第1章 井筒多相流.ppt
石油工程中的多相流动与优化技术研究
石油工程中的多相流动与优化技术研究在当今的能源领域，石油工程扮演着至关重要的角色。
随着石油资源的不断开采和利用，对于石油工程中的多相流动现象以及相关优化技术的研究愈发显得关键。
多相流动涉及到油、气、水等不同相态物质在管道、井筒和储层中的复杂运动，其特性对于石油的开采、运输和加工都有着深远的影响。
多相流动现象是一个极其复杂的过程。
在石油开采中，从地下储层到井口，再到地面处理设施，油气水混合物会经历各种不同的压力、温度和流速条件。
例如，在井筒中，由于重力的作用，油、气、水可能会出现分层现象，导致流动不均匀。
而在管道中，由于流速的变化，可能会引发段塞流、环流等不稳定的流动状态，这不仅会影响输送效率，还可能对管道造成损坏。
对于多相流动的研究，实验方法是不可或缺的一部分。
通过搭建物理实验装置，可以模拟实际的石油流动环境，测量各种参数，如压力、流量、相含率等。
然而，实验研究往往受到成本、时间和实验条件的限制。
因此，数值模拟方法逐渐成为研究多相流动的重要手段。
数值模拟基于数学模型和计算方法，能够对复杂的流动现象进行预测和分析。
通过建立合理的数学模型，考虑质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理，结合适当的湍流模型和相间作用力模型，可以较为准确地模拟多相流动的行为。
在多相流动的研究中，相含率的测量是一个重要的方面。
不同的相含率分布会直接影响流动特性和油气的分离效果。
常见的测量方法包括电容法、电导法、射线法等。
这些方法各有优缺点，需要根据具体的应用场景进行选择。
优化技术在石油工程中的多相流动中起着关键作用。
通过优化管道布局、管径设计和操作参数，可以提高油气的输送效率，降低能耗和成本。
例如，在管道设计中，合理选择管径和壁厚可以减少压力损失，提高输送能力。
同时，优化井口的压力和温度控制，可以有效地防止蜡沉积和水合物的形成，保证生产的稳定进行。
在石油开采过程中，储层的特性对于多相流动有着重要影响。
储层的孔隙结构、渗透率和饱和度分布等都会影响油气的流动和采收率。
油气井井筒压力计算
ρk = ρm −
pdc − pdp 0.052 Lk
侵入流体密度小于4lb/gal，气体侵入； 侵入流体密度大于8lb/gal， 液体侵入。
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.4 井控操作中的环空压力 1.4.1 井涌识别
混入侵入流体的最小泥浆体积：
Vm = qt d
b = z N v RT
p2 − p1 b p2 D2 − D1 = + ln a a p1
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
井筒中静压力及其计算
1.3复杂液柱中的流体静压力 侵入钻井液中的其它物质的影响 例1.5：一块低渗透率的砂岩的孔隙度为0.20，水的饱和度为0.3，甲烷的饱和 度为0.7，当一直径为9.875ft 的钻头以50ft/hr的速度在12000ft深度钻进时， 密度为14lb/gal的钻井液以350gal/min的速度循环。计算由于地层物质进入泥 浆而引起的压力的变化。假设泥浆的平均温度为620R，地层水的密度为9.0 lb/gal，气体为理想气体。液体中钻屑的密度为21.9 lb/gal。 解： 12000ft 14 lb/gal的泥浆产生的静水压力为：
1.3复杂液柱中的流体静压力
p1 = 0.052 ρ1 ( D1 − D0 ) + p0
p2 = 0.052 ρ 2 ( D2 − D1 ) + 0.052 ρ1 ( D1 − D0 ) + p0
p = p 0 + 0.052∑ ρ i ( Di − Di −1 )
i =1
n
第一章
第一节
油气井井筒压力计算
第一章
油气井井筒压力计算
采油工程实验.ppt
(1)不要触摸运转中抽油机的平衡块和刹车； (2)要保证泵筒中心线与驴头对齐； (3)开动抽油机前，一定要检查相应的供液管和供气管是否畅通； (4)不要无休止地拧空气定值器的调节钮； (5)实验过程中要注意观察柱塞和凡尔的工作情况； (6)出现意外情况时先关闭电源。
中国石油大学(华东)石油工程实验中心
1.5吨(或1KN)时，将送油阀放慢关闭维持此点上，将定值器打开使气体进入浮子流量计中，调节定值器旋钮，使浮 子指示到流量计刻度的最高度值。 ③送油阀继续开动，当指针加到所规定的吨数时，保持指针示数不变。 同时读出流量数Q和对应的压力P(精密压力表 示数)。 ④需要载荷分别依次加到3吨、5吨、 (7吨) 、10吨、(12吨)、15吨、(18吨)、20吨、25吨、30吨读出相应的P，Q值， 用达西公式计算。注意：在测点7、12、18吨处，保持载荷不变，改变P(调定值器阀)，读出Q, 记5组数据，用于二项 式公式计算。 ⑤试验结束后，关送油阀，按红钮关电源，慢慢打开回油阀卸载，将岩心取出，观察支撑剂破碎情况。 ⑥双层支撑剂测定：将重量为岩心上铺设单层时支撑剂重量2倍浓度分量的支撑剂铺于岩心表面，依次按步骤(2)进行 操作，测出不同载荷下的P及Q值。
中国石油大学(华东)石油工程实验中心
三、裂缝导流能力实验
实验设备及材料
实验设备：裂缝导流仪，包括以下组成部分：压力试验机；空气压 缩机；定值器；精密压力表；浮子流量计；岩心(钢板)模；游标卡尺、 电子天平。
实验介质：不同产地的石英砂和陶粒 。
实验仪器照片 中国石油大学(华东)石油工程实验中心
三、裂缝导流能力实验
实验步骤
(1) 准备实验工作
①记录使用的支撑剂名称、产地、粒径及室内温度下的气体粘度。
采油工程
Pa-Pb是在油管 中消耗的压力
Q1
图2-5 油压与产量的关系曲线
①当油嘴直径和气油比一定时， 产量和井口油压成线性关系。
图2-21 油嘴、油压与产量的关系曲线
油层渗流消耗的压力
•泵筒内液体转移入油管
内
•不排液体出井
泵的理论排量
活塞上下一次，向上抽汲的液体体积为:
V fPs
每分钟排量为: 每日体积排量为: 每日质量排量为: 式中:
Vm f P sn
Qt 1440 f P sn
Qm 1440 f P sn l
Qt －泵的体积理论排量，m3/d；
Qm －
泵的质量理论排量，t/d；
Pmin Wr I d Phd Fd Pv
在下泵深度及沉没度不很大、井口回压及冲数不高 的稀油直井内，在计算最大和最小载荷时，通常可 以忽略Pv、F、Pi、Ph及液柱惯性载荷
第三节 抽油机平衡、扭矩与功率计算
一、 抽油机平衡计算
不平衡原因
• 上下冲程中悬点载荷 不同，造成电动机在 上、下冲程中所做的 功不相等。
图5-7 注水井指示曲线
采油工程原量。
吸水指数 = 日注水量 日注水量 注水压差 注水井流压 - 注水井静压
吸水指数=
两种工作制度下日注水量之差 相应两种工作制度下流压之差
采油工程原理与设计
二、影响吸水能力的因素 (1) 与注水井井下作业及注水井管理操作等有关的因素 (2) 与水质有关的因素 (3) 组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀
(2)抽油泵
抽油泵的分类：
第1章油井流入动态和多相流
IPR发展历程
（2）1968年，Vogel选用21 个油田的实例数据(油藏岩 石和流体性质有较大的变化范围) 进行数值模拟得到一系 列IPR 关系数据。分析这些数据时,Vogel 首先注意到这 些实例的生产—压力关系曲线非常相似。他将每一个点的 压力除以油藏平均压力、将每个点的产量除以油井最大产 量进行无量纲化, 发现这些无量纲化的IPR 数据点最后落 在一个狭小的范围内, 经回归得到了后来称为Vogel 方程 的IPR 曲线。
abC..按如 采V果出og用程el测度方N试程对点计油的算井资的流料I入P按R动曲直态线线影，外响最推大大时，误，而差最k出h大/现μ误在、差用B可0小、达生k、7产0S～压0等8差0参％下数，的对只测其是试影在资响开料不 来采大预末 。测期最约大30产%。量。一般，误差低于5％。虽然，随着采出程度的增加，到开 采末期误差上升到20％，但其绝对值却很小。
（1）Orkiszewski方法； （2）Beggs-Brill方法
第一节 油井流入动态（IPR曲线）
油井流入动态：
油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的 供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质 量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接 点。 作用：通过油井流入动态研究为油藏工程提供检验资料；为 采油工程的下一步工作提供依据；检查钻井、固井、完井和 各项工艺措施等技术水平的优劣。
⑤利用模拟退火算法进行油井流入动态研究
Vogel曲线仅限于产水少或不产水的井，而且提出通用 方程时有很多假设条件；Standing方法由于要求知道油层 的体积系数、原油粘度和相对渗透率，难于应用；陈元千 推导的曲线通式虽然考虑了采出程度和油井不完善性的影 响，但也仅适用于低含水率的油藏；
第一章 油井流动状态和井筒多相流动计算
4
只要测得 3～动时的 IPR 曲线为直线，其斜率的负倒数便是采油指数；在纵座标(压力座标)上的 截距即为油藏压力。有了采油指数就可以在对油井进行系统分析时利用式(1-3)来预测 不同流压下的产量。另外，还可根据式(1-4)来研究油层参数。
β
=
1.906×107 k1.201
1/m
非胶结砾石充填层的紊流系数 βg 为：
βg
=
1.08×106 k 0.55
1/m
式中 k —渗透率， µm2 。
(1-7) (1-7a)
在 系 统 试 井 时 ，如 果 在 单 相 流 动 条 件 出 现 非 达 西 渗 滤 ，则 可 直 接 利 用 试 井 所 得 的 产 量和压力资料用图解法求得式(1-6)中的 C 和 D 值。改变式(1-6)可得：
式中
qo
=
µ
o
2πkoh(Pr
Bo
ln
re rw
− Pwf )
−
3 4
+
s
a
qo —油井产量(地面)，m3/s；
ko —油层有效渗透率，m2；
Bo —原油体积系数；
h —油层有效厚度，ｍ；
(1-2)
µo —地层油的粘度，Pa·s；
Pe —边缘压力，Pa； Pr —井区平均油藏压力，Pa； Pwf —井底流动压力，Pa；
a.计 算 qomax ：
qomax
=
[1− 0.2
Pwf
qo(test ) (test) −0.8
Pwf
(test )
2]
Pr
Pr
b.给 定 不 同 流 压 ，用 下 式 计 算 相 应 的
采油工程原理与设计(张琪)
采油工程（张琪）第1章：油井流入动态与井筒多相流动计算油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油能力。
动态曲线：表示产量与流压关系的曲线，简称IPR曲线。
三种流动状态：地层渗流（地层到井底）井口多相管流（井底到井口）地面水平或倾斜管流（井口到分离器）采油指数：单位生产压差下的油井产油量。
（单相流动时的IPR曲线为直线，其斜率的负倒数便是采油指数）流动效率FE：该井的理想生产压差与实际生产压差之比。
油井的不完善：打开性质不完善井；打开程度不完善井；双重不完善井S=0,FE=1 完善井S<0,FE>1 超完善井S>0,FE<1 不完善井单相液流：当油井的井口压力高于原油的饱和压力时井筒内的液流气液两相流动：当自喷井的井底压力低于饱和压力时泡流：在井筒中从低于饱和压力的深度起，溶解气开始从油中分离出来，这时，由于气量少，压力高，气体都以小气泡分散在液相中，气泡直径相对于油管直径要小很多，这种结构混合物的流动称为泡流。
滑脱：由于油、气密度的差异和泡流的混合物的平均流速小，因此，在混合物向上流动的同时，气泡上升速度大于液体流速，气泡将从油中超越而过，这种气体超越液体上升的现象称为滑脱。
泡流的特点：气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱现象比较严重。
段塞流：当混合物继续向上流动时，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合成大气泡，直到能过占据整个油管断面时，在井筒内将形成一段油一段气的结构，这种混合物的流动称为段塞流。
环流：随着混合物继续向上流动，压力不断下降，气相体积继续增大，泡弹状的气泡不断加长，并逐渐由油管中间突破，形成油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。
雾流：在油气混合物继续上升过程中，当压力下降使气体的体积流量增加到足够大时，油管中流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，此时，绝大部分油都以小油滴分散在气流中，这种流动结构称为雾流。
井筒多相流体流动规律研究—Beggs-Brill方法公式推导
井筒多相流体流动规律研究—Beggs-Brill 方法油井井筒中流体大都是油气或油气水三相混合物，为了掌握油井生产规律及合理地控制和调节油井工作方式，必须准确计算井筒中的压力损失。
Beggs-Brill 方法是一种可用于水平、垂直和任意倾斜角度的气液两相流动计算的方法。
它是目前用于斜直井、定向井和水平井井筒多相流动计算的一种精确度高、适应性好的方法。
（1） 基本方程{-=+-+-+-dP dZ P H H g GV DA H H VV PL L g L L L g L sg [()]sin [()]/ρθλρρ1211 (3－11) 式中， P —压力；dZdp —压力梯度； λ—流动阻力系数；D —管的内径；A —管的流通截面积；G —混合物的质量流量；sg V —气相表现（折算）流速；θ—管柱与水平方向的倾角；Z —沿井筒方向的长度；H L —持液率；g —重力加速度；l ρ—液体密度；g ρ—气体体密度。
（2）流动型态Beggs-Brill 将水平气液两相管流的方程流型归为四类：分离流，过渡流，间歇流和分散流。
图3-7为Beggs-Brill 方法修正后的流型图。
纵坐标为弗洛德准数：gDV N Fr 2= 横坐标为入口液相含量：E Q Q Q L L L g=+ 式中，Q L —入口(就地)液相体积流量；Q g —入口(就地)气相流量。
图3-7 Beggs-Brill 流型分布图图中L 1 ,L 2, L 3和 L 4为四个流型区的分隔线，分区线的方程为：4684.22302.010009252.0316-==EL E L L L E L E L L367334673301005==--....（3） 持液率及混合物密度确定1）持液率H L ()θ在用Beggs-Brill 方法进行计算倾斜管流时，首先按水平管计算,然后进行倾斜角校正。
H H L L ()()θψ=0 (3－12) 式中， H L ()θ—倾角为θ的气液两相流动的持液率;H L ()0—同样流动参数下,水平流动时的持液率;ψ—倾斜校正系数。
井筒多相流
采油工程原理与设计
1)按深度增量迭代的步骤
①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。 ②估计一个对应的深度增量h 。 ③计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。
④判断流型，并计算该段的压力梯度dp/dh。
⑤计算对应于的该段管长(深度差)h。 ⑥重复②～⑤的计算，直至 h计算 h估计 。 ⑦计算该段下端对应的深度及压力。
②泡流 Bubble Flow
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：Slippage
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；
研究途径：基本流动方程 实验资料相关因次分析 近似关系
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
Comparison between single phase and two phase flow
比较项目 能量来源
能量损失 流动型态 能量关系
单相液流 井底流压
重力损失 摩擦损失 基本不变
第一章 油井流入动态与井 筒多相流动计算
第二部分 井筒多相流动
Multiphase Flow in Wellbore
★ 井筒气液两相流基本概念 Concepts ★ 计算气液两相垂直管流方法 Methods
第二节 井筒气液两相流基本概念
井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律基本理论
研究特点：流动复杂性、无严格数学解
m
V2 1
2
, mgh1
第01章油井流入动态与多相流02ppt课件
实验参数范围
气体流量 液体流量 持液率 系统压力 压力梯度 倾斜度 流型
0～0.098 m3/s ； 0～0.0019 m3/s ； 0～0.87 m3/m3； 241～655 kpa(绝对压力)； 0～18 kPa/m； -900～+900； 水平管流动的全部流型。
一、基本方程
假设条件:气液混合物既未对外作功，也未受外界功 单位质量气液混合物稳定流动的机械能量守恒方程
8000vs
1 2 [vsi
v2 si
11.17 103 L L D
v (0.251 8.74 106 N ) gD
si
Re
N 8000 b
vs
(0.35
8.74
10
6
N
Re
)
gD
Nb
vs DL
L
的计算
连续液相
水 水 油 油
计算公式选择
vt (米 / 秒 )
<3.048 >3.048 <3.048 >3.048
q
U2
mgZ2 sin
mv22 2
p2V2
图2-19 倾斜管流能量平衡关系 示意图
dU mvdv mg sindZ
d ( pV ) dq 0
dU dq pdV dIw
Vdp mvdv mg sindZ dIw 0
1
dp
vdv
g
sindZ
dI w
0
dp v dv g sin dIw 0
上／下坡 上坡 上坡 上坡 下坡
d
e
f
g
0.011 -3.768 3.539 -1.614
2.96
0.305 -0.4473 0.0978
油气集输基础ppt
油
注
井
水
井
油层
一、概述
8、集输技术指标
技术水平 河南油田
指标名称
平均水平
油气集输密闭率（%）
81%
油气损耗率（%）
原油稳定率（%）
输油泵效率（%）
加热炉效率（%） 处理吨油燃油当量耗量 （kg/t） 处理吨油耗电量（kW.h/t）
处理吨油药剂耗量 （ kg/t ）
0.23
46%
49 76.5 2.31 2.43 0.5
-
一、概述
2、油气集输主要内容
油气集输与其关联系统框图
油井
计量
天然气去处 理装置
油气分离
加药装置 加热
伴生气
轻烃回收 原稳气
原油脱水 原油 原油稳定
污水
原油储存
污水处理
用气点 产品装车 原油外输
原油装车 污水回注
-
一、概述
3、中石化油气田主要特点
采出液含水高
陆上高含水油田
中
区块多
石
滩海油田
化
油气水处理工艺
-
一、概述
2、油气集输主要内容
（6）原油储存：将出矿原油储存在常压油罐中，保持原油生产与销 售的平衡 （7）天然气脱水：脱除天然气中的饱和水，使其在管道输送或冷却 处理时，不生成水合物。对含CO2及H2S天然气可减缓对管道及容器 的腐蚀。 （8）轻油回收：脱除天然气中的烃液（液化气、轻油等），使其在 管线输送时烃液不被析出；或专门回收天然气中烃液后再进一步分 离成单一或混合组分作为产品。 （9）烃液储存：将液化气、轻油分别储存在压力容器中，保持烃液 生产与销售平衡。 （10）输油、输气：将出矿原油、天然气、液化石油气、轻油经计 量后，用管道配送给用户。
绪论油井流入动态与多相流-PPT
改变油井得完善性,从而增加或降低井底附近得 压力降,影响油井流入动态关系。
完善井和非完善井周围得压力分布示意图
完善井: 非完善井:
qo
abC、按如采V果出o用程ge测度l方试N程对点计油得算井资得流料I入按PR动直曲态线线影外,最响推大时误,,而最差k大h出误/现μ差、在可B用0达、小7k生0、产～S压08等0差％参下,数只得对就测其是试影在资响开 料采不来 末 大预期。测约最30大%产。量。一般,误差低于5％。虽然,随着采出程度得增加,到开采 末期误差上升到20％,但其绝对值却很小。
油井得理想生产压差与实际生产压差之比。
FE pr pw' f pr pwf psk
pr pwf
pr pwf
Psk
qo o Bo 2k o h
s
完善井, s 0 FE 1
增产措施后的超完善井，s 0 FE 1
油层受污染的或不完善井，s 0 FE 1
利用流动效率计算非完善直井流入动态得方法 ① Standing方法(FE=0、5~1、5)
① 当 Pwftest Pb 时：
Jl
qttest Pr Pwftest
②
当 PwfG Pwftest Pb
时：J l
(1
f
w
)
P
r
Pb
qttest Pb A
1.8
fw (Pr
Pwftest )
其中：
PwfG
4 9
fw pb
A
1 0.2
Pwftest Pb
天然气水合物钻采井筒多相流动障碍形成机制与安全控制方法
天然气水合物钻采井筒多相流动障碍形成机制与安全控制方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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油气井流体力学教学课件气液两相流动
混合物速度
vm Q / A (vG vL ) / A (0.15 0.85) /(3.14 0.0252 / 4) 60 33.9m / s
第五章 气液两相流动
第二节 气液两相流动基本方程式
2.1 基本参数 〖例〗气液混合物在内径25mm的管道内流动，气体和液体的体积流量分别为 0.85m3/min和.15 m3/min，由高速摄影测得气泡的速度为50m/s，试求体积 含气率、截面含气率、液相的速度以及气相和液相的折算速度、漂移速度。
第五章 气液两相流动
第一节 多相混合物特征
1.2 多相混合物流动图例
多相流在油气储运工程中的应用
气
油
水
第五章 气液两相流动
第一节 多相混合物特征 第二节 气液两相流动基本方程式 第三节 气液两相流动流型和流型图 第四节 气液两相流动压力降
第五章 气液两相流动
2.1 基本参数
第二节 气液两相流动基本方程式
第五章 气液两相流动
第三节 气液两相流动流型和流型图
汽泡状沸
垂
腾终止线
直
管
液
体
受
热
沸
腾
上
升
汽泡状沸 腾开始线
过热蒸汽线 蒸干线
第五章 气液两相流动
第三节 气液两相流动流型和流型图
L
J
2 L
G2 (1
L
x)2
G
J
2 G
G2x2
G
垂直上升管流型分布图
第五章 气液两相流动
第三节 气液两相流动流型和流型图
第五章 气液两相流动
第一节 多相混合物特征
IPR曲线节点(井底)
(三)从油藏到分离器有油嘴系统的节点分析方法 1.嘴流规律
油嘴的孔眼直径很小，一般 只有几毫米，油气在嘴前压 力pt和嘴后压力ph作用下通 过油嘴。
图2-19 嘴流示意图
临界流动：流体的流速 达到压力波在流体介质中 的传播速度时的流动状态。
图2-20 G f (P2 / P1) 关系
嘴前压力：p1 嘴后压力：p2
功能节点：存在压差的节点。 压力不连续的节点。
一般地，功能节点位置上装有起特殊作用的设备，如油嘴、 抽油泵等。油井生产系统中，当存在功能节点时，一般以 功能节点为求解点。
节点系统分析思路：
①以系统两端为起点分别计算不同流量下节点上、下游的压 力，并求得节点压差，绘制压差－流量曲线。
②根据描述节点设备(油嘴、安全阀等)的流量—压差相关式， 求得设备工作曲线。
自喷井生产系统的组成自喷井节点分析一自喷井生产系统组成油层到井底的流动地层渗流井底到井口的流动井筒多相管流井口到分离器地面水平或倾斜管流油井生产的三个基本流动过程自喷井生产的四个基本流动过程地面水平或倾斜管流地层渗流井筒多相管流嘴流图21完整的自喷井生产系统的压力损失示意图油藏中的压力损失穿过井壁射孔孔眼污染区的压力损失穿过井下节流器的压力损失穿过井下安全阀的压力损失穿过地面油嘴的压力损失地面出油管线的压力损失地面管线总压力损失包括和油管总压力损失包括和油井连续稳定自喷条件
2.油管直径的选择
油压较低时，大直径 油管的产量比小直径 的要高；
油压高时，大直径油 管的产量比小直径的 要低。
图2-24 Q不1 同油管Q直2 径对产量的影响
原因：滑脱损失、摩 擦损失相互作用。
3.预测油藏压力变化对产量的影响
当油嘴直径不变时， 油藏压力降低后产 量随着降低。
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dP ( dZ )加速度
v
dv dZ
dP ( dZ )摩擦
dI
w
dZ
f
d
v2 2
则：
dP dZ
(
dP dZ
) 举高
(
dP dZ
) 摩擦
(
dP dZ
)
加速度
适合于各种管流的通用压力梯度方程：Fra bibliotekdP dh
m g sin
mvm
dvm dZ
fm
m
d
vm2 2
井筒多相垂直管流压力分布
简单
气液两相流 井底流压
气体膨胀能 重力损失 摩擦损失 动能损失 流型变化 复杂
(二)气液混合物在垂直管中的流动结构变化
Flow Regime
流动型态（流动结构、流型）：
流动过程中油、气的分布状态。
影响流型的因素：
气液体积比、流速、气液界面性质等。
① 纯液流 Liquid flow
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。
第一章 油井流入动态与井 筒多相流动计算
第二部分 井筒多相流动
Multiphase Flow in Wellbore
★ 井筒气液两相流基本概念 Concepts ★ 计算气液两相垂直管流方法 Methods
第二节 井筒气液两相流基本概念
井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律基本理论
研究特点：流动复杂性、无严格数学解
dP dh
m g sin
mvm
dvm dZ
fm
m
d
vm2 2
未知数： 密度、流速、摩擦阻力系数
采油工程原理与设计
压力计算过程复杂
压力计算与流体物性参数有关
流体物性参数等是压力的函数
工程上采用迭代方法编程计算
按深度增量和压力增量迭代
图1-17
油气沿井筒喷出时的流型变化 示意图
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，因此在实际应用中 有必要根据油井的实际情况筛选精度相对高的方法。
学习关键是掌握计算的原理
Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流； Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流
(2)多相垂直管流压力分布计算步骤
采油工程原理与设计
1)按深度增量迭代的步骤
①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。 ②估计一个对应的深度增量h 。 ③计算该管段的平均温度及平均压力，并确定流体性质参数。
二、井筒气液两相流能量平衡方程
及压力分布计算步骤
Wellbore Pressure Profile Calculation
(一)能量平衡方程推导
两个流动断面间的能量平衡关系：
U 2 , P2 ,V2
m
V2 2
2
, mgh2
进入断面１的流体能量 ＋在断面１和２之U间1,P1,对V1 流 体额外所做的功
②泡流 Bubble Flow
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：Slippage
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；
U1
mgZ1
s in
mv12 2
P1V1
q
U2
mgZ 2
s in
mv
2 2
2
P2V2
dU mvdv mg sindZ
d (PV ) dq 0
图2-19 倾斜管流能量平衡关系示意图
1
dP
vdv
g
sindZ
dIw
0
令：
(
dP dZ
)
举高
g sin
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 Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流； Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流
研究途径：基本流动方程 实验资料相关因次分析 近似关系
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
Comparison between single phase and two phase flow
比较项目 能量来源
能量损失 流动型态 能量关系
单相液流 井底流压
重力损失 摩擦损失 基本不变
④环流 Circular Flow
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； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。
⑤雾流 Mist Flow
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。
m
V2 1
2
, mgh1
－在断面１和２之间耗失 的能量 ＝从断面２流出的流体能 量
具有能量：内能、位能、动能、膨胀能 图2-19 倾斜管流能量平衡关系
示意图
U 2 , P2 ,V2
m
V2 2
2
, mgh2
U1, P1,V1
m
V2 1
2
,
m gh1
倾斜多相管流断面1和断面2 的流体的能量平衡关系为：
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。
③段塞流 Slug Flow
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。
④判断流型，并计算该段的压力梯度dp/dh。
⑤计算对应于的该段管长(深度差)h。 ⑥重复②～⑤的计算，直至 h计算 h估计 。 ⑦计算该段下端对应的深度及压力。
⑧以计算段下端压力为起点，重复②～⑦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。
采油工程原理与设计
2)按压力增量迭代的步骤（略）
(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。
Slippage pressure drop
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。
单位管长上滑脱损失为：
m m m
m
f f
l
图1-18 气液两相流流动断面简图
实际计算：直接求存在滑脱混合物密度或包括滑脱在内的摩 擦阻力系数。