《天然气工程ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天然气工程ppt课件（116页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本本本本 章章章章 主主主主 要要要要 内内内内 容容容容第一节第一节 气相管流的根本方程气相管流的根本方程第二节第二节 气相管流压降计算方法气相管流压降计算方法第三节第三节 气液两相管流简介气液两相管流简介第四节第四节 气体经过油嘴的流动气体经过油嘴的流动第五节第五节 产水采气井两相管流压降优化模型产水采气井两相管流压降优化模型l 本章目的：确定本章目的：确定pwspws、pwfpwfl 当当pRpR一定时，一定时，qscqsc由由pwfpwf直接控制，间接直接控制，间接由由ptfptf控制。控制。l地层流入动态：地层流入动态：qscqscf(pwf)pRf(pwf)pRl油管流动动态：井口
2、压力一定时，产量油管流动动态：井口压力一定时，产量与井底压力的关系。与井底压力的关系。qscqscf(pwf)ptff(pwf)ptfl方法：井下压力计丈量，计算方法方法：井下压力计丈量，计算方法第一节第一节 气相管流的根本方程气相管流的根本方程一、气体稳定流动能量方程一、气体稳定流动能量方程思思绪绪：流流入入和和流流出出系系统统能能量量之之和和等等于于系系统统内内部部能量的变化。能量的变化。留留留留意意意意：上上上上式式式式是是是是针针针针对对对对单单单单位位位位质质质质量量量量流流流流体体体体的的的的能能能能量量量量，各各各各项项项项单单单单位位位位是怎是怎是怎是怎样样样样得到的？得到的？
3、得到的？得到的？式中：式中：式中：式中：E-E-E-E-内能，内能，内能，内能，J J J Jkgkgkgkg v- v- v- v-膨膨膨膨胀胀胀胀或或或或紧缩紧缩紧缩紧缩功，功，功，功，J J J Jkgkgkgkg v2 v2 v2 v22-2-2-2-动动动动能，能，能，能，J J J Jkgkgkgkg gH- gH- gH- gH-位能，位能，位能，位能，J J J Jkgkgkgkg q- q- q- q-热热热热交交交交换换换换，J J J Jkgkgkgkg w- w- w- w-功交功交功交功交换换换换，J J J Jkgkgkgkg二、能量方程的表达式二、能量方程的表达式
4、、积分式、积分式、积分式、积分式 技术功技术功技术功技术功 流入和流出推进功膨胀功流入和流出推进功膨胀功流入和流出推进功膨胀功流入和流出推进功膨胀功 Lw- Lw- Lw- Lw-摩阻能耗，摩阻能耗，摩阻能耗，摩阻能耗，J J J Jkgkgkgkg思索题：摩阻能耗可逆否？思索题：摩阻能耗可逆否？思索题：摩阻能耗可逆否？思索题：摩阻能耗可逆否？、微分式、微分式用焓表示的微分式，用于计算井中温度分布。用焓表示的微分式，用于计算井中温度分布。3 3、梯度式、梯度式留意：留意：dHdHdLsindLsin，1/ 1/ - -与程度方向的与程度方向的夹夹角角(dp/dL)-(dp/dL)-总梯度，总梯
5、度，PaPam m(dp/dL)el-(dp/dL)el-举升梯度，举升梯度，PaPam m (dp/dL)f-(dp/dL)f-摩阻梯度，摩阻梯度，PaPam m(dp/dL)acc-(dp/dL)acc-加速度梯度，加速度梯度，PaPam mf-f-摩阻系数摩阻系数举升梯度升梯度: :(dp/dL)el=gsin(dp/dL)el=gsin摩阻梯度摩阻梯度 (dp/dL)f=fv2/2d(dp/dL)f=fv2/2d加速度梯度加速度梯度 (dp/dL)f=vdv/dL(dp/dL)f=vdv/dL三、雷诺数三、雷诺数ReRe和摩阻系数和摩阻系数f f、雷、雷诺数数ReRe定定义：ReRe惯
6、性力粘滞力性力粘滞力gvdgvdg g SI SI单位制位制思索思索题：怎：怎样将将SISI单位位转换为法定法定单位？位？n适用式适用式n关关键：v(m/s)qsc(sm3/d), v(m/s)qsc(sm3/d), n g:(Pa.s)(mPa.s) g:(Pa.s)(mPa.s)n思思绪：v vqscBg/(86400d2/4), qscBg/(86400d2/4), g=Mgp/ZRTg=Mgp/ZRTnReRe1.77610-2gqsc/gd1.77610-2gqsc/gd、摩阻系数、摩阻系数f f定义：定义：MoodyMoody：f ff fReRe，e ed d Moody 摩阻系
7、数摩阻系数 分区：分区：层流层流过渡流过渡流紊流紊流: :光滑区光滑区混合摩阻区混合摩阻区完全粗糙区完全粗糙区适用摩阻系数公式：适用摩阻系数公式：(1)(1)、ColebookColebook公公式式是是最最根根本本的的公公式式，它它完完全与全与MoodyMoody图一一样。但需迭代。但需迭代计算算f f(2)(2)(2)(2)、JainJainJainJain公公公公式式式式，不不不不需需需需迭迭迭迭代代代代计计计计算算算算f f f f。与与与与ColebookColebookColebookColebook公公公公式相比，式相比，式相比，式相比，误误误误差差差差1 1 1 1第二节第二节
8、 气相管流压降计算方法气相管流压降计算方法一、井底静压计算一、井底静压计算、思绪：、思绪：(SI(SI单位制单位制) )垂直管静止气柱的条件垂直管静止气柱的条件、稳定流；定流；、单相气；相气；、dwdw0 0，不做功；，不做功；、qscqsc0 0，即，即v=0v=0；、=0=0，即，即sindLsindLdHdH2 2 2 2、静止气柱能量方程、静止气柱能量方程、静止气柱能量方程、静止气柱能量方程由上两式得由上两式得由上两式得由上两式得能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。能量分析：仅存在重力项，摩
9、阻项和动能项为零。运用条件：垂直，关井或运用条件：垂直，关井或运用条件：垂直，关井或运用条件：垂直，关井或qscqscqscqsc0 0 0 0思索题：怎样求解上式，获得思索题：怎样求解上式，获得思索题：怎样求解上式，获得思索题：怎样求解上式，获得pwspwspwspwsf(pts)f(pts)f(pts)f(pts)？关键：怎样对上式左边积分。关键：怎样对上式左边积分。关键：怎样对上式左边积分。关键：怎样对上式左边积分。 ZT ZT ZT ZTp p p pf(p,T)f(p,T)f(p,T)f(p,T)3 3、平均温度偏向系数法、平均温度偏向系数法 (1) (1)、公式推导、公式推导假设：
10、假设：T T和和Z Z都用平均值，即都用平均值，即T T常数，常数，Z Z常数。常数。 详细值取：详细值取：T T(Tts+Tws)/2,(Tts+Tws)/2, p p(pts+pws)/2(pts+pws)/2Z Zf(p,T) f(p,T) 或或 Z Z(Zts+Zws)/2(Zts+Zws)/2那么静止气柱能量方程变为：那么静止气柱能量方程变为：那么静止气柱能量方程变为：那么静止气柱能量方程变为：积分得：积分得：积分得：积分得：平平均均温温度度偏偏向向系系数数法法静静止止气气柱柱井井底底压压力力计计算公式：算公式：(2)(2)、运用举例、运用举例1) 1) 知知ptspts，求，求pw
11、spws。 思绪：思绪：pwspws和和Z Z都未知，用迭代法。都未知，用迭代法。计计算步算步算步算步骤骤：、赋赋初初初初值值。pwspwspwspwsptsptsptsptsptsH/12192. eSptsH/12192. eSptsH/12192. eSptsH/12192. eS1+S1+S1+S1+S、计计算算算算T T T T(Tts+Tws)/2(Tts+Tws)/2(Tts+Tws)/2(Tts+Tws)/2、赋值赋值pws0pws0pws0pws0pwspwspwspws、计计算算算算p p p p(pts+pws)/2(pts+pws)/2(pts+pws)/2(pts+p
12、ws)/2、计计算算算算Z Z Z Zf(p,T) f(p,T) f(p,T) f(p,T) 或或或或 Z Z Z Z(Zts+Zws)/2(Zts+Zws)/2(Zts+Zws)/2(Zts+Zws)/2、计计算算算算S S S S0.03415gH/ZT0.03415gH/ZT0.03415gH/ZT0.03415gH/ZT、计计算新算新算新算新pwspwspwspws。pwspwspwspwsptseSptseSptseSptseS、判判判判别别pws0pws0pws0pws0pwspwspwspws？成成成成立立立立那那那那么么么么终终了了了了。否否否否那那那那么么么么转转至至至至思索
13、思索题：、框、框图是怎是怎样的？的？、当当温温度度非非线性性高高时，采采用用什什么么计算算方方法法才干提高精度？才干提高精度？2)2)、知、知pwspws，求，求ptspts计算公式：计算公式：ptsptspwse-Spwse-S思索题：其步骤和框图是怎样的？思索题：其步骤和框图是怎样的？3)3)、知、知ptspts，求压力随井深的分布，求压力随井深的分布计算思绪：将井深计算思绪：将井深N N等分等分思索题：其步骤和框图是怎样的？思索题：其步骤和框图是怎样的？3 3、Cullende & Smith Cullende & Smith 法法(1)(1)、公式推导、公式推导能量方程：能量方程：被积
14、函数被积函数I IZTZTp p推推推推导导导导思思思思绪绪绪绪：将将将将上上上上式式式式左左左左边边边边的的的的积积积积分分分分用用用用梯梯梯梯形形形形法法法法数数数数值值值值积积积积分分分分展展展展开。二步梯形法开。二步梯形法开。二步梯形法开。二步梯形法井深等分两段：井深等分两段：井深等分两段：井深等分两段：井深中点处的参数记为井深中点处的参数记为井深中点处的参数记为井深中点处的参数记为pmspmspmspms，TmsTmsTmsTms，ZmsZmsZmsZms，Ims.Ims.Ims.Ims.ItsItsItsItsZtsTts/ptsZtsTts/ptsZtsTts/ptsZtsTts
15、/ptsImsImsImsImsZmsTms/pmsZmsTms/pmsZmsTms/pmsZmsTms/pmsIwsIwsIwsIwsZwsTws/pwsZwsTws/pwsZwsTws/pwsZwsTws/pws对上段油管：上段油管：能量方程能量方程为: : 曲面曲面积A1A1梯形面梯形面积 (pms(pmspts)(Imspts)(ImsIts)/2Its)/2pmspmsptspts0.03415gH/(Ims0.03415gH/(ImsIts)Its)对下段油管：下段油管：能量方程能量方程为 : : 曲面曲面积A2A2梯形面梯形面积 (pws(pws pms)(Iwspms)(Iws
16、Ims)/2Ims)/2pwspwspmspms0.03415gH/(Iws0.03415gH/(IwsIms)Ims)(2)(2)、运用举例、运用举例知知ptspts，求，求pwspws计计算算思思绪绪：先先迭迭代代上上段段油油管管求求pmspms。再再迭迭代代下下段油管求段油管求pwspws上段油管上段油管上段油管上段油管计计算步算步算步算步骤骤：、赋赋初初初初值值pmspmspmspmsptsptsptsptsptsH/12192/2ptsH/12192/2ptsH/12192/2ptsH/12192/2、计计算算算算ZtsZtsZtsZtsf(Ttsf(Ttsf(Ttsf(Tts，pt
17、s)pts)pts)pts)、计计算算算算ItsItsItsItsZtsTts/ptsZtsTts/ptsZtsTts/ptsZtsTts/pts、计计算算算算TmsTmsTmsTms(Tts+Tws)/2(Tts+Tws)/2(Tts+Tws)/2(Tts+Tws)/2、赋值赋值pms0pms0pms0pms0pmspmspmspms、计计算算算算ZmsZmsZmsZmsf(Tmsf(Tmsf(Tmsf(Tms，pms)pms)pms)pms)、计计算算算算ImsImsImsImsZmsTms/pmsZmsTms/pmsZmsTms/pmsZmsTms/pms、计计算算算算新新新新pmspm
18、spmspms。pmspmspmspmsptsptsptspts0.03415gH/(Ims0.03415gH/(Ims0.03415gH/(Ims0.03415gH/(ImsIts)Its)Its)Its)、判、判、判、判别别pms0pms0pms0pms0pmspmspmspms？不成立那么？不成立那么？不成立那么？不成立那么转转至至至至。下段油管下段油管下段油管下段油管计计算步算步算步算步骤骤：、赋赋初初初初值值pwspwspwspwspmspmspmspmspmsH/12192/2pmsH/12192/2pmsH/12192/2pmsH/12192/2、赋值赋值pws0 pws0 pw
19、s0 pws0 pws pws pws pws、计计算算算算ZwsZwsZwsZwsf(Twsf(Twsf(Twsf(Tws，pws)pws)pws)pws)、计计算算算算IwsIwsIwsIwsZwsTws/pwsZwsTws/pwsZwsTws/pwsZwsTws/pws、计计算新算新算新算新pwspwspwspws。 pws pws pws pwspmspmspmspms0.03415gH/(Iws0.03415gH/(Iws0.03415gH/(Iws0.03415gH/(IwsIms)Ims)Ims)Ims)、判判判判别别pws0pws0pws0pws0pwspwspwspws？成成
20、成成立立立立那那那那么么么么终终了了了了。否否否否那那那那么么么么转转至至至至反复上述步反复上述步反复上述步反复上述步骤骤。(2)(2)、Cullende & SmithCullende & Smith方法假方法假设条件条件、稳定流定流动；、单相气；相气；、dwdw0 0；、梯形法、梯形法积分引入的分引入的误差差1 1 1 1、垂直管流、垂直管流、垂直管流、垂直管流动简动简动简动简化条件化条件化条件化条件dwdwdwdw0 0 0 0，vdv0vdv0vdv0vdv0，sindLsindLsindLsindLdHdHdHdH气体垂直管流气体垂直管流气体垂直管流气体垂直管流动动动动根本公式：根本
21、公式：根本公式：根本公式：(SI(SI(SI(SI单单单单位制位制位制位制) ) ) )二、井底流压计算二、井底流压计算举举例：例：阐阐明明动动能可忽略能可忽略知：知：qscqsc5050万万m3m3d d，pwfpwf30MPa30MPa， H H3000m3000m，d d33，gg0.650.65求：求：pfpf? ?，PaccPacc? ?解：解：pfpf2.49MPa2.49MPa，PaccPacc0.00155MPa0.00155MPa2 2、适用垂直管流公式、适用垂直管流公式(1)(1)、形状、形状换换算：算：=Mp/ZRT=Mp/ZRT， v vqscBg/(86400d2/4
22、), qscBg/(86400d2/4), Bg=(psc/Tsc)(ZT/p)Bg=(psc/Tsc)(ZT/p)(2)(2)、单单位位换换算：算：dp:Pa=MPadp:Pa=MPa。思索思索题题：R R？思思索索题题：流流动动气气柱柱和和静静止止气气柱柱能能量量方方程程的的差别在何处？差别在何处？微分式：微分式： 积积分式：分式：思思索索题题：0.034150.03415和和1.324101.324101818是是怎怎样样得得的？的？2 2、平均温度偏向系数法、平均温度偏向系数法(1)(1)(1)(1)、公式推导、公式推导、公式推导、公式推导假设：假设：假设：假设： T T T T和和和
23、和Z Z Z Z都用平均值，即都用平均值，即都用平均值，即都用平均值，即T T T T常数，常数，常数，常数，Z Z Z Z常数常数常数常数: : : : 详细值取：详细值取：详细值取：详细值取：T T T T(Ttf+Twf)/2, p(Ttf+Twf)/2, p(Ttf+Twf)/2, p(Ttf+Twf)/2, p(ptf+pwf)/2(ptf+pwf)/2(ptf+pwf)/2(ptf+pwf)/2 Z Z Z Zf(p,T) f(p,T) f(p,T) f(p,T) 或或或或 Z Z Z Z(Ztf+Zwf)/2(Ztf+Zwf)/2(Ztf+Zwf)/2(Ztf+Zwf)/2公式公
24、式: :思思索索题题：当当qscqsc0 0时时上上式式简简化化成成什什么公式？么公式？(2)(2)(2)(2)、流、流、流、流动动气柱平均温度和偏向系数法假气柱平均温度和偏向系数法假气柱平均温度和偏向系数法假气柱平均温度和偏向系数法假设设条件条件条件条件、稳稳定流定流定流定流动动; ; ; ;、单单相气相气相气相气; ; ; ;、vdvvdvvdvvdv0;0;0;0;、T T T T常数常数常数常数; ; ; ;、Z Z Z Z常数常数常数常数; ; ; ;、f f f f常数常数常数常数、运用、运用(1)(1)、静静止止气气柱柱(qsc(qsc0)0)：由由ptspts计算计算pwspw
25、s关关井井：油油管管和和套套管管都都是是静静止止气气柱柱。由由ptspts或或pcspcs计算计算pwspws。思索题：井中存在液柱怎样办？思索题：井中存在液柱怎样办？当当当当油油油油管管管管消消消消费费费费时时时时，套套套套管管管管环环环环空空空空与与与与井井井井底底底底相相相相连连连连，套套套套管管管管环空中为静止气柱。由环空中为静止气柱。由环空中为静止气柱。由环空中为静止气柱。由pcspcspcspcs计算计算计算计算pwfpwfpwfpwf。当当当当套套套套管管管管消消消消费费费费时时时时：油油油油管管管管与与与与井井井井底底底底相相相相连连连连，油油油油管管管管中中中中为为为为静止气
26、柱。由静止气柱。由静止气柱。由静止气柱。由ptsptsptspts计算计算计算计算pwfpwfpwfpwf。(2)(2)、流、流动气柱气柱(qsc0)(qsc0)：由：由ptfptf计算算pwfpwf思思索索题：当当油油管管消消费时，从从套套管管和和油油管管的的气气柱柱计算算pwfpwf时，谁精度高？精度高？(3)(3)(3)(3)、运用、运用、运用、运用举举例例例例知知知知ptfptfptfptf求求求求pwf, pwf, pwf, pwf, 计计算步算步算步算步骤骤：、赋赋初初初初值值pwfpwfpwfpwfptfptfptfptfptfH/12192ptfH/12192ptfH/1219
27、2ptfH/12192、计计算算算算T T T T(Ttf+Twf)/2(Ttf+Twf)/2(Ttf+Twf)/2(Ttf+Twf)/2、赋值赋值pwf0pwf0pwf0pwf0pwfpwfpwfpwf、计计算算算算p p p p(ptf+pwf)/2(ptf+pwf)/2(ptf+pwf)/2(ptf+pwf)/2、计计算算算算Z Z Z Zf(p,T), f(p,T), f(p,T), f(p,T), g g g gf(p,T), Ref(p,T), Ref(p,T), Ref(p,T), Re f f f ff(Re,e/d)f(Re,e/d)f(Re,e/d)f(Re,e/d)、计计
28、算算算算S S S S0.03415gH/ZT0.03415gH/ZT0.03415gH/ZT0.03415gH/ZT、计计算新算新算新算新pwfpwfpwfpwf。、判判判判别别pwf0pwf0pwf0pwf0pwfpwfpwfpwf？成成成成立立立立那那那那么么么么终终了了了了。否那么否那么否那么否那么转转至至至至三、注气井三、注气井注气能量方程注气能量方程: :思思索索题题：注注气气井井井井口口ptfptf能能否否一一定定大大于于pwfpwf？ 主要受什么控制？怎样控制？主要受什么控制？怎样控制？留意：摩阻压降方向与采气井的相反留意：摩阻压降方向与采气井的相反控制控制pF pF 大小的要
29、素：大小的要素： d d和和qscqsc的大小的大小注气井的延注气井的延续景象：景象： 在在某某一一注注气气量量下下，摩摩阻阻压降降等等于于重重力力压降降时，积分分能能量量方方程程中中的的分分母母为0 0，在在这段段井井筒内筒内总压降降为0 0。四、凝析气的修正四、凝析气的修正思思思思绪绪：能量方程：能量方程：能量方程：能量方程(SI(SI(SI(SI单单位制位制位制位制) ) ) )上上上上式式式式适适适适用用用用于于于于单单相相相相流流流流。对对气气气气液液液液拟拟单单相相相相流流流流应应修修修修正正正正、v v v v、。、修正相对密度、修正相对密度思思思思绪绪绪绪：相相相相对对对对密度
30、定密度定密度定密度定义义义义式式式式为为为为wwwwMwMwMwMw28.9728.9728.9728.97分子量分子量分子量分子量MwMwMwMwmwmwmwmwntntntnt(mg(mg(mg(mgmo)mo)mo)mo)(ng(ng(ng(ngno)no)no)no)关关关关键键键键：流体流体流体流体质质质质量量量量mgmgmgmg、momomomo对应对应对应对应摩摩摩摩尔尔尔尔数数数数ngngngng、nononono方法：方法：讨论1m31m3油，气油比油，气油比为R(m3R(m3m3)m3)。那么在那么在规范形状下范形状下: : VoVo1m3(1m3(油油) )，VgVgRm
31、3(Rm3(气气) ) mgmgscVgscVg1.205gR 1.205gR ( (密密度度：m mV)V) mo moostVoostVo1000o 1000o ng ngmg/Mgmg/Mg1.205gR/28.97g1.205gR/28.97gR/24.04R/24.04 no nomo/Momo/Mo1000o/Mo1000o/Mo相相对密度密度: : w w(Rg(Rg830o)/(R830o)/(R24040o/Mo)24040o/Mo)思索思索题：当当RR时，wgwg吗？对油气水三相流油气水三相流动，怎，怎样推推导mm？、修正两相、修正两相Z Z系数系数( (有三种方法有三种方
32、法) )(1)(1)、ZmZmpVpVnTRTnTRT。用。用实验求求(2)(2)、干气校正、干气校正图(3)(3)、复合气体法。用、复合气体法。用ww计算算ZmZmf(pf(p，T T，w)w)、流量校正：、流量校正：qTqTqscqscqoqEQ qoqEQ qEQ-1m3qEQ-1m3油气化后的体油气化后的体积 qEQ qEQno24.04no24.0424040o/Mo 24040o/Mo no noKmolKmol1m3(1m3(油油) )第三节第三节 气液两相管流简介气液两相管流简介重要性：四川重要性：四川重要性：四川重要性：四川89898989是气水气田，是气水气田，是气水气田，
33、是气水气田，40.240.240.240.2是气水井是气水井是气水井是气水井实验安装：实验安装：实验安装：实验安装：国内国内国内国内 有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉国外国外国外国外 美国美国美国美国TulsaTulsaTulsaTulsa、法国、挪威、法国、挪威、法国、挪威、法国、挪威一、垂直两相管流流型流态一、垂直两相管流流型流态一、垂直两相管流流型流态一、垂直两相管流流型流态1 1 1 1、气液两相流：、气液两相流：、气液两相流：、气液两相流：气体和液体两相混合物的同时流动。气体和液体
34、两相混合物的同时流动。气体和液体两相混合物的同时流动。气体和液体两相混合物的同时流动。举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱2 2 2 2、流态定义：气液相间界面构造、流态定义：气液相间界面构造、流态定义：气液相间界面构造、流态定义：气液相间界面构造3 3 3 3、流态分类：、流态分类：、流态分类：、流态分类：泡流泡流泡流泡流-液相延续，气相以小泡分散液相延续，气相以小泡分散液相延续，气相以小泡分散液相延续，气相以小泡分散段塞流段塞流段塞流段塞流-液相延续，气泡几乎堵塞管子液相延续，气泡几乎堵塞管
35、子液相延续，气泡几乎堵塞管子液相延续，气泡几乎堵塞管子过渡流过渡流过渡流过渡流-从液相延续向气相延续过渡，不稳定从液相延续向气相延续过渡，不稳定从液相延续向气相延续过渡，不稳定从液相延续向气相延续过渡，不稳定环环环环雾雾雾雾流流流流-液液液液相相相相以以以以液液液液滴滴滴滴方方方方式式式式分分分分散散散散在在在在延延延延续续续续气气气气相相相相中中中中的的的的气气气气液液液液混混混混合合合合流动，存在气芯和液膜流动，存在气芯和液膜流动，存在气芯和液膜流动，存在气芯和液膜在一些井中能够只存在一种或几种流态。在一些井中能够只存在一种或几种流态。在一些井中能够只存在一种或几种流态。在一些井中能够只存
36、在一种或几种流态。二、两相管流特性参数二、两相管流特性参数两相流特点：存在流态和滑脱两相流特点：存在流态和滑脱、滑脱：气相比液相流动快。、滑脱：气相比液相流动快。静液中气泡上升。静液中气泡上升。静液中气泡上升。静液中气泡上升。静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度、持液率、持液率定定义义式式：HLHL单单位位管管长长液液相相体体积积单单位位管管长长总总体积体积VLVLVTVT讨论：当讨论：当讨论：当讨论：当HLHLHLHL0 0 0 0，单相气流，单相气流，单相气流，单相气流 当当当当HLHLHL
37、HL0 0 0 01 1 1 1， 气液两相流气液两相流气液两相流气液两相流 当当当当HLHLHLHL1 1 1 1， 单相液流单相液流单相液流单相液流思索题：持液率与当地压力和温度能否有关？思索题：持液率与当地压力和温度能否有关？思索题：持液率与当地压力和温度能否有关？思索题：持液率与当地压力和温度能否有关？、表观速度、表观速度定定义义：假假设设某某相相单单独独充充溢溢管管子子流流动动时时的速度。的速度。定义式：定义式：定义式：定义式：vsgvsgvsgvsgqgqgqgqgA A A A。 vsL vsL vsL vsLqLqLqLqLA A A A。 vsg-vsg-vsg-vsg-气相
38、表观速度气相表观速度气相表观速度气相表观速度 vsL- vsL- vsL- vsL-液相表观速度液相表观速度液相表观速度液相表观速度、无滑脱持液率、无滑脱持液率定定义：气气液液不不存存在在滑滑脱脱时的的持持液液率率。实践践是是不不存存在的。在的。定定义式：式：LLqLqL(qL(qLqg)qg)vsLvsL(vsL(vsLvsg)vsg)、气液混合物密度、气液混合物密度 m mLHLLHLg(1g(1HL)HL)无滑脱混合物密度：无滑脱混合物密度： n nLLLLg(1g(1L)L)、真实速度、真实速度、真实速度、真实速度vgvgvgvgqgqgqgqgAgAgAgAg qgqgqgqg(1-
39、HL)A(1-HL)A(1-HL)A(1-HL)AvLvLvLvLqLqLqLqLALALALAL qLqLqLqLHLAHLAHLAHLA、混合物速度、混合物速度定义式：定义式：vmvm(qL(qLqg)qg)A A vsLvsLvsgvsg、滑脱速度、滑脱速度、滑脱速度、滑脱速度定定定定义义：气液相真：气液相真：气液相真：气液相真实实速度之差。速度之差。速度之差。速度之差。定定定定义义式：式：式：式：vsvsvsvsvgvgvgvgvLvLvLvL vsgvsgvsgvsg(1-HL)(1-HL)(1-HL)(1-HL)vsLvsLvsLvsLHLHLHLHL当当当当vsvsvsvs0 0
40、 0 0时时：HLHLHLHLLLLL、持液率的求法、持液率的求法(1)(1)、滑脱模型：、滑脱模型：由由vsvs定义式计算定义式计算 vs vsvsgvsg(1-HL)(1-HL)vsLvsLHLHL泡流：泡流：段塞流和过渡流：段塞流和过渡流：环雾流：环雾流：vsvs0 0(2)(2)、漂移通量模型：、漂移通量模型：推导上式：推导上式：气相从气相从0 0L L的时间为的时间为t tL Lvgvg。液相进入的体积为液相进入的体积为VLVLqLtqLtAvsLtAvsLt三、两相流根本方程三、两相流根本方程1 1、根本方程、根本方程(dp/dL)-(dp/dL)-(dp/dL)-(dp/dL)-
41、总总总总梯度，梯度，梯度，梯度，PaPaPaPam m m m(dp/dL)el-(dp/dL)el-(dp/dL)el-(dp/dL)el-举举举举升梯度升梯度升梯度升梯度,Pa,Pa,Pa,Pam m m m (dp/dL)el=mgsin (dp/dL)el=mgsin (dp/dL)el=mgsin (dp/dL)el=mgsin(dp/dL)f-(dp/dL)f-(dp/dL)f-(dp/dL)f-摩阻梯度，摩阻梯度，摩阻梯度，摩阻梯度，PaPaPaPam m m m (dp/dL)f=fmmvm2/2d (dp/dL)f=fmmvm2/2d (dp/dL)f=fmmvm2/2d (
42、dp/dL)f=fmmvm2/2d(dp/dL)acc-(dp/dL)acc-加速度梯度，加速度梯度，PaPam m (dp/dL)acc=mvmdvm/dL (dp/dL)acc=mvmdvm/dL =C(dp/dL) =C(dp/dL) C Cmvmvsg/p mvmvsg/p fm- fm-两相摩阻系数两相摩阻系数 C- C-动能因子能因子未知数：未知数：(dp/dL)(dp/dL)、mm、fmfm。计计算算(dp/dL)(dp/dL)，归结为归结为求求HLHL、fmfm注注 意：意：HLHLf(pf(p，T)T)；fmfmf(pf(p，T)T)思思索索题题：当当有有公公式式能能计计算算
43、出出HLHL、fmfm时时，怎样求解上式？怎样求解上式？2 2、根本解法、根本解法知知ptfptf求求pwfpwf(1)(1)、长度叠加法度叠加法思思绪：将将上上式式差差分分, ,取取ppconstconst，迭迭代代求求解解HH，直直到到HHw HHw 长度叠加法步骤：长度叠加法步骤：、取、取ppconstconst； p1p1 ptfptf， H H 0 0； gTgT (Twf(TwfTtf)/HwTtf)/Hw、计算算p pp1p1p/2p/2、假、假设HH200200、让H0H0HH、计算算T TTtfTtf(H(HH/2)gTH/2)gT、计计算算算算p p p p、T T T T
44、下的物性参数、速度等参数；下的物性参数、速度等参数；下的物性参数、速度等参数；下的物性参数、速度等参数； 计计算算算算HLHLHLHLf(pf(pf(pf(p，T)T)T)T)和和和和fmfmfmfmf(pf(pf(pf(p，T)T)T)T)、计计算新算新算新算新HHHH、判判判判别别H0H0H0H0HHHH？成成成成立立立立转转下下下下步步步步。否否否否那那那那么么么么转转反复反复反复反复计计算。算。算。算。、H H H HH H H HHHHH，p1p1p1p1p1p1p1p1pppp、判判判判别别HHwHHwHHwHHw？成成成成立立立立那那那那么么么么终终了了了了。否否否否那那那那么么
45、么么转转反反反反复复复复计计算。算。算。算。(2)(2)、压力叠加法力叠加法取取HHconstconst，迭代求解，迭代求解pp思索思索题：写出步：写出步骤、框、框图？四、四、Hagedon & BownHagedon & Bown法法思索思索题：怎：怎样计算算HLHL、fmfm？19861986年年BownBown来来华讲学学1 1、特点：、特点：不分流不分流态，由，由实验井的数据井的数据拟合求出合求出HLHL2 2、实验：TulsaTulsa校内打一口井校内打一口井3 3、结果、结果(1)(1)(1)(1)计算计算计算计算HLHLHLHL。将。将。将。将HLHLHLHL用三个无因次图绘出。
46、用三个无因次图绘出。用三个无因次图绘出。用三个无因次图绘出。无因次参数无因次参数无因次参数无因次参数气相速度数气相速度数气相速度数气相速度数: : : : 液相速度数液相速度数液相速度数液相速度数: : : :管径数管径数管径数管径数: : : :液体粘度数液体粘度数液体粘度数液体粘度数: : : :(2)(2)计计算算fmfm。仍用。仍用JainJain公式。公式。 但但RemRemnvmdnvmdmm第四节第四节 气体经过气嘴的流动气体经过气嘴的流动一、概述一、概述一、概述一、概述1 1 1 1、作用：节流降压，控制产量、作用：节流降压，控制产量、作用：节流降压，控制产量、作用：节流降压，
47、控制产量2 2 2 2、分类：、分类：、分类：、分类： 地面气嘴地面气嘴地面气嘴地面气嘴: : : : 油嘴、针形阀；油嘴、针形阀；油嘴、针形阀；油嘴、针形阀； 井下气嘴井下气嘴井下气嘴井下气嘴: : : : 井下平安阀井下平安阀井下平安阀井下平安阀-采油树损坏时关井采油树损坏时关井采油树损坏时关井采油树损坏时关井 井底气嘴井底气嘴井底气嘴井底气嘴-井底降压不易生成水合物井底降压不易生成水合物井底降压不易生成水合物井底降压不易生成水合物 单流阀单流阀单流阀单流阀-用于注入井防止回流用于注入井防止回流用于注入井防止回流用于注入井防止回流3 3、地面气嘴用途、地面气嘴用途、坚持井的持井的稳定答定答
48、应产量；量；、保、保证足足够回回压控制出砂，降低消控制出砂，降低消费压差；差；、维护地面地面设备，降，降压至至输压；、防止水、防止水锥，控制，控制qscqsc水水锥临界流量；界流量；、气藏管理，如全气藏各井、气藏管理，如全气藏各井产量分配。量分配。4 4、特点：、特点：、长度短，重力和摩阻度短，重力和摩阻项不不计；、面、面积很小，很小，动能不可忽略。能不可忽略。二、气嘴流量公式二、气嘴流量公式、推导思绪：、推导思绪： SI SI单位制单位制得：得：引入绝热可逆过程：引入绝热可逆过程：积分得：积分得： 2 2、流态划分、流态划分-临界压力比临界压力比思索题：当思索题：当p2p2p1p1下降时，下
49、降时，qscqsc能否不断上升能否不断上升？缘由：当压力缘由：当压力p2p2小于小于pcpc后，气嘴下游存在激波，后，气嘴下游存在激波，使使p2p2不能够小于不能够小于pcpc，而是，而是p2p2pcpc气嘴的流态气嘴的流态亚临界流：气嘴流量随下游压力变化。亚临界流：气嘴流量随下游压力变化。临界流临界流 ：气嘴流量不随下游压力变化。：气嘴流量不随下游压力变化。存在两个问题存在两个问题如何划分流态？如何划分流态？如何计算临界流的流量如何计算临界流的流量qmax qmax ？处理方法处理方法对上面的公式求导对上面的公式求导临界压力比临界压力比当当 时为临界流，时为亚临界流时为临界流，时为亚临界流对于普通天然气，绝热指数对于普通天然气，绝热指数K K取取1.251.25。临界压力比：临界压力比：3 3、计算气嘴流量的公式、计算气嘴流量的公式亚临界流：亚临界流：临界流：临界流：思索题：思索题：地面气嘴最好设计成什么流态？地面气嘴最好设计成什么流态？井下气嘴呢？井下气嘴呢？第五节第五节 产水采气井两相管流压降产水采气井两相管流压降优化模型自学内容优化模型自学内容一、压力梯度方程及其数值解二、参数优化模型三、模型评价四、水气比敏感性分析
