采油工程第2章气液两相管流.ppt

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1、图图2-1 2-1 自喷井生产系统及压力损失自喷井生产系统及压力损失 5/14/20231第二节第二节 气液两相管流基本概念及基本方程气液两相管流基本概念及基本方程两相管流：两相管流：两相管流：两相管流：占油气井系统总占油气井系统总占油气井系统总占油气井系统总 压降压降压降压降35%-90%35%-90%35%-90%35%-90%核心问题：核心问题：核心问题：核心问题：沿程压力变化沿程压力变化沿程压力变化沿程压力变化 及其影响因素及其影响因素及其影响因素及其影响因素5/14/20232一、气液两相管流的滑脱现象及特性参数一、气液两相管流的滑脱现象及特性参数滑脱现象滑脱现象 气液两相上升流动时

2、，气液两相上升流动时，气液两相上升流动时，气液两相上升流动时，由于气液两相间的密度差异由于气液两相间的密度差异由于气液两相间的密度差异由于气液两相间的密度差异所产生气相超越液相流动。所产生气相超越液相流动。所产生气相超越液相流动。所产生气相超越液相流动。相对于气相而言，有一相对于气相而言，有一相对于气相而言，有一相对于气相而言，有一部分液相被滞留于管段中。部分液相被滞留于管段中。部分液相被滞留于管段中。部分液相被滞留于管段中。密度增加，压降损失增加密度增加，压降损失增加密度增加，压降损失增加密度增加，压降损失增加5/14/20233 持液率持液率(Liquid Holdup)(Liquid H

3、oldup)流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额流动状态下单位长度管段内液相容积所占份额 混合物密度混合物密度存在滑脱存在滑脱存在滑脱存在滑脱5/14/20234 流速流速相平均流速相平均流速相平均流速相平均流速实际流速实际流速实际流速实际流速表观流速表观流速表观流速表观流速关系关系关系关系混合物流速混合物流速混合物流速混合物流速滑脱速度滑脱速度滑脱速度滑脱速度 5/14/20235无滑脱无滑脱无滑脱无滑脱 滑脱损失滑脱损失 无滑脱时：无滑脱时：存在滑脱时：存在滑脱时：无滑脱持液率无滑脱持液率(No-slip

4、Liquid Holdup)(No-slip Liquid Holdup)管流截面上液相体积流量与气液混合物总体积流管流截面上液相体积流量与气液混合物总体积流管流截面上液相体积流量与气液混合物总体积流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：量的比值。（条件：量的比值。（条件：量的比值。（条件：）关系关系/A()/A5/14/20236则则则则:式中第一项是无滑脱密度nsnsnsns(VG=VL)AALAG3 3 3 3、实际密度、实际密度、实际密度、实际密度q q q qG G G G=v=v=v=vG G G GA A A AG G G G，v v v vG G G G

5、，则则则则 A A A AG G G GA=AA=AA=AA=AL L L L+A+A+A+AG G G G ，A A A AG G G G ，A A A AL L L L若无滑脱时液相面积若无滑脱时液相面积若无滑脱时液相面积若无滑脱时液相面积A A A AL L L L 滑脱时增加滑脱时增加滑脱时增加滑脱时增加AAAAL L L L 密密密密度度度度所所所所引引引引起起起起的的的的压压压压力力力力变变变变化化化化是是是是油油油油气气气气流流流流动动动动时时时时不不不不可可可可避避避避免免免免的的的的压压压压力力力力损损损损耗耗耗耗,叫叫叫叫有效损耗有效损耗有效损耗有效损耗。式式式式中中中中第

6、第第第二二二二项项项项是是是是滑滑滑滑脱脱脱脱引引引引起起起起的的的的密密密密度度度度增增增增量量量量,它它它它所所所所引引引引起起起起的的的的压压压压力力力力变变变变化化化化叫叫叫叫滑脱损失滑脱损失滑脱损失滑脱损失。二、气液两相管流的流型二、气液两相管流的流型 纯液流（纯液流（ppb）无气相，管内均质液体无气相，管内均质液体无气相，管内均质液体无气相，管内均质液体流体密度最大，压力梯度最大流体密度最大，压力梯度最大流体密度最大，压力梯度最大流体密度最大，压力梯度最大溶解气开始从油中析出，气体以小气溶解气开始从油中析出，气体以小气溶解气开始从油中析出，气体以小气溶解气开始从油中析出，气体以小气

7、泡分散在液相中泡分散在液相中泡分散在液相中泡分散在液相中 泡泡 流（流（ppb）液相是连续相，气相是分散相液相是连续相，气相是分散相液相是连续相，气相是分散相液相是连续相，气相是分散相液相滑脱损失严重，易水淹液相滑脱损失严重，易水淹液相滑脱损失严重，易水淹液相滑脱损失严重，易水淹摩阻小，重力损失为主摩阻小，重力损失为主摩阻小，重力损失为主摩阻小，重力损失为主 特点特点5/14/20238液相是连续相，气相是分散相液相是连续相，气相是分散相液相是连续相，气相是分散相液相是连续相，气相是分散相气体体积变大，摩阻增加气体体积变大，摩阻增加气体体积变大，摩阻增加气体体积变大，摩阻增加滑脱较小，总压力损

8、失最小滑脱较小，总压力损失最小滑脱较小，总压力损失最小滑脱较小，总压力损失最小 特点特点 混合物继续向上流动，压力降低，混合物继续向上流动，压力降低，混合物继续向上流动，压力降低，混合物继续向上流动，压力降低，小气泡合并形成大气泡，在井筒中形小气泡合并形成大气泡，在井筒中形小气泡合并形成大气泡，在井筒中形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，气托着成一段气，一段液流动结构，气托着成一段气，一段液流动结构，气托着成一段气，一段液流动结构，气托着油向上运动。油向上运动。油向上运动。油向上运动。段塞流段塞流5/14/20239液相由连续相过渡为分散相，气相相反液相由连续相过渡为分

9、散相，气相相反液相由连续相过渡为分散相，气相相反液相由连续相过渡为分散相，气相相反气体流量大，摩阻增加气体流量大，摩阻增加气体流量大，摩阻增加气体流量大，摩阻增加特点特点 压力继续降低，部分大气泡从中压力继续降低，部分大气泡从中压力继续降低，部分大气泡从中压力继续降低，部分大气泡从中间突破液段形成短气柱，把液体挤到间突破液段形成短气柱，把液体挤到间突破液段形成短气柱，把液体挤到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环壁。液体靠中心气流的摩擦携带作环壁。液体靠中心气流的摩擦携带作环壁。液体靠中心气流的摩擦携带作用向上运移。用向上运移。用向上运移。用向上运移。过渡流（环流

10、）过渡流（环流）5/14/202310气相是连续相，液相是分散相气相是连续相，液相是分散相气相是连续相，液相是分散相气相是连续相，液相是分散相摩阻增加，重力损失最小摩阻增加，重力损失最小摩阻增加，重力损失最小摩阻增加，重力损失最小特点特点 压力进一步降低，中心气柱逐渐压力进一步降低，中心气柱逐渐压力进一步降低，中心气柱逐渐压力进一步降低，中心气柱逐渐增大，壁面液膜厚度降低，液体以液增大，壁面液膜厚度降低，液体以液增大，壁面液膜厚度降低，液体以液增大，壁面液膜厚度降低，液体以液滴分散于气相中。滴分散于气相中。滴分散于气相中。滴分散于气相中。雾状流雾状流5/14/202311纯液流纯液流纯液流纯液

11、流泡流泡流泡流泡流段塞流段塞流段塞流段塞流过渡流过渡流过渡流过渡流雾状流雾状流雾状流雾状流 油井生产中可能出油井生产中可能出油井生产中可能出油井生产中可能出现的流型自下而上依次现的流型自下而上依次现的流型自下而上依次现的流型自下而上依次为：纯油流（液流），为：纯油流（液流），为：纯油流（液流），为：纯油流（液流），泡流，段塞流，过渡流，泡流，段塞流，过渡流，泡流，段塞流，过渡流，泡流，段塞流，过渡流，雾状流。雾状流。雾状流。雾状流。实际上，在同一口实际上，在同一口实际上，在同一口实际上，在同一口油井中，一般不会出现油井中，一般不会出现油井中，一般不会出现油井中，一般不会出现完整的流型变化。完整

12、的流型变化。完整的流型变化。完整的流型变化。总结总结Hp5/14/2023122.2.水平管流水平管流气液两相流气液两相流流型流型 分层流分层流上部气流、下部液流上部气流、下部液流上部气流、下部液流上部气流、下部液流气液界面平滑或波状气液界面平滑或波状气液界面平滑或波状气液界面平滑或波状中心气流携带液滴中心气流携带液滴中心气流携带液滴中心气流携带液滴 管壁液环流动管壁液环流动管壁液环流动管壁液环流动5/14/202313大气泡沿管子顶部流动，大气泡沿管子顶部流动，大气泡沿管子顶部流动，大气泡沿管子顶部流动，管子下部为液流管子下部为液流管子下部为液流管子下部为液流间歇流间歇流塞流塞流塞流塞流段塞

13、流段塞流段塞流段塞流大液体段塞流与几乎充大液体段塞流与几乎充大液体段塞流与几乎充大液体段塞流与几乎充满管子的高速气泡的交满管子的高速气泡的交满管子的高速气泡的交满管子的高速气泡的交替流。替流。替流。替流。5/14/202314气流量高、液流量低气流量高、液流量低气流量高、液流量低气流量高、液流量低气流中夹带液滴气流中夹带液滴气流中夹带液滴气流中夹带液滴分散流分散流大气泡集中在管子大气泡集中在管子大气泡集中在管子大气泡集中在管子的上半部。的上半部。的上半部。的上半部。5/14/202315四、气液两相管流压力梯度方程及求解步骤四、气液两相管流压力梯度方程及求解步骤 1.1.压力梯度方程压力梯度方

14、程压降梯度压降梯度压降梯度压降梯度=重力梯度重力梯度重力梯度重力梯度+摩阻梯度摩阻梯度摩阻梯度摩阻梯度+动能梯度动能梯度动能梯度动能梯度单相气体一维稳定流动单相气体一维稳定流动z的正向为流体流向的正向为流体流向 为管子与水平方向的夹角为管子与水平方向的夹角单相流单相流多相流多相流 水平管流水平管流(=0)，且忽略动，且忽略动能能5/14/202317分析分析泡泡流流段段塞塞流流过过渡渡流流雾雾流流井筒井筒井筒井筒L L处处处处p p，T TL=LL=L1 1,L,L2 2,L,L3 3-L Ln np=pp=p1 1p p1 1+p p2 2-p pn-1n-15/14/202318迭代计迭代

15、计算步骤算步骤p pwfwf，T Twfwfp p1 1=p=pwfwfp p1 1p p1 1，T T1 1p p1 1=p=pwfwfp px xp pwfwfB B B Bo o o o,B,B,B,Bg g g g,B,B,B,Bw w w w,R,R,R,Rs s s s,o o o o,g g g g等等等等v v v vm m m m,v,v,v,vsgsgsgsg,v,v,v,vslslslsl判别流型判别流型判别流型判别流型计算计算计算计算H H H HL L L L(m m m m)泡泡泡泡流流流流段段段段塞塞塞塞流流流流过过过过渡渡渡渡流流流流雾雾雾雾流流流流泡泡泡泡流流

16、流流段段段段塞塞塞塞流流流流过过过过渡渡渡渡流流流流雾雾雾雾流流流流动动动动能能能能摩摩摩摩阻阻阻阻重重重重力力力力p px2x2p p p px,x,x,x,-p p p px2x2x2x2EEEEp p1 1=p=pwfwfp px2x2HH5/14/202319压力梯度方程求解步骤压力梯度方程求解步骤（1 1）以井口或井底为起点）以井口或井底为起点(由已知压力的位置定由已知压力的位置定)（2 2）选择一个计算区间长度）选择一个计算区间长度:H:H一般取一般取5050100m 100m（3 3）假设这一区间的压降值假设这一区间的压降值P(P(由经验定由经验定)（4 4）计算出区间的平均温度

17、和平均压力）计算出区间的平均温度和平均压力P Pavav,T,Tavav（5 5）确定确定P Pavav和和T Tavav下的物性参数下的物性参数（6 6）判断流态）判断流态（7）计算计算dp/dh和和P（8）比较比较P与与P,若相差超过允许值若相差超过允许值,以以P代入。代入。（9）重复第）重复第4步到第步到第8步步 也可以选择假设压降值也可以选择假设压降值P,来计算区间来计算区间H,比较比较H与与H的方法。的方法。第三节第三节 气液两相管流计算方法气液两相管流计算方法 早期均匀流方法（总摩阻系数法）早期均匀流方法（总摩阻系数法）早期均匀流方法（总摩阻系数法）早期均匀流方法（总摩阻系数法）1

18、952PoettmannCarpenter1952PoettmannCarpenter80s80s陈家琅陈家琅陈家琅陈家琅(NRe)(NRe)2 2 经验相关式经验相关式经验相关式经验相关式1963Duns1963DunsRosRos无因次化处理无因次化处理无因次化处理无因次化处理NNvLvL、N Nvgvg、N ND D、N NL L1965Hagedorm1965HagedormBrowBrow现场实验现场实验现场实验现场实验1967Orkiiszewski1967Orkiiszewski流型组合流型组合流型组合流型组合1973Beggs1973BeggsBrillBrill倾斜管实验倾斜

19、管实验倾斜管实验倾斜管实验1985Mukherijee1985MukherijeeBrillBrill改进实验条件改进实验条件改进实验条件改进实验条件 现代机理模型现代机理模型现代机理模型现代机理模型1985Hasan&Kaber1985Hasan&Kaber1990Ansari1990Ansari5/14/202321垂直管流Orkiszewski方法方法Orkiszewski（1967）采用采用148148口油井实测数据，对比口油井实测数据，对比分析了多个气液两相流模型。然后分不同流型择其优者，综分析了多个气液两相流模型。然后分不同流型择其优者，综合他的研究成果得出四种流型的压降计算方法。

20、合他的研究成果得出四种流型的压降计算方法。流型流型流型流型选用方法选用方法选用方法选用方法泡流泡流泡流泡流段塞流段塞流段塞流段塞流过渡流过渡流过渡流过渡流雾状流雾状流雾状流雾状流 GriffithGriffith和和和和WallisWallis密度项对密度项对密度项对密度项对GriffithGriffith和和和和WallisWallis公式作了修正，摩阻公式作了修正，摩阻公式作了修正，摩阻公式作了修正，摩阻项用项用项用项用OrkiszewskiOrkiszewski方法方法方法方法RosRos和和和和DunsDunsRosRos和和和和DunsDuns5/14/202322 1.1.总压降梯

21、度公式总压降梯度公式一般动能较小，只在雾流情况下才有意义。一般动能较小，只在雾流情况下才有意义。一般动能较小，只在雾流情况下才有意义。一般动能较小，只在雾流情况下才有意义。只考虑气体的压缩性：只考虑气体的压缩性：只考虑气体的压缩性：只考虑气体的压缩性：(1-66)(1-67)(1-68)5/14/202323伴随生产伴随生产1m1m3 3地面脱气原油产出的油、气和水的总地面脱气原油产出的油、气和水的总质量，质量，kg/mkg/m3 3。总压降梯度公式总压降梯度公式(1-68)(1-66)(1-69)(1-72)(1-71)5/14/2023242 2、流型判别、流型判别 多相管流流态的影响因素

22、共有多相管流流态的影响因素共有多相管流流态的影响因素共有多相管流流态的影响因素共有13131313个，主要因个，主要因个，主要因个，主要因素：素：素：素：V V V VSL SL SL SL、V V V VSG SG SG SG、L L L L 、1 1 1 1）影响流态的因素）影响流态的因素）影响流态的因素）影响流态的因素2 2 2 2）无因次处理）无因次处理）无因次处理）无因次处理5/14/202325RosRos流型图版流型图版5/14/202326N N N NGVGVGVGVLLL L L L LS S S S N N N NGVGVGVGV L L L L L L LM M M M

23、 雾状流雾状流雾状流雾状流段塞流与过渡流界限值为段塞流与过渡流界限值为:雾流与过渡界限值为雾流与过渡界限值为:泡泡泡泡流流流流与与与与段段段段塞塞塞塞流流流流分界分界分界分界v vmmq qGG/q/qmm1.01.00.130.132 23 3/8 8段塞流段塞流泡流泡流4 41 1/2 24 43 31 1/2 22 27 7/8 81.91.9 泡流与段塞流分界泡流与段塞流分界当当当当q q q qG G G G/q q q qm m m m0.130.130.130.13时时时时,无论其他参数如何均为泡流无论其他参数如何均为泡流无论其他参数如何均为泡流无论其他参数如何均为泡流当当当当L

24、 L L LB B B B0.130.130.130.13时则取时则取时则取时则取L LB B=0.13=0.135/14/202328Orkiszewski方法流型界限方法流型界限流型流型流型流型界限界限界限界限泡流泡流泡流泡流q qGG/q/qmm0.130.13或或或或0.130.13q qGG/q/qmmLLLB B，N NGVGVLNNGVGVLLS S雾流雾流雾流雾流N NGVGVLLMM3、混合物密度与摩阻梯度的计算、混合物密度与摩阻梯度的计算a.a.a.a.混合物的密度混合物的密度混合物的密度混合物的密度1）泡流）泡流与滑脱速度有关与滑脱速度有关与滑脱速度有关与滑脱速度有关实验

25、表明：泡流时实验表明：泡流时实验表明：泡流时实验表明：泡流时v vs s=0.244=0.2445/14/202330下标下标下标下标SCSCSCSC标准状态标准状态标准状态标准状态R R R RS S S S溶解溶解溶解溶解油气比（油气比（油气比（油气比（p,T p,T p,T p,T状态，状态，状态，状态，式式式式1-951-951-951-95）R R R Rp p p p生产生产生产生产油气比（油气比（油气比（油气比（标准标准标准标准状态）状态）状态）状态）Z Z Z Zg g g g天然气偏差系数（天然气偏差系数（天然气偏差系数（天然气偏差系数（p,T p,T p,T p,T状态）状

26、态）状态）状态）5/14/2023315/14/202332b.b.摩阻梯度摩阻梯度 泡流中气体以小气泡分布于液体中，靠近管泡流中气体以小气泡分布于液体中，靠近管泡流中气体以小气泡分布于液体中，靠近管泡流中气体以小气泡分布于液体中，靠近管壁主要是液体。其摩阻压力梯度按液相计算。壁主要是液体。其摩阻压力梯度按液相计算。壁主要是液体。其摩阻压力梯度按液相计算。壁主要是液体。其摩阻压力梯度按液相计算。紊流（紊流（紊流（紊流（Re2300Re2300Re2300Re2300）层流（层流（层流（层流（Re2300Re2300Re2300Re2300）泡流一般为层流。泡流一般为层流。（泡流条件下泡流条件下

27、动能项动能项忽略）忽略）5/14/2023332.2.段塞流段塞流a.a.混合物密度混合物密度 液体分布系数液体分布系数CoCo由连续液相的类型及混合物速由连续液相的类型及混合物速度分别选用相应的公式度分别选用相应的公式连续液相连续液相连续液相连续液相v vmm，m/sm/sC Co o计算公式计算公式计算公式计算公式水水水水 3.048 3.048 3.0481 186b86b油油油油 3.048 3.048 3.0481 186d86d5/14/202334v vb b计算方法一计算方法一迭代计算迭代计算5/14/202335v vb b计算方法二计算方法二当当当当R Rebeb30003

28、000时时时时当当当当30003000R Rebeb 80000.05时时液膜的相对粗糙度，取液膜的相对粗糙度，取0.0010.55/14/202340动能项动能项视气体流动过程中发生等温膨胀。视气体流动过程中发生等温膨胀。根据气体定律，动能变化可表示为：根据气体定律，动能变化可表示为：总压降梯度：总压降梯度：4 4过渡流过渡流 用段塞流和雾流计算后内插。用段塞流和雾流计算后内插。段塞流段塞流雾流雾流解：解：解：解：（1 1 1 1）以井口或井底为起点）以井口或井底为起点）以井口或井底为起点）以井口或井底为起点(由已知压力位置定由已知压力位置定由已知压力位置定由已知压力位置定)起始点：井口压力

29、起始点：井口压力起始点：井口压力起始点：井口压力p p p p1 1 1 1=p=p=p=pwhwhwhwh，T T T T1 1 1 1=T=T=T=Twhwhwhwh，H H H H1 1 1 1=0=0=0=0 （2 2 2 2）选择计算区间长度）选择计算区间长度）选择计算区间长度）选择计算区间长度:H:H:H:H一般取一般取一般取一般取50505050100m100m100m100m 选取计算区间长度：选取计算区间长度：选取计算区间长度：选取计算区间长度：H=100m H=100m H=100m H=100m （3 3 3 3）假设这一区间的压降值）假设这一区间的压降值）假设这一区间的

30、压降值）假设这一区间的压降值P(P(P(P(由经验定由经验定由经验定由经验定)假设深度假设深度假设深度假设深度HHHH对应的压力增量对应的压力增量对应的压力增量对应的压力增量P=0.6MPaP=0.6MPaP=0.6MPaP=0.6MPa 补充：井深补充：井深H：2500m，井底温度，井底温度100（或温度剃度（或温度剃度TT 3/100m），求井底压力。），求井底压力。/100m例例1-6某不含水自喷井产油量某不含水自喷井产油量Qo为为38m3/d，产气量，产气量Qg为为2027.4 m3/d，原油和天然气的相对密度分别为，原油和天然气的相对密度分别为0.85和和0.65，原油饱和压力，原油

31、饱和压力8.66MPa，油压，油压2.352MPa（表压）井口温度（表压）井口温度Twh为为25，油管内径，油管内径62mm。试用试用试用试用Orkiszewski Orkiszewski 方法计算井口压力梯度。方法计算井口压力梯度。方法计算井口压力梯度。方法计算井口压力梯度。5/14/202343（4 4）计算出区间的平均温度和平均压力）计算出区间的平均温度和平均压力）计算出区间的平均温度和平均压力）计算出区间的平均温度和平均压力P Pavav,T,Tavav P Pavav=P P1 1+P/2+P/2TTavav=T=T1 1+TH/2TH/2（5 5）确定）确定）确定）确定PavPav

32、和和和和TavTav下的物性参数下的物性参数下的物性参数下的物性参数计算计算计算计算R Rs s、B Bo o、o o、o o、Z Zg g、g g、B Bg g等等等等（6 6）判断流态）判断流态）判断流态）判断流态计算计算计算计算NNGVGV、L LB B、L LS S、L LMM、q qGG/q/qmm等，利用表等，利用表等，利用表等，利用表1-61-6判断流态判断流态判断流态判断流态（7 7）计算计算计算计算dp/dhdp/dh和和和和PP根据流态计算根据流态计算根据流态计算根据流态计算mm、f f等，计算等，计算等，计算等，计算dp/dhdp/dh则：则：则：则：P=dp/dhHP=

33、dp/dhH5/14/202344（8 8）比较比较PP与与P,P,若相差超过误差限若相差超过误差限,以以PP代替代替PP返回到（返回到（4 4）重新计算到第）重新计算到第8 8步。步。如果如果 ，则进行下一段计算，则进行下一段计算:P1=P1+P,H1=H1+H,T1=T1+T H 直至井底。直至井底。也可以选择假设压降值也可以选择假设压降值P,来计算区间来计算区间H,比较比较H与与H的方法。的方法。5/14/202345二、二、倾斜（水平）管两相流计算方法倾斜（水平）管两相流计算方法MukherjeeMukherjee和和和和BrillBrill（19851985）实验装置：内径实验装置：

34、内径实验装置：内径实验装置：内径38mm38mm的倒的倒的倒的倒U U形倾斜管，中部可以升降，可形倾斜管，中部可以升降，可形倾斜管，中部可以升降，可形倾斜管，中部可以升降，可与水平方向在与水平方向在与水平方向在与水平方向在0 0 9090范围内变化范围内变化范围内变化范围内变化实验介质：空气实验介质：空气实验介质：空气实验介质：空气+煤油或润滑油煤油或润滑油煤油或润滑油煤油或润滑油温度：温度：温度：温度：-7.855.6-7.855.6，mN/mmN/m，kg/mkg/m3 3，mPasmPas煤油煤油煤油煤油26268178172 2润滑油润滑油润滑油润滑油35358498492929根据所

35、测得的根据所测得的根据所测得的根据所测得的15001500个实验数据，通过回归分析，提出了个实验数据，通过回归分析，提出了个实验数据，通过回归分析，提出了个实验数据，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、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、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、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。斜直井、定向井和水平井的两相管流压力计算。斜直井、定向井和水平井的两相管流压力计算。斜直井、定向井和水平井的两相管流压力计算。5/14/202346

36、MukherjeeMukherjee和和和和BrillBrill（19851985）对比：对比：对比：对比：5/14/202347与与与与水平方向水平方向水平方向水平方向的夹角（的夹角（的夹角（的夹角（00+9090oo）a.持液率持液率流向流向流向流向向上和水平流向上和水平流向上和水平流向上和水平流向向向向 下下下下 流流流流流型流型流型流型所有所有所有所有分层流分层流分层流分层流其它其它其它其它系系系系数数数数值值值值c c1 1-0.380113-0.380113-1.33082-1.33082-0.516644-0.516644c c2 20.1298750.1298754.80813

37、94.8081390.7898050.789805c c3 3-0.119788-0.1197884.1715844.1715840.5516270.551627c c4 42.3432272.34322756.26226856.26226815.51921415.519214c c5 50.47756860.47756860.0799510.0799510.3717710.371771c c6 60.2886570.2886570.5048870.5048870.3939520.3939525/14/202348无因次液相粘度无因次液相粘度无因次液相粘度无因次液相粘度 无因次液相速度无因次液

38、相速度无因次液相速度无因次液相速度 无因次气相速度无因次气相速度无因次气相速度无因次气相速度 5/14/202349若若若若 则为环流，否则为泡流则为环流，否则为泡流则为环流，否则为泡流则为环流，否则为泡流段塞流。段塞流。段塞流。段塞流。条件条件条件条件：向上或水平（水平井段）流动：向上或水平（水平井段）流动：向上或水平（水平井段）流动：向上或水平（水平井段）流动 分泡流分泡流分泡流分泡流段塞流和环流，判别式为段塞流和环流，判别式为段塞流和环流，判别式为段塞流和环流，判别式为 b.b.b.b.确定摩阻系数确定摩阻系数确定摩阻系数确定摩阻系数泡流泡流泡流泡流段塞流段塞流段塞流段塞流无滑脱！无滑脱

39、！无滑脱！无滑脱！ns5/14/202350f fmm为相对持液率为相对持液率为相对持液率为相对持液率H HR R和无滑脱摩阻系数和无滑脱摩阻系数和无滑脱摩阻系数和无滑脱摩阻系数f fnsns 的函数的函数的函数的函数确定步骤：确定步骤：确定步骤：确定步骤：(1)(1)计算相对持液率计算相对持液率计算相对持液率计算相对持液率HHR R L L/H/HL L(2)(2)根据根据根据根据H HR R按下表确定摩阻系数比按下表确定摩阻系数比按下表确定摩阻系数比按下表确定摩阻系数比f fR R；(3)(3)根据根据根据根据R Rensens由摩阻系数公式由摩阻系数公式由摩阻系数公式由摩阻系数公式（1-

40、801-80）计算计算计算计算f f，即为即为即为即为 f fnsns；(4)(4)f fmm f fR R f fnsns 。环流环流HR 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.70 1.00fR 1.00 0.98 1.20 1.25 1.30 1.25 1.005/14/202351三、环形空间流动的处理三、环形空间流动的处理方法方法模型：模型：模型：模型：采用圆管内气液两相管流压降计算方法采用圆管内气液两相管流压降计算方法采用圆管内气液两相管流压降计算方法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：修正环形空间流动：修正环形空间流动：修正环形空间流动：管径和管壁

41、粗糙度管径和管壁粗糙度管径和管壁粗糙度管径和管壁粗糙度相当粗糙度相当粗糙度相当粗糙度相当粗糙度e eo o,e,ei i分别为环空内管、环空外管有效粗糙度。分别为环空内管、环空外管有效粗糙度。分别为环空内管、环空外管有效粗糙度。分别为环空内管、环空外管有效粗糙度。e eo o应考虑油管或抽油杆接箍的局部摩阻影响。应考虑油管或抽油杆接箍的局部摩阻影响。应考虑油管或抽油杆接箍的局部摩阻影响。应考虑油管或抽油杆接箍的局部摩阻影响。5/14/202352 圆管时，圆管时，圆管时，圆管时，D D D Di i i i=0=0=0=0，故，故，故，故R=DR=DR=DR=D0 0 0 0/4/4/4/4，

42、水力相当直径，水力相当直径，水力相当直径，水力相当直径D D D De e e e=4R=4R=4R=4R。所以环空的水力相当直径为：。所以环空的水力相当直径为：。所以环空的水力相当直径为：。所以环空的水力相当直径为：水力当量直径水力当量直径将圆管管径采用环空的水力半径代替。将圆管管径采用环空的水力半径代替。将圆管管径采用环空的水力半径代替。将圆管管径采用环空的水力半径代替。5/14/20235313-405井压力计算结果对比 13-117井压力计算结果对比 5/14/2023545/14/202355HagedornHagedornHagedornHagedornBrownBrownBrow

43、nBrown方法方法方法方法无滑脱无滑脱无滑脱无滑脱滑脱压降滑脱压降滑脱压降滑脱压降5/14/202356第四节第四节 油井井筒传热模型及温度计算油井井筒传热模型及温度计算 一、油井井筒传热模型一、油井井筒传热模型一、油井井筒传热模型一、油井井筒传热模型 将流体在井筒油管内将流体在井筒油管内将流体在井筒油管内将流体在井筒油管内流动考虑为稳定的一维问流动考虑为稳定的一维问流动考虑为稳定的一维问流动考虑为稳定的一维问题。题。题。题。能量方程能量方程能量方程能量方程dq/dtdq/dt5/14/202357焓是工质在某一状态下所具有的总能量（内能焓是工质在某一状态下所具有的总能量（内能焓是工质在某一

44、状态下所具有的总能量（内能焓是工质在某一状态下所具有的总能量（内能U U与压力势能之和，为一个复合状态参数。与压力势能之和，为一个复合状态参数。与压力势能之和，为一个复合状态参数。与压力势能之和，为一个复合状态参数。比焓梯度比焓梯度比焓梯度比焓梯度焦耳汤姆逊系数焦耳汤姆逊系数焦耳汤姆逊系数焦耳汤姆逊系数5/14/202358井筒内稳定传热井筒内稳定传热井筒内稳定传热井筒内稳定传热油油油油管管管管隔热层隔热层隔热层隔热层套套套套管管管管地地地地层层层层流流流流体体体体环环环环空空空空水水水水泥泥泥泥环环环环r rti tir rh hr rcocor rcicir rtotor rinins s

45、T Tf fT Tti tiT TtotoT TinsinsT TciciT TcocoT Th h 忽略油管内壁水膜及忽略油管内壁水膜及忽略油管内壁水膜及忽略油管内壁水膜及金属的热阻金属的热阻金属的热阻金属的热阻 5/14/202359热流梯度方程热流梯度方程 地层内不稳定传热地层内不稳定传热地层内不稳定传热地层内不稳定传热5/14/202360热流梯度热流梯度热流梯度热流梯度比焓梯度比焓梯度比焓梯度比焓梯度能量方程能量方程能量方程能量方程井筒温降梯度方程井筒温降梯度方程井筒温降梯度方程井筒温降梯度方程 5/14/202361松弛距离松弛距离A 任任任任意意意意流流流流通通通通断断断断面面面

46、面的的的的地地地地温温温温（静静静静温温温温）按按按按井井井井筒筒筒筒内内内内流流流流体体体体流流流流动动动动温温温温度度度度梯梯梯梯度度度度g g g gf f f f，折折折折算算算算到到到到流流流流温温温温曲曲曲曲线线线线所所所所产产产产生生生生的的的的相对距离。相对距离。相对距离。相对距离。Te(z)Tf(z)gf A5/14/202362井筒温降计算井筒温降计算井筒温降计算井筒温降计算 需需需需要要要要确确确确定定定定油油油油套套套套环环环环空空空空流流流流体体体体和和和和水水水水泥泥泥泥环环环环及及及及周周周周围围围围地地地地层层层层的的的的一一一一 系系系系 列列列列 物物物物

47、性性性性 参参参参 数数数数。为为为为 此此此此，RameyRamey（19621962）、SatterSatter（19651965）、ShiuShiu&BeggsBeggs（19801980）、HasanHasan&KabirKabir（19901990）等等等等提提提提出出出出了了了了多多多多个个个个井井井井筒筒筒筒温温温温度度度度简简简简化计算方法。化计算方法。化计算方法。化计算方法。5/14/202363松弛距离松弛距离松弛距离松弛距离A A 为产出流体质量流量、管径、产出流体物性和油为产出流体质量流量、管径、产出流体物性和油为产出流体质量流量、管径、产出流体物性和油为产出流体质量流

48、量、管径、产出流体物性和油压的函数。压的函数。压的函数。压的函数。应用应用应用应用370370370370口油气井（直井、定向井）现场测温资口油气井（直井、定向井）现场测温资口油气井（直井、定向井）现场测温资口油气井（直井、定向井）现场测温资料进行线性回归处理得到了料进行线性回归处理得到了料进行线性回归处理得到了料进行线性回归处理得到了A A A A的系数。的系数。的系数。的系数。二、二、二、二、Shiu&BeggsShiu&Beggs温度计算方法温度计算方法温度计算方法温度计算方法 考考考考虑虑虑虑油油油油井井井井在在在在稳稳稳稳定定定定生生生生产产产产情情情情况况况况下下下下，上上上上述述

49、述述物物物物性性性性等等等等参参参参数数数数变化不大，故均视为常数，导出任意变化不大，故均视为常数，导出任意变化不大，故均视为常数，导出任意变化不大，故均视为常数，导出任意z z z z截面的温度截面的温度截面的温度截面的温度 5/14/202364解：解：解：解：【例例例例1-71-7】油油油油层层层层中中中中深深深深3000m3000m3000m3000m处处处处温温温温度度度度为为为为82828282，地地地地温温温温梯梯梯梯度度度度1.9/100m1.9/100m1.9/100m1.9/100m，其其其其它它它它数数数数据据据据同同同同例例例例1-61-61-61-6。用用用用上上上上

50、述述述述方方方方法法法法计计计计算算算算井井井井口口口口温温温温度度度度，并并并并绘绘绘绘制制制制产产产产油油油油量量量量分分分分别别别别为为为为38383838和和和和200m200m200m200m3 3 3 3/d/d/d/d井井井井内内内内油油油油管管管管流温分布曲线。流温分布曲线。流温分布曲线。流温分布曲线。由例由例由例由例1-61-6，WWmm=0.3921kg/s=33.88t/d=0.3921kg/s=33.88t/d井口流动温度井口流动温度井口流动温度井口流动温度 5/14/202365第五节第五节 嘴流动态嘴流动态 一、单相气体嘴流一、单相气体嘴流一、单相气体嘴流一、单相气