油-水两相管流流动规律研究
利用孔隙级网络模型研究油水两相流
以用来代表真 实岩样 的， 可以作 为一个平 台更深入地研 究流体在 多孔介质 中的流动。
关键词 ： 隙级 网络模型； 孔 模拟退火算法 ； 字岩心 ； 数 渗流机理 ； 导率 传
中图 分 类 号 ：Ｆ ２ Ｔ＿ ３１ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９— ６ ３ ２ ０ ）２— ０ ４一 ４ １０ ９ ０ （０ ７ ０ ０ ７ ｏ
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第１ ４卷
第 ２期
陶军等 ： 利用孔隙级 网络模 型研究油水两相流
・ ５・ ７
由岩心 二维 薄片分 析 得 到 的孔 隙 度 相 同； 然后 以像 素点 为基础 ， 利用模 拟 退 火 算 法 对 ２种体 系的像 素 点进 行演化 ， 即通 过 交换 体 系之 间 的 像素 点 来 改 变 整个 系统 的状 态 。在演 化 过 程 中孔 隙 度保 持恒 定 ， 拟合 的 目标 函数 为 与 孔 隙 空 间 结 构 有 关 的统 计 函 数， 如两 点相关 函数 等 。经模 拟 退 火 法 演化 达 到 稳 定 状态后 最终 可 得 到 三维 的数 字 岩 心 （ ２ ） 图 ａ 。从 数 字岩 心 中任 取一个 二维 薄 片 （ ２ ） 比较 数字 岩 图 ｂ， 心薄 片与实 际岩 样 薄 片 的两 点 相 关 函数 可 以发 现 （ ３， 图 ）两者 之 间拟合 得非 常好 ， 明由模 拟退 火算 说 法得 来 的数 字岩 心可 以很好 地反 映实 际岩样 的空 间 结构 特点 。弦 长分布 函数 和路径 分 布 函数 亦有类 似
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油
２０ ０ ７年 ３月
气
地
质
与
Hale Waihona Puke 采收率 第 １ ４卷 第 ２期
ＰＴ Ｅ ＲＯＬ ＥＵＭ ＯＬ ＧＥ ＯＧＹ ＡＮ Ｃ Ｄ ＲＥ ＯＶＥ Ｆ Ｉ Ｉ Ｎ ＲＹ Ｅ Ｆ Ｃ Ｅ ＣＹ
2 油气渗流基本规律
第二章油气渗流的基本规律2 油气渗流的基本规律油气层是由固体（岩石）、液体（油和水）、气体（天然气）三相物质构成的。
油气在岩石中能够渗流是受到各种力作用的结果。
但是，这些力是如何产生的呢？这就要从物质本身的力学性质中去寻找。
本章将分析油气及岩石的力学性质以及这些力学性质又以什么样的力表现出来，并且还要研究各种力相互作用的规律。
2 油气渗流的基本规律第一节油气渗流的力学分析)流体及多孔介质的力学分析)驱动能量)油气藏的驱动方式2 油气渗流的基本规律一、流体及多孔介质的力学分析流体流动是因为受到各种力的作用。
1. 流体的重力地球对流体的吸引力称为重力。
重力对于渗流有时表现为动力，如邻近液体的重力一般表现为推动其前面流体运动的动力，但有时也表现为阻力。
厚油藏、倾角大的油藏。
2 油气渗流的基本规律2. 惯性力由物体惯性表现出来的力。
当流体开始流动或流动速度改变大小和方向时会产生惯性力。
惯性力的大小取决于质量和加速度。
对渗流而言，惯性力往往表现为阻力。
3. 粘滞力粘滞力是流体流动时流体层间产生的内摩擦力。
粘滞力与粘度有关。
粘滞力是一种流体流动的阻力。
2 油气渗流的基本规律4. 岩石及流体的弹性力油藏中，岩石及流体处于压缩状态，具有弹性能。
油藏开发过程中，油层压力降低，岩石和流体的弹性能得到释放。
弹性能的大小可用压缩系数表示。
弹性力是流体流动的动力。
2 油气渗流的基本规律5. 毛细管压力两相流体在毛细管中流动时，相界面产生弯曲液面，而产生毛管压力。
毛管压力的大小与界面张力、界面曲率有关。
毛管压力可能成为流体流动的动力或阻力。
（a）毛细管压力表现为动力（b）毛细管压力表现为阻力毛细管压力作用示意图2 油气渗流的基本规律二、驱动能量1. 天然能量油藏弹性能：油藏中岩石和流体具有的弹性能量。
气顶能量：油气藏顶部压缩天然气的能量。
溶解气能量：油藏中溶解天然气膨胀所释放的能量。
水压能量：油气藏中天然存在的边水或底水能量。
石油气液两相管流 多相管流理论与计算
“流动保障” 确保油气的无阻塞流动并使系统的运行费用达 到最低。
保温材料
Pipe-in-Pipe
管线管束(flowline bundles)
渤海平均水深 18m,最深83m
黄海平均水深 44m,最深140m
东海平均水 深 370m, 最 深 2719m
南海平均水深 1212m, 最 深 5377m
pwf 井底流压
ptp 两相流压降
pt ph 自喷生产 pt ph 机械采油(人工举升)
气举采油系统示意图
依靠从地面注 入井内的高压气体 与油层产出流体在 井筒中混合，利用 气体的膨胀使井筒 中的混合液密度降 低，将流到井内的 原油举升到地面。
pt pwf ptp
设计的原则： 最大限度地发挥油藏的潜 力和地面设备的能力，获 得最高的产油量。
•80年代中期应用高新技术及仪器进行多相流的模拟试验， 期望深入认识多相流动现象及流动机理，从而改进模型，提 高精度。
核密度计、超声波传感器、电导和光导探针、电容传感器、 激光多普勒测速仪、高速摄像机等。
西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室 • 目前，双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机 理模型是多相管流研究的主要方法
举例来说，渗流理论、油气井压力控制、油气管流计算、举升参 数设计、工况分析、集输设计等，都离不开多相流的理论与计算 方法。
多相流理论是贯穿于石油开采全过程的基本理论
一、多相流理论在石油工业中的地位和作用
许多工程设计都将计算多相流体在管道中流动的压降和温度。
钻井工程：油气井压力控制 (含气泥浆的压降计算)
第二节 气液两相管流的基本特征与研究方法
一、基本特征
第二章 油藏流体的渗流规律
定渗流称为非定常渗流。
一、单向渗流
模型如图2－12，是一个水平、均质、等 厚的带状地层模型，长度为L、宽度为B、厚 度为h，除两端敞露外，其余几个面均为不渗 透边界。敞露的一端是供给边缘（压力为 Pe），另一端相当于排液坑道（压力为 Pw）。 渗流条件为：服从达西定律、稳定渗流、 流体不可压缩。
下面用积分方法来确定单向渗流时流量公式、压力分布规律。
程中，由于泥浆浸泡或在生产过程中为了增产，采用压裂、酸
化等措施，使井底附近油层性质发生变化。这些井底结构和井 底附近地区油层性质发生变化的井称为水动力学不完善井。实 际油井绝大多数都是不完善井。
不完善井的井底结构类型很多，但可归纳为以下三种类型： （l）打开程度不完善 油井没有钻开油层的全部厚度，但是裸眼完成的。这种井底结构多 见于有底水而岩石坚硬的地层中。 （2）打开性质不完善 油层全部被钻穿，但油井是射孔或贯眼完成的，这种井是我国油田 上最常见的。 （3）双重不完善 油井既没有钻穿油层的全部厚度，而且又是射孔或贯眼完成的。
力系数s来表示： rwr＝rwe－s 当s值是正值，即渗流阻力增加时， rwr ＜ rw ；反之，当s值是负值时， 渗流阻力减小， rwr > rw .
第二章
油藏流体的渗流规律
第一节 油藏流体渗流的基本规律 第二节 单相不可压缩液体的稳定渗流
第三节 油气渗流的数学模型
第四节 井间干扰和边界影响 第五节 微可压缩液体的平面径向不稳定渗流 第六节 油水两相渗流理论
流体在具有不同孔隙结构的多孔介质中的流动特性是不同的，本章
只讨论流体在单重孔隙介质中的渗流规律。
第二章
油藏流体的渗流规律
第一节 油藏流体渗流的基本规律 第二节 单相不可压缩液体的稳定渗流
裂缝-孔隙介质油、水两相微观渗流物理模拟
在低静水压力下，典型水驱剩余油产状见图 12， 剩余油以占据大孔隙中的油珠、油丝和数个孔道的 油片(图 12(a))及周围由小喉道包围的数个到数十个 孔道的大油片(图 12(b))的形态存在。低静水压力下 的水驱剩余油产状以图 12(b)中的为主，高静水压 力下的水驱剩余油产状以图 12(a)中的为主。
(a) 束缚水状态
(b) 中间状态
(c) 剩余油
图 10 与主流线垂直的平行裂缝水驱油的动态(右上 方注入，左下方采出)
Fig.10 Process of water flooding in perpendicular paralleled fissures
图 1 裂缝-孔隙介质模型中裂缝分布示意图 Fig.1 Sketch of fissure distribution in fractured models
1 两相垂直管流实验
两相垂直管流实验气举井及绝大多数自喷井的油管中流动的都是油—气或油—气—水三相混合物。
对采油来说，油、气、水混合物在油管中的流动规律——多相垂直管流理论是研究自喷井、气举井生产规律的基本理论。
在许多情况下，油井生产系统的总压降大部分是用来克服混合物在油管中流动时的重力和摩擦损失。
它不仅关系到油井能否自喷，而且决定着用自喷和气举方法可能获得的最大产量。
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，必须熟悉气—液混合物在油管中的流动规律。
在油气田开发过程中，为了充分利用天然资源和取得好的经济效果，或者要进行油气田动态分析，拟订油气田的增产及提高油气田采收率，高速度、高水平地开发油气就必须深入细致地研究地层—油管—油嘴生产衔接与协调，研究多相流在井筒中的流态变化。
使生产井的工作制度同地层变化了的情况协调起来，只有通过各个生产井的各种变化并把它们综合起来进行分析，才能为整个油气田动态分析提供准确的资料和依据，并对各个注采井提出有效的工艺措施，不断完善开发方案，改善油气田开发效果。
该实验就是研究气、液两相在垂直井筒中的流态变化及观察模拟井筒气体膨胀能参与举升液体的现象，抓住观察到的现象综合分析，并对所作的气量与液量的关系曲线作出解释。
一、实验原理在多相垂直管流中，沿井筒自下而上随着压力不断降低，气体则不断从液体中分离出来，以及压力降低气相体积流量逐渐变大。
随着液气流沿井筒上升，压力逐渐降低气体随之膨胀，不断释放出气体弹性膨胀能量，该能量要参与举升液体，膨胀能的大小与气量多少、压力变化范围有关。
该实验是研究液气两相在模拟垂直井筒中的流动变化。
也是利用气体膨胀能量来举升液体的实验，它依靠两种作用：一种是气体作用于液体上，垂直地顶推液体上升；另一种是靠气体与液体之间的摩擦作用，气体携带液体上升。
其能量来源除压能外，气体膨胀能是个很重要的方面。
因在管径不变的油管中，举升一定的油量，则单位管长上所消耗的总压头，是随着气量的不同而变化的，而只有在某一气量下，举升一定气量的液体所必须消耗的压头最小。
油水两相流管路流动的模拟研究
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图 ６ ８ ％油 时 突扩 管 内速 度分 布 ０
图７～ ８为油 占２％体积分数时油水在突缩管路 ０
内的压力与速度分布 。大管径内压力 、 速度分 布没有 明显 变化 ， 压力在 突缩段有 减小 后增 大 的趋势 ， 双 在
肩处 流速 突然减小使得压力同步增大 ， 而在小 管径进 口速 度增大后使得压力达到最小 ， 之后压力有所 回升
管 内的流动进行模拟发现 ， 管路 内压 力、 度有 明显 变化 ， 油量不 同其 变化程 度也 不一样 。突扩管 速 含
内含 油量增 大会延迟流速到达 最大的时间 ， 大流速核 心区减 小的速度 ， 增 突缩管 内高含 油量时双肩处
压 力无突然增 大现 象， 力减 小区有一 定的提 前。通过模拟分析 突变管 内油水 两相 流动规律 ， 实际 压 为
图４ ０ ２ ％油时突扩管内速度分布
油 占 ５ ％和 ８ ％体积分数 时的速度分布见图 ５ ０ ０ 、 ６ 可见， ， 当油的含量逐 渐增 大 时 ， 管路进 口达 到流速
油品输送提供一定的参考依据 。 关键词 油水两相 ； 数值模拟 ； 流场分 布
１研究 问题及模 型
０引 言
本 文 参 照 某 输 油 管 道 工 程 ， 取 管 道 直 径 为 选 油水两相流动广泛存在于石油生产 中， 注水提 高
水平管内油水两相流流型的实验研究
水平管内油水两相流流型的实验研究下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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第一章 油井基本流动规律
第一章 油井基本流动规律油井生产系统可分为三个子系统：从油藏到井底的流动——油层中渗流；从井底到井口的流动——井筒中流动；从井口到地面计量站分离器的流动——在地面管线中的水平或倾斜管流。
有些油井为了使其稳定生产和安全性考虑，还会有通过油嘴以及井下安全阀的流动——嘴流（节流）。
为此，本章将分别介绍油井生产系统的三个基本流动过程（油层渗流、气液两相管流及嘴流）的动态规律及计算方法。
第一节 油井流入动态原油从油层到井底通过多孔介质（含裂缝）的渗流是油井生产系统的第一个流动过程。
认识掌握这一渗流过程的特性是进行油井举升系统工艺设计和动态分析的基础。
油井的产量主要取决于油层性质、完井条件和井底流动压力。
油井流入动态是指在一定地层压力下，油井产量与井底流压的关系，图示为流入动态曲线，简称IPR （Inflow Performance Relationship ）曲线。
典型的IPR 曲线如图1-1所示，其横坐标为油井产液量（标准状态下），纵坐标为井底流压p wf (表压)。
当井底压力为平均地层压力r p 时（即生产压差0p p wf r =-），无流体流入井筒，故产量为零。
随着井底流压降低，油井产量随生产压差的增大而增大。
当井底流压降至大气压(p wf =0)时，油井产量达到最大q max ，而它表示油层的潜在产能。
就单井而言，IPR 曲线反映了油层向井的供给能力（即产能）。
如图1-1所示，IPR 曲线的基本形状与油藏驱动类型有关，其定量关系涉及油藏压力、渗透率、流体物性、含水率及完井状况等。
在渗流力学中已详细讨论了这方面的相应理论。
下面仅从研究油井生产系统动态的角度，讨论不同油层条件下的流入动态曲线及其绘制方法。
图1-1 典型的油井IPR 曲线一、单相原油流入动态1. 符合线性渗流规律的流入动态根据达西定律，定压边界圆形油层中心一口垂直井，稳态流动条件下的产量为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+--=S r r B p p CKh q w e o o wf r o 21ln)(μ（1-1）对于圆形封闭油层，即泄流边缘上没有液体流过，拟稳态条件下的产量为()3ln4r wf o e o o w CKh p p q r B S r μ-=⎛⎫-+ ⎪⎝⎭（1-1a ）式中 q o ——油井原油产量（地面）；K ——油层渗透率。
油气水三相流的特性及模拟方法
油气水三相流的特性及模拟方法油气水三相流作为一种复杂的流体现象，在石油、化工、能源等众多领域中具有重要的应用价值。
本文将会从油气水三相流的特性和模拟方法两个方面进行探讨。
一、油气水三相流的特性（一）流态分类油气水三相流的流态分类主要包括气水两相流、油水两相流、气油两相流和三相流。
其中，气水两相流中气与水相互穿插，水体内部少有气泡；油水两相流中油和水相互穿插，水体内部少有油滴；气油两相流中气体和油体相互穿插，油体内部少有气泡；而在三相流中，油、水、气三相均相互穿插，且分布均匀。
根据油气水三相流的实际情况，合理地选择流态，对三相流的模拟具有重要的意义。
（二）油气水三相流的分散相和连续相在油气水三相流中，液体和气体两相（油水两相、气水两相或气油两相）被称为分散相，从而形成了包含油、水、气三个相的三相流。
在连续相中，油、水、气三相之间的交界面则被称为分界面。
由于不同相之间具有不同的物理性质，如密度、黏度等，因此求解分散相和连续相之间交界面处的流体力学参数十分困难。
目前，常用的方法是将分散相所占据的体积划分成网格，利用有限体积法、有限元法等数值方法来模拟油气水三相流。
（三）油气水三相流的流动规律油气水三相流中，液相和气相的物流性质存在一定的规律性。
液相沿管道底部流动，气相在管道顶部流动，两相均沿管道中心线紊动。
由于液相的黏度大，所以在气相、液相均流的情况下，由于阻力不同，液相会向管道内壁集中，形成液膜。
油气水三相流中，液膜的生成和液膜的运动对油气水三相流的流动规律具有重要的影响。
二、油气水三相流的模拟方法（一）欧拉-拉格朗日方法欧拉-拉格朗日方法是一种常用的数值计算方法，其主要思路是将流动问题转化为粒子之间的相互作用。
在该方法下，流场和粒子场分开求解，通过数值模拟，可以预测流场和粒子场的运动状态。
然而，由于欧拉-拉格朗日方法仍然需要求解分散相与连续相之间交界面处的流体力学参数，其计算结果不够精确，因此在实际应用中常常需要结合其他数值方法。
油水相对渗透率的应用
油水相对渗透率曲线应用油水两相相对渗透率曲线是油水两相渗流特征的综合反映，也是油水两相在渗流过程中，必须遵循的基本规律。
它在油田开发方案编制、油田开发专题研究、油藏数值模拟等方面得到了广泛应用。
因此，对油田开发来说，油水两相相对渗透率曲线既是一个重要的基础理论问题，也是一个广泛性的应用问题。
以下部分主要介绍油水相对渗透率的有关概念及其在实际工作中的应用。
一、油水两相渗流的基本原理天然或注水开发的油藏，正常情况下从水区到油区的油层中，其原始的油水饱和度是逐渐变化的，在水区与油区之间有一个油水过渡带。
生产过程中，当水渗入油区驱替原油时，由于油水流体性质的差异，如油水粘度差、密度差、毛细管现象及岩石的非均质等,使得水驱时水不可能将流过之岩石的可动油部分全部洗净，形成了油水两相区。
在驱替过程中，此两相区不断向生产井推进，当生产井见水后，很长时间内油水同时开采；水驱油试验过程中，出口端见水以后，也是长时间的油水同出。
从整个水驱油的过程可以看出，水驱油的过程为非活塞过程，油水前缘推进过程相当于一个漏的活塞冲程。
二、油水两相相对渗透率曲线【定义】在实验室中，用水驱替原油作出的油相和水相相对渗透率与含水饱和度的关系曲线，称为油水两相相对渗透率曲线。
随着含水饱和度sw 的增加，油相相对渗透率kro减小，水相相对渗透率krw增大。
【说明】1、油水两相相对渗透率曲线共有五个特征点(如图2-1-1)：S wi：束缚水饱和度。
它对应着最大含油饱和度S oi，即原始含油饱和度，S oi=1-S wi；S or ：残余油饱和度。
它对应着最大含水饱和度S wmax，S wmax=1-S or；K romax ：束缚水条件下的油相相对渗透率(最大)；K rwmax ：残余油条件下的水相相对渗透率(最大)；等渗点：油相与水相相对渗透率曲线的交点。
2、油水两相渗流区的含油饱和度变化为ΔS o=1-S wi-S or=S oi-S or。
油水两相管流理论的研究进展
+ ( D o ) - no ( uo ) 2+ 4Y = 0
~
n
o
( 9)
~
式中: D o 为无量纲油相的水力直径; D w 为无量纲水 相的水力直径; u o 为无量纲油相的速度; uw 为无量
Youqi Chuyun
2010 年第 29 卷第 2 期
油气储运
Oil & G as Sto rag e and T r anspor tatio n
4A o 4A w , Dw = uo = uw So Sw 式中: D o 为油相的水力直径, m ; D w 为水相的水力 直径, m 。 1 . 1. 3 双流体模型的无量纲化 基于油相速度大于水相速度, 对式( 1) 进行整理 并引入无量纲参数, 将其进行无量纲化和简化处理 , 可得:
~
在研究油水两相环状流时
综
述
82 式中: f o 为油相与壁面的摩阻因数 ; f
w
当管内流体处于层流流态 , 式 ( 2) 和式 ( 3) 的系 数不同于紊流流态的情况, 但剪切应力的计算结果 并无不同 , 这是因为后者剪切应力公式的系数是前 者的 4 倍。 Ul lmann 和 Brau; B 为经验因数。 1994 年, Neo gi 等人[ 17] 在分析油气水三相分层 流时, 采用式( 7) 计算油水界面的摩阻因数。他们认 为气相的存在使油水界面波不能再 视为长幅平滑 波 , 而应视为两维波, 并采用水平三相管流装置进行 试验, 得出 B 的取值范围在 0. 8~ 1. 0 之间。 1995 年, T ait el 等人 [ 18] 在研究油气水三相分层 流时提出: 油水界面的摩阻因数最小等于 0. 014, 若 油相与壁面的摩阻因数大于 0. 014, 油水界面的摩 阻因数等于油相与壁面的摩阻因数。 可见, 不同学者关于油水两相流界面摩阻因数 的研究结果存在一定差异 , 对油水两相界面的相互 作用在认识上尚存在很多不足。 1. 1. 2. 2 水力直径的计算 计算剪切应力时, 首先要计算油水两相与壁面 的摩阻因数 , 这就需要依据管内流体的雷诺数判断 其流态 , 而雷诺数的计算离不开水力直径。水力直 径的计算相对成熟 , Brauner 等人 到广泛认可。
基于页岩油水两相渗流特性的油井产能模拟研究
第 51 卷 第 5 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.5 2023 年 9 月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES Sep., 2023doi:10.11911/syztjs.2023084引用格式：孙鑫，刘礼军，侯树刚，等. 基于页岩油水两相渗流特性的油井产能模拟研究[J]. 石油钻探技术，2023, 51（5）：167-172.SUN Xin, LIU Lijun, HOU Shugang, et al. Numerical simulation of shale oil well productivity based on shale oil-water two-phase flow characteristics [J]. Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(5)：167-172.基于页岩油水两相渗流特性的油井产能模拟研究孙 鑫1,2， 刘礼军3， 侯树刚1， 戴彩丽2， 杜焕福1， 王春伟1（1. 中石化经纬有限公司地质测控技术研究院, 山东青岛 266003；2. 中国石油大学（华东）石油工程学院, 山东青岛 266580；3. 成都理工大学能源学院, 四川成都 610059）摘 要: 页岩孔隙结构及固液相互作用复杂，其微观渗流特性加大了页岩油产能预测的难度。
为准确评价体积压裂后多尺度孔隙结构发育的页岩油藏产能，基于页岩储层油水两相相渗计算方法和嵌入式离散裂缝模型，考虑页岩真实孔隙结构作用下的微观油水两相渗流特性，形成了考虑页岩体积压裂页岩油藏产能的数值模拟方法。
基于页岩储层孔径分布计算油水相渗曲线，结合页岩油藏压裂/生产流程，开展了页岩油藏压裂液空间分布以及油井产能评价模拟分析。
结果表明，不同孔径分布下的页岩油水两相相渗曲线存在差异，压裂液主要分布在压裂裂缝、与其相连的天然裂缝以及其周边基质中，在闷井过程中裂缝内压裂液逐渐渗吸进入基质并置换基质中原油，经体积压裂可实现改造区域的整体动用。
高黏油水两相流研究进展
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第8期·2742·化 工 进展高黏油水两相流研究进展唐绍猛，刘德俊，文江波（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001）摘要：在多相流研究领域，高黏油水两相流已成为研究重点，但该领域的研究仍处于起步阶段。
本文从转相、流型转换和压降规律三个方面对国内外高黏油水两相流的研究进展进行了介绍和分析。
在转相方面，通过国内外学者的研究阐述了高黏油水两相流转相发生的机理及影响因素；在流型转换方面，介绍了影响分层流和分散流等流型转换的因素；在压降规律方面，分析了影响分层流、分散流和环状流压降规律的因素，并对现有的压降计算模型及压降预测的准确性问题进行了探讨。
此外，还重点阐述了高黏油水两相流研究存在的不足与今后研究的两个重要发展方向：一是将实验得到的结论与成果应用于实际管道时应进行相关参数的修正；二是弯管对高黏油水两相流流型转换及转相的影响需要进一步研究，它们对于管道的安全和经济运行具有重要意义。
关键词：压降；高黏油-水两相流；转相；流型；流动特性中图分类号：O359 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）08–2742–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-1943Advances in study on heavy oil-water flowTANG Shaomeng ，LIU Dejun ，WEN Jiangbo（Petroleum and Natural Gas Engineering ，Liaoning Shihua University ，Fushun 113001，Liaoning ，China ）Abstract ：In the field of multiphase flow ，the research on heavy oil-water flow has become the focusbut it is still in its infancy. The advances in study on heavy oil-water flow at home and abroad were introduced and analyzed from three aspects in this paper ，that is ，phase inversion ，flow pattern transition and pressure drop. In the aspect of phase inversion ，the mechanism and influence factors of heavy oil-water flow were described by experts at home and abroad. In terms of flow pattern transition ，the factors affecting the transition of stratified flow and dispersed flow were introduced. In the aspect of pressure drop ，the factors that affected the pressure drop of stratified flow ，dispersed flow and annular flow were analyzed .In addition ，the present calculation model and the accuracy of pressure drop prediction were discussed. Furthermore ，the paper also focused on the problems in the research of heavy oil-water flow and pointed out two important developments in the future. First ，the relevant parameters needed to be revised when the experimental results were applied to the actual pipeline. Second ，the influence of the curved pipe on the flow pattern transition and phase inversion of heavy oil-water flow needs to be further studied ，which was of great significance to the safety and economic operation of pipeline. Key words ：pressure drop ；heavy oil-water two-phase flow ；phase inversion ；flow pattern ；flow characteristic 在油田开发中，当地层压力不足时，一般采用注水的方式提高地层压力来进行原油开采。
第一章 油井基本流动规律
含 30 水 率 % 0
q , m3 /d
含水率的变化
当Pwf > Pso时，只产水，含水率100%；
当Pwf < Pso时,开始产油，含水率下降。
当Pwf下降到油水IPR曲线的交点时， qo=qw，含水率为50%。
reh A /
A——水平井控制泄油面积，m2。 式（1-7）中的泄流区域几何参数 （如图1-3右图）要求满足以下条件 L>βh 且L<1.8 reh
二、油气两相渗流的流入动态
1、流入动态曲线随井底压力的变化
由式1-3
CK 0 h Jo re 1 0 B 0 (ln S) rw 2
q o max cp r
2n
（1-24）
将式（1-23）与式（1-24）相除，
得指数式无因次IPR方程：
qo q o max p wf 1 pr
2
n
（1-25）
三、含水及多层油藏油井流入动态
1.油气水三相渗流油井流入动态 Petrobras根据油流Vogel方程和已知采液 指数，导出油气水三相渗流时的IPR曲线（如
力时只产油不产水，当井底压力低于水层压
力之后，油井见水。随着产量增大，含水率
上升。
(3)流入动态： 压
力 a.高压水层
P Pso A
Psw B
a-全井 b-油层
b
c-水层
a c
0
q
q , m3 /d
含 100 水 率 % 40
0
q , m3 /d
Pso
Psw
压 力
b.低压水层
液 水
0
油
q , m3 /d
采油过程中的流体力学研究进展
采油过程中的流体力学研究进展石油作为现代工业的重要能源和原材料，其开采过程涉及到众多复杂的科学和工程问题。
其中，流体力学在采油过程中扮演着至关重要的角色。
随着技术的不断进步和研究的深入，采油过程中的流体力学研究也取得了显著的进展。
在采油过程中，地下油藏中的流体流动特性是影响石油采收率的关键因素之一。
油藏中的流体通常包括石油、天然气和水，它们在岩石孔隙中的流动受到多种因素的影响，如孔隙结构、岩石渗透率、流体黏度和压力等。
为了准确描述和预测这些流体的流动行为，研究人员建立了各种数学模型和模拟方法。
传统的流体力学模型主要基于达西定律，该定律描述了在低速、线性流动条件下流体通过多孔介质的流量与压力梯度之间的关系。
然而，在实际的油藏条件下，流体流动往往是非线性的，并且存在多相流、湍流等复杂现象。
因此，近年来研究人员发展了一系列更复杂的模型，如考虑启动压力梯度的非达西流动模型、多相流模型和热流耦合模型等。
多相流模型在采油过程中的应用尤为重要。
在油藏中，石油、水和气通常同时存在，它们之间的相互作用和分布对采收率有着重要影响。
多相流模型可以描述不同相之间的界面张力、毛管压力和相对渗透率等特性，从而更准确地预测油藏中流体的分布和流动。
除了数学模型，实验研究也是采油流体力学研究的重要手段。
通过在实验室中模拟油藏条件，可以直接观察和测量流体的流动行为，为理论模型的验证和改进提供依据。
例如，微观可视化实验可以利用透明的微模型观察孔隙尺度下流体的流动和分布，有助于深入理解微观驱油机制。
宏观物理模拟实验则可以模拟整个油藏的开采过程，研究不同开采策略对采收率的影响。
随着计算技术的飞速发展，数值模拟在采油流体力学研究中发挥着越来越重要的作用。
数值模拟可以在短时间内对大规模的油藏进行计算和分析，为油田开发方案的优化提供有力支持。
常见的数值模拟方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
这些方法可以处理复杂的油藏几何形状和边界条件，并且能够模拟多相流、非均质介质等复杂情况。
管内多相流流型及流型转变机理总结
管内多相流流型及流型转变机理的调研（热能工程系，陕西西安710049 ）摘要：多相流流型在油气田开发中有着广泛的应用，无论油藏工程，钻井工程，采油工整还是油气田地面工程，都会遇到管内油气两相流，油水两相流和油气水三相流，因此能否准确判断管内多相流流型及流行转变条件，将直接影响到对管道阻力，压降，流量的计算，出现严重偏差时将影响到油气生产，甚至危害到各种设备安全关键词：气液两相流；油水两相流；流型；流型图；流型转变；1 研究背景多相流是指两种或者两种以上具有不同相态的物质共存并具有明确相界面的混合物流动现象[1-3]。
管内油气水三相流动属于气液液三相流动范畴，油气水混合物流动现象广泛存在于石油和天然气工业中，特别是随着油气田的勘探开发逐渐转移到沙漠、极地、海洋等自然环境相对复杂的地区，而部分在役油气田又相继进入开发的中后期，从勘探开发到油气田地面工程，从地下到地面，处处都可以找到关于油气水多相流的应用实例[4]。
油气是深埋于地下的流体矿藏，多相流动现象广泛地存在于油气藏的开发与开采过程中。
在油气田地面工程中，从井口到联合站的集输管道中一般都是油气水混合物流动，在海洋采油中，采用多相混输技术，既可省去油气分离设备，又可减少一条输送管道，从而大大减小平台面积和简化生产管理。
无论是油藏工程，钻井工程，采油工程还是油气田地面工程，都不可避免地会遇到管道中的油气两相，油水两相以及油气水三相流动问题，开展此方面的研究无疑会对石油工业的发展和科技进步产生重要作用[5-7]。
相对于气液两相流的广泛研究而言，管内液液两相流的研究则进行的相对较少，而且不同研究者的研究结果也相差很大[8-13]。
但是几乎所有的研究者都认为油水混合物的流动特性与气液两相流的流动特性存在很大差别。
管内油气水三相流非常复杂，管内油气水三相混合物的流型不仅取决于气相和液相的流量，而且还与液相的含水率有关。
此外，管道的几何形状、尺寸和倾斜角，流动稳定性等都对流型有重要的影响。
油水两相流Darcy-Stokes模型
油水两相流Darcy-Stokes模型刘学利;彭小龙;杜志敏;陈昭晖【期刊名称】《西南石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2007(029)006【摘要】塔河油田缝洞型油藏的溶洞可分为微小溶洞溶孔和大溶洞,部分大溶洞未被充填,未充填的大溶洞内部不存在多孔介质,流体流动属于自由流动,流动规律符合Navier-Stokes方程,油藏存在自由流动区和渗流区,流动规律符合Darcy-Stokes 耦合模型.针对塔河油田的流体特征,将现有的用来描述单相不可压缩流体流动的Darcy-Stokes模型扩展到油水两相的微可压缩流体,并根据未充填溶洞内压力差异小这一特征,对油水动量守恒方程进行简化,所得到的动量守恒方程在形式上与不可压缩流体的相同,但流体密度和粘度仍然是关于压力的函数.模型中引入了Beavers-Joseph-Saffman边界条件,并将该条件扩展到两相流.将Darcy-Stokes模型应用于数值试井,结果表明,尽管采用双重介质渗流模型和Navier-Stokes模型都可以得到很好的拟合效果,但是后者的解释成果更接近三维地震解释所预测的地质模型.【总页数】4页(P89-92)【作者】刘学利;彭小龙;杜志敏;陈昭晖【作者单位】中国石化西北分公司勘探开发研究院,新疆,乌鲁木齐,830011;西南石油大学,四川,成都,610500;西南石油大学,四川,成都,610500;西南石油大学,四川,成都,610500【正文语种】中文【中图分类】TE312【相关文献】1.基于Darcy-Stokes耦合模型的缝洞型介质等效渗透率分析 [J], 李亚军;姚军;黄朝琴;刘永辉2.基于孔隙-喉道双通道模型的油水两相流动形态分析 [J], 张磊;康立新;景文龙;郭曜豪;孙海;杨永飞;姚军3.基于页岩孔隙网络模型的油水两相流动模拟 [J], 王静怡;周志军;魏华彬;崔春雪4.基于Darcy-Stokes耦合模型的多孔介质颗粒悬浮液等效黏性系数计算 [J], 胡洋;彭巍;李德才5.油藏油水两相流低阶模型算法 [J], 贾欣鑫;王雷;张浩;孙小玲;段利亚;王鑫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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学校代码：11414学号：B0202080油－水两相管流流动规律研究（申请中国石油大学工学博士学位论文）学科专业：油气储运工程研究方向：多相管流及油气田集输技术研究生：姚海元指导教师：宫敬教授2005年7月Study on Oil-Water Two PhasePipe FlowDissertation Submitted toChina University of PetroleumIn partial fulfillment of the requirementsFor the degree ofDoctor of EngineeringByYao，HaiyuanOil & Gas Storage and TransportationDissertation SupervisorGong, Jing (Professor)2005.7独创性声明我呈交的学位论文是在导师指导下个人进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其他学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
特此声明。
声明人（签名）：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交学位论文的复印件，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。
特此说明。
说明人（签名）：指导教师（签名）：年月日摘要油－水两相流动是普遍存在于石油、石化工业中的一个现象。
然而，由于油－水两相流动的复杂性，目前，国内、外学者对油-水两相流的认识还很不清楚，其研究进展相当缓慢。
尤其是对于稠油－水两相管流流动规律的研究，所进行的这方面的实验很少，还存在相当大的空白，从而制约了油－水两相管流理论的进一步完善。
本文在进行高粘度白油-水两相管流和渤海稠油－水两相管流实验的基础上，对得到的流型图进行合理划分，提出了相应的流型转换模型；确立了就地含水率计算方法；并针对观察到的油－水两相管流反相的新现象进行研究，改善了反相点临界含水率预测模型，最后给出了油－水两相管流不同流型区域的压降计算模型。
建设了管径为1寸，长约52米的不锈钢油－水两相流实验环道。
在环道上成功的进行了高粘度白油-水两相流和渤海稠油－水两相流的流型和压降实验研究，为下一步的理论研究提供了基础。
分析了不同实验条件下管截面含水率分布规律，利用管截面含水率数据，确立了就地含水率的计算方法。
该方法在油－水两相管流就地含水率计算方面取得了一定的突破。
针对不同流型的特征，将油－水两相管流的流型图划分为四个区域。
同时，根据管流实验中反相发生的过程，建立了一个新的适用于油－水两相管流的反相预测模型。
利用他人的实验结果进行验证，发现该模型比其他模型具有更高的计算精度和更宽的适用范围。
通过分析稠油－水两相管流流型特有的发展过程，建立了预测分层流型与环状流型的理论边界模型。
针对划分的不同流型区域，给出了相应的压降计算模型。
这些理论模型能更好的适用于现场实际，具有较强的理论与实际意义。
关键词：两相流、流型、压降、油、水AbstractFlows of mixtures of two immiscible fluids such as oil and water are encountered frequently in many areas of the process industry and in the petrochemical industry. However, people have not understood it clearly because of its complexity, and the research development of oil-water two-phase flow is quite slow. Especially, for the researches about heavy oil-water two-phase flow, few similar experiments have been conducted. As a result, some research vacancies exist and become a stumbling block for perfecting the theories about oil-water two-phase pipe flow. This paper presents experimental investigation results theoretical models for oil-water two-phase flow pattern transition, local water fraction prediction and pressure loss calculation.Experiments were conducted on a horizontal pipe loop set with stainless steel pipe, 1-inch inner-diameter and 52m long. These experiments included white mineral oil-water two-phase flow experiments and heavy oil-water two-phase flow experiments. The experiment results on oil-water two-phase flow pattern and pressure loss provided the foundation for theoretical model research.A new theoretical model for calculating local water fraction of some flow patterns was also developed based on the characteristics of water fraction distributing across pipe section. This method had made a breakthrough in the theoretic calculation of local water fraction.According to the characteristics of different flow patterns, each of the acquired flow pattern maps was carved up into four regions. Using the relations between the total free energies of the pre-inversion and post-inversion dispersions, a model for predicting phase inversion in oil-water two-phase pipe flow was developed with considering thecharacteristics of pipe flows. Based on the analysis of the development process of flow patterns for oil-water two-phase pipe flow, a theoretic model was developed to predict the transition boundary of stratified flow patterns and annulus flow patterns. Other models for calculating the pressure loss of each flow pattern region had also been developed. The experiment results and theoretical models presented in this paper are useful for the design and operation of the oil-water two-phase pipelines in oil fields.Key words: two-phase flow; flow pattern; pressure loss; oil; water油－水两相管流流动规律研究创新点摘要1. 根据实验结果定义了稠油－水两相水平管内流动条件下出现的流型，并绘制了流型图。
由于油品粘度较高，获得的流型图同以往利用低粘度油品进行实验所得到的流型图有较大差别。
基于不同流型的在线流动结构和相应的压降特征，首次将流型图划分为四大区域：油为连续相流型区、水为连续相流型区、间歇流型区域和油－水混合分层流型区。
（第3章 3.2和第4章4.2）2. 通过分析油－水两相管流反相实验过程中的新现象，提出了对反相过程的新认识：反相发生时，并不是整个管截面上的Dw/o分散体系转变为Do/w分散分散体系, 而是两种分散体系共存，并有一定的比例关系。
在此基础上，建立了一个新的适用于油－水两相管流的反相预测模型。
利用有关实验数据验证表明：与实测值相比，该模型预测值比其他模型预测值误差要小，并具有更广的适用范围。
反相问题历来是油－水两相管流中的难点之一，本文对于反相机理的新认识和所建立的反相模型有助于对该问题进行更深入的研究。
（第5章5.3）3. 根据实验过程中油－水两相管流流型的发展过程，建立了预测分层流型、环状流型的理论边界线模型。
利用实验数据对新建模型进行了验证，结果表明该模型具有较好的计算精度。
（第5章 5.4）4. 针对本文所划分的不同流型区域，给出了相应的压降计算模型。
利用有关实验数据对新建的水环流型、分层流型与不完全水环流型的压降计算模型进行了验证，模型预测结果与实验数据比较吻合。
（第6章 6.2、6.3）目录独创性声明 (i)中文摘要 (ii)英文摘要 (iii)创新点摘要 (v)第1章引言 (1)1.1课题背景 (1)1.2 国内外油－水两相管流的研究回顾及现状 (2)1.3研究的目的和内容 (4)第2章油－水两相管流的实验系统 (7)2.1实验装置 (10)2.1.1 实验环道各系统简介 (12)2.1.2实验系统特点 (14)2.2误差分析 (15)2.3环道标定实验 (16)2.4本章小结 (18)第3章白油－水两相水平管流的实验研究 (20)3.1 实验介质与实验参数范围 (20)3.1.1实验介质 (20)3.1.2实验参数范围 (22)3.1.3实验步骤 (22)3.2 实验流型和流型转化 (23)3.2.1实验流型判别 (23)3.2.2反相现象描述 (25)3.2.3实验流型划分与流型转换 (27)3.3压降规律的实验研究 (34)3.3.1入口含水率变化对压降规律的影响 (34)3.3.2油水混合流速变化对压降规律的影响 (37)3.3.3实验温度对压降规律的影响 (39)3.4 本章小结 (41)第4章稠油－水两相水平管流的实验研究 (43)4.1 实验介质与环道实验 (43)4.1.1实验介质 (43)4.1.2实验参数范围 (45)4.1.3实验步骤 (45)4.1.4 环道剪切实验 (46)4.2实验流型和流型转化 (46)4.2.1实验流型判别 (46)4.2.2流型转化描述 (47)4.3 压降与有效粘度的实验研究 (52)4.3.1压降实验 (52)4.3.2有效粘度 (55)4.4环道实验与仪器实验的差异 (59)4.5 本章小结 (61)第五章油－水两相水平管流就地含水率与流型转换研究 (62)5.1白油－水两相水平管流就地含水率分布规律描述 (63)5.2 白油－水两相环状流型就地含水率的计算 (66)5.2.1立论依据 (66)5.2.2计算方法的建立 (67)5.2.3应用算例 (68)5.3 油－水两相水平管流反相预测模型 (70)5.3.1油－水两相管流反相过程描述 (71)5.3.2反相预测模型的建立 (73)5.3.3反相模型的验证 (75)5.4间歇流型向水为连续相流型转换的理论边界研究 (76)5.4.1间歇流型与水环流型临界边界的建立 (78)5.4.2 模型参数的选取与分析 (83)5.4.3 模型的实验验证 (85)5.4.4 分层流型区域边界线的确定 (90)5.5 本章小结 (91)第6章油－水两相水平管流压降规律研究 (92)6.1 油为连续相流型的压降计算 (92)6.1.1 分散体系为非牛顿流体的压降计算 (93)6.1.2 分散体系为牛顿流体的压降计算 (95)6.1.3 油田现场应用 (97)6.2 水为连续相流型的压降计算 (99)6.2.1水环流型压降计算模型的建立 (100)6.2.2模型预测和实验验证 (103)6.3 分层流型与不完全环状流型的压降计算 (108)6.3.1计算模型的建立 (109)6.3.2模型的实验验证 (110)6.4 本章小结 (113)第7章结论与展望 (115)7.1 本文的研究结论 (115)7.2对今后研究工作的建议 (117)主要符号表 (118)参考文献 (119)致谢 (125)个人简历、在学期间的研究成果 (126)第1章引言本章对研究课题的工业背景及油－水两相管流的研究历史和发展现状进行了介绍，在此基础上提出了本课题研究的基本内容。