《天然气工程》PPT课件.ppt

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1、本本本本 章章章章 主主主主 要要要要 内内内内 容容容容第一节第一节 气相管流的基本方程气相管流的基本方程第二节第二节 气相管流压降计算方法气相管流压降计算方法第三节第三节 气液两相管流简介气液两相管流简介第四节第四节 气体通过油嘴的流动气体通过油嘴的流动第五节第五节 产水采气井两相管流压降优化模型产水采气井两相管流压降优化模型l 本章目的：确定本章目的：确定p pwsws、p pwfwfl 当当p pR R一一定定时时，q qscsc由由p pwfwf直直接接控控制制，间间接接由由p ptftf控制。控制。l地层流入动态：地层流入动态：q qscscf(pf(pwfwf)pRpRl油油管管

2、流流动动动动态态：井井口口压压力力一一定定时时，产产量量与井底压力的关系。与井底压力的关系。q qscscf(pf(pwfwf)ptfptfl方法：井下压力计测量，计算方法方法：井下压力计测量，计算方法第一节第一节 气相管流的基本方程气相管流的基本方程一、气体稳定流动能量方程一、气体稳定流动能量方程思思路路：流流入入和和流流出出系系统统能能量量之之和和等等于于系系统统内部能量的变化。内部能量的变化。注注注注意意意意：上上上上式式式式是是是是针针针针对对对对单单单单位位位位质质质质量量量量流流流流体体体体的的的的能能能能量量量量，各各各各项项项项单单单单位位位位是怎样得到的？是怎样得到的？是怎样

3、得到的？是怎样得到的？式中：式中：式中：式中：E E E E-内能，内能，内能，内能，J J J Jkgkgkgkg vvvv-膨胀或压缩功，膨胀或压缩功，膨胀或压缩功，膨胀或压缩功，J J J Jkgkgkgkg v v v v2 2 2 22-2-2-2-动能，动能，动能，动能，J J J Jkgkgkgkg g g g gH H H H-位能，位能，位能，位能，J J J Jkgkgkgkg q q q q-热交换，热交换，热交换，热交换，J J J Jkgkgkgkg w w w w-功交换，功交换，功交换，功交换，J J J Jkgkgkgkg二、能量方程的表达式二、能量方程的表达式

4、、积分式、积分式、积分式、积分式 技术功技术功技术功技术功 流入和流出推动功膨胀功流入和流出推动功膨胀功流入和流出推动功膨胀功流入和流出推动功膨胀功 L L L Lw w w w-摩阻能耗，摩阻能耗，摩阻能耗，摩阻能耗，J J J Jkgkgkgkg思考题：摩阻能耗可逆否？思考题：摩阻能耗可逆否？思考题：摩阻能耗可逆否？思考题：摩阻能耗可逆否？、微分式、微分式用焓表示的微分式，用于计算井中温度分布。用焓表示的微分式，用于计算井中温度分布。3 3、梯度式、梯度式注意：注意：d dH Hd dL Lsinsin，1/1/-与水平方向的夹角与水平方向的夹角(dp/dL)-dp/dL)-总梯度，总梯度

5、，PaPam m(dp/dL)(dp/dL)el-el-举升梯度，举升梯度，PaPam m(dp/dLdp/dL)f-)f-摩阻梯度，摩阻梯度，PaPam m(d dp p/d/dL L)accacc-加速度梯度，加速度梯度，PaPam mf-f-摩阻系数摩阻系数举升梯度举升梯度:u(dp/dL)dp/dL)elel=gsingsin摩阻梯度摩阻梯度 u(dp/dL)fdp/dL)f=fv=fv2 2/2d/2d加速度梯度加速度梯度 u(dp/dL)fdp/dL)f=vdv/dLvdv/dL三、雷诺数三、雷诺数R Re e和摩阻系数和摩阻系数f f、雷诺数、雷诺数R Re en定义：定义：定义

6、：定义：R R R Re e e e惯性力粘滞力惯性力粘滞力惯性力粘滞力惯性力粘滞力g g g gvdvdvdvdg g g g SI SI SI SI单位制单位制单位制单位制n思考题：怎样将思考题：怎样将思考题：怎样将思考题：怎样将SISISISI单位转换为法定单位？单位转换为法定单位？单位转换为法定单位？单位转换为法定单位？n实用式实用式关键：关键：关键：关键：v v v v(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)q q q qscscscsc(sm(sm(sm(sm3 3 3 3/d),/d),/d),/d),g g g g:(Pa.s)(mPa.s:(Pa.s)(mPa.s:(Pa.s

7、)(mPa.s:(Pa.s)(mPa.s)思路：思路：思路：思路：v v v vq q q qscscscscB B B Bg g g g/(86400/(86400/(86400/(86400d d d d2 2 2 2/4),/4),/4),/4),g g g g=M M M Mg g g gp p p p/ZRT/ZRT/ZRT/ZRTR R R Re e e e1.776101.776101.776101.77610-2-2-2-2g g g gq q q qscscscsc/g g g gd d d d、摩阻系数、摩阻系数f fu定义：定义：uMoodyMoody：f ff f（R

8、Re e，e ed d）Moody 摩阻系数摩阻系数 分区：分区：层流层流层流层流过渡流过渡流过渡流过渡流紊流紊流紊流紊流:光滑区光滑区光滑区光滑区混合摩阻区混合摩阻区混合摩阻区混合摩阻区完全粗糙区完全粗糙区完全粗糙区完全粗糙区实用摩阻系数公式：实用摩阻系数公式：(1)(1)(1)(1)、ColebookColebookColebookColebook公公公公式式式式是是是是最最最最基基基基本本本本的的的的公公公公式式式式，它它它它完完完完全全全全与与与与MoodyMoodyMoodyMoody图相同。但需迭代计算图相同。但需迭代计算图相同。但需迭代计算图相同。但需迭代计算f f f f(2)

9、(2)(2)(2)、JainJainJainJain公公公公式式式式，不不不不需需需需迭迭迭迭代代代代计计计计算算算算f f f f。与与与与ColebookColebookColebookColebook公公公公式相比，误差式相比，误差式相比，误差式相比，误差1 1 1 1第二节第二节 气相管流压降计算方法气相管流压降计算方法一、井底静压计算一、井底静压计算、思路：、思路：、思路：、思路：(SISISISI单位制单位制单位制单位制)垂直管静止气柱的条件垂直管静止气柱的条件、稳定流；、稳定流；、单相气；、单相气；、dwdw0 0，不做功；，不做功；、qscqsc0 0，即，即v=0v=0；、=

10、0=0=0=0，即即即即sindLsindLsindLsindLdHdHdHdH2 2 2 2、静止气柱能量方程、静止气柱能量方程、静止气柱能量方程、静止气柱能量方程由上两式得由上两式得由上两式得由上两式得能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。应用条件：垂直，关井或应用条件：垂直，关井或应用条件：垂直，关井或应用条件：垂直，关井或q q q qscscscsc0 0 0 0思考题：怎样求解上式，获得思考题：怎样求解上式，获得思考题：怎样求解上式，获得思考题：

11、怎样求解上式，获得p p p pwswswswsf(pf(pf(pf(ptstststs)？关键：怎样对上式左边积分。关键：怎样对上式左边积分。关键：怎样对上式左边积分。关键：怎样对上式左边积分。ZT ZT ZT ZTp p p pf(p,T)f(p,T)f(p,T)f(p,T)3 3、平均温度偏差系数法、平均温度偏差系数法 (1)(1)、公式推导、公式推导假设：假设：假设：假设：T T T T和和和和Z Z Z Z都用平均值，即都用平均值，即都用平均值，即都用平均值，即T T T T常数，常数，常数，常数，Z Z Z Z常数。常数。常数。常数。具体值取：具体值取：具体值取：具体值取：T T

12、T T(T(T(T(Ttstststs+T+T+T+Twswswsws)/2,)/2,)/2,)/2,p p p p(p(p(p(ptstststs+p+p+p+pwswswsws)/2)/2)/2)/2Z Z Z Zf(p,T)f(p,T)f(p,T)f(p,T)或或或或 Z Z Z Z(Z(Z(Z(Ztstststs+Z+Z+Z+Zwswswsws)/2)/2)/2)/2则静止气柱能量方程变为：则静止气柱能量方程变为：则静止气柱能量方程变为：则静止气柱能量方程变为：积分得：积分得：积分得：积分得：平平均均温温度度偏偏差差系系数数法法静静止止气气柱柱井井底底压压力力计计算公式：算公式：(2)

13、(2)、应用举例、应用举例1)1)已知已知p ptsts，求求p pwsws。思路：思路：p pwsws和和Z Z都未知，用迭代法。都未知，用迭代法。计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：、赋初值。、赋初值。、赋初值。、赋初值。p p p pwswswswsp p p ptstststsp p p ptstststsH/12192.eH/12192.eH/12192.eH/12192.eS S S S1+S1+S1+S1+S、计算、计算、计算、计算T T T T(T(T(T(Ttstststs+T+T+T+Twswswsws)/2)/2)/2)/2、赋值、赋值、赋值、赋值p p p pws0

14、ws0ws0ws0p p p pwswswsws、计算、计算、计算、计算p p p p(p(p(p(ptstststs+p+p+p+pwswswsws)/2)/2)/2)/2、计算、计算、计算、计算Z Z Z Zf(p,T)f(p,T)f(p,T)f(p,T)或或或或 Z Z Z Z(Z(Z(Z(Ztstststs+Z+Z+Z+Zwswswsws)/2)/2)/2)/2、计算、计算、计算、计算S S S S0.034150.034150.034150.03415g g g gH/ZTH/ZTH/ZTH/ZT、计算新、计算新、计算新、计算新p p p pwswswsws。p p p pwswsw

15、swsp p p ptstststse e e eS S S S、判判判判断断断断p p p pws0ws0ws0ws0p p p pwswswsws？成成成成立立立立则则则则结结结结束束束束。否否否否则则则则转至转至转至转至思考题：思考题：、框图是怎样的？、框图是怎样的？、框图是怎样的？、框图是怎样的？、当当当当温温温温度度度度非非非非线线线线性性性性高高高高时时时时，采采采采用用用用什什什什么么么么计计计计算算算算方方方方法法法法才才才才能能能能提高精度？提高精度？提高精度？提高精度？2)2)、已知、已知p pwsws，求求p ptsts计算公式：计算公式：计算公式：计算公式：p p p

16、ptstststsp p p pwswswswse e e e-S-S-S-S思考题：其步骤和框图是怎样的？思考题：其步骤和框图是怎样的？思考题：其步骤和框图是怎样的？思考题：其步骤和框图是怎样的？3)3)、已知、已知p ptsts，求压力随井深的分布求压力随井深的分布计算思路：将井深计算思路：将井深计算思路：将井深计算思路：将井深N N N N等分等分等分等分思考题：其步骤和框图是怎样的？思考题：其步骤和框图是怎样的？思考题：其步骤和框图是怎样的？思考题：其步骤和框图是怎样的？3 3、Cullende&Smith Cullende&Smith 法法(1)(1)、公式推导、公式推导能量方程：能

17、量方程：能量方程：能量方程：被积函数被积函数被积函数被积函数I I I IZTZTZTZTp p p p推推推推导导导导思思思思路路路路：将将将将上上上上式式式式左左左左边边边边的的的的积积积积分分分分用用用用梯梯梯梯形形形形法法法法数数数数值值值值积积积积分分分分展展展展开。二步梯形法开。二步梯形法开。二步梯形法开。二步梯形法井深等分两段：井深等分两段：井深等分两段：井深等分两段：井深中点处的参数记为井深中点处的参数记为井深中点处的参数记为井深中点处的参数记为p p p pmsmsmsms，T T T Tmsmsmsms，Z Z Z Zmsmsmsms，I I I Imsmsmsms.I I

18、 I ItstststsZ Z Z ZtstststsT T T Ttstststs/p/p/p/ptstststsI I I ImsmsmsmsZ Z Z ZmsmsmsmsT T T Tmsmsmsms/p/p/p/pmsmsmsmsI I I IwswswswsZ Z Z ZwswswswsT T T Twswswsws/p/p/p/pwswswsws对上段油管：对上段油管：能量方程为能量方程为能量方程为能量方程为:曲面积曲面积曲面积曲面积A A A A1 1 1 1梯形面积梯形面积梯形面积梯形面积 (p(p(p(pmsmsmsmsp p p ptstststs)(I)(I)(I)(Im

19、smsmsmsI I I Itstststs)/2)/2)/2)/2p p p pmsmsmsmsp p p ptstststs0.034150.034150.034150.03415g g g gH/(IH/(IH/(IH/(ImsmsmsmsI I I Itstststs)对下段油管：对下段油管：能量方程为能量方程为能量方程为能量方程为 :曲面积曲面积曲面积曲面积A A A A2 2 2 2梯形面积梯形面积梯形面积梯形面积 (p(p(p(pwswswswsp p p pmsmsmsms)(I)(I)(I)(IwswswswsI I I Imsmsmsms)/2)/2)/2)/2p p p

20、pwswswswsp p p pmsmsmsms0.034150.034150.034150.03415g g g gH/(IH/(IH/(IH/(IwswswswsI I I Imsmsmsms)(2)(2)、应用举例、应用举例已知已知p ptsts，求求p pwsws计计算算思思路路：先先迭迭代代上上段段油油管管求求p pmsms。再再迭迭代下段油管求代下段油管求p pwsws上段油管计算步骤：上段油管计算步骤：上段油管计算步骤：上段油管计算步骤：、赋初值、赋初值、赋初值、赋初值p p p pmsmsmsmsp p p ptstststsp p p ptstststsH/12192/2H/

21、12192/2H/12192/2H/12192/2、计算、计算、计算、计算Z Z Z Ztstststsf(Tf(Tf(Tf(Ttstststs，p p p ptstststs)、计算、计算、计算、计算I I I ItstststsZ Z Z ZtstststsT T T Ttstststs/p/p/p/ptstststs、计算、计算、计算、计算T T T Tmsmsmsms(T(T(T(Ttstststs+T+T+T+Twswswsws)/2)/2)/2)/2、赋值、赋值、赋值、赋值p p p pms0ms0ms0ms0p p p pmsmsmsms、计算、计算、计算、计算Z Z Z Zms

22、msmsmsf(Tf(Tf(Tf(Tmsmsmsms，p p p pmsmsmsms)、计算、计算、计算、计算I I I ImsmsmsmsZ Z Z ZmsmsmsmsT T T Tmsmsmsms/p/p/p/pmsmsmsms、计算新、计算新、计算新、计算新p p p pmsmsmsms。p p p pmsmsmsmsp p p ptstststs0.034150.034150.034150.03415g g g gH/(IH/(IH/(IH/(ImsmsmsmsI I I Itstststs)、判断、判断、判断、判断p p p pms0ms0ms0ms0p p p pmsmsmsms？

23、不成立则转至不成立则转至不成立则转至不成立则转至。下段油管计算步骤：下段油管计算步骤：下段油管计算步骤：下段油管计算步骤：、赋初值、赋初值、赋初值、赋初值p p p pwswswswsp p p pmsmsmsmsp p p pmsmsmsmsH/12192/2H/12192/2H/12192/2H/12192/2、赋值、赋值、赋值、赋值p p p pws0 ws0 ws0 ws0 p p p pwswswsws、计算、计算、计算、计算Z Z Z Zwswswswsf(Tf(Tf(Tf(Twswswsws，p p p pwswswsws)、计算、计算、计算、计算I I I IwswswswsZ

24、 Z Z ZwswswswsT T T Twswswsws/p/p/p/pwswswsws、计算新、计算新、计算新、计算新p p p pwswswsws。p p p pwswswswsp p p pmsmsmsms0.034150.034150.034150.03415g g g gH/(IH/(IH/(IH/(IwswswswsI I I Imsmsmsms)、判判判判断断断断p p p pws0ws0ws0ws0p p p pwswswsws？成成成成立立立立则则则则结结结结束束束束。否否否否则则则则转转转转至至至至重复上述步骤。重复上述步骤。重复上述步骤。重复上述步骤。(2)(2)、Cu

25、llende&SmithCullende&Smith方法假设条件方法假设条件、稳定流动；、稳定流动；、稳定流动；、稳定流动；、单相气；、单相气；、单相气；、单相气；、dwdwdwdw0 0 0 0；、梯形法积分引入的误差、梯形法积分引入的误差、梯形法积分引入的误差、梯形法积分引入的误差1 1 1 1、垂直管流动简化条件、垂直管流动简化条件、垂直管流动简化条件、垂直管流动简化条件dwdwdwdw0 0 0 0，vdv0vdv0vdv0vdv0，sindLsindLsindLsindLdHdHdHdH气体垂直管流动基本公式：气体垂直管流动基本公式：气体垂直管流动基本公式：气体垂直管流动基本公式：(

26、SI(SI(SI(SI单位制单位制单位制单位制)二、井底流压计算二、井底流压计算举例：说明动能可忽略举例：说明动能可忽略已知：已知：已知：已知：q q q qscscscsc50505050万万万万m m m m3 3 3 3d d d d，pwfpwfpwfpwf30MPa30MPa30MPa30MPa，H H H H3000m3000m3000m3000m，d d d d3333，gggg0.650.650.650.65求：求：求：求：ppppf f f f?，PaPaPaPacccccccc?解：解：解：解：ppppf f f f2.49MPa2.49MPa2.49MPa2.49MPa，

27、PaPaPaPacccccccc0.00155MPa0.00155MPa0.00155MPa0.00155MPa2 2、实用垂直管流公式、实用垂直管流公式(1)(1)、状态换算：、状态换算：=Mp/ZRT=Mp/ZRT=Mp/ZRT=Mp/ZRT，v v v vq q q qscscscscB B B Bg g g g/(86400d/(86400d/(86400d/(86400d2 2 2 2/4),/4),/4),/4),B B B Bg g g g=(p=(p=(p=(pscscscsc/T/T/T/Tscscscsc)(ZT/p)(ZT/p)(ZT/p)(ZT/p)(2)(2)、单位换

28、算：、单位换算：dp:Pa=MPadp:Pa=MPa。思考题：思考题：R R？思思考考题题：流流动动气气柱柱和和静静止止气气柱柱能能量量方方程程的差别在何处？的差别在何处？微分式：微分式：积分式：积分式：思思考考题题：0.034150.03415和和1.324101.324101818是是怎怎样样得得的的？2 2、平均温度偏差系数法、平均温度偏差系数法(1)(1)(1)(1)、公式推导、公式推导、公式推导、公式推导假设：假设：假设：假设：T T T T和和和和Z Z Z Z都用平均值，即都用平均值，即都用平均值，即都用平均值，即T T T T常数，常数，常数，常数，Z Z Z Z常数常数常数常

29、数:具体值取：具体值取：具体值取：具体值取：T T T T(T(T(T(Ttftftftf+T+T+T+Twfwfwfwf)/2,p)/2,p)/2,p)/2,p(p(p(p(ptftftftf+p+p+p+pwfwfwfwf)/2)/2)/2)/2 Z Z Z Zf(p,T)f(p,T)f(p,T)f(p,T)或或或或 Z Z Z Z(Z(Z(Z(Ztftftftf+Z+Z+Z+Zwfwfwfwf)/2)/2)/2)/2公式公式:思思考考题题：当当q qscsc0 0时时上上式式简简化化成成什什么么公式？公式？(2)(2)(2)(2)、流动气柱平均温度和偏差系数法假设条件、流动气柱平均温度和

30、偏差系数法假设条件、流动气柱平均温度和偏差系数法假设条件、流动气柱平均温度和偏差系数法假设条件、稳定流动、稳定流动、稳定流动、稳定流动;、单相气、单相气、单相气、单相气;、vdvvdvvdvvdv0;0;0;0;、T T T T常数常数常数常数;、Z Z Z Z常数常数常数常数;、f f f f常数常数常数常数、应用、应用(1)(1)、静静止止气气柱柱(q(qscsc0)0)：由由p ptsts计计算算p pwsws关关关关井井井井：油油油油管管管管和和和和套套套套管管管管都都都都是是是是静静静静止止止止气气气气柱柱柱柱。由由由由p p p ptstststs或或或或p p p pcscscs

31、cs计算计算计算计算p p p pwswswsws。思考题：井中存在液柱怎么办？思考题：井中存在液柱怎么办？思考题：井中存在液柱怎么办？思考题：井中存在液柱怎么办？当当当当油油油油管管管管生生生生产产产产时时时时，套套套套管管管管环环环环空空空空与与与与井井井井底底底底相相相相连连连连，套套套套管管管管环空中为静止气柱。由环空中为静止气柱。由环空中为静止气柱。由环空中为静止气柱。由p p p pcscscscs计算计算计算计算p p p pwfwfwfwf。当套管生产时：油管与井底相连，油管中为当套管生产时：油管与井底相连，油管中为当套管生产时：油管与井底相连，油管中为当套管生产时：油管与井底

32、相连，油管中为静止气柱。由静止气柱。由静止气柱。由静止气柱。由p p p ptstststs计算计算计算计算p p p pwfwfwfwf。(2)(2)、流动气柱、流动气柱(q(qscsc0)0)：由：由p ptftf计算计算p pwfwf思考题：当油管生产时，从套管和油管的思考题：当油管生产时，从套管和油管的气柱计算气柱计算p pwfwf时，谁精度高？时，谁精度高？(3)(3)(3)(3)、应用举例、应用举例、应用举例、应用举例已知已知已知已知p p p ptftftftf求求求求p p p pwfwfwfwf,计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：、赋初值、赋初值、赋初值、赋初值p p

33、p pwfwfwfwfp p p ptftftftfp p p ptftftftfH/12192H/12192H/12192H/12192、计算、计算、计算、计算T T T T(T(T(T(Ttftftftf+T+T+T+Twfwfwfwf)/2)/2)/2)/2、赋值、赋值、赋值、赋值p p p pwf0wf0wf0wf0p p p pwfwfwfwf、计算、计算、计算、计算p p p p(p(p(p(ptftftftf+p+p+p+pwfwfwfwf)/2)/2)/2)/2、计算、计算、计算、计算Z Z Z Zf(p,T),f(p,T),f(p,T),f(p,T),g g g gf(p,T

34、),Rf(p,T),Rf(p,T),Rf(p,T),Re e e e f f f ff(Rf(Rf(Rf(Re e e e,e/d),e/d),e/d),e/d)、计算、计算、计算、计算S S S S0.034150.034150.034150.03415g g g gH/ZTH/ZTH/ZTH/ZT、计算新、计算新、计算新、计算新p p p pwfwfwfwf。、判判判判断断断断p p p pwf0wf0wf0wf0p p p pwfwfwfwf？成成成成立立立立则则则则结结结结束束束束。否则转至否则转至否则转至否则转至三、注气井三、注气井注气能量方程注气能量方程:思思考考题题：注注气气井井

35、井井口口p ptftf是是否否一一定定大大于于p pwfwf？主要受什么控制？怎样控制？主要受什么控制？怎样控制？注意：摩阻压降方向与采气井的相反注意：摩阻压降方向与采气井的相反控制控制ppF F 大小的因素：大小的因素：d d和和q qscsc的大小的大小注气井的间断现象：注气井的间断现象：在在某某一一注注气气量量下下，摩摩阻阻压压降降等等于于重重力力压压降降时时，积积分分能能量量方方程程中中的的分分母母为为0 0，在在这这段段井井筒筒内总压降为内总压降为0 0。四、凝析气的修正四、凝析气的修正思路：能量方程思路：能量方程思路：能量方程思路：能量方程(SISISISI单位制单位制单位制单位制

36、)上上上上式式式式适适适适用用用用于于于于单单单单相相相相流流流流。对对对对气气气气液液液液拟拟拟拟单单单单相相相相流流流流应应应应修修修修正正正正、v v v v、。、修正相对密度修正相对密度思路：思路：思路：思路：相对密度定义式为相对密度定义式为相对密度定义式为相对密度定义式为w w w wM M M Mw w w w28.9728.9728.9728.97分子量分子量分子量分子量M M M Mw w w wm m m mw w w wn n n nt t t t(m(m(m(mg g g gm m m mo o o o)(n(n(n(ng g g gn n n no o o o)关键：关

37、键：关键：关键：流体质量流体质量流体质量流体质量m m m mg g g g、m m m mo o o o对应摩尔数对应摩尔数对应摩尔数对应摩尔数n n n ng g g g、n n n no o o o方法：讨论方法：讨论1m1m3 3油，气油比为油，气油比为R(mR(m3 3m m3 3)。则在标准状态下则在标准状态下则在标准状态下则在标准状态下:V Vo o1m1m3 3(油油)，V Vg gRmRm3 3(气气)m mg gscscV Vg g1.2051.205g gR(R(密度：密度：m mV)V)m mo oostostV Vo o10001000o o n ng gm mg g

38、/M/Mg g1.2051.205g gR/28.97R/28.97g gR/24.04R/24.04 n no om mo o/M/Mo o10001000o o/M/Mo o相对密度相对密度:w w(R(Rg g830830o o)/(R)/(R2404024040o o/M/Mo o)思考题：思考题：当当RR时，时，w wg g吗？吗？对油气水三相流动，怎样推导对油气水三相流动，怎样推导m m？、修正两相、修正两相Z Z系数系数(有三种方法有三种方法)(1)(1)(1)(1)、Z Z Z Zm m m mpVpVpVpVn n n nT T T TRTRTRTRT。用实验求。用实验求。用

39、实验求。用实验求(2)(2)(2)(2)、干气校正图、干气校正图、干气校正图、干气校正图(3)(3)(3)(3)、复合气体法。用、复合气体法。用、复合气体法。用、复合气体法。用w w w w计算计算计算计算Z Z Z Zm m m mf(pf(pf(pf(p，T T T T，w w w w)、流量校正：、流量校正：q qT Tq qscscq qo oq qEQEQ q qEQEQ-1m-1m3 3油气化后的体积油气化后的体积 q qEQEQn no o24.0424.042404024040o o/M/Mo o n no oKmolKmol1m1m3 3(油油)第三节第三节 气液两相管流简介

40、气液两相管流简介重要性：四川重要性：四川重要性：四川重要性：四川89898989是气水气田，是气水气田，是气水气田，是气水气田，40.240.240.240.2是气水井是气水井是气水井是气水井实验装置：实验装置：实验装置：实验装置：国内国内国内国内 有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉国外国外国外国外 美国美国美国美国TulsaTulsaTulsaTulsa、法国、挪威、法国、挪威、法国、挪威、法国、挪威一、垂直两相管流流型（流态）一、垂直两相管流流型（流态）一、垂直两相管流流型（流态）一、垂直

41、两相管流流型（流态）1 1 1 1、气液两相流：、气液两相流：气体和液体两相混合物的同时流动。气体和液体两相混合物的同时流动。举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱2 2、流态定义：气液相间界面结构、流态定义：气液相间界面结构3 3 3 3、流态分类：、流态分类：、流态分类：、流态分类：泡流泡流泡流泡流-液相连续，气相以小泡分散液相连续，气相以小泡分散液相连续，气相以小泡分散液相连续，气相以小泡分散段塞流段塞流段塞流段塞流-液相连续，气泡几乎堵塞管子液相连续，气泡几乎堵塞管子液相连续，气泡几乎堵塞管子液相连续，气泡几乎堵塞管子过渡流过渡流过渡流过渡流-从液相连续向

42、气相连续过渡，不稳定从液相连续向气相连续过渡，不稳定从液相连续向气相连续过渡，不稳定从液相连续向气相连续过渡，不稳定环雾流环雾流环雾流环雾流-液相以液滴形式分散在连续气相中的气液相以液滴形式分散在连续气相中的气液相以液滴形式分散在连续气相中的气液相以液滴形式分散在连续气相中的气液混合流动，存在气芯和液膜液混合流动，存在气芯和液膜液混合流动，存在气芯和液膜液混合流动，存在气芯和液膜在一些井中可能只存在一种或几种流态。在一些井中可能只存在一种或几种流态。在一些井中可能只存在一种或几种流态。在一些井中可能只存在一种或几种流态。二、两相管流特性参数二、两相管流特性参数两相流特点：存在流态和滑脱两相流特

43、点：存在流态和滑脱、滑脱、滑脱：气相比液相流动快。：气相比液相流动快。静液中气泡上升。静液中气泡上升。静液中气泡上升。静液中气泡上升。静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度、持液率、持液率定定定定义义义义式式式式：H H H HL L L L单单单单位位位位管管管管长长长长液液液液相相相相体体体体积积积积单单单单位位位位管管管管长长长长总总总总体体体体积积积积V V V VL L L LV V V VT T T T讨论：当讨论：当讨论：当讨论：当H H H HL L L L0 0 0 0，单相气流

44、，单相气流，单相气流，单相气流 当当当当H H H HL L L L0 0 0 01 1 1 1，气液两相流气液两相流气液两相流气液两相流 当当当当H H H HL L L L1 1 1 1，单相液流单相液流单相液流单相液流思考题：持液率与当地压力和温度是否有关？思考题：持液率与当地压力和温度是否有关？思考题：持液率与当地压力和温度是否有关？思考题：持液率与当地压力和温度是否有关？、表观速度、表观速度定定定定义义义义：假假假假设设设设某某某某相相相相单单单单独独独独充充充充满满满满管管管管子子子子流流流流动动动动时时时时的速度。的速度。的速度。的速度。定义式：定义式：定义式：定义式：v v v

45、 vsgsgsgsgq q q qg g g gA A A A。v v v vsLsLsLsLq q q qL L L LA A A A。v v v vsgsgsgsg-气相表观速度气相表观速度气相表观速度气相表观速度 v v v vsLsLsLsL-液相表观速度液相表观速度液相表观速度液相表观速度、无滑脱持液率、无滑脱持液率定定定定义义义义：气气气气液液液液不不不不存存存存在在在在滑滑滑滑脱脱脱脱时时时时的的的的持持持持液液液液率率率率。实实实实际际际际是是是是不不不不存存存存在的。在的。在的。在的。定义式：定义式：定义式：定义式：L L L Lq q q qL L L L(q(q(q(qL

46、 L L Lq q q qg g g g)v v v vsLsLsLsL(v(v(v(vsLsLsLsLv v v vsgsgsgsg)、气液混合物密度、气液混合物密度 m mL LH HL Lg g(1(1H HL L)无滑脱混合物密度：无滑脱混合物密度：n nL LL Lg g(1(1L L)、真实速度、真实速度、真实速度、真实速度v v v vg g g gq q q qg g g gA A A Ag g g g q q q qg g g g(1-H(1-H(1-H(1-HL L L L)A)A)A)Av v v vL L L Lq q q qL L L LA A A AL L L L

47、q q q qL L L LH H H HL L L LA A A A、混合物速度、混合物速度定义式：定义式：定义式：定义式：v v v vm m m m(q(q(q(qL L L Lq q q qg g g g)A A A A v v v vsLsLsLsLv v v vsgsgsgsg、滑脱速度、滑脱速度、滑脱速度、滑脱速度定义：气液相真实速度之差。定义：气液相真实速度之差。定义：气液相真实速度之差。定义：气液相真实速度之差。定义式：定义式：定义式：定义式：v v v vs s s sv v v vg g g gv v v vL L L L v v v vsgsgsgsg(1-H(1-H(

48、1-H(1-HL L L L)v v v vsLsLsLsLH H H HL L L L当当当当v v v vs s s s0 0 0 0时：时：时：时：H H H HL L L LL L L L、持液率的求法、持液率的求法(1)(1)、滑脱模型：、滑脱模型：由由由由v v v vs s s s定义式计算定义式计算定义式计算定义式计算 v v v vs s s sv v v vsgsgsgsg(1-H(1-H(1-H(1-HL L L L)v v v vsLsLsLsLH H H HL L L L泡流：泡流：段塞流和过渡流：段塞流和过渡流：环雾流：环雾流：v vs s0 0(2)(2)、漂移通

49、量模型：、漂移通量模型：推导上式：推导上式：气相从气相从0 0L L的时间为的时间为t tL Lv vg g。液相进入的体积为液相进入的体积为V VL Lq qL Lt tAvAvsLsLt t三、两相流基本方程三、两相流基本方程1 1、基本方程、基本方程(dp/dL)-dp/dL)-总梯度，总梯度，PaPam m(dp/dL)(dp/dL)elel-举升梯度举升梯度,Pa,Pam m (dp/dL)(dp/dL)elel=m mgsingsin(dp/dL)(dp/dL)f f-摩阻梯度，摩阻梯度，PaPam m (dp/dL)(dp/dL)f f=f=fm mm mv vm m2 2/2d

50、/2d(dp/dL)(dp/dL)accacc-加速度梯度，加速度梯度，PaPam m (dp/dL)(dp/dL)accacc=m mv vm mdvdvm m/dL/dL=C(dp/dL)=C(dp/dL)C Cm mv vm mv vsgsg/p /p f fm m-两相摩阻系数两相摩阻系数 C-C-动能因子动能因子未知数：未知数：(dp/dL)dp/dL)、m m、f fm m。计算计算(dp/dL)(dp/dL)，归结为求，归结为求H HL L、f fm m注注 意：意：H HL Lf(pf(p，T)T)；f fm mf(pf(p，T)T)思思考考题题：当当有有公公式式能能计计算算出