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1、第一章第一章 油井流入动态与井油井流入动态与井 筒多相流动计算筒多相流动计算 Inflow Performance Relationship 时，只产油；时，同时产出水和油;本 节 小 结基本概念：油井流入动态；采液指数；表皮系数；流动效率基本方法：IPR曲线求取基本方法的扩展与修正：液相气液两相液相+ 气液油气水三相采液指数Vogel组合式PetrobrasuStanding Harrisonu水平井、定向井表皮效应:由于钻井、完井 、作业或采取增产措施， 使井底附近地层的渗透率 变差或变好，从而引起附 加流动压力的效应。流入动态研究方法Vogel方法费特柯维 奇方法Standing方法Ha
2、rrison方法直井斜井水平井油气两相油气水三相Cheng方法完善井不完善井Petrobras方法Bendakhlia方法Borisov方法Economides方法Joshi方法Giger方法Mutalik等方法作作 业业第二节第二节 井筒气液两相流基本概念井筒气液两相流基本概念气气- -液混合物在垂直管中的流动为第二个流动过程，其多相液混合物在垂直管中的流动为第二个流动过程，其多相流动规律研究是进行自喷、气举、抽油井生产分析的基础。流动规律研究是进行自喷、气举、抽油井生产分析的基础。研究目的：研究目的：确定沿程压力损失的流动规律确定沿程压力损失的流动规律研究途径：研究途径： 基本流动方程基本
3、流动方程 实验资料相关因次分析实验资料相关因次分析 近似关系近似关系Basic Conception of Wellbore Two Phase Flow一、一、井筒气液两相流动的特性井筒气液两相流动的特性( (一一) )气液两相流动与单相液流的比较气液两相流动与单相液流的比较a.出现条件单相单相单相与多相共存单相与多相共存 全井多相全井多相单相：井底流压单相：井底流压多相：多相： + +气体膨胀能气体膨胀能b.b.能量供给能量供给多相流油（或+水）+气单相流油（或+水）( (二二) )气液混合物在垂直管中的流动结构变化气液混合物在垂直管中的流动结构变化1.油气混合物在垂直管中的流动特征 d.
4、能量消耗单相：重力+摩阻多相：重力+摩阻+动能损失单相：多相：自下而上c.运动参数流压：从油层流到井底后具有的压力。油压：流压作用下，克服静液柱压力和流动 阻力 后的压力。多相垂直管流+混合物的密度、粘度、 流速等会随温度、压力 变化而变化 流动形态会发生变化能量损失主要包括： 重力损失 摩擦损失 滑脱损失油气混合物在垂直管中的流动特征2.2.气液混合物在垂直管中的流动结构变化气液混合物在垂直管中的流动结构变化根据两相介质分布的外形分为5类：流态流态Flow PatternFlow Pattern（也称流动结构或流型）（也称流动结构或流型）是指流动过程中油、气的是指流动过程中油、气的分布状态。
5、它与油气比、分布状态。它与油气比、流速、界面性质有关。流速、界面性质有关。从井底到井口，自喷井内可能出现的流态包括纯油从井底到井口，自喷井内可能出现的流态包括纯油( ( 液液) )流、泡流、段塞流、环流和雾流。流、泡流、段塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流态实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流态变化。变化。原油从井底流到井口，主要克服重力损失和摩擦损失 ，压力越来越小，当井筒压力低于饱和压力时，溶解 气从油中分离出来，气体体积不断膨胀，导致油气分布状态发生变化。 纯液流 纯液流 Liquid FlowLiquid Flow井筒压力低于饱和压力，溶解气从油中分井
6、筒压力低于饱和压力，溶解气从油中分 离出来，气体以离出来，气体以小气泡小气泡分散在液相中。分散在液相中。泡流 Bubble FlowBubble Flow井筒压力大于饱和压力井筒压力大于饱和压力, ,单相液流，重力损失为主。单相液流，重力损失为主。特点：气体是分散相，液体是连续相；重力 损失为主，滑脱现象比较严重。各流态的主要特征泡流混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气 体不断膨胀，小气泡合并成大气泡，井筒 内将形成一段液一段气的结构。特点：特点： 气体呈分散相，液体呈连续相； 一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。段塞流 段塞流 Slug Flow
7、Slug Flow段塞流环流 环流 Annular FlowAnnular Flow特点：特点： 气液两相都是连续相；气液两相都是连续相； 气体举油作用主要是靠摩擦携带；气体举油作用主要是靠摩擦携带； 滑脱损失变小；滑脱损失变小； 摩擦损失变大。摩擦损失变大。压力继续下降，气泡从中间突破，油管中 心是连续的气流，管壁为油环。环流压力进一步下降，气体体积流量足够大，占据 整个油管，液体以液滴形式分散在气流中。特点特点： 气体是连续相，液体是分散相； 气体以很高的速度携带液滴喷出井口； 气、液之间的相对运动速度很小； 气相是整个流动的控制因素。雾流 雾流 Mist FlowMist Flow雾流(
8、三)滑脱现象及特性参数在垂直管流中，由于流体间密度差异，产生气体超越液在垂直管流中，由于流体间密度差异，产生气体超越液 体流动的现象。体流动的现象。 ( (Slip EffectSlip Effect) )1.滑脱现象井筒气液两相流动中，混合物的重力损失一般大于其 它能量损失；重力损失的大小直接取决于井深和混合物密度；混合物的密度与滑脱现象有关。气液两相过流断面示意图因滑脱而产生的附加压力损失 称为滑脱损失。通常用有、无滑脱时混合物 的密度之差 来表示单位管长 上的滑脱损失：滑脱损失的实质：滑脱损失的实质：液相的流动断面增大引液相的流动断面增大引 起混合物密度的增加。起混合物密度的增加。 在气
9、液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份额在气液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份额，称为，称为持液率持液率，也称液相存容比。，也称液相存容比。 ( (Liquid HoldupLiquid Holdup) ) 气相所占单位管段容积的份额，称为空隙率，也称气相气相所占单位管段容积的份额，称为空隙率，也称气相 存容比。存容比。 ( (Gas HoldupGas Holdup) )2.求取混合物密度无滑脱持液率（体积含液率）：无滑脱持液率（体积含液率）：无滑脱混合物密度：无滑脱混合物密度：无滑脱时的混合物密度滑脱时的混合物密度混合物密度滑脱损失总结多相垂直管流特性流态变化压力损失纯油流泡流
10、 段塞流 环流 雾流重力损失：摩擦损失：滑脱损失：计算难度增大关键是计算倾斜管流能量平衡关系示意图-q1122二、井筒气液两相流能量平衡方程 及压力分布计算步骤1.能量平衡方程推导质量为m的流体，在一定状 态下具有的能量包括：内能 、位能、动能和压缩（或膨 胀）能。断面1和2流体能量平衡关系：写成微分形式： 由于（摩擦产生的热量消耗的功）m取单位质量1写成压力梯度形式取z轴方向为自上而下：则：令：负号负号 含义含义水平管流:垂直管流:多相混合物流动:研究流动过程中混合物密度、速度、摩擦系数的变化规律研究流动过程中混合物密度、速度、摩擦系数的变化规律 和计算方法是研究多相管流的中心问题。和计算方
11、法是研究多相管流的中心问题。以计算段下端压力为起点，重复步。2.垂直多相管流压力分布计算步骤重复的计算，直至 。按深度增量迭代的步骤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间隔p。估计一个对应的深度增量h 。 计算该管段的平均温度及平均压力， 并确定流体性质参数。 并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。计算该段下端对应的深度及压力。P0=PwfhP1=P0+PhPt以计算段下端压力为起点，重复步。重复的计算，直至 。按压力增量迭代的步骤（自学）按压力增量迭代的步骤（自学）已知任一点(井口或井底)的压力作为 起点，以固定的h
12、将井筒分为n段。 估计一个对应的压力增量p。计算该管段的平均温度及平均压力， 并确定流体性质参数。 并计算该段的压力梯度dp/dh。计算对应于的该段的压降p。计算该段下端对应的深度及压力。P0=PwfpP1=P0+PpPt注意的问题：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；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 Orkiszewski方法 综合了Griffith & Wallis 和 Duns & Ros 等方法； 处理过渡性流型时，采用Ros方法(内插法)； 针对每种流动型态提出存容比及摩擦损
13、失的计算方法； 提出了四种流型，即泡流、段塞流、过渡流及环雾流。 把Griffith段塞流相关式改进后推广到了高流速区；1967年奥其斯泽斯基提出了适用于多相垂直管流计算方法，其主要特点包括：过渡流过渡流 Transition FlowTransition Flow只有在雾流条件，气体体积流量远大于液体体积流量， 近似等于总的体积流量，其它条件动能变化近似为0。一、压力降公式及流动型态划分界限Pressure Gradient Correlation and Flow pattern Transitions压力降是摩擦能量损失、势能变化和动能变化之和：根据气体定律：又由于且所以把梯度变为计算管
14、段，则：计算管段的压降公式为关键是求：混合物密度和摩擦损失梯度Orkiszewski方法流型划分界限不同流动型态下 和 的计算方法不同。、为平均温度、压力下的液体、气体及总的体积流量 二、平均密度及摩擦损失梯度的计算气相存容比(含气率)Hg ：管段中气相体积与管段容积之比值。 液相存容比(持液率)HL ：管段中液相体积与管段容积之比值。1.泡流平均密度:可由滑脱速度来确定滑脱速度：气相流速与液相流速之差。则：图1-21雷诺数摩擦阻力系数曲线泡流摩擦损失梯度按液相进行计算：一般油管的绝对粗糙度为 2.段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流计算中，关键是滑脱速度vs的计算。目前，vs的计算方法有
15、两种：查图迭代法和经验公式法。流体分布系数泡流雷诺数：C1Nb曲线雷诺数：滑脱速度的计算迭代法滑脱速度：C2NRe曲线（假设Vs）滑脱速度的计算经验公式法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。(3)过渡流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，即滑脱速度接近于零， 基本上没有滑脱。雾流摩擦系数可根据气体雷诺数和液膜相对粗糙度查图得。摩擦梯度:(4)雾流所以：Orkiszewski方 法计算流程框图第四节 Beggs & Brill 方法 水和空气、聚丙烯管实验基础上总结的方法 建立流型分布图，将七种流型归为三类，增加了过渡流 计算时先按水平管流计算，然后采用倾斜校正系数校 正成相应的倾斜管流 倾斜度 -90 +90，分上坡和下坡流动 1973年提出，适用于水平、垂直和任意倾斜管流计算Beggs & Brill 两相水平管流型一、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。假设条件:气液混合物既未对外作功，也未受外界功。(2)摩擦压力梯度：克服管壁流动阻力消耗的压力梯度。(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（Be
