第一章 油井流入动态与井筒多相流动计算

1、 油井流入动态油井流入动态 井筒气液两相流基本概念井筒气液两相流基本概念 井筒多相流动计算方法井筒多相流动计算方法 油气从油藏流入井底和在井筒中的流动是油气开采油气从油藏流入井底和在井筒中的流动是油气开采的两个基本流动过程。油井流入动态和井筒多相流动规的两个基本流动过程。油井流入动态和井筒多相流动规律是油井各种举升方式设计和生产动态分析所需要的共律是油井各种举升方式设计和生产动态分析所需要的共同理论基础。同理论基础。2 第一节第一节 油井流入动态油井流入动态油井流入动态曲线（油井流入动态曲线（IPRIPR曲线）：曲线）： 表示产量与井底流压关系的曲线，简称表示产量与井底流压关系的曲线，简称IP

2、RIPR曲线。曲线。油井流入动态：油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系。油井产量与井底流动压力的关系。典型的流入动态曲线典型的流入动态曲线3 反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏压力、油层物反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。工程与油藏工程的衔接点。作用：作用：为油藏工程提供检验资料；为油藏工程提供检验资料； 为采油工程的下一步工作提供依为采油工程的下一步工作提供依据；据； 检查钻井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。检查钻井、完井和各项工艺措施等

3、技术水平的优劣。物理意义：物理意义： 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：油井产量与井底流动压力的关系。油井产量与井底流动压力的关系。4 一、单相液体流入动态一、单相液体流入动态 asrrBPPhkqweoowfroo21ln)(2供给边缘压力不变圆形地层供给边缘压力不变圆形地层中心一口井的产量公式为：中心一口井的产量公式为：asrrBPPhkqweoowfroo43ln)(2圆形封闭油藏圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式为：，拟稳态条件下的油井产量公式为：5 泄油面积形状与油井的位置系数泄油面积形状与油井的位置系数 对于非圆形封对于非圆形封闭泄油面积的油井

4、闭泄油面积的油井产量公式，可根据产量公式，可根据泄油面积和油井位泄油面积和油井位置进行校正。置进行校正。Xrrwe6 )PP(s21XlnBhak2qwfroooo)PP(s43XlnBhak2qwfroooo一、单相液体流入动态一、单相液体流入动态 )(wfroPPJq采油采油( (液液) )指数指数： 单位生产压差下油井产油单位生产压差下油井产油( (液液) )量，反映油层性质、厚量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。综合指标。？7 对于单相液体流动的直线型对于单相液体流动的直线型IPRIPR，采油

5、指数可定义为产油，采油指数可定义为产油量与生产压差之比，或者单位生产压差下的油井产油量；也可量与生产压差之比，或者单位生产压差下的油井产油量；也可定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，或定义为每增加单位生产压差时，油井产量的增加值，或油井油井IPRIPR曲线斜率的负倒数。曲线斜率的负倒数。 对于多相流体体流动的非直线型对于多相流体体流动的非直线型IPRIPR，采油指数准确的定，采油指数准确的定义为义为油井油井IPRIPR曲线斜率的负倒数。曲线斜率的负倒数。注意事项：注意事项：一、单相液体流入动态一、单相液体流入动态 8 对于非直线型对于非直线型IPRIPR曲线，由于其斜率不是定值，按上

6、述几曲线，由于其斜率不是定值，按上述几种定义所求得的采油指数则不同。所以，对于具有非直线型种定义所求得的采油指数则不同。所以，对于具有非直线型IPRIPR曲线的油井，在使用采油指数时，应该说明相应的流动压曲线的油井，在使用采油指数时，应该说明相应的流动压力，不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推算不同流压力，不能简单地用某一流压下的采油指数来直接推算不同流压下的产量。下的产量。9 2DqCqPPwfrhakSxBCooo2)43(lnworhBD222134103396. 1当油井产量很高时，井底附近将出现当油井产量很高时，井底附近将出现非达西渗流非达西渗流：一、单相液体流入动态一、单相液体

7、流入动态 紊流速度系数紊流速度系数10 如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可利用如果在单相流动条件出现非达西渗滤，也可利用试井试井所得的产量和压力资料所得的产量和压力资料求得求得C C和和D D值。值。 DqCqPPwfr 由试井资料绘制的由试井资料绘制的 直线的斜率为直线的斜率为D D，其截距则为其截距则为C C。 qPPwfr/q一、单相液体流入动态一、单相液体流入动态 11 二、油气两相渗流时的流入动态二、油气两相渗流时的流入动态 通常结合生产资料来绘制通常结合生产资料来绘制IPRIPR曲线（如曲线（如VogelVogel方法）或简方法）或简化处理（如化处理（如FetkovichFet

8、kovich方法）。方法）。平面径向流，垂直井油气两相渗流时油井产量公式为：平面径向流，垂直井油气两相渗流时油井产量公式为：( (一一) )垂直井油气两相渗流时的流入动态垂直井油气两相渗流时的流入动态drdpBhrkqoooo2kkkorodpBKrrkhqewfPPooroweoln2=f(p=f(p) )12 1.Vogel 1.Vogel 方法方法(1968)(1968)（1 1）假设条件（）假设条件（7 7条）：条）： a.a.圆形封闭、溶解气驱油藏；油井位于中心。圆形封闭、溶解气驱油藏；油井位于中心。 b.b.均质油层，含水饱和度恒定；均质油层，含水饱和度恒定； c.c.忽略重力影响

9、；忽略重力影响； d.d.忽略岩石和水的压缩性；忽略岩石和水的压缩性； e.e.油、气组成及平衡不变；油、气组成及平衡不变； f.f.油、气两相的压力相同；油、气两相的压力相同； g.g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点脱气原油流量相同。拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点脱气原油流量相同。( (一一) )垂直井油气两相渗流时的流入动态垂直井油气两相渗流时的流入动态13 1.Vogel 1.Vogel 方法方法(1968)(1968)（1 1）假设条件（）假设条件（7 7条）：条）： a.a.圆形封闭、溶解气驱油藏；油井位于中心。圆形封闭、溶解气驱油藏；油井位于中心。 b.b.均质油层，含

10、水饱和度恒定；均质油层，含水饱和度恒定； c.c.忽略重力影响；忽略重力影响； d.d.忽略岩石和水的压缩性；忽略岩石和水的压缩性； e.e.油、气组成及平衡不变；油、气组成及平衡不变； f.f.油、气两相的压力相同；油、气两相的压力相同； g.g.拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点脱气原油流量相同。拟稳态下流动，在给定的某一瞬间，各点脱气原油流量相同。( (一一) )垂直井油气两相渗流时的流入动态垂直井油气两相渗流时的流入动态14 计算计算 ：maxoqmax28 . 02 . 01orwfrwfoqPPPPq 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IPRIP

11、R曲线。曲线。 给定不同流压，计算相应的产量：给定不同流压，计算相应的产量： 情况一：已知地层压力和一个工作点：情况一：已知地层压力和一个工作点：（3 3）利用）利用VogelVogel方程绘制方程绘制IPRIPR曲线的步骤曲线的步骤2max8 . 02 . 01rtestwfrtestwftestooPPPPqq1.Vogel 1.Vogel 方法方法15 情况二：油藏压力未知，已知两个工作点情况二：油藏压力未知，已知两个工作点 油藏平均压力和油藏平均压力和 的计算的计算maxoq 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IPRIPR曲线曲线 给定不同流压，计算相

12、应的产量给定不同流压，计算相应的产量211max18 . 02 . 01rtestwfrtestwfotestoPPPPqq）（）（）（222max28 . 02 . 01rtestwfrtestwfotestoPPPPqq）（）（）（1.Vogel 1.Vogel 方法方法16 （4 4）VogelVogel曲线与数值模拟曲线与数值模拟IPRIPR曲线的对比曲线的对比a.a.按按VogelVogel方程计算的方程计算的IPRIPR曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资曲线，最大误差出现在用小生产压差下的测试资料来预测最大产量。一般，误差低于料来预测最大产量。一般，误差低于5 5。虽然，随

13、着采出程度的增加，到。虽然，随着采出程度的增加，到开采末期误差上升到开采末期误差上升到2020，但其绝对值却很小。，但其绝对值却很小。b.b.如果用测试点的资料按直线外推时，最大误差可达如果用测试点的资料按直线外推时，最大误差可达 70708080，只是在开，只是在开采末期约采末期约30%30%。 C.C.采出程度采出程度N N对油井流入动态影响大，而对油井流入动态影响大，而kh/kh/、B B0 0、k k、S S0 0等参数对其影响等参数对其影响不大。不大。 图1-4 不同方法计算的油井IPR曲线1-用测试点按直线外推；2-计算机计算的；3-用Vogel方程计算的17 dpBks43rrl

14、nkh2qrwfPPooroweo2.2.费特柯维奇方法费特柯维奇方法 溶解气驱油藏：溶解气驱油藏：rwfPPweocpdps43rrlnkh2q2wf2rwePP2cs43rrlnkh2假设假设 与压力与压力 成直线关系成直线关系 ，则：，则： ooroBkpcpBkoororpooror)BK(P1c18 rpooroweoP21BKs43rrlnkh2Jr令：令：当当 时：时：0wfP2PBKs43rrlnkh2qrPoorowemaxor所以：所以：2max1rwfooPPqq)(22wfroPPJ2.2.费特柯维奇方法费特柯维奇方法 19 3.3.非完善井非完善井VogelVogel

15、方程的修正方程的修正油水井的非完善性：油水井的非完善性： 打开性质不完善；如射孔完成打开性质不完善；如射孔完成 打开程度不完善；如未全部钻穿油层打开程度不完善；如未全部钻穿油层 打开程度和打开性质双重不完善打开程度和打开性质双重不完善 油层受到损害油层受到损害 酸化、压裂等措施酸化、压裂等措施 改变油井的完善性，从而增加或降低井底附近的压力改变油井的完善性，从而增加或降低井底附近的压力降，影响油井流入动态关系。降，影响油井流入动态关系。20 完善井和非完善井周围的压力分布示意图完善井和非完善井周围的压力分布示意图 （条件：同产量）（条件：同产量） 21 完善井完善井: :weoowfeoorr

16、lnB)PP( hk2q非完善井非完善井: :wssseooowfeorrlnk1rrlnk1B)PP( h2q令：令：wssorrkksln1shkBqPoooosk2非完善井附非完善井附 加压力降加压力降: :wssooooowfwfskrrkkhkBqPPPln12则：则：表皮系数表皮系数3.3.非完善井非完善井VogelVogel方程的修正方程的修正22 油井的流动效率（油井的流动效率（FEFE）：）：油井的理想生产压差与实际生产压差之比。油井的理想生产压差与实际生产压差之比。0s1FE油层受污染的不完善井，油层受污染的不完善井，0s1FE完善井完善井, ,0s1FE增产措施后的超完善

17、井，增产措施后的超完善井，wfrskwfrwfrwfrpppppppppFE3.3.非完善井非完善井VogelVogel方程的修正方程的修正23 Standing Standing 无因次无因次IPRIPR曲线曲线（1 1）StandingStanding方法方法(FE=0.5(FE=0.51.5)1.5)3.3.非完善井非完善井VogelVogel方程的修正方程的修正24 StandingStanding方法计算不完善井方法计算不完善井IPRIPR曲线的步骤：曲线的步骤：2)1max(8 . 02 . 01rwfrwfoFEoPPPPqqFEPPPPwfrrwf)( 计算在计算在FE=1FE

18、=1时最大产量时最大产量21max8 .02 .01rwfrwfFEooPPPPqq 预测不同流压下的产量预测不同流压下的产量 根据计算结果绘制根据计算结果绘制IPRIPR曲线曲线3.3.非完善井非完善井VogelVogel方程的修正方程的修正Vogel Vogel 方方程程25 HarrisonHarrison无因次无因次IPRIPR曲线曲线(FE1)(FE1) ) 1(maxFEqqoo图 2-7 Harrison 无因次 IPR 曲线(FE1)5 .21(FE（2 2）HarrisonHarrison方法方法3.3.非完善井非完善井VogelVogel方程的修正方程的修正IPRIPR曲线

19、的步骤（自学）曲线的步骤（自学）26 ( (二二) )斜井和水平井的流入动态斜井和水平井的流入动态2PCPBAq Cheng Cheng对溶解气驱油藏中斜井和水平井进行了数值模拟，对溶解气驱油藏中斜井和水平井进行了数值模拟，并用回归的方法得到了类似并用回归的方法得到了类似VogelVogel方程的不同井斜角井的方程的不同井斜角井的IPRIPR回归方程：回归方程： 式中，式中，A A、B B、C C为取决于井斜角的系数。为取决于井斜角的系数。1. Cheng 1. Cheng 方法方法27 BendakhliaBendakhlia等用两种三维三相黑油模拟器研究了多种情等用两种三维三相黑油模拟器研

20、究了多种情况下溶解气驱油藏中水平井的流入动态关系。得到了不同条况下溶解气驱油藏中水平井的流入动态关系。得到了不同条件下件下IPRIPR曲线。曲线。 nrwfrwfooPPvPPvqq2max11 BendakhliaBendakhlia用公式来拟合用公式来拟合IPRIPR曲线图版，发现吻合很好。曲线图版，发现吻合很好。 2. Bendakhlia2. Bendakhlia 方法方法( (二二) )斜井和水平井的流入动态斜井和水平井的流入动态28 图图1-8 1-8 拟合的拟合的IPRIPR曲线与实际曲线的对比曲线与实际曲线的对比 _拟合的拟合的IPRIPR曲线曲线, ,实际曲线实际曲线29 图

21、图1-9 1-9 参数参数v v、n n与采收率系数之间的关系与采收率系数之间的关系nrwfrwfooPPvPPvqq2max11( (二二) )斜井和水平井的流入动态斜井和水平井的流入动态30 3. 3. 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： srhLhLrBhkJwehooohh2/ln/4ln/543. 0GigerGiger模型：模型：srhLhrLrLBhkJwehehooohh2/ln/2/2/11ln/543. 02( (二二) )斜井和水平井的流入动态斜井和水平井的流入动态31 JoshiJoshi模型：模型：shrhLhLLaa

22、BhkJwooohh2/2/ln/2/2/ln/543. 022222Renard & DupuyRenard & Dupuy模型：模型： srhLhXBhkJwooohh12/ln/cosh/543. 0( (二二) )斜井和水平井的流入动态斜井和水平井的流入动态32 dpBKs43rrlnkh2qrwfPPooroweo（1 1）基本公式）基本公式 当油藏压力高于饱和压力，而井底流动压力低于饱和压力当油藏压力高于饱和压力，而井底流动压力低于饱和压力时，油藏中将同时存在单相和两相流动，拟稳态条件下产量的时，油藏中将同时存在单相和两相流动，拟稳态条件下产量的一般表达式为一般表达

23、式为: : 三、三、 时的流入动态时的流入动态wfbrPPP? ?33 组合型组合型IPRIPR曲线曲线 （2 2）实用计算方法）实用计算方法 ( (组合型组合型IPRIPR方法方法) )三、三、 时的流入动态时的流入动态wfbrPPP单相达西渗流单相达西渗流Vogel Vogel 方方程程34 )(8 . 02 . 01 2bwfbwfcboPPPPqqq) 1(8 . 18 . 1brbbcPPqJPq)(brbPPJq流压等于饱和压力时的产量为：流压等于饱和压力时的产量为：)(8 . 0)(2 . 01 8 . 12bwfbwfbbroPPPPPPPqJ 当当 时，由于油藏中全部为时，由

24、于油藏中全部为单相单相液体流动。液体流动。bwfPP 当当 后，油藏中出现后，油藏中出现两相两相流动。流动。bwfPP)(wfroPPJq流入动态公式为：流入动态公式为：直线段直线段 采油指数采油指数三、三、 时的流入动态时的流入动态wfbrPPP35 PetrobrasPetrobras提出了计算三相流动提出了计算三相流动IPRIPR曲线的方法。曲线的方法。综合综合IPRIPR曲线的实质曲线的实质: : 按含水率取纯油按含水率取纯油IPRIPR曲线和水曲线和水IPRIPR曲线的加权曲线的加权平均值。当已知测试点平均值。当已知测试点计算采液指数时，是按计算采液指数时，是按产量加权平均；当预测产

25、量加权平均；当预测产量或流压时是按流压产量或流压时是按流压加权平均。加权平均。油气水三相油气水三相IPR IPR 曲线曲线四、油气水三相四、油气水三相IPRIPR曲线曲线36 ( (一一) )采液指数计算采液指数计算已知一个测试点已知一个测试点( ( 、 ) )和饱和压力和饱和压力 及油藏压力及油藏压力wftestpttestqbPrP 当当 时：时：bwftestPPwftestrttestlPPqJ思考题思考题1 1：推导推导 时的采液指数计算式。时的采液指数计算式。bwftestPP 当当 时：时：)(8 . 1)1 (wftestrwbbrwttestlPPfAPPPfqJbwftes

26、twfGPPP 当当 时：时：wfGwftestPP0bwrwbwftestwttestlpfpfppfqJ49849828 . 02 . 01bwftestbwftestPPPPA其中：其中：bwwfGpfP94直线段直线段 采液指数采液指数37 ，则：，则： btqq 0ltrwfJqPP ，则按流压加权平均进行推导：，则按流压加权平均进行推导：maxotbqqqwfwaterwwfoilwwfPfPfP)1 (bobtbwfoilqqqqPPmax80811125. 0ltrwfwaterJqPp ( (二二) )某一产量下的流压计算某一产量下的流压计算)(80811)1 (125. 0

27、maxbobtbwltrwwfqqqqPfJqPfP所以：所以：38 lwqqtwfJfdqdPot98max因为：因为：lwotlorwwfJfqqJqPfP)98)()(maxmax所以：所以：若若 ，则综合，则综合IPRIPR曲线的斜率可近似为常数曲线的斜率可近似为常数maxmaxttoqqq思考题思考题2 2：试推导试推导lwqqtwfJfdqdPot98max ( (二二) )某一产量下的流压计算某一产量下的流压计算39 （1 1）多油层油井流入动态）多油层油井流入动态迭加型迭加型IPR IPR 多层油藏油井流入动态多层油藏油井流入动态五、多层油藏油井流入动态五、多层油藏油井流入动态

28、40 （1 1）多油层油井流入动态）多油层油井流入动态迭加型迭加型IPR IPR 多层油藏油井流入动态多层油藏油井流入动态五、多层油藏油井流入动态五、多层油藏油井流入动态41 小小 结结(1) (1) 介绍的方法阐明了油井流入动态的物理意义，也是目前现介绍的方法阐明了油井流入动态的物理意义，也是目前现场最常用的计算方法。场最常用的计算方法。(2) (2) 油井流入动态研究主要有三种途径：油井流入动态研究主要有三种途径： 基于基于VogelVogel、FetkovichFetkovich、PetrobrasPetrobras方法的完善。方法的完善。 建立不同类型油藏和井底条件的渗流模型。建立不同

29、类型油藏和井底条件的渗流模型。 利用单井流入动态的油藏数值模拟技术。利用单井流入动态的油藏数值模拟技术。(3) (3) 油井流入动态是采油工程各项技术措施设计、分析与评价油井流入动态是采油工程各项技术措施设计、分析与评价的依据。的依据。42 井筒多相流理论：井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律理论基础研究各种举升方式油井生产规律理论基础研究特点：研究特点：流动复杂性、无严格数学解流动复杂性、无严格数学解研究途径：研究途径：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 近似关系近似关系 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43 ( (一一)

30、)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比较项目比较项目 单相液流单相液流 气液两相流气液两相流 能量来源能量来源 井底流压井底流压 井底流压井底流压 气体膨胀能气体膨胀能 能量损失能量损失 重力损失重力损失 摩擦损失摩擦损失 重力损失重力损失 摩擦损失摩擦损失 动能损失动能损失 流动型态流动型态 基本不变基本不变 流型变化流型变化 能量关系能量关系 简单简单 复杂复杂 一、井筒气液两相流动的特性一、井筒气液两相流动的特性44 流动型态（流动结构、流型）：流动型态（流动结构、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。流动过程中油、气的分布状态。 ( (二二) )气液混合物在垂直管

31、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影响流型的因素影响流型的因素 u各相介质的体积比例各相介质的体积比例u介质的流速介质的流速u各相的物理及化学性质各相的物理及化学性质( (密度、粘度界面张力等密度、粘度界面张力等) )u流道的几何形状流道的几何形状 u壁面特性壁面特性u管道的安装方式管道的安装方式一、井筒气液两相流动的特性一、井筒气液两相流动的特性45 第一类划分方法：根据两相介质分布的外形划分。第一类划分方法：根据两相介质分布的外形划分。 垂直气液两相流流型垂直气液两相流流型 水平气液两相流流型水平气液两相流流型1.1.流动型态的划分方法流动型态的划分方法 46 第二类划分方

32、法：按流动的数学模型或流体的分散程度划第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分，包括分散流、间歇流、分离流分，包括分散流、间歇流、分离流 垂直气液两相流流型垂直气液两相流流型1.1.流动型态的划分方法流动型态的划分方法 47 第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划第二类划分方法：按流动的数学模型或流体的分散程度划分，包括分散流、间歇流、分离流分，包括分散流、间歇流、分离流 1.1.流动型态的划分方法流动型态的划分方法 水平气液两相流流型水平气液两相流流型分离流分离流 分层流分层流波状流波状流环状流环状流间歇流间歇流 团状流团状流段塞流段塞流分散流分散流泡泡 流流雾雾 流

33、流48 两种分类方法比较两种分类方法比较 第一类划分方法较为直观第一类划分方法较为直观第二类划分方法便于进行数学处理第二类划分方法便于进行数学处理第一类划分方法第一类划分方法泡状流泡状流弹状流或团状流弹状流或团状流层状流层状流波状流波状流段塞流或冲击流段塞流或冲击流环状流环状流雾状流雾状流第二类划分方法第二类划分方法分散流分散流间歇流间歇流分离流分离流分离流分离流间歇流间歇流分离流分离流分散流分散流两类划分结果两类划分结果 的对应关系的对应关系 1.1.流动型态的划分方法流动型态的划分方法 49 两种分类方法比较两种分类方法比较 第一类划分方法较为直观第一类划分方法较为直观第二类划分方法便于进

34、行数学处理第二类划分方法便于进行数学处理第一类划分方法第一类划分方法泡状流泡状流弹状流或团状流弹状流或团状流层状流层状流波状流波状流段塞流或冲击流段塞流或冲击流环状流环状流雾状流雾状流第二类划分方法第二类划分方法分散流分散流间歇流间歇流分离流分离流分离流分离流间歇流间歇流分离流分离流分散流分散流两类划分结果两类划分结果 的对应关系的对应关系 1.1.流动型态的划分方法流动型态的划分方法 50 2.2.流动型态的变化流动型态的变化 纯液流纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。单相液流。 51 泡流泡流 井筒压力稍

35、低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。出来，气体都以小气泡分散在液相中。滑脱现象：滑脱现象： 混合流体井筒流动过程中，由于流体间的密度差异，混合流体井筒流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。 如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。 特点：特点：气体是分散相，液体是连续相；气体是分散相，液体是连续相； 气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大； 滑脱现象

36、比较严重。滑脱现象比较严重。2.2.流动型态的变化流动型态的变化 52 段塞流段塞流 当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。断面时，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；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。 2.2.流动型态的变

37、化流动型态的变化 气举气举采油采油53 环流环流 油管中心是连续的气流而管壁油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。为油环的流动结构。 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。 2.2.流动型态的变化流动型态的变化 54 环流环流 油管中心是连续的气流而管壁油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。为油环的流动结构。 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

38、小； 摩擦损失变大。摩擦损失变大。 2.2.流动型态的变化流动型态的变化 55 小结：小结： 油井生产中可能出现的流型油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油自下而上依次为：纯油( (液液) )流、流、泡流、段塞流、环流和雾流。泡流、段塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口井内，一实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。般不会出现完整的流型变化。油气沿井筒喷出时的流型变化示意图油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 纯油流；纯油流；泡流；泡流；段塞流；段塞流； 环流；环流；雾流雾流56 一、井筒气液两相流动的特性一、井筒气液两相流动的特性( (三三) )滑脱损失概念滑脱损失概念因滑脱而产

39、生的附加压力损失称为滑脱损失因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。 气液两相流流动断面简图气液两相流流动断面简图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混合物密度的增加。混合物密度的增加。 57 mmmlmff 实际计算：直接求存在滑脱混合物密度或包括滑脱在内实际计算：直接求存在滑脱混合物密度或包括滑脱在内的摩擦阻力系数。的摩擦阻力系数。 单位管长上滑脱损失为：单位管长上滑脱损失为： 气液两相流流动断面简图气液两相流流动断面简图一、井筒气液两相流动的特性一、井筒气液两相流动的特性58 量从断面流出的流体能的能量在断面和之间耗失体额外所做的功在断面和之间对流

40、进入断面的流体能量 两个流动断面间的能量平衡关系：两个流动断面间的能量平衡关系：( (一一) )能量平衡方程推导能量平衡方程推导222,VPU222,2mghmV121111,2,mghmVVPU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二、井筒气液两相流能量平衡方二、井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤程及压力分布计算步骤59 222,VPU222,2mghmV121111,2,mghmVVPU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2222221121112sin2sinVPmvmgZUqVPmvmgZU0)(sindqPVddZmgmvdvdU倾斜多相管流断

41、面倾斜多相管流断面1 1和断面和断面2 2的流体的能量平衡关系为：的流体的能量平衡关系为： 0sin1wdIdZgvdvdPpdVdUdq60 2sin2mmmmmmmvdfdZdvvgdhdP适合于各种管流的通用压力梯度方程：适合于各种管流的通用压力梯度方程：加速度摩擦举高)()()(dZdPdZdPdZdPdZdP则：则：令：令：2)()(sin)(2vdfdZdIdZdPdZdvvdZdPgdZdPw摩擦加速度举高( (一一) )能量平衡方程推导能量平衡方程推导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，计算下一段的深步，计算下一段的深 度和压力，直到各段的累加深度等于管

42、长为止。度和压力，直到各段的累加深度等于管长为止。( (二二) )多相垂直管流压力分布计算步骤多相垂直管流压力分布计算步骤 重复重复的计算，直至的计算，直至 。 估计计算hh（1 1）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) )的压力作为起点，任选一个合适的压力作为起点，任选一个合适 的压力降作为计算的压力间隔的压力降作为计算的压力间隔 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，并确定流体性质参数。计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。判断流型，并计算该段的压力梯度判断流型，并

43、计算该段的压力梯度dpdp/dh/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。62 （2 2）按压力增量迭代的步骤（略）按压力增量迭代的步骤（略）思考题思考题3 3：根据上述步骤整理出计算压力分布的程序根据上述步骤整理出计算压力分布的程序流程框图。流程框图。说明：说明： 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； 流体物性参数计算至关重要，但目前方法精度差；流体物性参数计算至关重要，但目前方法精度差； 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

44、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。( (二二) )多相垂直管流压力分布计算步骤多相垂直管流压力分布计算步骤 63 第三节第三节 OrkiszewskiOrkiszewski方法方法 综合了综合了Griffith & Wallis Griffith & Wallis 和和 Duns & RosDuns & 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

45、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 1967年提出，适用于垂直管流计算年提出，适用于垂直管流计算 64 mmmmfdvvdhgdhdPdpPAqWdvvpgtmmm2 出现雾流时，气体体积流量远大于液体体积流量。根出现雾流时，气体体积流量远大于液体体积流量。根据气体定律，动能变化可表示为：据气体定律，动能变化可表示为： 一、压力降公式及流动型态划分界限一、压力降公式及流动型态划分界限 由垂

46、直管流能量方程可知，压力降是摩擦能量损失、势由垂直管流能量方程可知，压力降是摩擦能量损失、势能变化和动能变化之和：能变化和动能变化之和：kPkpgtfmhPAqWg12所以压降计算式为：所以压降计算式为：在雾流情况下才有明显意义在雾流情况下才有明显意义65 OrkiszewskiOrkiszewski方法流型划分界限方法流型划分界限流 动 型 态界 限泡 流BtgLqq段 塞 流SgBtgLvLqq,过 渡 流SgMLvL雾 流MgLv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。mf一、压力降公式及流动型态划分界限一、压力降公式及流动型态划分界限66 二、平均密度及摩擦

47、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：管段中气相体积与管段 容积之比值。容积之比值。1.1.泡流泡流1gLHHggLgggLLmHHHH)1 (1)(1)平均密度平均密度: : 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：管段中液相体积与管段 容积之比值。容积之比值。 67 )1 (1gpgtgpggsLgsgsHAqqHAqHvHvv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。4)1 (1 212psgpstpstgAvqAvqAvqH则：则：Gr

48、iffithGriffith实验测得：实验测得：0.244m/s0.244m/s气相存容比气相存容比( (含气率含气率) )的计算：的计算：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68 22LHLfvDf)1 (gpLLHHAqv(2)(2)泡流泡流摩擦损失梯度摩擦损失梯度按液相进行计算：按液相进行计算：根据摩擦阻力系数曲线查得。根据摩擦阻力系数曲线查得。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69 69 2.2.段塞流段塞流lpstpsltmAvqAvW平均密度平均密度: : 段塞流的摩擦梯度：段塞流的摩擦梯度： )(22pstpsltlfAv

49、qAvqDvfl 段塞流计算关键是滑脱速度段塞流计算关键是滑脱速度v vs s和液体分布系数和液体分布系数的计算。的计算。 l 液体分布系数液体分布系数的计算见课本的计算见课本p39p39表表1-41-4和公式（和公式（1-581-58）。）。 l 滑脱速度滑脱速度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。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70 llsbDvN泡流雷诺数：泡流雷诺数：lltDvNRe雷诺数：雷诺数：C C1 1N Nb b关系曲线关系曲线C C2 2N NReRe和和N Nb b关系曲线关系曲线

50、段塞流滑脱速度的计算段塞流滑脱速度的计算 查图迭代法查图迭代法 gDCCvs21滑脱速度：滑脱速度：71 详见教材详见教材p38p389393公式（公式（1-541-54）（）（1-571-57）。）。段塞流滑脱速度的计算段塞流滑脱速度的计算 经验公式计算法经验公式计算法72 ggLgggLLmHHHH)1 ( 雾流混合物平均密度计算公式与泡流相同：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。零，基本上没有滑脱。 3.3.雾流雾流gLggqqqH所以：所以：二、平均密度及摩擦损失梯度的计

51、算二、平均密度及摩擦损失梯度的计算73 4.4.过渡流过渡流 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。分别进行计算，然后用内插方法来确定相应的数值。 MiSMsgSLSMgMmLLLvLLvLMiSMggSLSMgMfLLLvLLvL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。Dvfsggf22雾流摩擦梯度雾流摩擦梯度: :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74 以井口油压或井底流压为起点，选择合适的

52、压力间隔P，假设h计算平均 P 和 T，并求得在此 P 和 T 下的流体性质参数和流动参数，以及相应的流动型态界限 LB、Lg和 LM确定流动型态雾流计算气相存容比、平均密度及摩擦梯度过渡流分别按段塞流和雾流计算平均密度及摩擦梯度，并进行内插段塞流计算滑脱速度、液体分布系数、平均密度和摩擦梯度泡流计算气相存容比、平均密度和摩擦梯度计算并比较h，重复上述计算使h的计算值与假设值相等或在允许的误差范围内重复上述步骤，直到h的等于或大于油层深度为止OrkiszewskiOrkiszewski方法计算流程框图方法计算流程框图75 第四节第四节 BeggsBeggs & Brill &

53、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 76 BeggsBeggs & Brill & Brill 两相水平管流型

54、两相水平管流型分离流分离流 分层流分层流波状流波状流环状流环状流间歇流间歇流 团状流团状流段塞流段塞流分散流分散流泡泡 流流雾雾 流流一、流型及流型判别一、流型及流型判别77 BeggsBeggs-Brill-Brill流型分布图（教材流型分布图（教材p45p45）分离流分离流间歇流间歇流过渡流过渡流分散流分散流一、流型及流型判别一、流型及流型判别78 判 别 条 件流 型2101.001.0LNELNEFrLFrL，或，分 离 流32,01.0LNLEFrL过 渡 流43134.04.001.0LNLELNLEFrLFrL，或，间 歇 流414.04.0LNELNEFrLFrL，或，分 散

55、流BeggsBeggs-Brill-Brill法流型判别条件法流型判别条件一、流型及流型判别一、流型及流型判别79 加速度摩擦位差dZdPdZdPdZdPdZdPDAGDvdZdp2/22摩擦二、基本方程二、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)位差压力梯度位差压力梯度：消耗于混合物静水压头的压力梯度。：消耗于混合物静水压头的压力梯度。 (2)(2)摩擦压力梯度：摩擦压力梯度：克服管壁流动阻力消耗的压力梯度。克服管壁流动阻力消耗的压力梯度。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。sin1sing