滴的气流。气液流量较高。（二）水平管气液两相流流型态特征（二）水平管气液两相流流型态特征第十五页，本课件共有100页2 2、间歇流、间歇流塞塞流流：大大气气泡泡沿沿管管子子顶顶部部流流动动，而而管子下部为液流。管子下部为液流。段段塞塞流流：包包括括大大液液体体段段塞塞与与几几乎
16、乎充充满满管子的高速气泡的交替流。管子的高速气泡的交替流。（二）水平管气液两相流流型态特征（二）水平管气液两相流流型态特征第十六页，本课件共有100页3 3、分散流、分散流泡流泡流：大气泡集中在管子的上半部。：大气泡集中在管子的上半部。环雾流环雾流：气流量高、液流量低，气流中夹带液滴。：气流量高、液流量低，气流中夹带液滴。（二）水平管气液两相流流型态特征（二）水平管气液两相流流型态特征倾斜管的两相流流型不同于垂直管或水平管，它与管斜角有关倾斜管的两相流流型不同于垂直管或水平管，它与管斜角有关第十七页，本课件共有100页1 1、滑脱现象（、滑脱现象（Slip PhenomenonSlip Phe
17、nomenon）定义：定义：气液混合物上升的垂直或倾斜管流中，由于气液气液混合物上升的垂直或倾斜管流中，由于气液密度差异造成气液速度差异而出现的气体超越液体上升密度差异造成气液速度差异而出现的气体超越液体上升的现象。主要出现在泡流。的现象。主要出现在泡流。（三）滑脱现象及流动的特性参数（三）滑脱现象及流动的特性参数（三）滑脱现象及流动的特性参数（三）滑脱现象及流动的特性参数ALAG假设液相不动，由于浮力作用，假设液相不动，由于浮力作用，则气体仍向上运动，即气液之间则气体仍向上运动，即气液之间存在相对运动存在相对运动滑脱速度：滑脱速度：US=UG-UL AG、qG、UG分别表示单位管段上气相所占
18、的截面积、流量和真实速度；分别表示单位管段上气相所占的截面积、流量和真实速度；AL、qL、UL分别表示单位管段上液相所占的截面积、流量和真实速度。分别表示单位管段上液相所占的截面积、流量和真实速度。第十八页，本课件共有100页2 2、持液率（、持液率（Liquid HoldupLiquid Holdup）定义定义：单位管长内液体体积与单位管长容积的比值，持液率：单位管长内液体体积与单位管长容积的比值，持液率实质是指在两相流动的过流段面上，液相面积实质是指在两相流动的过流段面上，液相面积A AL L占总过流断面占总过流断面面积面积A A的份额的份额 3 3、持气率持气率（Void Fractio
19、nVoid Fraction）第十九页，本课件共有100页4 4、无滑脱持液率、无滑脱持液率假定假定U UG G=U=UL L,则单位管长内液体体积与单位管长总体积的比值称则单位管长内液体体积与单位管长总体积的比值称为无滑脱持液率，用为无滑脱持液率，用 L L表示。表示。因此，有因此，有因滑脱而增加的液相面积因滑脱而增加的液相面积第二十页，本课件共有100页5 5、表观速度（、表观速度（Superficial VelocitySuperficial Velocity）定义定义：某一相的表观速度表示为该相单独充满并流过管子截面的：某一相的表观速度表示为该相单独充满并流过管子截面的速度，表示为速度
20、，表示为U USLSL、U USGSG。液相表观速度和气相表观速度分别为液相表观速度和气相表观速度分别为6 6、真实速度（、真实速度（Actual VelocityActual Velocity）真实速度真实速度 表观速度表观速度第二十一页，本课件共有100页7 7、混合物速度或两相速度、混合物速度或两相速度（Mixture or Two-phase VelocityMixture or Two-phase Velocity）根椐上面的定义，则滑脱速度根椐上面的定义，则滑脱速度U Us s可表示为可表示为如果无滑脱如果无滑脱 则则U Us s=0,U=0,UL L=U=UG GU Um m第二
21、十二页，本课件共有100页8 8、混气液密度、混气液密度(1)(1)、理论密度、理论密度(无滑脱无滑脱)设：油相截面积设：油相截面积:A:AL L 气相截面积气相截面积:A:AG G 高度高度 L L的流体质量为的流体质量为 L L（A AL L L L+A+AG G G G）体积为体积为:LA LA（A=AA=AL L+A+AG G）气液混合物流动时过流断面简图气液混合物流动时过流断面简图AAL LAG无滑脱时无滑脱时第二十三页，本课件共有100页第二十四页，本课件共有100页(2)(2)、实际密度、实际密度q qG G=U=UG GA AG G，U UG G ，则则 A AG GA=AA=
22、AL L+A+AG G ，A AG G ，A AL L若无滑脱时液相面积若无滑脱时液相面积A AL L 则滑脱时增加则滑脱时增加AAL L密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗,叫叫叫叫有效损耗有效损耗有效损耗有效损耗。式中第二项是滑脱引起的密度增量式中第二项是滑脱引起的密度增量式中第二项是滑脱引起的密度增量式中第二项是滑脱引起的密度增量,它所引起的压力变化它所引起的压力变化它所引起的压力变化它所引起的压力变化 叫叫叫叫滑脱损失滑脱损
23、失滑脱损失滑脱损失。第二十五页，本课件共有100页 （1-57）根据定义第二十六页，本课件共有100页1 1、气体体积流量、气体体积流量q qG G 从压力等于从压力等于P Pb b点起出现小气泡，越往上点起出现小气泡，越往上流，压力越低，气体体积膨胀，新气体析流，压力越低，气体体积膨胀，新气体析出，出，q qG G不断增加。不断增加。（四）多相垂直管流物性变化规律（四）多相垂直管流物性变化规律第二十七页，本课件共有100页2 2、液体的体积流量、液体的体积流量q qL L 随随流流体体上上升升，压压力力低低于于P Pb b以以后后，气气体体 析析出出，q qL L略略有有增增加加，与与q q
24、G G的的增增加加相相比比基基本本不不变。变。3 3、总混气液的体积流量、总混气液的体积流量:q:qm m=q=qL L+q+qG G4 4、混气液流速、混气液流速 U Um m=q=qm m/A=(q/A=(qL L+q+qG G)/A (1-54)/A (1-54)A A不变不变,U,Um m的变化与的变化与q qm m的变化一致。的变化一致。第二十八页，本课件共有100页5 5、混气液密度、混气液密度 m m=w=wm m/q/qm m ，w wm m质量流量质量流量 质量守恒质量守恒,w,wm m不变不变,q,qm m随流体上升而增随流体上升而增 加，加，m m随流体上升而下降。随流体
25、上升而下降。qGqomHPb第二十九页，本课件共有100页6 6、压力分布、压力分布(1)(1)液柱垂压液柱垂压 P Pm m=H=Hm mg g 压力梯度压力梯度:P:Pm m/H=/H=m m g g 由由于于m m随随位位置置而而变变化化,故故液液柱柱压压力力梯度也随位置而变化。梯度也随位置而变化。第三十页，本课件共有100页 U Um m随随着着位位置置而而变变化化，越越向向上上越越大大，m m越越向向上上越越小小，而而速速度度是是平平方方项项，故故摩摩阻阻梯梯度度随随速速度度而显著变化。而显著变化。(2)(2)摩阻梯度摩阻梯度第三十一页，本课件共有100页(3).(3).总压降梯度总
26、压降梯度 总的压降梯度总的压降梯度,也随位置变化，不是常数也随位置变化，不是常数,压压力分布曲线不是直线。力分布曲线不是直线。PtPH气液比气液比总压力梯度总压力梯度重力梯度重力梯度摩阻梯度摩阻梯度第三十二页，本课件共有100页三、三、气液两相管流压力梯度方程及求解步骤气液两相管流压力梯度方程及求解步骤 压降梯度压降梯度=重力梯度重力梯度+摩阻梯度摩阻梯度+动能梯度动能梯度1.单相压力梯度方程单相压力梯度方程 沿程压降沿程压降沿程压降沿程压降=位能增量位能增量位能增量位能增量+沿程摩阻沿程摩阻沿程摩阻沿程摩阻+动能增量动能增量动能增量动能增量第三十三页，本课件共有100页原理：能量平衡方程、原
27、理：能量平衡方程、原理：能量平衡方程、原理：能量平衡方程、动量方程、质量守恒动量方程、质量守恒动量方程、质量守恒动量方程、质量守恒单相压力梯度方程的推导单相压力梯度方程的推导作用于微元控制体作用于微元控制体dz的外力包括（正向与流体流动方向相同的外力包括（正向与流体流动方向相同）质量力沿质量力沿z方向的分力方向的分力：gAdzsin 微元两端的压力：微元两端的压力：(p+dp)ApAAdp管壁摩擦力：管壁摩擦力：w Ddz动量定律：作用于控制体内流体的外力动量定律：作用于控制体内流体的外力等于控制体内流体的动量变化等于控制体内流体的动量变化 第三十四页，本课件共有100页单相压力梯度方程的推导
28、单相压力梯度方程的推导引入引入Moody摩擦阻力系数摩擦阻力系数f，即有，即有G:重力损失重力损失F:摩阻损失摩阻损失A:动能损失动能损失符号符号第三十五页，本课件共有100页单相流单相流：多相流多相流：对于水平管流：对于水平管流：m、Um、fm都是温度都是温度T、压力、压力P的函数，不同流态下的函数，不同流态下的变化规律不同，必须探求不同流态下的确定方法。的变化规律不同，必须探求不同流态下的确定方法。第三十六页，本课件共有100页2.压力梯度方程求解步骤压力梯度方程求解步骤特点特点多多相相流流体体流流态态随随上上行行发发生生一一系系列列变变化化，混混合合物物的的特特性性参参数数 m、Um、f
29、m、m 是是f(P.T)的的函函数数，dp/dz不不是是常数。确定压力必须分段计算。常数。确定压力必须分段计算。要要获获得得P，必必须须知知道道 m、Um、fm、m。而而要要知知道道 m、Um、fm、m又必须获得又必须获得P、T P是未知量，必须迭代求解是未知量，必须迭代求解方法：深度增量迭代、压力增量迭代、龙格库塔法方法：深度增量迭代、压力增量迭代、龙格库塔法第三十七页，本课件共有100页2.压力梯度方程求解步骤（压力梯度方程求解步骤（压力增量迭代压力增量迭代）（1）以井口或井底为起点）以井口或井底为起点(由已知压力的位置定由已知压力的位置定)（2）选择一个计算区间长度）选择一个计算区间长度
30、:H一般取一般取50100m（3）估计这一区间的压降值）估计这一区间的压降值P估计估计(由经验定由经验定)（4）计算出区间的平均温度和平均压力）计算出区间的平均温度和平均压力Pav,Tav（5）确定）确定Pav和和Tav下的物性参数下的物性参数 m、Um、fm、m（6）判断流态）判断流态第三十八页，本课件共有100页（7）计算计算dp/dz和和P=H (dp/dz)（8）比较比较P与与P估计估计,若相差超过允许值若相差超过允许值,则赋值则赋值 P估计估计=P，重复，重复第第4步到第步到第8步，直到满足精度。步，直到满足精度。（9）计算该区间末端点计算该区间末端点Hi和压力和压力Pi（10）以该
31、区间末端点以该区间末端点Hi、Ti、Pi为起点，重复第为起点，重复第2到第到第 10步，计算下一点的步，计算下一点的Hi、Ti、Pi，直到，直到HnH为止。为止。注意：一般采用深度增量法，最后一段采用压力增量法注意：一般采用深度增量法，最后一段采用压力增量法 避免线性内插。避免线性内插。第三十九页，本课件共有100页（一）发展历史（一）发展历史 19521952年年，PoettmannPoettmann和和CarpenterCarpenter根根据据能能量量方方程程提提出摩擦损失系数法。出摩擦损失系数法。（1 1）数学模型中忽略了动能项；）数学模型中忽略了动能项；（2 2）不划分流态；）不划分
32、流态；（3 3）计算混合物密度时未考虑滑脱；（理论密度）计算混合物密度时未考虑滑脱；（理论密度）（4 4）采用综合摩阻系数（包含摩擦、滑脱、动能）采用综合摩阻系数（包含摩擦、滑脱、动能）四、四、气液两相管流计算方法气液两相管流计算方法 优点：计算比较准确优点：计算比较准确 缺点：需要油田作大量的压力测试工作缺点：需要油田作大量的压力测试工作 改进：改进：M.R.Tek(1961)M.R.Tek(1961)、陈家琅、陈家琅第四十页，本课件共有100页1954 Gierbert图板法：与图板法：与P&C方法类似，自己做了大量工作，方法类似，自己做了大量工作，给出了不同情况下的压力分布图板。给出了不
33、同情况下的压力分布图板。1967 Qrkiszewski总结了前人结果（总结了前人结果（Griffith和和Wallis及及Duns和和Ros方法），根据自己的思想提出了奥氏方法，计算比较简方法），根据自己的思想提出了奥氏方法，计算比较简单，用得较多。单，用得较多。1990年中原油田通过改良奥氏方法，取得较年中原油田通过改良奥氏方法，取得较好效果。好效果。Beggs&Brill发表了用于任意倾角的计算方法（国外）。发表了用于任意倾角的计算方法（国外）。1977 Hagedorn&Brown提出了修正提出了修正H&B方法，目前用得较多方法，目前用得较多1985 Hasan&Kaber提出两相流机
34、理模型提出两相流机理模型1990 Ansari提出两相流机理模型提出两相流机理模型第四十一页，本课件共有100页（二）（二）垂直管两相上升流垂直管两相上升流Orkiszewski方法方法方法说明方法说明：前人研究成果、应用前人研究成果、应用148口油井实测数据口油井实测数据流态划分流态划分：泡流、段塞流、过渡流以及雾流：泡流、段塞流、过渡流以及雾流流 型选用模型泡流Griffith和Wallis模型段塞流密度项对Griffith和Wallis公式作了修正摩阻项用Orkiszewski模型过渡流Ros和Duns模型雾状流Ros和Duns模型第四十二页，本课件共有100页1 1、流态划分、流态划分
35、（1）影响流态的因素）影响流态的因素 有有13个个变变量量因因素素影影响响多多相相管管流流的的流流态态，其其中中主要有：主要有：液相表观速度液相表观速度 USL=qL/A 气相表观速度气相表观速度 USG=qG/A 液相密度液相密度L、气液间的表面张力、气液间的表面张力（二）（二）垂直管两相上升流垂直管两相上升流Orkiszewski方法方法第四十三页，本课件共有100页（2）变量的无因次化）变量的无因次化 应应用用定定理理对对上上述述因因素素进进行行处处理理（参参变变量量的的无无因因次次数数组组化化，基基本本物物理理量量：g、L、）,得得出出二二个无因次变量个无因次变量:无因次气体速度无因次
36、气体速度无因次液体速度无因次液体速度第四十四页，本课件共有100页（3）流态划分）流态划分ROS通过实验研究通过实验研究I 区为泡流区区为泡流区II 区为段塞流区区为段塞流区III 区为过渡流区区为过渡流区IV区为雾状流区区为雾状流区NLVNGVIVLSLMLB第四十五页，本课件共有100页N NGVGVLLLS S 过渡流（下限）过渡流（下限）N NGVGVLLLM M 雾状流雾状流回归出界线方程回归出界线方程,段塞流的界限值为段塞流的界限值为:雾流的界限值为雾流的界限值为:NLVNGVIVLSLMLB第四十六页，本课件共有100页 进进一一步步实实验验后后,得得出出泡泡流流与与段段塞塞流流
37、的的划划分分界界线：线：纵坐标：纵坐标：q qG G/q/qt t，气流量和总流量的比值。，气流量和总流量的比值。横坐标横坐标:U:Um m=(q=(qG G+q+qL L)/A)/A ,总流速。总流速。曲曲线线族族为为不不同同的的直直径径，曲曲线线之之上上为为段段塞塞流流，曲线之下是泡流。曲线之下是泡流。第四十七页，本课件共有100页UmqG/qt1.00.1323/8段塞流泡流41/2431/227/81.9当当q qG G/q qt t0.13qL，设，设qG表示气体表示气体流量，流量，Wm表示总的混合物质量流量，对单位管长有表示总的混合物质量流量，对单位管长有第五十页，本课件共有100
38、页又又2、压力梯度公式推导、压力梯度公式推导第五十一页，本课件共有100页3 3、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算 设设mt表示伴随表示伴随1m3地面脱气原油产出的油气水的总质量，地面脱气原油的体积流地面脱气原油产出的油气水的总质量，地面脱气原油的体积流量为量为qosc。则。则生产油气比生产油气比Rp：在地面条件下，产气量：在地面条件下，产气量/产油量产油量油水比油水比WOR：在地面条件下，产水量：在地面条件下，产水量/产油量产油量溶解油气比溶解油气比RSO:在某在某P、T条件下，溶解在条件下，溶解在1m3地面脱气原油的天然气量地面脱气原油的天然气量体积系数体积系数B:地
39、层体积地层体积/地面体积地面体积（1）mt（伴随（伴随1m3脱气原油）脱气原油）第五十二页，本课件共有100页3 3 3 3、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算（2）m（伴随（伴随1m3脱气原油）脱气原油）(必须知道油气水必须知道油气水P、T的总体积的总体积)假设：计算段的平均温度假设：计算段的平均温度 、平均压力为、平均压力为 ，因为伴随，因为伴随1m3地面脱气原地面脱气原油产出的油气水在地面条件下的体积分别为油产出的油气水在地面条件下的体积分别为油体积油体积水体积水体积气体积气体积则油、气、水在平均温度则油、气、水
40、在平均温度 、平均压力、平均压力 的体积为的体积为油体积油体积水体积水体积气体积气体积第五十三页，本课件共有100页3 3、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算（2）m（伴随（伴随1m3脱气原油）脱气原油）(必须知道油气水必须知道油气水P、T的总体积的总体积)因为，随因为，随1m3地面脱气原油同时产出的油气水在计算段（地面脱气原油同时产出的油气水在计算段（、）的总体）的总体积为积为则油、气、水混合物在（则油、气、水混合物在（、）的平均密度为）的平均密度为无滑脱无滑脱第五十四页，本课件共有100页3 3、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算（3）Um（伴随（伴
41、随1m3脱气原油的平均流速）脱气原油的平均流速）第五十五页，本课件共有100页3 3、气液混合物基本特征参数计算、气液混合物基本特征参数计算（4）混合物在（）混合物在（、）的流量）的流量第五十六页，本课件共有100页（1 1）泡流压降梯度计算泡流压降梯度计算泡流取泡流取:Us=0.244 m/s（Griffith）a.空隙率空隙率4 4 4 4、不同流态下气液混合物压降梯度计算、不同流态下气液混合物压降梯度计算、不同流态下气液混合物压降梯度计算、不同流态下气液混合物压降梯度计算第五十七页，本课件共有100页b.b.混合物的密度混合物的密度（1 1）泡流压降梯度计算泡流压降梯度计算第五十八页，本
42、课件共有100页c.摩阻摩阻f f 表示单相液流表示单相液流Moody摩阻系数摩阻系数,是管壁相是管壁相对粗糙度对粗糙度e/D和液相雷诺数和液相雷诺数NRe的函数的函数 第五十九页，本课件共有100页对于紊流流态（对于紊流流态（N NReRe23002300）对于层流（对于层流（N NReRe23002300）对于泡流，一般为层流。动能项忽略对于泡流，一般为层流。动能项忽略第六十页，本课件共有100页（2 2）段塞流压降梯度计算段塞流压降梯度计算4 4、不同流态下气液混合物压降梯度计算、不同流态下气液混合物压降梯度计算a.混合物平均密度 m m处理方式：泡流处理方式：泡流+大气泡（叠加）大气泡
43、（叠加）C CO O-液体分布系数；液体分布系数；V V1 1-油膜与油滴的体积；油膜与油滴的体积；V V2 2-气泡的体积；气泡的体积；W Wm m-混合物质量流量。混合物质量流量。不不能能用用泡泡流流推推导导出出H HG G的的思思路路，因因为为由由于于大大气气泡泡的的存存在在，泡在管中分布不均匀，泡在管中分布不均匀，H HL L、H HG G在每一截面上都不一样。在每一截面上都不一样。第六十一页，本课件共有100页相关参数计算第六十二页，本课件共有100页Us可由可由Griffith和和Wallis公式计算（公式计算（需要迭代需要迭代）C1根据滑脱速度雷诺数确定根据滑脱速度雷诺数确定C2
44、根据根据Nb和总雷诺数确定和总雷诺数确定第六十三页，本课件共有100页U Us s也可根据也可根据N Nb b值不插图计算（需迭代）值不插图计算（需迭代）当当:N:Nb b3000 3000 时时当当3000N3000Nb b80008000时时当当N Nb b80008000时时第六十四页，本课件共有100页b.b.液体分布系数液体分布系数C Co o的选用公式见表的选用公式见表1-10 1-10 连续液相Um，m/sCo计算公式水水油油3.0483.0483.0483.0481-86a1-86b1-86c1-86d为为了保了保证证各流型之各流型之间压间压力力变变化的化的连续连续性，液相分布
45、系数性，液相分布系数Co必必须满须满足下面的条件足下面的条件 当当Um3.048 时时 0.2132Um 当当Um3.048 时时 第六十五页，本课件共有100页c.摩阻梯度的计算由工程流体力学由工程流体力学段塞流动能项忽略式中f为单相流体摩阻系数。根据管壁相对粗糙度e/D和雷诺数 (式1-84)，由式1-80计算。（同前）第六十六页，本课件共有100页a.a.混合物密度混合物密度（与泡流相似，假设液滴均匀分布）（与泡流相似，假设液滴均匀分布）雾流时无滑脱，故雾流时无滑脱，故 滑脱速度：滑脱速度：（3 3）雾状流压降梯度计算雾状流压降梯度计算4 4、不同流态下气液混合物压降梯度计算、不同流态下
46、气液混合物压降梯度计算第六十七页，本课件共有100页a.混合物密度混合物密度第六十八页，本课件共有100页b.摩阻梯度（主要由气体产生）U Um m用气体表观速度近似代替。用气体表观速度近似代替。f f由气相雷诺数和液膜相对粗糙度计算由气相雷诺数和液膜相对粗糙度计算第六十九页，本课件共有100页液膜相对粗糙度的计算（液膜相对粗糙度的计算（0.001-0.50.001-0.5）根据无因次韦伯根据无因次韦伯系数选择计算式系数选择计算式当第七十页，本课件共有100页液膜的相对粗糙度液膜的相对粗糙度-液体的表面张力。液体的表面张力。当当第七十一页，本课件共有100页过渡流没有独立的计算方法，用段塞流和
47、雾流计算后内插。过渡流没有独立的计算方法，用段塞流和雾流计算后内插。段塞流的界限值为段塞流的界限值为:雾流的界限值为雾流的界限值为:计算实例参见教材：例计算实例参见教材：例1-61-6（4 4）过渡流压降梯度计算过渡流压降梯度计算4 4、不同流态下气液混合物压降梯度计算、不同流态下气液混合物压降梯度计算第七十二页，本课件共有100页（三）（三）Gilbter图版法图版法 优点：使用简便优点：使用简便 缺点：不够精确缺点：不够精确 1.1.图版的建立图版的建立 大量自喷井的实测数据表明，大量自喷井的实测数据表明，dp/dz 取决取决于以下参数：于以下参数：D、qL、R、Pwh、H、Pwf和流体性
48、质和流体性质。第七十三页，本课件共有100页 基本思想基本思想 (1)1)认为流体性质都一样认为流体性质都一样(同一油田同一油田)，适，适用于用于 825 825 946 kg/m946 kg/m3 3 的原油。的原油。(2)(2)把把D D、q qL L、R R、P Pt t分成一组，油井井筒分成一组，油井井筒压力分布与四个参数有关，作压力分布与四个参数有关，作 H H P Pwfwf 的关的关系曲线系曲线 第七十四页，本课件共有100页 (3)曲线关系：压力相等点的压降梯度相等，斜率相同，曲线重合。(4)等值深度：与B井井口压力对应的A曲线的深度坐标叫B井井口关于A曲线的等值深度。B井井底
49、等值深度=井口等值深+B井井深第七十五页，本课件共有100页例：例：A、B、C三口井的压力分布曲线三口井的压力分布曲线a a、b b、c c曲线均为曲线均为OABOAB曲线的一部分，曲线的一部分，OAB OAB曲线曲线(红色红色)就可以表示就可以表示不同井口压力油井的压不同井口压力油井的压力分布。力分布。ABPHO OC CA ABa ab bc cx x第七十六页，本课件共有100页例：例：A、B、C三口井的压力分布曲线三口井的压力分布曲线a a、b b、c c曲线均为曲线均为OABOAB曲线的一部分，曲线的一部分，OAB OAB曲线曲线(红色红色)就可以表示就可以表示不同井口压力油井的压不
50、同井口压力油井的压力分布。力分布。ABPHO OC CA ABa ab bc cx x第七十七页，本课件共有100页2.2.图版设置图版设置(1)1)曲线从坐标原点开始；曲线从坐标原点开始；(2)(2)在同一坐标系中，改变油气比，在同一坐标系中，改变油气比，绘制不同的压力曲线；绘制不同的压力曲线；(3)(3)改变产量，得另一曲线簇；改变产量，得另一曲线簇；(4)(4)改变油管直径得出又一曲线系列。改变油管直径得出又一曲线系列。第七十八页，本课件共有100页3.3.图版应用图版应用 (1)(1)坐标：横轴：压力，坐标：横轴：压力，PsiPsi；纵轴：深度，千英尺纵轴：深度，千英尺 ；(2)(2)