（油气田开发工程专业论文）注入蒸汽在垂直井筒中的流动规律研究.pdf

! 。，一 r e s e a r c ho nf l o wc h a r a c t e r i s t i c so fs t e a mi n je c t e d i nv e r t i c a l ”台l l b o r e s at h e s i ss u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：j i a n gy a n y a n s u p e r v i s o r ：p r o f l im i n g z h o n g c o l l e g eo f p e t r o l e u me n g i n e e r i n g c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) p 卜 _ l r q 爵一 11 y ： l l 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：重担垄l 指导教师签名：二垄娩 日期：伽年b 月7 日 日期： 聊f 年舌月7 日 节叫蚺 。必li-l1l“， p 摘要 本文针对稠油注蒸汽开采过程中井筒多相流体流动参数的确定问题，以气液两相流 理论和水动力学为基础，结合国内外相关领域研究成果，研究了注蒸汽过程中井筒气液 两相流动的规律；进行了流动型态划分，建立了流型间的转变准则；依据动量守恒准则， 得到了不同流型的压降梯度计算式，给出了相关参数确定方法：运用传热学知识，建立 了井筒流体热损失的表达式，并据质量守恒和能量守恒理论进一步得到了蒸汽干度等流 体参数计算式以及压降等流动参数计算式；编制了配套计算程序，将新建立的模型、 b e g g s b r i l l 方法与胜利油田$ 5 6 1 1 1 5 等井口的实测数据进行了比较，验证了建立模型 并分析了井口注入蒸汽干度、蒸汽压力和蒸汽质量流量的敏感性以及井口注蒸汽时间、 蒸汽干度和蒸汽质量流量对井底参数的影响。 关键词：垂直井筒，两相流，流动型态，压力梯度，热损失 p 一 勺 1 1 p - l r e s e a r c ho nf l o wc h a r a c t e r i s t i c so fs t e a mi n j i 【 i nv e r t i c a lw e l l b o r e s j i a n gy a n y a n ( o i l & g a s f i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f l im i n g z h o n g a b s t r a c t b a s e do nt h ee x t e n s i v eo u t c o m e si nr e l a t e df i e l d s a th o m ea n da b o a r d , t h ee s s a y c o m b i n e dt w op h a s ef l o wt h e o r yw i t hh y d r o d y n a m i c st h e o r y , r e s e a r c h e dt h ef l o wp a t t e r n sa n d b o u n d a r i e sb e t w e e nt h e m , a n db u i l tp r e s s u r ed r o pm o d e lo fd o w n w a r dt w op h a s ef l o w o n t h i sb a s i so fa s s u m p t i o n sa b o u tt h ew e l l b o r ea n df o r m a t i o n ，t h i sp a p e rg o th e a tl o s se x p r e s s i o n a c c o r d i n g t oh e a tt r a n s f e rt h e o r ya n ds t e a md r y n e s sf r a c t i o ne x p r e s s i o na c c o r d i n gt o c o n s e r v a t i o no fe n e r g y ；a n de s t a b l i s h e dt h es t e a mi n j e c t i o nm o d e l ，c o m b i n i n gw i t hp r e s s u r e d r o pm o d e l i no r d e rt ov e r i f yt h em o d e l sa c c u r a c y , w ep r o g r a m m e dt oc o m p a r et h en e w m o d e la n db e g g s b r i l lm e t h o dw i t ht h em e a s u r e dd a t ao f $ 5 6 1l 一15a n do t h e rw e l l so f s h e n g l io i l f i e l d t h ep a p e ra n a l y z e dt h e s t e a mq u a l i t ys e n s i t i v i t y , t h es t e a mp r e s s u r e s e n s i t i v i t ya n dt h es t e a mm a s sf l o wr a t es e n s i t i v i t y w h e ns t e a mp a r a m e t e r so f t h ew e l l h e a n d a r ed i f f e r e n t ，t h ec h a n g i n gr e g u l a r i t yo fb o t t o ms t e a mp a r a m e t e r sw e r er e s e a r c h e d t h r o u g h a b o v ea n a l y s i s ，m o r er e a s o n a b l ep a r a m e t e r so fs t e a mi n j e c t i o nc a nb ec h o s e n f u r t h e r m o r e ， b a s e do nt h es t e a mi n j e c t i o nm o d e lo fr o u n dt u b e ，t h es t e a mi n j e c t i o nm o d e lo fa n n u l a rt u b e w a ss i m p l yi n t r o u d u c e d k e yw o r d s ：v e r t i c a lw e l l b o r e s ，t w op h a s ef l o w , f l o wp a t t e r n ，p r e s s u r eg r a d i e n t ，h e a t 35567删8 iiy 一 - 女 1 目录 第一章前言。l 1 1 研究的目的及意义1 1 2 国内外研究现状j 1 1 2 1 两相流的研究现状1 1 2 2 井筒温度场的研究现状6 1 2 3 目前存在的问题8 1 3 论文研究内容8 第二章垂直圆管中气液两相流下降流动流型及转换准则9 2 1 流动型态及特征描述9 2 2 流型转交准则10 2 2 1 泡流与段塞流间转变准则。l o 2 2 2 段塞流与环流间转变准则1 2 2 3 流型图一15 第三章，气液两相垂直向下流动的压降模型1 7 3 1 压降模型1 7 3 2 两相流动参数的确定1 9 3 2 1 泡状流的两相流动参数确定1 9 3 2 2 段塞流的两相流动参数确定2 0 3 2 3 环状流的两相流动参数确定。2 l 第四章注蒸汽垂直井筒模型2 3 4 1 油管注蒸汽模型2 3 4 。1 1 井筒结构。2 3 4 1 2 假设条件。2 4 4 1 3 数学模型建立。2 4 4 1 4 辅助方程建立：2 7 4 2 环空注蒸汽两相流模型4 1 4 2 1 流型间转变准则。4 l 4 2 2 压降模型二4 2 4 2 3 注蒸汽模型。：。4 2 搞 第五章算例及分析4 4 5 1 程序设计4 4 5 1 - i 程序系统组成4 4 5 1 2 程序流程图4 6 5 1 3 程序设计步骤4 8 5 2 软件简介5 0 5 3 设计实例5 2 5 4 井口注蒸汽参数的敏感性分析5 5 5 4 1 井口注燕汽干度的敏感性分析5 5 5 4 2 井口注蒸汽压力的敏感性分析5 6 5 4 3 井口注蒸汽质量流量敏感性分析5 7 5 5 井口注蒸汽参数对井底参数影响5 9 5 5 1 注蒸汽时间对井底蒸汽参数影响5 9 5 5 2 注蒸汽干度对井底蒸汽参数影响。6 l 5 5 3 注蒸汽质量流量对井底蒸汽参数影响6 4 结论与建议6 7 参考文献6 8 附录7 3 致谢8 0 一 一 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 研究的目的及意义 第一章前言 世界上稠油资源非常丰富，几乎每个国家均有稠油油藏。根据统计，国外的稠油油 藏主要分布在加拿大、委内瑞拉、俄罗斯、伊拉克等；在国内，稠油油藏主要分布在辽 河油田、胜利油田、大港油田等。目前，稠油开采主要采用蒸汽驱，蒸汽吞吐等方法n 1 ， 其产量超过稠油油藏的8 0 ，而我国稠油年产量也已经达到1 3 x 1 0 7 t 。注蒸汽热采，即向 地层注入高压高温蒸汽，一方面可以提高地层温度，降低稠油粘度；另一方面可以增大 地层压力，提高驱动能力，最终提高稠油产量。 在石油开采中广泛存在着流体多相流动，特别是气液两相流动，如在注蒸汽开采、 自喷井生产中等。在稠油注蒸汽开采中，因蒸汽与地层间有温度差，而蒸汽在井筒中流 动又有摩擦阻力，因此蒸汽在井筒中流动会产生压力损失和热损失等口1 。而井筒压力损 失与井筒热损失又严重影响着注蒸汽开采效果，通过对井筒流体流动规律的研究，能够 更加准确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽的压力、温度和干度等参数的变化，这关系到注蒸 汽井的工艺参数设计、稠油开发方案设计和工况分析，是井口注入蒸汽参数的基本依据，m 对注蒸汽热力采油来说是非常重要的。只有合理地掌握了稠油油藏注蒸汽开采中井筒流 体流动规律，才能减少压力损失和井筒热损失等，提高井口注入蒸汽的利用效率，保证 注蒸汽设备安全、经济、有效地运行。因此，稠油注蒸汽开采井筒流体流动规律的研究 既具有广泛的现场实用背景，又具有重要的学术价值。 1 2 国内外研究现状 尽管在现实生活中，遇到的气液两相向下流动比向上流动少，但在化工产业及油气 生产中仍能够经常遇到，如在注蒸汽井、丘陵地形管道中，都会产生向下流动的气液两 相流。为了研究注蒸汽井井筒两相流流动规律，我们需要知道井筒中温度场分布和井筒 中气液两相流的流动情况，下面简要回顾多年来与之有关的研究情况。 1 2 1 两相流的研究现状 气液两相流动是两相流中极为复杂的一种，因为其气相可压缩而且具有可以变形的 界面。两相流研究主要开始于2 0 世纪5 0 年代，在2 0 世纪七八十年代研究最多。起初的模 型基本上都是依赖实验数据和线性回归等数学方法处理，与局部数据进行比较验证模 第一章前言 型，所以此时建立的模型一般要求条件比较苛刻，适用范围比较小，局限性较大。通过 几十年的研究，逐渐建立起了理论模型，扩大了模型的应用范围，与现场的生产数据能 够很好的吻合，结果令人相当满意。 ( 1 ) 气液两相流向上流动的研究现状 气液两相流研究起步较早，现在已经具有比较完善的理论体系。根据不同条件下的 模型，能够很好的预测油井生产数据，计算精度有较大提高，并且与油井数据吻合。 f h p o e t t m a n n p g c a r p e n t e r 瞄3 的摩擦损失系数法。他们将气液两相混合物看为 均匀介质，但没有将井下的流动与地面的流动区分开来，并且他们没有认清各个流型。 t e km r h 3 及b a x e n d e l l & t h o m a s 摩擦损失系数法。它是对f h p o e t t m a r m p g c a r p e n t e r 模型改进，主要考虑了气液质量比、密度、粘度等，但它在低产量及低密度的 油井，仍然存在较大误差。d u n s r o s 畸3 通过在1 0 米的铅直管中进行了数千次实验，首次 得到了真正意义上的流型图。他们利用液相速度准数和气相速度准数来划分流型，主要 分为三个区，第一区液相是连续的( 泡状流、弹状流、部分沫状流) ，第二区气相和液 相是交替出现的( 段塞流、沫状流的其余部分) ，第三区气相是连续的( 雾状流) 。在 不同的区域内计算滑脱速度准数，依次计算滑脱速度、空隙率，进而求得重位压差；根 据雷诺数等可求出摩阻压差此方法：由个流体参数求出加速压差，最终可得到总压降。 尽管得到的公式大多是经验性的，但是考虑了流型的影响，在深井中可分段计算，与生 产数据比较，以具有较高的准确性。 h a g e d o m 和b r o w n 1 在1 9 6 5 年利用流体的能量守恒规律，得出压降梯度计算表达 式。他们引入了d u n s r o s 的4 个相似准则数，计算混合物的有效孔隙率，得到混合物的 有效密度；再根据雷诺数求得沿程阻力系数，最终得到压力梯度。虽然此模型完全是经 验性的，但是在某些睛况下误差较小。 o r k i s z e w s k i 口3 综合了以前提出模型的优点与不足，将流动型态划分为四种：泡状流、 段塞流、过渡流、雾状流。在每种流动型态下，采取精确度较高的模型，泡状流采用格 里菲斯方法；段塞流中密度采用格里菲斯一沃利斯方法，摩阻压差采用自己提出的方法； 过渡流采用丹斯一若斯方法；雾状流采用丹斯一若斯方法。此模型精确度较高，具有广泛 的应用范围。 a z i z 、g o v i e r 和f o g a r a s i 嘲在1 9 7 2 年将流动型态划分为泡状流、段塞流、过渡流、 环状流和雾状流，建立了这些流型之间的转变界限。当流型为泡流和段塞流时，根据流 体的物性参数依次计算持液率、混合物密度、重位压差，由雷诺数依次计算沿程阻力系 2 叫 j 1 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 数、摩阻压力梯度，忽略加速压力梯度；当流型为过渡流时，建议采用丹斯一若斯内插 法：当流型为环状流和雾状流时，采用丹斯一若斯方法。 陈家琅1 的阻力系数法。他提出了新的计算压力梯度的阻力系数法，主要是因为考 虑了多相流的流动型态和滑脱损失等因素，为油田自喷井生产提供了一项重要的理论依 据。 t a i t e l 、b a m e a 和d u l d e r n 们指出了过去流型图的局限性，大多以实验数据为基础，不 具有普遍性。鉴于前人的基础，他构造了新的流型图，从流型间转变的机理出发，描述 了物理模型，解释并预测了流型间的转变条件，得到流型间转变的方程式。因为此模型 是从机理出发，所以使用范围较广。 h a s a n 与k a b i r n 妇对油气水混合物的流动规律进行了研究。他们将流型划分为泡状流、 段塞流、搅动流和环状流，根据流型的机理得到流型间的转变条件。在每种流型下，依 次计算空隙率、混合物密度等，进而计算压力梯度。因为搅动流流动状况复杂，通常将 其作为段塞流来处理，只是改变了段塞流的一些系数。 a n s a r i 等n 2 1 通过理论分析，将流型分为泡状流、段塞流、搅动流和环状流四种，提 出了预测气液两相流流型的新方法。在每种流型下，分别计算两相流流动参数，如密度、 粘度等，进一步计算压降梯度。当流动型态是环状流时，根据动量守恒得到了计算压降 梯度的理论模型。此理论模型已经比较完善，而且准确性较高。 k a y a n 3 1 将前人的模型进行了总结，根据理论分析和实验将井筒中的流动型态分为： 泡状流、分散泡状流、段塞流、搅动流和环状流。利用提出的模型计算两相流相关参数， 并与前人的模型相比较，结果表明，此模型与数据更吻合，但是人存在界限判别不明晰， 一些参数存在错误等问题。 。 o s m a ne a n 翻利用新的方法( 人工神经网络方法) 预测井筒压降并进行井底压力计 算。通过此方法对一些油井资料进行整理，建立了一套基于人工神经网路方法的模型预 测系统。通过数据验证，此系统的精度远远优于前面的所建立的模型，并且能够提供可 靠地物理参数用于计算井筒压降、预测井底压力。 通过上述分析可知，大约从2 0 世纪七八十年代就有许多学者从流型流动的机理出 发，描述流型的特点，提出流型转变的物理模型，以此来建立流型转变的关系式，并通 过这些关系式绘制流型图。在每一个流型下，分别构造压力梯度表达式，预测井筒的压 力梯度及井底压力。 ( 2 ) 气液两相流向下流动的研究现状 3 第一章前言 b a r n e ad 1 6 - 1 6 提出关于气液两相流在倾斜管中( 从9 0 0 到9 0 0 ) 从环状流向间歇流和 从分散泡流向间歇流转变的机理模型。随着管向上和向下流动倾斜角度的逐渐变化，模 型也是随着管斜的变化而逐渐变化，并且模型与实验数据符合良好。他提出了预测稳态 气液两相流流型转换的机理模型，该机理模型综合考虑了流体的性质、管径和倾斜角度 的影响，并没有限制管子倾斜的范围。通过理论分析，对每个流型间的转变界限提出了 转变机理。 k e n s u k eu s u i 和k a z u os a t o n 7 埘研究充分发展的垂直向下的气液两相流，主要关 于三种基本流型( 泡状流，段塞流，环状流) 的空隙率分布和平均空隙率。将环流进一 步划分为下降液膜流和环空液滴流。实验管段为u 型管，通过实验获得局部空隙率，而 平均空隙率通过数值积分获得。向下流动的空隙率在很大程度上依赖于流型，以流动机 理和实验为基础，提出了每个流型预测平均空隙率的关系式，得到的关系式与实验结果 比较，具有良好的一致性。k e n s u k eu s u i 提出三种基本流型间的转变准则。考虑到流 动机理或者从实验中得到的这些准则与预测每个流型的界限有关。这些关系式与已有的 气液两相流流型图比较，具有良好的一致性。 赵文n 鲫在1 9 9 4 年通过用水和空气做实验，观测管中所具有的流型图，并通过压差 法得到平均含气率，以含气率与气速、液速的关系为基础，由线性回归绘制图形，得到 计算含气率的表达式，并给出实验流型图( 泡状流和环状流) 。 a r h a s a n 他们提出关于垂直或者倾斜向下流动的两种主要流型( 泡流和段塞流) 的 估算孔隙率的模型。用漂移方法决定相间和流型问转变的滑脱。为了计算重位压降需要 通过模型计算出流动混合物的密度。通过实验数据验证此模型，泡流和段塞流由于浮力 的影响，它们的最终上升速度与向上流动时一样。在泡流中的流动分布参数与向上流动 有相同的值为1 2 ；对段塞流，流动参数比向上流动有更低的值，约为1 1 2 。 c h e nx t 口妇提出了除非液相湍流动能大于分散气泡的分散自由能，否则分散泡流 不存在的假设。以上述假设为基础，介绍了整个倾斜角度范围，向分散泡流的转变界限。 并结合b a r n c a b r a u n e r 假设，对段塞流中段塞持液率给出了预测。o n k a s h i n s k y 阻2 1 在 内径为4 2 3 m m 垂直管内，研究了向下流动泡流的局部特性。用电化学方法测量管壁剪 切应力、局部空隙率、液速和速度变化。并用气液搅拌器来改变相同气液流速时气泡大 小的变化。需特别注意接近管壁处的测量值。将向下流动和向上流动的泡流结构进行了 比较。 x t o mc h e n 乜3 1 提出了在垂直或者倾斜管中，关于气液向下流动，压力损失或者获 4 l - 3 0 乙 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 得界限的机理模型，并用可得到的实验结果进行验证；提出了管斜、内径、管壁粗糙度 和流体性质对压力损失获得界限的影响。h o n g - q u a nz h a n g 乜钔以液相的动能与气泡的表 面自由能平衡为基础，提出了段塞持液率计算的模型。模型用于预测在整个倾斜范围内， 段塞流与分散泡流的转换界限，并预测段塞持液率。与先前的实验数据比较，模型对表 观气速大于o 1 m s 时是准确的。 a l ih e r n a n d e z 砼胡通过用水和空气，在内径为2 英寸的圆管中进行实验研究；将实验 结果与现在使用的关系式进行比较；观测到的流型与b a r n e a 提出的流型图一致。h i r o s h i g o d a 啪1 研究向下两相流的分布参数和漂移速度。通过考虑向下混合物相分布的体积流 量，指出向下流动参数分布的本构方程被拓展。新建立的模型通过实验数据( 覆盖了广 泛的实验条件，如流体系统、管径、压力和混合物体积流量) 验证正确。 m i s h i i 乜刀主要以内径为2 5 4 m m 和5 0 8 m m 的实验段进行测试，通过实验，得到了 一些参数：空隙率、界面浓度、气泡速度和气泡s a u t e r 平均直径等；并用抗阻空隙计得 到的信号绘制流型图。t a k a s h ih i b i k i 乜羽以现有数据为基础，提出了相分布图，并详细讨 论了局部流体参数( 如空隙率、界面浓度、气泡速度和气泡s a u t e r 平均直径) 。对一维 向下两相流漂移模型和界面浓度关系式与向下流的数据进行比较，并认为此关系式符合 程度较好。 张荣军、陈军斌、蒲春生在2 0 0 6 年给出了垂直下降管内气液两相流流型，及油 气水三相泡状流与弹状流、弹状流与环状流的转变界限，特别注意了油包水和水包油时 的转变，最终得到的理论转变界限与实验数据基本吻合。 j a ey o u n gl e e 啪3 指出现在的流型图仅在段塞流区域与u s u i 具有一致性，其它的流 型都依赖于管径和与波的传播有关的一些现象，先前的准则中没有考虑这些，通过实验 得到气液两相向下流动的具有代表性的流型，并描述了各流型的特点。 ( 3 ) 倾斜井筒两相流研究现状 1 9 5 8 年，f l a n i g a n 口妇在考虑分析许多现场数据后，提出总压降为重位压降与摩阻压 降之和，其中重位压降计算公式，卸：= c 岛g h ，c 为起伏系数，根据气相折算速 度的不同可求出不同的起伏系数，摩阻压降可根据水平管中两相流计算。 1 9 7 3 年，b e g g s b r i l l 口2 3 提出了可应用于任意倾角的压力梯度计算方程式。它是以空 气一水作为实验介质，在气液两相的流量、物性( 密度、粘度、表面张力等) ，管子的 倾斜角度、管内径等确定的条件下，划分流型，根据气液分布状况及流动特性分为三类： 5 第一章前言 分离流( 包括层状流、波状流和环状流) 、间歇流( 包括团状流和段塞流) 和分散流( 包 括泡流和雾流) 。根据流型，计算每种流型下的管子水平时的持液率，对于过渡流采取 插值的方法，进而可通过修正计算不同倾斜角度时的持液率，并根据无滑脱雷诺数等计 算沿程阻力系数，这样就可以计算根据能量守恒方程所得到的压降梯度表达式。因为对 各个倾斜角度的计算都是通过水平加倾斜校正系数校正得到的，所以此模型的精确性受 到了一定的限制。 2 0 0 9 年，刘晓娟，胥元刚等提出关于倾斜井筒气液两相流模型化方法。以前人的 研究为基础，将倾斜井筒内气液两相流流型划分为泡状流、分散泡状流、段塞流、搅动 流、环状流和雾流，并给出了不同流型的存在条件。对于泡状流、分散泡状流、搅动流 和环状流仍然沿用以前推倒的压降模型，对于雾状流提出了它的新特点、转变机理及压 降计算新方法，对段塞流亦提出了新的压降计算方法。虽然与前人提出的倾斜井筒压降 计算模型相比，此模型并没有更高的精度，但没有经验、半经验模型的局域性问题，所 以此模型应用范围更广，更适用于油田不同井的压力预测。 1 2 2 井筒温度场的研究现状 井筒温度场的分布关系着井筒热损失，影响着注蒸汽热力采油的注汽效果。通过若 干学者的研究，现在井筒温度场的研究越来越精确，适用性也越强。下面简要回顾了多 年来不同学者的研究情况。 对井筒温度场的研究起始于二十世纪三十年代，m i l l i k a n 曾研究测试过井筒温度剖 面；g u y o d h 曾对井筒温度场产生条件及其状况进行描述；n o w a k 曾深入研究注水井的 温度状况；而f a r o n ga l 建立了两相流和传热的综合模型。r a r n e yh j j r 和s a t e r 瞰1 通 过假设油管和管套中内有流体流动，但地层中没有流体流动，提出了温度与注入时间和 井筒深度的关系式，并建立了井筒传热模型，此模型比先前学者提出的更为简化，减少 计算复杂程度。s m i t hr c 和s t e f e n s e nr j 驺朝分析了井筒温度场的分布规律及其对井筒 温度分布产生影响的因素。 赵金洲和任书泉啪1 提出了井筒温度场计算的新模型，并对井筒中液体及周围地层的 热交换计算采取差分格式。王鸿勋和李平口7 1 通过改进埃克梅尔算法，考虑井筒中流体与 井筒和水泥环与地层的换热，建立了新的井筒非稳态模型计算方法。王弥康啪3 提出了新 的井筒热损失表达式，对每一部分热阻，详细地讲解了其计算方法，重点讲解了非稳态 模型的半解析解法，并将其表达式与现场数据相比较，能够达到良好的预期效果。 6 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 胡耀江和施明恒侧主要对多孔介质注入蒸汽进行了分析，并计算注汽后散热的热流 密度及热流体区域速度分布模型，建立的模型与实验数据比较，吻合性良好，能够满足 要求。赵刚、马远乐和鲁港m 1 对封闭式热流体模型进行了研究，分析其中的参数和程序 设计等问题，并研究核供热堆是否可应用于油田。李子丰h 订建立了新的模型可用于计算 蒸汽温度、油管温度、套管温度、地层温度等；此模型主要结合了水蒸汽的的热力学性 质和稠油热采的相关理论。 徐玉兵与崔孝秉h 2 1 利用两相流和传热学的相关理论建立了井筒内流体流动模型和 井筒温度场模型，通过验证模型与现场井口数据基本吻合，并为确定井口注蒸汽参数奠 定了理论基础。曲海潮、张士诚等人h 3 3 建立了新的数学模型，利用热阻计算式取代原有 的差分计算方法；模型中综合了对流、辐射、热传导等方式，并把一些参数( 如流体的 密度、焓、比热及导热系数等) 作为变量处理，而不仅只是看作常数。 毛伟与梁政h 郇做出一定的假设条件，选取微元段，利用能量守恒建立了井筒温度场 模型，模型求解比较繁琐，需要用到若干参数，特别是定压比热、无因次传热系数、热 阻及总传热系数等；通过算例验证，此模型是可靠的。杨德伟和黄善波等人h 朝通过一定 的假设条件，根据传热学原理和两相流相关知识，建立了注蒸汽热采的数学模型；对于 此模型中摩阻压降的求法，采取四种( b b 方法、o r k i s z e w s k i s 方法、f r i e d e l 方法及l m c 方法) 不同的有代表性的方法，将用四种方法求得压降、温度及干度等与实测数据相比 较，看出b b 方法和f r i e d e l 方法计算结果更为精确，满足要求。 高学仕、张立新等m 1 通过利用软件计算分析得出结论：在任一深度沿井筒径向热流 量逐渐减小，随着注汽时间的增长，在地层同一位置处的热损失逐渐减小，所以应该增 加注汽时间，减小热损耗，提高蒸汽利用率。刘晓燕、李敏h 钉结合井筒稳态和非稳态传 热建立数学模型，将其简化，可用于计算井筒中油气水混合物沿井筒的温度变化；运用 大庆油田的实际井例，分析各参数对温度的影响，特别考虑了油管的旋转性是否影响计 算结果。 董长银和张琪等在2 0 0 2 年建立了稠油泵中流体的温度分布规律，编写程序，计 算井筒中不同井深掺入液和产出液的温度状况，并分析温度的影响因素。彭轩和刘蜀知 等h 明利用能量守恒方程，建立自生热压裂井筒中的温度场模型，并运用差分格式对其进 行求解；将计算结果与实际井例进行比较和分析。杨克远等呦3 建立了在不同流体性质和 地层条件下的热洗蜡的数学模型，为蜡的热洗工作奠定基础，并进行指导。 汪泓啼门结合稠油井筒中流体的温度变化及井筒流体与地层间的传热计算，建立了新 7 第一章前言 的数学模型，可用于计算不同产量及不同含水率的温度，并可确定电加热的功率，为稠 油生产提供了理论依据。王杰祥和张红等2 1 根据传热学理论及能量守恒方程，建立了电 潜泵井筒的流体温度分布模型，模拟计算了当井深1 8 0 0 m 时的电潜泵生产，分析影响电 潜泵流体温度分布的影响因素，对电潜泵井的生产及优化设计具有重要意义。宋辉口3 3 运用热水循环采油及热传导方程的模型，分析不同生产条件下( 停住、停产及停止热循 环等) 的对井筒温度场分布的影响，并分析了不同参数下温度的变化规律。 1 2 3 目前存在的问题 垂直井筒从下向上的气液两相流流动规律的研究已经比较透彻，但是从上向下的流 动规律研究却不多，而且没有垂直管中从上向下流动的机理模型。在以前注蒸汽过程中， 若求压降梯度，通常用b e g g s b r i l l 方法，而此方法是以空气一水为实验介质得到的，对蒸 汽一水系统有误差，准确性有限，所以需要根据两相流理论，提出新的计算压力梯度的 机理模型。 1 3 论文研究内容 ( 1 ) 调研分析垂直井筒注蒸汽的温度场分布以及气液两相流动过程中的流型变化 规律及其模型； ( 2 ) 通过文献调研和分析，对垂直井筒中向下流动时的两相流分布规律进行研究， 得到不同流型之间的转化条件，并描述每种流型的流动特点； ( 3 ) 在文献调研的基础上，结合两相流和水动力学的相关理论，得到在垂直井筒 中从上向下流动过程中流型分布规律及其机理模型； ( 4 ) 结合传热学相关理论和建立的气液两相流的向下流动的机理模型，推导出井 筒注蒸汽模型，并进行注蒸汽参数的敏感性分析研究； ( 5 ) 结合新建立的模型和相关的理论知识，简要分析从环空中注入蒸汽的模型； ( 6 ) 编制程序，将根据气液两相向下流动机理模型建立的注蒸汽模型与目前常用 的两相流计算模型( 女h b e g g s - b r i l l 方法) 建立的注蒸汽模型与实际井例进行对比分析， 验证模型的准确性。 8 吨 f 奄 一 j 、 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 第二章垂直圆管中气液两相流下降流动流型及转换准则 2 1 流动型态及特征描述 通过研究前人的结论及气液两相向上流动的规律，可知井筒中流体的流动型态严重 地影响着流体的压降计算，当然这并不是说流型划分的越细越好，而是根据需要划分流 型的目的来划分两相流流动型态，达到既不影响两相流计算的准确性又不影响两相流计 算的复杂程度。 曾有若干学者对垂直圆管气液两相流向下流动的流动型态进行研究，b a r n e a n 嗣提出 垂直下降管中气液两相流的流动型态分为环状流、段塞流及分散泡状流；日本学者 k e n s u k eu s u i n 7 3 将其流动型态分为：泡状流、段塞流和环状流；张荣军等人啪1 将垂直下 降管中气液两相流流型分为细泡状流型、气弹状流型和环状流动( 包括下降液膜流型、 带气泡的下降液膜流型、块状流型及雾式环状流型) ；王树众等人嘲1 以空气和油作为实 验介质，得到垂直下降管中的两相流流型为：泡状流、间歇流、环状流和降膜流；在1 9 8 5 年c a r w o f d w e n i