气液两相管流分析课件

1、图2-1自喷井生产系统及压力损失,1,PPT学习交流,第二节气液两相管流基本概念及基本方程,两相管流：占油气井系统总压降35%-90%核心问题：沿程压力变化及其影响因素,2,PPT学习交流,一、气液两相管流的滑脱现象及特性参数,滑脱现象气液两相上升流动时，由于气液两相间的密度差异所产生气相超越液相流动。相对于气相而言，有一部分液相被滞留于管段中。密度增加，压降损失增加,3,PPT学习交流,持液率(LiquidHoldup)流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额,无滑脱持液率(No-slipLiquidHoldup)管流截面上液相体积流量与气液混合物总体积流量的比值。（条件：）,关系,4,PP

2、T学习交流,流速,相平均流速实际流速,表观流速,关系,混合物流速,滑脱速度,5,PPT学习交流,混合物密度,存在滑脱,无滑脱,滑脱损失,6,PPT学习交流,二、气液两相管流的流型,纯液流（ppb）,无气相，管内均质液体流体密度最大，压力梯度最大,溶解气开始从油中析出，气体以小气泡分散在液相中,泡流（ppb）,液相是连续相，气相是分散相液相滑脱损失严重，易水淹摩阻小，重力损失为主,特点,7,PPT学习交流,液相是连续相，气相是分散相气体体积变大，摩阻增加滑脱较小，总压力损失最小,特点,混合物继续向上流动，压力降低，小气泡合并形成大气泡，在井筒中形成一段气，一段液流动结构，气托着油向上运动。,段塞

3、流,8,PPT学习交流,液相由连续相过渡为分散相，气相相反气体流量大，摩阻增加,特点,压力继续降低，部分大气泡从中间突破液段形成短气柱，把液体挤到环壁。液体靠中心气流的摩擦携带作用向上运移。,过渡流（环流）,9,PPT学习交流,气相是连续相，液相是分散相摩阻增加，重力损失最小,特点,压力进一步降低，中心气柱逐渐增大，壁面液膜厚度降低，液体以液滴分散于气相中。,雾状流,10,PPT学习交流,油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流（液流），泡流，段塞流，过渡流，雾状流。实际上，在同一口油井中，一般不会出现完整的流型变化。,总结,11,PPT学习交流,2.水平管流气液两相流流型,分层流,上部

4、气流、下部液流气液界面平滑或波状,中心气流，携带液滴管壁液环流动,12,PPT学习交流,大气泡沿管子顶部流动，管子下部为液流,间歇流,塞流,段塞流,大液体段塞流与几乎充满管子的高速气泡的交替流。,13,PPT学习交流,气流量高、液流量低气流中夹带液滴,分散流,大气泡集中在管子的上半部。,14,PPT学习交流,四、气液两相管流压力梯度方程及求解步骤,1.压力梯度方程,压降梯度=重力梯度+摩阻梯度+动能梯度,15,PPT学习交流,单相流,多相流,水平管流(=0)，且忽略动能,？,16,PPT学习交流,分析,泡流段塞流过渡流雾流,井筒L处p，T,L=L1,L2,L3-Ln,p=p1p1+p2-pn-

5、1,17,PPT学习交流,迭代计算步骤,pwf，Twf,p1=pwfp1,？,p1，T2,p1=pwfpx,pwf,Bo,Bg,Bw,Rs,o,g等vm,vsg,vsl,判别流型,计算HL(m),泡流段塞流过渡流雾流,泡流段塞流过渡流雾流,动能摩阻重力,px2,px,-px22300）,层流（NRe2300）,30,PPT学习交流,2.段塞流,a.混合物密度,？,液体分布系数Co由连续液相的类型及混合物速度分别选用相应的公式,31,PPT学习交流,vs计算方法一,32,PPT学习交流,vs计算方法二,当Nb3000时,当3000Nb0.05时,液膜的相对粗糙度，取0.0010.5,37,PPT

6、学习交流,4过渡流用段塞流和雾流计算后内插。,38,PPT学习交流,qo=38m3/d，qg=2027.4m3/d，g=0.85g=0.65，pb=8.66MPa，pwh=2.352MPaTwh=25，T=3/100m，dti=62mm。试用Orkiszewski方法计算井口压力梯度。,例1-6,解：（1）以井口或井底为起点(由已知压力位置定)起始点：井口压力p1=pwh，T1=Twh，H1=0（2）选择计算区间长度:H一般取50100m选取计算区间长度：H=100m（3）假设这一区间的压降值P(由经验定)假设深度H对应的压力增量P=0.6MPa,39,PPT学习交流,（4）计算出区间的平均温

7、度和平均压力Pav,TavPav=P1+P/2Tav=T1+TH/2（5）确定Pav和Tav下的物性参数计算Rs、Bo、o、o、Zg、g、Bg等（6）判断流态计算NGV、LB、LS、LM、qG/qm等，利用表1-9判断流态（7）计算dp/dh和P根据流态计算m、f等，计算dp/dh则：P=dp/dhH,40,PPT学习交流,（8）比较P与P,若相差超过误差限,以P代替P返回到（4）重新计算到第8步。如果，则进行下一段计算:P1=P1+P,H1=H1+H,T1=T1+TH直至井底。,41,PPT学习交流,二、倾斜（水平）管两相流计算方法,Mukherjee和Brill（1985）实验装置：内径3

8、8mm的倒U形倾斜管，中部可以升降，可与水平方向在090范围内变化实验介质：空气+煤油或润滑油温度：-7.855.6,根据所测得的1500个实验数据，通过回归分析，提出了倾斜管气液两相流的持液率及摩阻系数经验公式。适于垂直井、斜直井、定向井和水平井的两相管流压力计算。,42,PPT学习交流,Mukherjee和Brill（1985）,对比：,43,PPT学习交流,与水平方向的夹角（0+90o）,a.持液率,44,PPT学习交流,无因次液相粘度,无因次液相速度,无因次气相速度,45,PPT学习交流,若则为环流，否则为泡流段塞流。,条件：向上或水平（水平井段）流动分泡流段塞流和环流，判别式为,b.

9、确定摩阻系数,泡流段塞流,46,PPT学习交流,fm为相对持液率HR和无滑脱摩阻系数fns的函数确定步骤：(1)计算相对持液率HRL/HL(2)根据HR按下表确定摩阻系数比fR；(3)根据NRens由摩阻系数公式计算f，即为fns；(4)fmfRfns。,环流,47,PPT学习交流,三、环形空间流动的处理方法,模型：采用圆管内气液两相管流压降计算方法修正环形空间流动：管径和管壁粗糙度,相当粗糙度,eo,ei分别为环空内管、环空外管有效粗糙度。eo应考虑油管或抽油杆接箍的局部摩阻影响。,48,PPT学习交流,圆管时，Di=0，故R=D0/4，水力相当直径De=4R。所以环空的水力相当直径为：,水

10、力当量直径,将圆管管径采用环空的水力半径代替。,49,PPT学习交流,13-405井压力计算结果对比,13-117井压力计算结果对比,50,PPT学习交流,HagedornBrown方法,无滑脱,滑脱压降,51,PPT学习交流,第四节油井井筒传热模型及温度计算,一、油井井筒传热模型,将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问题。能量方程,dq/dt,？,52,PPT学习交流,焓是工质在某一状态下所具有的总能量（内能U与压力势能之和，为一个复合状态参数。,比焓梯度,焦耳汤姆逊系数,53,PPT学习交流,流体-地层稳定传热,忽略油管内壁水膜及金属的热阻,？,54,PPT学习交流,热流梯度方程,地层内

11、不稳定传热,55,PPT学习交流,热流梯度,比焓梯度,能量方程,井筒温降梯度方程,56,PPT学习交流,松弛距离A任意流通断面的地温（静温）按井筒内流体流动温度梯度gf，折算到流温曲线所产生的相对距离。,57,PPT学习交流,井筒温降计算,需要确定油套环空流体和水泥环及周围地层的一系列物性参数。为此，Ramey（1962）、Satter（1965）、Shiu&Beggs（1980）、Hasan&Kabir（1990）等提出了多个井筒温度简化计算方法。,58,PPT学习交流,松弛距离A为产出流体质量流量、管径、产出流体物性和油压的函数。应用370口油气井（直井、定向井）现场测温资料进行线性回归处

12、理得到了A的系数。,二、Shiu&Beggs温度计算方法,考虑油井在稳定生产情况下，上述物性等参数变化不大，故均视为常数，导出任意z截面的温度,59,PPT学习交流,解：,【例1-7】油层中深3000m处温度为82，地温梯度1.9/100m，其它数据同例1-6。用上述方法计算井口温度，并绘制产油量分别为38和200m3/d井内油管流温分布曲线。,由例1-6，Wm=0.3921kg/s=33.88t/d,井口流动温度,60,PPT学习交流,第五节嘴流动态,一、单相气体嘴流,若p1const下游压力p2降低，qsc增大。当p2pc时，流量达到最大值即临界流量。p2降低，流量不变。,61,PPT学习交流,油嘴临界流动（chokecriticalflow）指流体通过油嘴吼道高速流动，速度达到压力波在流体介质中的传播速度即声速时的流动状态。在临界流状态下，油嘴下游压力变化对气体流量没有影响。临界流动条件,时，为临界流；否则为亚临界流。,62,PPT学习交流,根据气体嘴流的等熵原理，对于亚临界流状态，流量与压力比的关系可表示为,临界流动时，嘴流最大气流量为,63,PPT学习交流,二、气液两相嘴流,由于气液两相嘴