第二节 井筒气液两相流基本概念.ppt

教学目的：,教学重点、难点：,教学重点,第二节井筒气液两相流基本概念,掌握井筒气液两相流动的特点、流态及其特征；井筒气液两相流动中能量平衡方程的推导以及压力分布计算的方法（按压力增量迭代和按深度增量迭代方法）。,1、气液两相流的特性2、井筒气液两相流动的能量平衡方程,教学难点,教法说明：,教学内容：,1、滑脱及其特征；2、气液两相流动的能量平衡方程。,课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关流态图形。,井筒气液两相流动的特性.井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤,相的概念相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界面隔开,例如：水-冰系统、泥浆、油-气-水等均是多相体系,油气是深埋于地下的流体矿藏,采油设备的优化设计和工况分析、油气集输设计等都离不开气液两相流的理论与计算方法,随压力的降低，溶解气将不断从原油中逸出，因此，井筒中将不可避免地出现气液两相流动。,一、井筒气液两相流动的特性,(一)气液两相流动与单相液流的比较,流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。,(二)气液混合物在垂直管中的流动结构变化,纯液流当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。,影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面性质等。,泡流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。,滑脱现象：混合流体流动过程中，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。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。,特点：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；滑脱现象比较严重。,段塞流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断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。,特点：气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；摩擦损失变大。,环流油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。,特点：气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；摩擦损失变大。,雾流气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。,特点：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、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。,总结：油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液)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型变化。,图1-17油气沿井筒喷出时的流型变化示意图纯油流；泡流；段塞流；环流；雾流,(三)滑脱损失概念,因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。,图1-18气液两相流流动断面简图,无滑脱,实际,由于有滑脱时，气体流速大，液体流速小，为了保持体积流量不变，气体过流断面将减小，而液体的过流断面将增加。,由于滑脱存在：,单位管长上滑脱损失为：,滑脱损失的实质：液相的流动断面增大引起混合物密度的增加。,图1-18气液两相流流动断面简图,二、井筒气液两相流能量平衡方程及压力分布计算步骤,两个流动断面间的能量平衡关系：,(一)能量平衡方程推导,倾斜多相管流断面1和断面2的流体的能量平衡关系为：,图2-19倾斜管流能量平衡关系示意图,适合于各种管流的通用压力梯度方程：,则：,令：,(二)油气体积流量的校正,某不饱和油藏单井生产时，地面油产量Qo，生产气油比Rp，不含水，井口温度和压力分别为T0和p0，需要确定井筒中某点(压力和温度为T和p)油相和气相的实际体积流量和物性参数，为压力梯度计算做准备。,？,同时，温度和压力的变化使气体体积变化较大（气体状态方程）,气相：Z油相：,(三)多相垂直管流压力分布计算步骤,由于多相管流中每相流体影响流动的物理参数(密度、粘度等)及混合物密度和流速都随压力和温度而变，沿程压力梯度并不是常数，因此，多相管流需要分段计算；同时，要先求得相应段的流体性质参数，然而，这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求得的未知数。所以，多相管流通常采用迭代法进行计算。,有两种不同的迭代途径：按深度增量迭代和按压力增量迭代。,以计算段下端压力为起点，重复步，计算下一段的深度和压力，直到各段的累加深度等于管长为止。,重复的计算，直至。,1)按深度增量迭代的步骤,已知任一点(井口或井底)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p(0.51.0MPa)。,估计一个对应的深度增量h估计，计算与之对应的温度。,计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。,计算该段的压力梯度dp/dh。,计算对应于的该段管长(深度差)h计算。,计算该段下端对应的深度及压力。,2)按压力增量迭代的步骤（略）,思考题：根据上述步骤整理出计算压力分布的程序流程框图。,说明：a.计算压力分布过程中，温度和压力是相关的；b.流体物性参数计算至关重要，但目前方法精度差；c.不同的多相流计算方法差别较大，因此在实际应