基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布

1、毕业论文(设计)题目名称：基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布 学生姓名： 戚本杨 院 (系)： 石油工程学院 专业班级： 油气储运工程1101班 指导教师： 江 厚 顺 辅导教师： 江 厚 顺 时 间： 2015年04月 至 2015年06月 目录长江大学毕业设计(论文)任务书I毕业设计开题报告III长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见IX长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语X长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XIAbstract1第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2气液两相流的特点21.3国内外研究现状31.4研究思路51.5研究内容5第二章 多相管流计算方法7

2、2.1常见多相流计算方法72.2常见多相流计算方法的缺点92.3 Beggs-Brill方法介绍102.5 Beggs-Brill方法基本方程112.6 Beggs-Brill方法的流型分布图及流型判别式132.7持液率及混合物密度的计算142.8 阻力系数182.9 Beggs-Brill 方法计算流程图18第三章 实例计算203.1 PIPESIM软件介绍203.2 运用PIPESIM软件建立如下模型213.3实例计算21第四章 敏感性参数分析274.1 定出口压力下流体性质参数敏感性分析274.2定产液量下流体性质参数敏感性分析334.3 定出口压力下油管直径敏感性分析374.4 定产液

3、量下油管直径敏感性分析39第五章 结论与建议415.1结论415.2 建议41参考文献42致 谢44长江大学毕业设计(论文)任务书 学院（系）_石油工程学院 专业_油气储运_ _ 班级_储运11101 学生姓名_ _ 戚本杨 _指导教师/职称_江厚顺 教授_1. 毕业设计(论文)题目： 基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布2. 毕业设计(论文)起止时间： 2015年 3月 30日 2015年 6月 1日3. 毕业设计(论文)所需资料及原始数据(指导教师选定部分) 王鸿勋,张琪等编采油工艺原理石油工业出版社，1989年 陈家琅. 石油气液两相管流.北京：石油工业出版社，1989 布朗.

4、 升举法采油工艺.卷一.北京：石油工业出版社，1984 Khalid Aziz and Nicholas Petalas “New PC-Based Software for Multiphase Flow Calculations”，SPE28149，1994.4. 毕业设计(论文)应完成的主要内容 撰写开题报告； 调研国内外有关多相管流计算方法； 建立Beggs-Brill方法计算模型； 运用PIPESIM软件建立多相流计算物理模型； 结合油田实际资料运用建立的物理模型进行井筒压力分布计算，绘制压力分布曲线； 针对影响多相流压力分布的敏感性参数进行分析； 完成基于Beggs-Brill方法

5、预测井筒压力分布毕业设计论文。5. 毕业设计(论文)的目标及具体要求 毕业设计前两周完成开题报告的撰写。 结合油田实例进行设计和计算。 要求论文文字精练，图表清晰。 提交论文文档（含电子版）。 完成毕业设计论文所需的条件及上机时数要求利用图书馆网络资源查阅文献，同时完成毕业论文设计需电脑一台，上机80小时左右任务书批准日期_年_月_日 教研室(系)主任(签字) _ _任务书下达日期_2015 年_4 月 1日 指导教师(签字) _ _完成任务 日 期_年_月_日 学生(签字) _ _I长江大学 毕业设计开题报告 题目名称：基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布 院 （系）： 石油工程学

6、院 专业班级： 储运11101 班 学生姓名： 戚 本 杨 指导老师： 江 厚 顺 辅导老师： 江 厚 顺 报告日期： 2015年4月20日 XIII基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布学 生：戚本杨，石油工程学院指导教师：江厚顺，石油工程学院一、题目来源 毕业论文二、研究目的和意义 对于一些高压井，难以沿井筒连续安装压力计来实现对井筒压力的监控。所以我们必须采用理论分析方法来预测井筒压力分布，为防止井喷事故的发生赢得时间，合理选择抽油机功率，排量以及管径提供了原始数据。所以我们要预测井筒压力分布 井筒液流属于垂直油气水多相管流。由于气体的可压缩性，使它具有如下特点: 1、气、液混合

7、体在井筒内的密度是变化的，与压力、深度、地温梯度、气体在标准状态下的密度有关，而压力又是气体在井筒内的密度的函数。压力与密度交互影响，因此用一般的数学理论无法计算有关水力参数。 2、钻具或环空内的流速是一个变量，是压力、深度、地温梯度、气体在标准状态下的密度等因数的函数。 3、由于沿井眼方向流速的变化，气体含量也是井深的函数，因此塑性粘度等影响水力计算的参数也是一个变量。 因此，如果用纯理论分析，得到的关系式过于复杂，难以求解，或者得不到解析解。因而在工程实践上多采用半理论半经验公式。目前，主要有三种模型。均相流模型、分相流模型，流型模型。前两者关系式简单，但误差大，后者关系式，计算过程复杂，

8、但相对精确。随着计算机技术的发展，流型模型得到的广泛的应用。最为突出的是Beggs-Brill方法。 Beggs-Brill压降计算法，对持液率的计算结果偏大，在流型分界处持液率和水力摩阻系数的数值不连续，只预测水平管线的流型，没有考虑管道倾斜和竖直对流型的影响。这就是我们研究的重点方向，对Beggs-Brill方法进行修改，以便应用到预测井筒压力分布。三、阅读文献和参考资料1张琪.采油工程原理与设计M.中国石油大学出版社，2000(9)2喻西祟，赵金刚，亚玲.国内外油气水多相流技术的研究J.中国海上油气（工程），2002:31-333王卫阳，陈听宽, 罗毓珊.垂直井筒气液断塞流压力梯度的简便

9、算法A. 中国石油大学学报,2006(8):1-44M.A.Aggour(著)，孙继伟（译）.高开采速度及粗油管下的垂直多相流公式J石油勘探开发情报，1996(12)5马凤林.垂直多相流模型建立A.工业技术出版社6李安，万邦烈，楼浩良.铅直气液两相管流研究现状综述.石油钻采工艺出版社,20007KE布朗.升举法采油工艺（卷一）.石油工业出版社，19878KE布朗.升举法采油工艺（卷四）.石油工业出版社，19909Vogel J V. Inflow Performance Relationship for Solution Gas Drive Wells.JPT,Jan.1968:83-9310

10、Standing M B.Inflow Performance Relationships for Damaged Wells Producing by Solution Gas Drive.JPT,Nov.1970:1399140011Douglas Patton L. Generalized IPR Curves for Predicting Well Behavior. Pet.Eng.Inter，June 198012Beggs H D, Brill J P. A Study of Two-phase Flow in inclined Pipes.JPT, 1973,513Khalid

11、 Aziz and Nicholas Petalas “New PC-Based Software for Multiphase Flow Calculations”，SPE28149，1994. 14陈家琅. 石油气液两相管流.北京：石油工业出版社，198916喻西崇，赵金洲，邹亚玲.国内外油气水多相管流技术的研究J.中国海上油气， 2002.10，31-3717汤勃，徐立伟.基于分相流模型的三相流管道压降计算J.武汉理工大学学报，2002.4，Vol.26,No.2四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向4.1国内外现状 多相管流的研究主要是进行工艺计算。工艺计算内容主要包括流型判别、持液

12、率计算及压降和温降计算。其中流型判别、持液率计算是工艺计算的基础，压降和温降计算是最终目的。多相管流研究的复杂性在于:1)各相间存在质量和能量交换;2)多相管流中流态的多样性和难确定性;3)气液界面的不稳定性;4)多相管流中流动参数的难测性。因此，多相管流比单相管流复杂，必须进行深人的研究。目前应用最广泛的是Beggs-Brill方法。 1973年Beggs和Brill基于由均相流动能量守恒方程式所得出的压力梯度方程式，在聚丙烯管上，用空气和水进行实验的基础上提出的。在每种实验情况下，调节不同的气体流量和观察流型，并测量持液率和压力梯度。实验中包含了全部流型，并依据气液分布状况和流动特性分类。

13、其特点是：（1)按归并后的三类流型建立流型分布图，并在分离流和间歇流之间增加了过渡区，处于过渡区的流动采用内插法。（2)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。（3)既可适用于垂直管流和倾斜管的上坡与下坡流动。这是目前在倾斜气液两相管流方面比较全面的研究成果。 对水平管得到持液率计算结果进行倾斜校正，即可得到管倾斜情况下的计算结果.从而计算混合流的平均密度。倾斜校正系数与倾斜角B、无滑脱持液率、弗鲁德数及流体速度有关。Beggs和Brill利用实验结果研究了两相流阻力系数与无滑脱气液两相流阻力系数的比值和持液率和无滑脱持液率之间的关系。依据实验结果得出了气液两相流阻力系数的

14、计算方法和相关式，从而计算摩阻损失的影响。 研究铅直气液两相管流，实质上是如何计算液两相流体在铅直管中的压力梯度或压差及有关数的问题，而压力梯度是气举设计的基本依据。国外学者已做了大量的研究工作，并得到了一系列算空隙率、混合液密度、压力梯度的计算公式。从研究方法上可概括为如下2种: 不考虑流型。 2、考虑流型，有如下几类 ： ( 1) Tuns一Ros方法(1963年) （2）Orkisxewski方法(1967年) （3）Hasan-Kabir方法（1988） 上述计算方法都是采用试验数据或现场数据经数学处理得到有关的计算公式或使用曲线，所得到的相关式对数据出处或与出处相近场合的相关性较好，

15、而对其它场合则误差较大，因此，在应用上具有很大的局限性4.2主攻方向 对垂直井流流动实测数据的检测。数据的准确度是衡量一种方法好坏的前提。因此我们有必要对现场油井实测数据进行检测。而这是一个难度大、国内外都函待研究和探索的领域，其发展趋势和研究方向可总结归纳为以下几个方面:将成熟的单相流检测技术应用于多相流的参数测量;对目前己有相当基础的测试技术的应用进行完善与推广;应用新型的信号处理技术和方法进行多相流参数的测量、分析和监视;进一步发展在多相流动过程中参数测量系统的建模及特征参数的选取，同时对时变性的自适应功能和动态跟踪功能等的基础理论进行研究与拓展。 对模型进行条件假设，以简化问题的复杂性

16、。假设如下： （1)以液体为分散介质的多相流，每个微分井段内的气体以大小相等的气泡均匀地分散在液体分散介质中。（2)对于雾状流，气体是分散介质，液体以液珠状均匀地分散在气 体分散介质中。（3)在每个微分井段内分散相颗粒是刚性体。（4)分散相介质颗粒之间没有相互作用。 （5)分散相颗粒比介质分子大得多。五、主要研究问题，需重点研究的关键问题及解决思路5.1主要研究内容 1、调研国内外有关多相垂直管流计算模型及研究进展。 2、掌握Beggs-Brill方法计算模型和流态划分。运用PIPESIM软件建立物理模型，结合油田实际井数据进行井筒压力分布模拟计算。 3、针对影响井筒压力分布相关参数进行敏感性

17、分析。5.2研究的关键问题PIPESIM软件物理模型建立方法；Beggs-Brill方法计算流程。5.3解决思路结合油田现场资料，运用PIPESIM软件建立物理模型进行压力分布计算，设置不同敏感性参数进行敏感性分析。六、完成毕业设计的工作条件及解决办法 1、研究资料，注意对方所采用的那个模型，哪个方法。数据来源可靠度等。 2、查资料，主要是近些年来研究多相流井筒压力分布的寻找实习单位，以亲身的经历去搜集资料。 3、寻求在油田上班的学长学姐的帮助，多听听他们的建议。 4、积极向指导老师答疑。及时解决问题。 5、反复推敲，仔细琢磨，多搜集数据，多比对，多权衡。七、工作的主要阶段，速度与时间安排 第

18、3周:搜集资料，并翻译外文资料 第4周:阅读中外文资料，撰写开题报告并提交开题报告。 第5周:参阅大量文献，提出研究思路，修改开题报告 第6-9周:熟练掌握PIPESIM软件，并调试。 第10周:运行计算机程序，并进行相关计算。将计算结果代入，核 查是否合理。 第11周:撰写论文 第12周:修改论文 第13周:装订论文，制作幻灯片做答辩准备。八、指导教师审查意见指导老师（签字）：长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名戚本杨专业班级储运11101班毕业论文(设计)题目基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布指导教师职 称教授评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方

19、法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见：指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分（注：此页不够，请转反面） 长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名戚本杨专业班级储运11101班毕业论文(设计)题目基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布评阅教师职 称评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决

20、实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名戚本杨专业班级储运11101班毕业论文(设计)题目基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答

21、辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章) 基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布 学 生： 戚本杨 石油工程学院 指导老师：江厚顺 石油工程学院摘要根据垂直管中多相流动规律的研究,计算井筒内油、气、水混合物流动时的压力分布，对指导工程技术设计和油井动态分析非常重要。调研国内外多相流研究方法，深刻分析其建模机理和特点，重点介绍Beggs-Brill方法特点及计算过程；运用PIPESIM软件进行多相流模拟计算；建立物理模型，运行得出井筒压力分布曲线。选取含水率、油气比、采油指数等敏感参数，分别在定出口压力下和定产液量条件下进行敏感

22、性分析。得出相关结论，为优化采油生产参数提供依据。关键词 多相流 压力梯度 Beggs-Brill方法 物理模型 PIPESIM软件 敏感性分析 Based on the Beggs - Brill method to predict wellbore pressure distributionStudent: Qi Benyang College of Petroleum Engineering Tutor : Jiang Houshun College of Petroleum Engineering Abstract According to the research on the la

23、ws of the multiphase flow in vertical pipe, the calculation of wellbore in oil, gas and water mixture flow pressure distribution, to guide the engineering design oil well dynamic analysis is very important. To know at the end of the known or traffic flowing well model study; In the case of known wel

24、lhead and bottom hole pressure, for a given borehole geometric parameters and determine the maximum gas flow produced fluid volume. Research multiphase flow research methods at home and abroad, deeply analyzing the modeling mechanism and characteristics of the introduced Beggs - Brill method charact

25、eristics and calculation process; Multiphase flow is simulated using PIPESIM software; Physical model is set up, run wellbore pressure distribution curve are obtained. Select a sensitive parameters such as moisture content, oil and gas than, productivity index, set respectively under the constant ou

26、tlet pressure and the liquid quantity conditions sensitivity第 5 页 共44页绪论基于Beggs-Brill方法预测井筒压力分布 学 生： 戚本杨 石油工程学院 指导老师：江厚顺 石油工程学院第一章 绪论1.1研究背景及意义 在油气田勘探开发过程中，油气两相流是一种非常普遍的现象。采用油气混输技术，可加速油气田的开发，降低初期投资，减少运行费用和简化操作流程，具有明显的经济效益。近些年随着沙漠、海洋、滩海油田的开发以及油气集输配套技术的发展，油气水多相混输己成为各国的研究热点。而在油田开采过程中的油水气三相混输就是一种非常典型的多相

27、流动现象。 近年来，由于所开发油田自身的特点(油层更深、含水率更高、油质更重)和环境特点(海洋、沙漠和极地油田)，使得多相混输工艺技术越来越被广泛地应用。因而迫切的需要对井筒压力分布进行预测。而在多相流的研究过程中，垂直管流是其桥梁和纽带，占有重要的地位。意义在于： 1、气液两相流井筒压力分布的准确预测是研究油气井一切问题的基础。对于气液两相流来说，随着外界环境的变化，其流动形式具有多种，也就是两相流的流型具有多种。随着井深的变化，流体周围环境发生着变化，使得这些流型不断的发生着转变，而流型的转变会导致气相和液相之间的热学、力学以及传质特性和界面特性发生变化，这些变化会引起截面含气率，气相密度

28、、液相粘度以及气液混合物密度等两相流物性参数发生变化，这些物性参数的变化又会引起压力分布的变化。可见，气液两相流的压力分布研究至关重要。它是一面镜子，反映着井筒物性参数的变化。 2、对油气田的开发具有重要的指导作用。如下： （1)、指导工程技术设计和油田，油井动态分析 （2）、已知或末知流量的自喷井进行单管设计，对日常井口压力进行管理。 （3）、低能量油藏井进行人工举升设计时，对气举井气举作业的注气点位置进行确定。 （4）、在已知井口和井底压力的情况下，对给定井眼几何参数和气体流量确定最大产液量；对油管和套管结构进行初始化设计，以确定一次或多次完井方案。（5）、合理选择抽油机功率，压力表量程，

29、以及油气田地面工程的泵及管路的选择和优化提供的原始依据等。 3、为响应国家节能降耗提供有力的理论依据。1.2气液两相流的特点1.2.1复杂的流型转变机理以及繁多且易变的流型种类 对于单相流动，可以根据雷诺数可以将其流动分为紊流和层流，而对于多相流流动，存在有各种流型，并且各种相介质之间的相对含量，相对密度，相对位移，相对温度都会想影响到各种流型的变换与产生。而且，各相之间以及流体的表面张力、热负荷及压力、密度、传热系数、粘度、表面张力、流动条件、过流形状及边界条件等的改变会造成流型的改变。而传递特征、损失特征等流动特征也会随着流型的改变而发生变化。这些变化的发生同时也会进一步引起流型的再一次改

30、变。更为复杂的是，在同一个井筒或者管道内可能具有多种流型，因此这样的情况对于两相流流动的研究和分析带来了巨大的困难。1.2.2复杂而多变的流动特性对数学描述提出巨大的挑战 利用数学工具来描述单相流流动是比较容易的，因为在单相流流动时仅存在体积力。而在两相流动中，两相介质之间物理、化学反应、传热、摩擦、传质、等都发生在微元表面，相互作用强。因此，描述两相流的各种守恒方程，例如:质量、动量、能量守恒方程，还有状态、组分方程、边界条件、本构方程，这些方程不单是数目繁多而且形式上也非常繁杂;另一方面，用于计算的方程组在非线性程度以及藕合程度上都大大增加，这也给两相流数值解法带来巨大的困难，同时也是函待

31、解决的问题。1.2.3两相流各相之间具有很强的相互作用 对于单相流，显然，不会有相间的复杂相互作用。在两相流研究中，如何来解决既要能描述所研究流体的相与相之间的作用，还要能描述分散相内部的相互作用的问题还是一个有待突破的难关。流型的变化以及所研究流体各种物性也都受这种复杂的相间作用的影响，由此可见想要建立一个既具有普遍性又具有广泛性的相关式是非常困难的，1.2.4两相流流动时存在能量损失的增大或减小 对于单相流流动，如果不考虑由于粘性阻力而产生的能量损失，那么就不存在能量损失。但是，对于两相流动流动，即便是不考虑流体与壁面边界层的摩擦引起粘性损失，然而，正如上面提到的流体各相间存在的相互作用，

32、因此各相间还存在有摩擦阻力和蒸发凝析产生的能量损耗。在多数情况下，由于考虑到各相间的相互作用，可以得出多相流流动时引起的能量损耗要比单相流流动时的能量损耗多一些。1.2.5存在复杂的界面扰动现象 在两相界面上，假若存在浓度、温度的不均衡、物理化学反应等现象的发生，这些都会导致表面张力的变化，表面张力的变化会导致相界面的扩张或者收缩，局部扰动，撕裂或者震荡等情况的出现。这种扰动现象会促使各种界面波的产生，由于这些界面波的波形、波长以及振幅具有很大的差异，会导致各相间产生剧烈的相互作用，给相间质量、动量和能量交换、化学反应以及温降、压降产生巨大的影响。1.3国内外研究现状目前气液两相流压降模型的研

33、究经历了三个阶段。经验关系式、半经验关系式和机理模型阶段。其中经验关系式、半经验关系式是出于当时石油工业的迫切需要而产生的，发展至今己有60多年的历史，而机理模型是近20年产生一种新兴的压降计算方法，本节重点论述机理模型。1.3.1 经验关系式 人们对于单相流体的了解已有几百年的历史，所以在接触气液两相流之初，很容易将其视为单相流处理。于是Poettmann & Carpenter (1952年)基于均相流模型提出了阻力系数法。随后Baxendell & Thomas (1961年)、Tek（1961年)、Fancher (1961年)以及国内学者陈家琅(1979年)均回归了阻

34、力系数与两相雷诺数的关系，发展了阻力系数法。但是气液两相流实际上是存在气液滑脱的，于是Lockhart & Martinelli(1949年）首创了分相流动模型方法，把气液两相流视为两股流体，采用经验公式关联两相摩阻压降倍率与持气率和流动参数的关系，进而计算压降。然而以上方法的共同问题在于没能全面考虑影响管流压降的一些其它因素。1.3.2半经验关系式直至1963年，Duns & Rose对影响垂直两相管流的13个变量进行因次分析，得出的四个无因次数，更全面的描述了两相流现象，标志着多相管流的研究由经验方法发展到半经验方法，此后约十年的时间里，相继出现了相似类型的多种方法，它们都

35、采用了无因次数对持液率或摩阻系数的计算方法进行拟合。1.3.3综合机理模型从80年代末开始，.石油工业中开始引用首先由原子能工业提出的机理模型，通过研究气液在管中流动过程的力学机理来描述多相管流的流动规律。相继出现了Hasan &Kabir(1988年)、Ansari(1994年)等综合机理模型。这类方法着眼于物理现象，对两相流发生的机理进行了定义和数学建模。其基本出发点在于假设每一种流型下流体的运移规律具有共性，因此这类方法首先要求判断流型，随后对每种流型建模并预测其水力和传热特性。这类模型所依据的实验数据量并不大，但是却比经验模型适用范围更宽、更具理论依据，因为它们考虑了流动机理以

36、及管径、管斜角，气液流量、气液物理性质等重要参数。 1988年，Hasan & Kabir结合Taitel等流型预测机理模型，结合自己的分析，建立了新流型预测机理模型，并针对每种流型建立了压降计算方法。采用漂移模型计算泡状流、段塞流、搅动流的压力梯度，并针对环状流建立了专门的压降机理模型，考虑了液滴夹带和气芯对液膜的剪切作用。 1994年，Ansari等结合Taitel、 Barnea的研究成果，总结出了自己的流型判断机理模型，并针对每种流型选用了已有的机理模型预测压降，这些流型预测方法和压降计算方法共同构成了综合机理模型。最后通过Tulsa大学数据库1775口油井的实测数据对该方法性

37、能进行了验证。1996年，Chokshi等在一个双油管实验井中进行了气水垂直上升管流实验，得到了各种流速条件下的324个测试点，包含流量、压力温度和密度，提出了预测流型及压降的机理模型。与前人不同在于他只将流型分为泡状流、段塞流和环状流，并且采用了另外1712个数据对包括新模型在内的9个模型进行了评价。 2000年，Gomez等针对管斜角范围建立了两相流综合压降机理模型，2001年Kaya等采用了与Ansari等类似的建模方法建立了垂直井的两相流综合机理模型。 2010年，Hasan等6s基于漂移模型提出了一种简易的两相流机理模型。在重力项压力梯度计算中采用了统一的持液率表达式，表达式中仅包含

38、了分布系数和漂移速度两个参数，由流型决定。对流动参数在流型界限附近进行了光滑处理，避免了模型在流型过渡处的不连续问题。1.4研究思路 (1）全面调研关于多相流相关文献与理论，建立垂直井筒多相流流动方程，推导总压力梯度方程，对方程进行必要的化简进行求解，给出实例计算验证该方法对于所研究油井的适用性。(2>通过对气液两相流相关文献收集和整理，结合Beggs-Brill方法特点。提出两相流定义及流动特点，分析其流动机理 （3）熟悉Beggs-Brill方法的计算流程，并结合一些重点参数进行敏感性分析，得出结论。 1.5研究内容 1、调研国内外有关多相垂直管流计算模型及研究进展。 2、掌握Beg

39、gs-Brill方法计算模型和流态划分。运用PIPESIM软件建立物理模型，结合油田实际井数据进行井筒压力分布模拟计算。 3、针对影响井筒压力分布相关参数进行敏感性分析。 多相管流计算方法第二章 多相管流计算方法2.1常见多相流计算方法 在气液两相流管道的研究、设计和生产过程中，压降和持液率计算是很重要的内容。两相流计算主要分水平管道、倾斜管道和垂直管道三种类型。两相流动非常复杂，尚处于不断深人的研究过程中。目前世界上发表的多种两相流压降计算公式大体上可以分为三类。2.1.1 均相流模型压降计算法 它是把气液混合物看作一种均匀介质，按单相管道计算，只是由实验和实测数据确定气液沿管共输时的水力摩

40、阻系数，目前国内常用的计算公式多数属均相流模型。举例如下：1965年Hagedorn和Brown针对油、气、水混合物在铅直管中的流动，基于单相流体的机械守恒定律，得出压力梯度计算公式。 （2-1） 上式中,为油、气、水混合物在管段上的总压差，Pa; 为管段的位置高差m; 为就地混合物的有效密度; 为阻力系数，无因次;为产油量，, 为伴随每生产l地面脱气原油的油、气、水的总质量，kg/m3, D为管子的直径，m; 为就地混合物的平均流速，m/s。 在此方法中，Hagedorm 和Brown采用的就地混合物的有效密度 （2-2）上式中，为就地混合物的有效空隙率，；为就地混合物的有效持液率，。2.1

41、.2 分相流模型压降计算法 在分相流模型中，气相与液相分开并行流动，每相的速度分别以相平均速度表示。例如：1961年Duns和1963年Duns-Ros提出的压降计算方法，是继第 39 页 共44页Poettmann-Carpenter方法之后，对石油工业界有重要影响的又一种方法。 规定静压梯度就是管段按体积平均的流体密度，然后从大量的实验数据中，分别对三个主要的流态域(泡流、段塞流、雾流)提出计算管壁摩阻的相关式。Ros提出:可以把泡流和段塞流这两个区域同样地进行处理，因为二者都涉及到一个连续的液相。仿照Fanning公式，取摩阻压差: （2-3）式中为摩阻压差，Pa;为Ros阻力系数，无因

42、次。 Duns-Ros方法主要适合气液两相垂直管流。其覆盖所有的流动范围，但是主要针对于雾流.在工程上可以达到很好的精度，它更适用于较短的管段，而对深度或压差很大的井，必须进行一连串的分段计算。该法对于低流量的高粘油情况不准确，因此应用于稠油时应注意。这种方法最适用于气举井的稳态性预测，对于所有的自喷条件都有较好的精度，但对于低流量、高粘度的油的情况不适用，如稠油。2.1.3 流型模型压降计算法 这类方法首先要确定流型，由于流型不同能量损失机理也不同，因而计算公式也不尽相同。 1967年，Orkiszewski总结已有的方法，将压力梯度按不同流动型态采用已有或自己总结出的计算公式进行计算。泡状

43、流用Griffith方法，段塞流中的密度项用Griffith-Wallis方法，摩阻压力梯度用Orkiszewski方法，段塞流与雾状流的过渡区和雾状流均用Duns-Ros方法。压力梯度: （2-4） 上式中，为管段的摩阻压力梯度，Pa/m；为在该管段的平均压力和平均温度下，气相的体积流量，；A为管子的断面积，；为管段的平均压力，Pa。 其中的计算比较复杂，它与流动型态有关。（1）泡状流的摩阻压力梯度 （2-5） (2)段塞流的摩阻压力梯度= （2-6） (3)过渡型态的摩阻压力梯度（段塞流、雾状流之间） = （2-7） 式中，为雾状流界限数，无因此；为段塞流界限数，无因次；为气相速度准数;

44、为平均段塞流摩阻压力梯度，Pa/m；为平均雾状流摩阻压力梯度，Pa/m。 （4）雾状流的摩阻压力梯度= （2-8） Orkiszewski开始把反映两相流动机理的气泡举升速度概念用于油气垂直管两相流压力降的计算方法中。他完整地给出了流动形态判别方法，并率先对每个流型单独进行了计算。至此，流动形态模型法作为计算两相气液流动庄力降的方法，在石油工业界的应用已经形成。2.2常见多相流计算方法的缺点几十年来，尽管在压降预测方法上不断改进，然而还没有一种方法能对所有的数据范围都得到完全一致的结果。原因是：一方面由于多相流的复杂性，使之难以找到非常准确的模型，这种模型对有关量的描述总是近似的，即出现模型误

45、差；另一方面，在数据采集时，还存在许多不确定因素，这时将产生观测误差。下面对这些不确定因素做一阐述。（1）油管相对粗糙度 在计算中往往使用某一值，如k/dh为0.0008，其中绝对粗糙度k,是以光滑管确定的。然而，某种原油成分如蜡，可能在管壁上产生薄的油膜，这个膜的粗糙度是难以确定的，加上用相对粗糙度和雷诺数计算磨擦因数时，仍采用原始的经验关系，就会影响摩阻压差的预测值。幸亏在大多数情况下，摩阻压差只是总压差的一小部分。如Gregory等人的研究表明，在105口油井中只有85口油井的摩擦压降超过总压降的5。当流型是单相流，泡状流，段塞流和这些流型的组合时，重位压降占主要部分，然而在高流量，如环

46、状流动方式时，摩阻压降具有支配的作用。（2）数据的可靠性 如果在非稳定流动条件下，用测得的井底流动压力和流量与计算相关式对比，就会出现不正确的结果。虽然测得油流量的精确值，但不能保证所测气和水的值也是精确的。计算表明，只要气液经发生15%的变化，它们就会引起计算压力降的某种偏差。（3）油管直径 在计算管段，油管直径不可能完全一致。据研究，在某种情况下，油管直径5的差异，可能把一个8的误差传递到总压差上。这种情况对摩阻压差起主要作用时特别值得注意。再加上垂直段的假设不能严格成立，特别是深井，这一点也会影响计算结果。2.3 Beggs-Brill方法介绍Beggs-Brill方法是可用于水平、垂直

47、和任意倾斜气液两相管流动计算的方法，是1973年，Beggs和Brill根据在长15m，直径25.4mm和38mm聚炳烯管中，用空气和水进行实验的基础上提出的。也是目前用于斜直井、定向井和水平井井筒多相流动计算的一种较普遍的方法。它的实验基本参数为下表 表2-1 实验参数范围气体流量00.098液体流量00.0019持液率00.87系统压力0.2410.655MPa压力梯度00.0166MPa/m倾斜度-90°+90°流型水平管流动的全部流型 2.4 Beggs-Brill方法的特点 1973年Beggs和Brill基于由均相流动能量守恒方程式所得出的压力梯度方程式，在聚丙

48、烯管上，用空气和水进行实验的基础上提出的。在每种实验情况下，调节不同的气体流量和观察流型，并测量持液率和压力梯度。实验中包含了全部流型，并依据气液分布状况和流动特性分类。其特点是(1)按归并后的三类流型建立流型分布图，并在分离流和间歇流之间增加了过渡区，处于过渡区的流动采用内插法。(2)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。(3)既可适用于垂直管流和倾斜管的上坡与下坡流动。这是目前在倾斜气液两相管流方面比较全面的研究成果。2.5 Beggs-Brill方法基本方程 假设条件:假设气液混合物既未对外做功，也未受外界功，则单位质量气液两相管流的压力降消耗于位差、摩擦和加速度引起的压力消耗。 （2-10）式中，为压力，；为流动位移，；为气液混合物平均密度，；为混合物平均流速，；为单位质量的气液混合物机械能量损失，；为管线与水平方向的夹角。2.5.1位差压力梯度：消耗于混合物静水压头的压力梯度 （2-11） 式中，为液相密度；为气相密度；为持液率。2.5.2 摩擦压力梯度：克服管壁流动阻力消耗的压力梯度 （2-12） 式中，G为混合物的质量流量；A为管的流通截面积2.5.3 加速度压力梯度：由于动能变化而消耗的压力梯度 （2-13