油井流入动态及多相流动计算.pptx

油井流入动态油井流入动态 Well Inflow Performance井筒气液两相流基本概念井筒气液两相流基本概念Basic Conception of Wellbore Two Phase Flow计算气液两相垂直管流的计算气液两相垂直管流的OrkiszewskiOrkiszewski方法方法Orkiszewski Correlation计算井筒多相管流的计算井筒多相管流的Beggs-Brill Beggs-Brill 方法方法 Beggs-Brill Correlation 主要内容主要内容自喷井生产系统自喷井生产系统分离器地面油嘴井口安全阀（海上油井）安全阀（海上油井）节流器（海上油井）节流器（海上油井）井底流压Pwf井底油层面上的压力Pwfs 平均地层压力Pr集气管网油罐 井筒设备：井筒设备：油管、封隔器、配产器；地面设备：地面设备：井口装置（又称采油树），内含有油嘴。油井生产过程油井生产过程井口到分离器的流动（井口到分离器的流动（井口到分离器的流动（井口到分离器的流动（P PB B P Psepsep）近似水平管流近似水平管流近似水平管流近似水平管流油气从油藏流到井底（油气从油藏流到井底（油气从油藏流到井底（油气从油藏流到井底（P P P Pr r r rP P P Pwfwfwfwf）地层中的渗流地层中的渗流地层中的渗流地层中的渗流四个基本流动过程：四个基本流动过程：四个基本流动过程：四个基本流动过程：通过油嘴的流动（通过油嘴的流动（通过油嘴的流动（通过油嘴的流动（P Pt t P PB B）嘴流嘴流嘴流嘴流从井底流到井口（从井底流到井口（从井底流到井口（从井底流到井口（P P P Pwf wf wf wf P P P Pt t t t）多相管流多相管流多相管流多相管流（泡流、段塞流、环流、雾流）（泡流、段塞流、环流、雾流）（泡流、段塞流、环流、雾流）（泡流、段塞流、环流、雾流）第一节第一节 油井流入动态（油井流入动态（IPRIPR曲线）曲线）油气井流入动态：油气井流入动态：油气井流入动态：油气井流入动态：在一定的油层压力下，流体（油，在一定的油层压力下，流体（油，在一定的油层压力下，流体（油，在一定的油层压力下，流体（油，气，水）产量与相应的井底流压的关系，反映了油藏向该气，水）产量与相应的井底流压的关系，反映了油藏向该气，水）产量与相应的井底流压的关系，反映了油藏向该气，水）产量与相应的井底流压的关系，反映了油藏向该井供油气的能力。井供油气的能力。井供油气的能力。井供油气的能力。达达达达西西西西定定定定律律律律线性流径向流I I I IP P P PR R R R曲曲曲曲线线线线表示产量与井底流压关系的曲线表示产量与井底流压关系的曲线表示产量与井底流压关系的曲线表示产量与井底流压关系的曲线(Inflow(Inflow(Inflow(Inflow Performance Relationship Curve),Performance Relationship Curve),Performance Relationship Curve),Performance Relationship Curve),称为称为称为称为流入动态流入动态流入动态流入动态曲线，简称曲线，简称曲线，简称曲线，简称IPRIPRIPRIPR曲线。曲线。曲线。曲线。复合型：复合型：P Pwfwf P Pb b P Pb b,单相渗流，单相渗流，牛顿流体（刚性水驱）牛顿流体（刚性水驱）曲线型：曲线型：a.a.非牛顿流体单相驱，非牛顿流体单相驱，b.b.P Pwfwf 1)FE1)FE1)FE1)HarrisonHarrisonHarrisonHarrison方法方法方法方法查查FEFE曲线曲线IPR曲线（FE一定）当FE1.5时，应用Standing方法计算结果不合理，可应用Harrison方法：Pwf=0Pwf=0三种图版对应的油井流动效率范围不同三种图版对应的油井流动效率范围不同HarrisonHarrison方法和方法和StandingStanding方法图版中的最大产液量是方法图版中的最大产液量是FE=1FE=1时的最大产液量，不是油井实际的最大产液量。时的最大产液量，不是油井实际的最大产液量。HarrisonHarrison方法的图版可以获得高流动效率井和低流压井的方法的图版可以获得高流动效率井和低流压井的最大产液量，而最大产液量，而StandingStanding方法不能。方法不能。VogelStandingHarrisonVogelStandingHarrisonVogelStandingHarrisonVogelStandingHarrison的区别的区别的区别的区别(二二二二)溶解气驱油藏斜井和水平井的溶解气驱油藏斜井和水平井的溶解气驱油藏斜井和水平井的溶解气驱油藏斜井和水平井的IPRIPRIPRIPR曲线曲线曲线曲线1.Cheng1.Cheng1.Cheng1.Cheng方法：方法：方法：方法：P P P P=P=P=P=Pwfwfwfwf/P/P/P/Pr r r r；q q q q=q=q=q=qo o o o/q/q/q/qomaxomaxomaxomax；A A A A、B B B B、C C C C为取决于井斜角的系数。为取决于井斜角的系数。为取决于井斜角的系数。为取决于井斜角的系数。2.Bendakhlia2.Bendakhlia2.Bendakhlia2.Bendakhlia方法方法方法方法其它水平井产能计算模型：其它水平井产能计算模型：其它水平井产能计算模型：其它水平井产能计算模型：BorisovBorisov模型：模型：模型：模型：GigerGiger模型：模型：模型：模型：JoshiJoshi模型：模型：模型：模型：Renard&DupuyRenard&Dupuy模型：模型：模型：模型：组合型组合型IPRIPR曲线曲线三、三、组合型组合型IPRIPR曲线曲线，单相流，直线型，单相流，直线型，单相流，直线型，单相流，直线型1.2.，也是单相流，直线型，也是单相流，直线型，也是单相流，直线型，也是单相流，直线型油藏中同时存在单相流、油气两相流。油藏中同时存在单相流、油气两相流。3.3.当当 后，油藏中出现后，油藏中出现两相两相流动。流动。直线段直线段直线段直线段采油指数采油指数采油指数采油指数，直线与曲线的斜率相等：，直线与曲线的斜率相等：，直线与曲线的斜率相等：，直线与曲线的斜率相等：组合型组合型组合型组合型IPRIPRIPRIPR曲线的应用曲线的应用曲线的应用曲线的应用当测试压力 ，求 时的产量并绘制IPR曲线求求J J：由：由求求q qc c：求不同求不同q qwfwf下的产量下的产量q qo o：绘制绘制IPRIPR曲线曲线时时当测试压力 ，求不同 下的产量并绘制IPR曲线求求J J：由：由求求q qc c求产量求产量q qo o：绘制绘制IPRIPR曲线曲线单相流采油指数：时时已知D井平均地层压力为16MPa，Pb为13MPa,Pwf为8MPa时的产量为71.45m3/d，试计算Pwf为14MPa和7MPa时的产量并绘制该井的 IPR曲线。a.a.a.a.计算计算计算计算 (注意工作点的位置注意工作点的位置注意工作点的位置注意工作点的位置)例例 题题 b.b.b.b.计算计算计算计算c.c.c.c.计算指定流压下的产量计算指定流压下的产量计算指定流压下的产量计算指定流压下的产量 (注意注意注意注意PwfPwfPwfPwf与与与与PbPbPbPb的关系的关系的关系的关系)e.e.e.e.根据给定的流压及计算的相应产量绘制根据给定的流压及计算的相应产量绘制根据给定的流压及计算的相应产量绘制根据给定的流压及计算的相应产量绘制IPRIPRIPRIPR曲线。曲线。曲线。曲线。d.d.d.d.不同流压下，计算相应的产量为：不同流压下，计算相应的产量为：不同流压下，计算相应的产量为：不同流压下，计算相应的产量为：Pwf,MPa161414870Qo,m3/d0203071.4577.69102.22四、油气水三相流入动态四、油气水三相流入动态(自学自学)PetrobrasPetrobrasPetrobrasPetrobras提出了计算三相流动提出了计算三相流动提出了计算三相流动提出了计算三相流动IPRIPRIPRIPR曲线的方法。曲线的方法。曲线的方法。曲线的方法。纯水纯水纯水纯水纯油纯油纯油纯油综合综合综合综合IPRIPRIPRIPR曲线的实质曲线的实质曲线的实质曲线的实质:按按按按含水率含水率含水率含水率取纯油取纯油取纯油取纯油IPRIPRIPRIPR曲线和水曲线和水曲线和水曲线和水IPRIPRIPRIPR曲曲曲曲线的线的线的线的加权平均值加权平均值加权平均值加权平均值。当已知测试点计算采液指数时，当已知测试点计算采液指数时，当已知测试点计算采液指数时，当已知测试点计算采液指数时，是按是按是按是按产量产量产量产量加权平均；加权平均；加权平均；加权平均；当预测产量或流压时当预测产量或流压时当预测产量或流压时当预测产量或流压时,是按是按是按是按流流流流压压压压加权平均。加权平均。加权平均。加权平均。五、多层油藏油井流入动态五、多层油藏油井流入动态1.1.1.1.层间无干扰，全井层间无干扰，全井层间无干扰，全井层间无干扰，全井IPRIPRIPRIPR曲线为各层曲线为各层曲线为各层曲线为各层IPRIPRIPRIPR曲线的迭加曲线的迭加曲线的迭加曲线的迭加多层油藏油井流入动态多层油藏油井流入动态随着流压的降随着流压的降低，供液的小低，供液的小层增加、产量层增加、产量增加、采液指增加、采液指数增加。数增加。2.2.层间有干扰层间有干扰油层压力小于水层压力油层压力小于水层压力a.全井IPR曲线b.油层单独测试的IPR曲线c.水层单独测试的IPR曲线A油层静压PoB全井静压PeC水层静压Pw当井底流压大于全井静压(PwfPe)时，井口不出液，而此时水层出水，出水量为CB曲线。水去哪了？水去哪了？当PePwfPo时，井口出水，但水层出水量高于井口产水量。水又去哪了？水又去哪了？当井底流压小于油层静压(PwfPo)时，井口同时产出水和油，此时全井的IPR曲线为油、水层IPR曲线的迭加。C在PwfPo之前，井口全部产水，油井含水率为100。当PwfPo时，井口开始产油，含水率开始下降。结论结论:123时，发生高压层向低压层的倒灌层间干扰；时，无层间干扰井口含水率随流压的降低而降低，即降低流压既可以提高油井产量，又可以降低含水率（但产水量也增加）。油层压力大于水层压力油层压力大于水层压力123油井含水率随流压的降低而上升;时，只产油；时，同时产出水和油;本本 节节 小小 结结基本概念：油井流入动态；采液指数；表皮系数；流动效率基本概念：油井流入动态；采液指数；表皮系数；流动效率基本方法：基本方法：IPR曲线求取曲线求取基本方法的扩展与修正：基本方法的扩展与修正：液相液相气液两相气液两相液相液相+气液气液油气水三相油气水三相采液指数采液指数Vogel组合式组合式PetrobrasuStanding Harrisonu水平井、定向井水平井、定向井表皮效应表皮效应:由于钻井、完井、由于钻井、完井、作业或采取增产措施，使作业或采取增产措施，使井底附近地层的渗透率变井底附近地层的渗透率变差或变好，从而引起附加差或变好，从而引起附加流动压力的效应。流动压力的效应。流入动态研究方法流入动态研究方法VogelVogel方法方法费特柯维费特柯维奇方法奇方法StandingStanding方法方法HarrisonHarrison方法方法直井直井斜井斜井水平井水平井油气两相油气两相油气水三相油气水三相ChengCheng方法方法完善井完善井不完善井不完善井PetrobrasPetrobras方法方法BendakhliaBendakhlia方法方法BorisovBorisov方法方法EconomidesEconomides方法方法JoshiJoshi方法方法GigerGiger方法方法MutalikMutalik等方法等方法作作 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。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：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：研究途径：研究途径：基本流动方程基本流动方程基本流动方程基本流动方程 实验资料相关因次分析实验资料相关因次分析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.a.出现条件出现条件单相单相单相单相单相与多相共存单相与多相共存单相与多相共存单相与多相共存全井多相全井多相全井多相全井多相单相：井底流压单相：井底流压单相：井底流压单相：井底流压多相：多相：多相：多相：+气体膨胀能气体膨胀能气体膨胀能气体膨胀能b.b.b.b.能量供给能量供给能量供给能量供给多相流多相流油（或油（或+水）水）+气气单相流单相流油（或油（或+水）水）(二二二二)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1.1.油气混合物在垂直管中的流动特征油气混合物在垂直管中的流动特征 d.d.能量消耗能量消耗单相：重力单相：重力+摩阻摩阻多相：重力多相：重力+摩阻摩阻+动能损失动能损失单相：单相：多相：自下而上多相：自下而上c.c.运动参数运动参数流压：流压：从油层流到井底后具有的压力。从油层流到井底后具有的压力。油压：油压：流压作用下，克服静液柱压力和流动流压作用下，克服静液柱压力和流动 阻力阻力后的压力。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油气混合物在垂直管中的流动特征2.2.2.2.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根据两相介质分布的外形分为5类：类：流态流态流态流态Flow PatternFlow PatternFlow PatternFlow Pattern（也称流动结构或流型）（也称流动结构或流型）（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、气的是指流动过程中油、气的是指流动过程中油、气的分布状态。它与油气比、分布状态。它与油气比、分布状态。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。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(液液液液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。流、泡流、段塞流、环流和雾流。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变实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流态变实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流态变实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流态变化。化。化。化。原油从井底流到井口，主要克服原油从井底流到井口，主要克服重力损失重力损失和和摩擦损失摩擦损失，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。发生变化。纯液流纯液流Liquid FlowLiquid Flow井筒压力低于饱和压力，溶解气从油中分井筒压力低于饱和压力，溶解气从油中分井筒压力低于饱和压力，溶解气从油中分井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，气体以离出来，气体以离出来，气体以小气泡小气泡小气泡小气泡分散在液相中。分散在液相中。分散在液相中。分散在液相中。泡流泡流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。单相液流，重力损失为主。单相液流，重力损失为主。特点：特点：气体是分散相，液体是连续相；重力气体是分散相，液体是连续相；重力损失为主，滑脱现象比较严重。损失为主，滑脱现象比较严重。各流态的主要特征各流态的主要特征泡流泡流混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡合并成体不断膨胀，小气泡合并成大气泡大气泡，井筒，井筒内将形成一段液一段气的结构。内将形成一段液一段气的结构。特点：特点：特点：特点：气体呈分散相，液体呈连续相；气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。段塞流段塞流Slug FlowSlug Flow段塞流段塞流环流环流Annular FlowAnnular Flow特点：特点：特点：特点：气液两相都是连续相；气液两相都是连续相；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；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；滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。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。心是连续的气流，管壁为油环。环流环流压力进一步下降，气体体积流量足够大，占据压力进一步下降，气体体积流量足够大，占据整个油管，液体以整个油管，液体以液滴形式液滴形式分散在气流中分散在气流中。特点特点特点特点：气体是连续相，液体是分散相；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、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。气相是整个流动的控制因素。雾流雾流雾流雾流Mist FlowMist Flow雾流雾流(三三)滑脱现象及特性参数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。体流动的现象。体流动的现象。(Slip EffectSlip Effect)1.1.滑脱现象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；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；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。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因滑脱而产生的附加压力损失称为称为滑脱损失滑脱损失。通常用通常用有有、无无滑脱时混合物滑脱时混合物的密度之差的密度之差 来表示单位管长来表示单位管长上的滑脱损失：上的滑脱损失：滑脱损失的实质：滑脱损失的实质：滑脱损失的实质：滑脱损失的实质：液相的流动断面增大引起液相的流动断面增大引起液相的流动断面增大引起液相的流动断面增大引起混合物密度的增加。混合物密度的增加。混合物密度的增加。混合物密度的增加。在气液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份在气液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份在气液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份在气液两相流动状态下，液相所占单位管段容积的份额，称为额，称为额，称为额，称为持液率持液率持液率持液率，也称液相存容比。，也称液相存容比。，也称液相存容比。，也称液相存容比。(Liquid HoldupLiquid HoldupLiquid HoldupLiquid Holdup)气相所占单位管段容积的份额，称为空隙率，也称气气相所占单位管段容积的份额，称为空隙率，也称气气相所占单位管段容积的份额，称为空隙率，也称气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。相存容比。相存容比。相存容比。(Gas HoldupGas Holdup)2.求取混合物密度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：无滑脱混合物密度：无滑脱混合物密度：无滑脱时的混合物密度无滑脱时的混合物密度滑脱时的滑脱时的混合物密度混合物密度混合物密度混合物密度滑脱损失滑脱损失总结总结多多相相垂垂直直管管流流特特性性流态变化流态变化压力损失压力损失纯油流纯油流泡流泡流段塞流段塞流环流环流雾流雾流重力损失：重力损失：摩擦损失：摩擦损失：滑脱损失：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1.1.能量平衡方程推导能量平衡方程推导质量为质量为m的流体，在一定状的流体，在一定状态下具有的能量包括：内能、态下具有的能量包括：内能、位能、动能和压缩（或膨胀）位能、动能和压缩（或膨胀）能。能。断面断面1 1和和2 2流体能量平衡关系：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）（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取z轴方向为自轴方向为自上上而而下下：则：则：令：令：负号负号负号负号含义含义含义含义水平管流水平管流:垂直管流垂直管流:多相混合物流动多相混合物流动: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。和计算方法是研究多相管流的中心问题。和计算方法是研究多相管流的中心问题。和计算方法是研究多相管流的中心问题。以计算段下端压力为起点，重复以计算段下端压力为起点，重复步。步。2.2.垂直多相管流压力分布计算步骤垂直多相管流压力分布计算步骤重复重复的计算，直至的计算，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已知任一点(井口或井底井口或井底)的压力作为的压力作为起点，任选一个合适的压力间隔起点，任选一个合适的压力间隔 p p。估计一个对应的深度增量估计一个对应的深度增量 h h 。计算该管段的平均温度及平均压力，计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。并确定流体性质参数。并计算该段的压力梯度并计算该段的压力梯度dp/dhdp/dh。计算对应于的该段管长计算对应于的该段管长(深度差深度差)h h。计算该段下端对应的深度及压力。计算该段下端对应的深度及压力。P0=PwfP0=Pwf h hP1=P0+P1=P0+P h hPtPt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）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 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=PwfP0=Pwf p pP1=P0+P1=P0+P p pPtPt注意的问题：注意的问题：a.a.计算压力分布过程中，温度和压力是相关的；计算压力分布过程中，温度和压力是相关的；b.b.流体物性参数计算至关重要；流体物性参数计算至关重要；c.c.不同的多相流计算方法差别较大，因此在实际应用中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。有必要根据油井的实际情况筛选精度相对高的方法。第三节第三节 OrkiszewskiOrkiszewski方法方法 综合了综合了Griffith&Wallis Griffith&Wallis 和和 Duns&Ros Duns&Ros 等方法；等方法；处理过渡性流型时，采用处理过渡性流型时，采用RosRos方法方法(内插法内插法)；针对每种流动型态提出存容比及摩擦损失的计算方法；针对每种流动型态提出存容比及摩擦损失的计算方法；提出了四种流型，即泡流、段塞流、过渡流及环雾流。提出了四种流型，即泡流、段塞流、过渡流及环雾流。把把GriffithGriffith段塞流相关式改进后推广到了高流速区；段塞流相关式改进后推广到了高流速区；1967年年奥其斯泽斯基奥其斯泽斯基提出了适用于多相垂直管流计算提出了适用于多相垂直管流计算方法，其主要特点包括：方法，其主要特点包括：过渡流过渡流过渡流过渡流 Transition FlowTransition FlowTransition FlowTransition Flow 只有在雾流条件，气体体积流量远大于液体体积流量，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近似等于总的体积流量，其它条件动能变化近似为0 0。一、一、压力降公式及流动型态划分界限压力降公式及流动型态划分界限Pressure Gradient Correlation and Flow pattern Transitions压力降是压力降是摩擦能量损失摩擦能量损失、势能变化势能变化和和动能变化动能变化之和：之和：根据气体定律：根据气体定律：又由于且所以把梯度变为计算管段，则：计算管段的压降公式为关键是求：关键是求：混合物密度混合物密度和摩擦损失梯度和摩擦损失梯度OrkiszewskiOrkiszewski方法流型划分界限方法流型划分界限不同流动型态下不同流动型态下 和和 的计算方法不同。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二、平均密度及摩擦损失梯度的计算气相存容比气相存容比(含气率含气率)H Hg g ：管段中气相体积与管段容积之比值。管段中气相体积与管段容积之比值。液相存容比液相存容比(持液率持液率)H HL L ：管段中液相体积与管段容积之比值。管段中液相体积与管段容积之比值。1.1.泡流泡流平均密度平均密度:可由可由滑脱速度滑脱速度来确定来确定滑脱速度滑脱速度：气相流速与液相流速之差气相流速与液相流速之差。则：则：图1-21雷雷诺诺数数摩擦阻力系数曲线摩擦阻力系数曲线泡流摩擦损失梯度按液相进行计算：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一般油管的绝对粗糙度为 2.2.段塞流段塞流平均密度平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流的摩擦梯度：段塞流计算中，关键是滑脱速度段塞流计算中，关键是滑脱速度v vs s的计算。的计算。目前，目前，v vs s的计算方法有两种：查图迭代法和经验公式法。的计算方法有两种：查图迭代法和经验公式法。流体分布系数流体分布系数泡流雷诺数：泡流雷诺数：C C1 1N Nb b曲线曲线雷诺数：雷诺数：滑脱速度的计算滑脱速度的计算迭代法迭代法滑脱速度：滑脱速度：C C2 2N NReRe曲线曲线（假设Vs）滑脱速度的计算滑脱速度的计算经验公式法经验公式法过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流段塞流和和雾流雾流分别分别进行计算，然后用进行计算，然后用内插方法内插方法来确定相应的数值。来确定相应的数值。(3)(3)过渡流过渡流雾流混合物雾流混合物平均密度计算公式与泡流相同：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，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。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。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。摩擦梯度摩擦梯度:(4)(4)雾流雾流所以：所以：OrkiszewskiOrkiszewski方方法计算流程框图法计算流程框图第四节第四节 Beggs&Brill Beggs&Brill 方法方法 水和空气、聚丙烯管实验基础上总结的方法水和空气、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正成相应的倾斜管流 倾斜度倾斜度-90-90+90+90，分上坡和下坡流动，分上坡和下坡流动 1973 1973年提出，适用于水平、垂直和任意倾斜管流计算年提出，适用于水平、垂直和任意倾斜管流计算Beggs&Brill Beggs&Brill 两相水平管流型两相水平管流型一、基本方程一、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：单位质量气液混合物稳定流动的机械能量守恒方程为：(1)(1)位差压力梯度：消耗于混合物静水压头的压力梯度。位差压力梯度：消耗于混合物静水压头的压力梯度。假设条件假设条件:气液混合物既未对外作功，也未受外界功。气液混合物既未对外作功，也未受外界功。(2)(2)摩擦压力梯度：克服管壁流动阻力消耗的压力梯度。摩擦压力梯度：克服管壁流动阻力消耗的压力梯度。(3)(3)加速度压力梯度：由于动能变化而消耗的压力梯度。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：密度变化，则：(4)(4)总压力梯度（总压力梯度（Beggs-BrillBeggs-Brill方法的基本方程）方法的基本方程）二、二、Beggs&BrillBeggs&Brill方法的流型分布图及流型判别式方法的流型分布图及流型判别式Beggs-BrillBeggs-Brill流型分布图流型分布图分离流分离流间歇流间歇流过过度度流流分散流分散流Beggs-BrillBeggs-Brill法流型判别条件法流型判别条件N NFrFr为弗鲁德数为弗鲁德数入口无滑脱持液率入口无滑脱持液率三、持液率及混合物密度确定三、持液率及混合物密度确定(1)(1)持液率持液率Beggs&BrillBeggs&Brill方法计算倾斜管流时首先按方法计算倾斜管流时首先按水平管水平管计计算算,然后进行倾斜校正。然后进行倾斜校正。a a、b b、c c常数表常数表实验结果表明，倾斜校正系数与倾斜角、无滑实验结果表明，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。脱持液率、弗洛德数及液体速度数有关。不同不同E EL L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对于垂直管:其中：其中：系数系数C C与无滑脱持液率与无滑脱持液率 、弗洛德数和液相速度数、弗洛德数和液相速度数有关。有关。表表1-6 1-6 系数系数d d、e e、f f、g g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持液率和无滑脱持液率(入口体积含液率入口体积含液率)之间的关系：之间的关系：当当11y1.2y1.2时时其中其中：两相流动的雷诺数：两相流动的雷诺数：也可用也可用MoodyMoody图上的光滑管曲线来确定图上的光滑管曲线来确定:气液两相流阻力系数气液两相流阻力系数:1.1.1.1.油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液液液液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。流、泡流、段塞流、环流和雾流。流、泡流、段塞流、环流和雾流。流、泡流、段塞流、环流和雾流。3.3.多相垂直管流压力分布计算：多相垂直管流压力分布计算：按深度增量迭代、按压力按深度增量迭代、按压力增量迭代。增量迭代。2.2.模拟计算多相管流规律的数学相关式及图版研究很多，其模拟计算多相管流规律的数学相关式及图版研究很多，其基本通式一般都是从基本能量守恒方程出发建立的：基本通式一般都是从基本能量守恒方程出发建立的：小小 结结5.Beggs-Brill5.Beggs-Brill方法是可用于方法是可用于水平水平、垂直垂直和和任意倾斜任意倾斜气液两气液两相管流动计算的方法，需要划分流型。先求出相管流动计算的方法，需要划分流型。先求出水平状态水平状态下的下的流动参数，然后流动参数，然后校正校正为计算角度下的流动参数。为计算角度下的流动参数。4.Orkiszewski4.Orkiszewski方法用于方法用于垂直管流计算，需要划分流型，通过垂直管流计算，需要划分流型，通过计算计算平均密度平均密度及及摩擦损失梯度，求压力降摩擦损失梯度，求压力降：完完使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！气相就地速度：气相就地速度：气相就地速度：气相就地速度：液相就地速度：液相就地速度：液相就地速度：液相就地速度：真实速度真实速度真实速度真实速度滑脱速度：滑脱速度：滑脱速度：滑脱速度：气相表观速度：气相表观速度：气相表观速度：气相表观速度：液相表观速度：液相表观速度：液相表观速度：液相表观速度：不存在的理想速度不存在的理想速度不存在的理想速度不存在的理想速度两相混合物速度：两相混合物速度：两相混合物速度：两相混合物速度：