第1章 緒論 油井流入動態(tài)與多相流課件

第一章油井流入動態(tài)與井筒多相流計算油井流入動態(tài)井筒氣液兩相流基本概念計算氣液兩相垂直管流方法油氣從油藏流入井底和在井筒中的流動是油氣開采的兩個基本流動過程。油井流入動態(tài)和井筒多相流動規(guī)律是油井各種舉升方式設計和生產(chǎn)動態(tài)分析所需要的共同理論基礎。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第一節(jié)

油井流入動態(tài)（IPR曲線）油井流入動態(tài)曲線（IPR曲線）：

表示產(chǎn)量與井底流壓關系的曲線，簡稱IPR曲線。油井流入動態(tài)：

油井產(chǎn)量與井底流動壓力的關系。它反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏壓力、油層物性、流體物性、完井質(zhì)量等對油層滲流規(guī)律的影響，是采油工程與油藏工程的銜接點。通過油井流入動態(tài)研究為油藏工程提供檢驗資料；為采油工程的下一步工作提供依據(jù)；檢查鉆井、固井、完井和各項工藝措施等技術水平的優(yōu)劣。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-1典型的流入動態(tài)曲線第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流一、單相液體流入動態(tài)(基于達西定律)供給邊緣壓力不變圓形地層中心一口井的產(chǎn)量公式為：圓形封閉油藏，擬穩(wěn)態(tài)條件下的油井產(chǎn)量公式為：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流泄油面積形狀與油井的位置系數(shù)對于非圓形封閉泄油面積的油井產(chǎn)量公式，可根據(jù)泄油面積和油井位置進行校正。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流采油(液)指數(shù)：

單位生產(chǎn)壓差下油井產(chǎn)油(液)量，反映油層性質(zhì)、厚度、流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關系的綜合指標。單相流動時，油層物性及流體性質(zhì)基本不隨壓力變化，產(chǎn)量公式可表示為:第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流采油指數(shù)J的獲得：油藏參數(shù)計算試井資料：測得3～5個穩(wěn)定工作制度下的產(chǎn)量及其流壓，便可繪制該井的實測IPR曲線對于單相液體流動的直線型IPR曲線，采油指數(shù)可定義為產(chǎn)油量與生產(chǎn)壓差之比，或者單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油量；也可定義為每增加單位生產(chǎn)壓差時，油井產(chǎn)量的增加值，或油井IPR曲線斜率的負倒數(shù)。注意事項：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-1典型的流入動態(tài)曲線對于非直線型IPR曲線，由于其斜率不是定值，按上述幾種定義所求得的采油指數(shù)則不同。所以，對于具有非直線型IPR曲線的油井，在使用采油指數(shù)時，應該說明相應的流動壓力，不能簡單地用某一流壓下的采油指數(shù)來直接推算不同流壓下的產(chǎn)量。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流當油井產(chǎn)量很高時，井底附近將出現(xiàn)非達西滲流：膠結地層的紊流速度系數(shù)：非膠結地層紊流速度系數(shù)：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流如果在單相流動條件出現(xiàn)非達西滲濾，也可利用試井所得的產(chǎn)量和壓力資料求得C和D值。由試井資料繪制的～直線的斜率為D，其截距則為C。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流二、油氣兩相滲流時的流入動態(tài)

o、Bo、Kro都是壓力的函數(shù)。用上述方法繪制IPR曲線十分繁瑣。通常結合生產(chǎn)資料來繪制IPR曲線（Vogel方法）或簡化的Fetkovich方法。平面徑向流，直井油氣兩相滲流時油井產(chǎn)量公式為：(一)垂直井油氣兩相滲流時的流入動態(tài)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流1.Vogel方法(1968)①假設條件：a.圓形封閉油藏，油井位于中心；溶解氣驅(qū)油藏。b.均質(zhì)油層，含水飽和度恒定；c.忽略重力影響；d.忽略巖石和水的壓縮性；e.油、氣組成及平衡不變；f.油、氣兩相的壓力相同；g.擬穩(wěn)態(tài)下流動，在給定的某一瞬間，各點的脫氣原油流量相同。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流②Vogel方程Vogel曲線第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流

a.計算c.根據(jù)給定的流壓及計算的相應產(chǎn)量繪制IPR曲線。b.給定不同流壓，計算相應的產(chǎn)量：已知地層壓力和一個工作點：③利用Vogel方程繪制IPR曲線的步驟第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流油藏壓力未知，已知兩個工作點a.油藏平均壓力的確定

b.計算d.根據(jù)給定的流壓及計算的相應產(chǎn)量繪制IPR曲線c.給定不同流壓，計算相應的產(chǎn)量第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流④Vogel曲線與數(shù)值模擬IPR曲線的對比a.按Vogel方程計算的IPR曲線，最大誤差出現(xiàn)在用小生產(chǎn)壓差下的測試資料來預測最大產(chǎn)量。一般，誤差低于5％。雖然，隨著采出程度的增加，到開采末期誤差上升到20％，但其絕對值卻很小。b.如果用測試點的資料按直線外推時，最大誤差可達70～80％，只是在開采末期約30%。C.采出程度N對油井流入動態(tài)影響大，而kh/μ、B0、k、S0等參數(shù)對其影響不大。圖1-4不同方法計算的油井IPR曲線

1-用測試點按直線外推；2-計算機計算的；3-用Vogel方程計算的第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流2.費特柯維奇方法溶解氣驅(qū)油藏：假設與壓力成直線關系，則：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流式中：則：令：當時：所以：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流3.非完善井Vogel方程的修正油水井的非完善性：

打開性質(zhì)不完善；如射孔完成打開程度不完善；如未全部鉆穿油層打開程度和打開性質(zhì)雙重不完善油層受到損害酸化、壓裂等措施

改變油井的完善性，從而增加或降低井底附近的壓力降，影響油井流入動態(tài)關系。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流完善井和非完善井周圍的壓力分布示意圖第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流完善井:非完善井:令：非完善井附加壓力降:則：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流油井的流動效率（FE）：油井的理想生產(chǎn)壓差與實際生產(chǎn)壓差之比。油層受污染的或不完善井，完善井,增產(chǎn)措施后的超完善井，第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流利用流動效率計算非完善直井流入動態(tài)的方法圖1-6Standing無因次IPR曲線①Standing方法(FE=0.5~1.5)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流Standing方法計算不完善井IPR曲線的步驟：a.根據(jù)已知Pr和Pwf計算在FE=1時最大產(chǎn)量b.預測不同流壓下的產(chǎn)量c.根據(jù)計算結果繪制IPR曲線第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流②Harrison方法圖1-7Harrison無因次IPR曲線(FE>1)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流b.求FE對應的最大產(chǎn)量，即Pwf=0時的產(chǎn)量Harrison方法計算超完善井IPR曲線的步驟：a.計算FE=1時的qomax(FE=1)

先求Pwf/Pr，然后查圖1-7中對應的FE曲線上的相應值qo/qomax(FE=1)。則c.計算不同流壓下的產(chǎn)量d.根據(jù)計算結果繪制IPR曲線第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流非完善井的IPR曲線繪制第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流(二)斜井和水平井的IPR曲線

Cheng對溶解氣驅(qū)油藏中斜井和水平井進行了數(shù)值模擬，并用回歸的方法得到了類似Vogel方程的不同井斜角井的IPR回歸方程：P’=Pwf/Pr；q’=qo/qomax；A、B、C為取決于井斜角的系數(shù)。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流Bendakhlia等用兩種三維三相黑油模擬器研究了多種情況下溶解氣驅(qū)油藏中水平井的流入動態(tài)關系。得到了不同條件下IPR曲線。Bendakhlia用公式來擬合IPR曲線圖版，發(fā)現(xiàn)吻合很好。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-8擬合的IPR曲線與實際曲線的對比

_____擬合的IPR曲線,……實際曲線第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-9參數(shù)v、n與采收率系數(shù)之間的關系第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流其它水平井產(chǎn)能計算模型：Borisov模型：Giger模型：Joshi模型：Renard&Dupuy模型：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流（1）基本公式當油藏壓力高于飽和壓力，而流動壓力低于飽和壓力時，油藏中將同時存在單相和兩相流動，擬穩(wěn)態(tài)條件下產(chǎn)量的一般表達式為:三、時的流入動態(tài)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流井周圍壓力和氣體飽和分布第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流組合型IPR曲線（2）實用計算方法(組合型IPR方法)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流流壓等于飽和壓力時的產(chǎn)量為：①當時，由于油藏中全部為單相液體流動。②當后，油藏中出現(xiàn)兩相流動。流入動態(tài)公式為：直線段采油指數(shù)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流四、油氣水三相IPR曲線Petrobras提出了計算三相流動IPR曲線的方法。綜合IPR曲線的實質(zhì):按含水率取純油IPR曲線和水IPR曲線的加權平均值。當已知測試點計算采液指數(shù)時，是按產(chǎn)量加權平均；當預測產(chǎn)量或流壓時是按流壓加權平均。圖1-12油氣水三相IPR曲線第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流(一)采液指數(shù)計算已知一個測試點(、)和飽和壓力及油藏壓力①當時：思考題：推導時的采液指數(shù)計算式。②當時：③當時：其中：直線段采液指數(shù)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流①，則：②，則按流壓加權平均進行推導：(二)某一產(chǎn)量下的流壓計算所以：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流因為：所以：③若，則綜合IPR曲線的斜率可近似為常數(shù)。思考題：試推導第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流五、多層油藏油井流入動態(tài)（1）多油層油井流入動態(tài)—迭加型IPR圖1-13多層油藏油井流入動態(tài)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流（2）含水油井流入動態(tài)圖1-14含水油井流入動態(tài)與含水變化()圖1-15含水油井流入動態(tài)曲線()第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流小結(1)介紹的方法闡明了油井流入動態(tài)的物理意義，也是目前現(xiàn)場最常用的計算方法。(2)油井流入動態(tài)研究主要有三種途徑：基于Vogel、Fetkovich、Petrobras方法的完善。建立不同類型油藏和井底條件的滲流模型。利用單井流入動態(tài)的油藏數(shù)值模擬技術。(3)油井流入動態(tài)是采油工程各項技術措施設計、分析與評價的依據(jù)。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第二節(jié)井筒氣液兩相流基本概念井筒多相流理論：研究各種舉升方式油井生產(chǎn)規(guī)律基本理論研究特點：流動復雜性、無嚴格數(shù)學解研究途徑：基本流動方程實驗資料相關因次分析近似關系第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流一、井筒氣液兩相流動的特性(一)氣液兩相流動與單相液流的比較第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流流動型態(tài)（流動結構、流型）：

流動過程中油、氣的分布狀態(tài)。(二)氣液混合物在垂直管中的流動結構變化影響流型的因素各相介質(zhì)的體積比例介質(zhì)的流速各相的物理及化學性質(zhì)(密度、粘度界面張力等)流道的幾何形狀壁面特性管道的安裝方式第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流流動型態(tài)的劃分方法：兩類第一類劃分方法：根據(jù)兩相介質(zhì)分布的外形劃分，包括泡狀流、彈狀流或團狀流、（層狀流、波狀流）、段塞流或沖擊流、環(huán)狀流、霧狀流垂直氣液兩相流流型水平氣液兩相流流型第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第二類劃分方法：按流動的數(shù)學模型或流體的分散程度劃分，包括分散流、間歇流、分離流兩種分類方法比較第一類劃分方法較為直觀第二類劃分方法便于進行數(shù)學處理第一類劃分方法泡狀流彈狀流或團狀流層狀流波狀流段塞流或沖擊流環(huán)狀流霧狀流第二類劃分方法分散流間歇流分離流分離流間歇流分離流分散流兩類劃分結果的對應關系第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流①純液流

當井筒壓力大于飽和壓力時，天然氣溶解在原油中，產(chǎn)液呈單相液流。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流②泡流

井筒壓力稍低于飽和壓力時，溶解氣開始從油中分離出來，氣體都以小氣泡分散在液相中?；摤F(xiàn)象：

混合流體流動過程中，由于流體間的密度差異，引起的小密度流體流速大于大密度流體流速的現(xiàn)象。如：油氣滑脫、氣液滑脫、油水滑脫等。特點：氣體是分散相，液體是連續(xù)相；氣體主要影響混合物密度，對摩擦阻力影響不大；滑脫現(xiàn)象比較嚴重。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流③段塞流

當混合物繼續(xù)向上流動，壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，小氣泡將合并成大氣泡，直到能夠占據(jù)整個油管斷面時，井筒內(nèi)將形成一段液一段氣的結構。特點：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相；一段氣一段液交替出現(xiàn)；氣體膨脹能得到較好的利用；滑脫損失變??；摩擦損失變大。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流④環(huán)流

油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)的流動結構。特點：氣液兩相都是連續(xù)相；氣體舉油作用主要是靠摩擦攜帶；滑脫損失變小；摩擦損失變大。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流⑤霧流

氣體的體積流量增加到足夠大時，油管中內(nèi)流動的氣流芯子將變得很粗，沿管壁流動的油環(huán)變得很薄，絕大部分油以小油滴分散在氣流中。特點：氣體是連續(xù)相，液體是分散相；氣體以很高的速度攜帶液滴噴出井口；氣、液之間的相對運動速度很??；氣相是整個流動的控制因素。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流總結：

油井生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的流型自下而上依次為：純油(液)流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。實際上，在同一口井內(nèi)，一般不會出現(xiàn)完整的流型變化。圖1-17油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖Ⅰ—純油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—環(huán)流；Ⅴ—霧流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流實際計算：直接求存在滑脫混合物密度或包括滑脫在內(nèi)的摩擦阻力系數(shù)。(三)滑脫損失概念因滑脫而產(chǎn)生的附加壓力損失稱為滑脫損失。單位管長上滑脫損失為：圖1-18氣液兩相流流動斷面簡圖滑脫損失的實質(zhì)：液相的流動斷面增大引起混合物密度的增加。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流二、井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計算步驟兩個流動斷面間的能量平衡關系：(一)能量平衡方程推導圖2-19傾斜管流能量平衡關系示意圖第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖2-19傾斜管流能量平衡關系示意圖傾斜多相管流斷面1和斷面2的流體的能量平衡關系為：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流適合于各種管流的通用壓力梯度方程：則：令：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流⑧以計算段下端壓力為起點，重復②～⑦步，計算下一段的深度和壓力，直到各段的累加深度等于管長為止。(2)多相垂直管流壓力分布計算步驟⑥重復②～⑤的計算，直至。1)按深度增量迭代的步驟①已知任一點(井口或井底)的壓力作為起點，任選一個合適的壓力降作為計算的壓力間隔

p。②估計一個對應的深度增量

h。③計算該管段的平均溫度及平均壓力，并確定流體性質(zhì)參數(shù)。④判斷流型，并計算該段的壓力梯度dp/dh。⑤計算對應于的該段管長(深度差)

h。⑦計算該段下端對應的深度及壓力。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流2)按壓力增量迭代的步驟（略）思考題：根據(jù)上述步驟整理出計算壓力分布的程序流程框圖。說明：a.計算壓力分布過程中，溫度和壓力是相關的；b.流體物性參數(shù)計算至關重要，但目前方法精度差；c.不同的多相流計算方法差別較大，因此在實際應用中有必要根據(jù)油井的實際情況篩選精度相對高的方法。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第三節(jié)Orkiszewski方法綜合了Griffith&Wallis和Duns&Ros等方法處理過渡性流型時，采用Ros方法(內(nèi)插法)針對每種流動型態(tài)提出存容比及摩擦損失的計算方法提出了四種流型，即泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流把Griffith段塞流相關式改進后推廣到了高流速區(qū)

1967年提出，適用于垂直管流計算第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流出現(xiàn)霧流時，氣體體積流量遠大于液體體積流量。根據(jù)氣體定律，動能變化可表示為：一、壓力降公式及流動型態(tài)劃分界限由垂直管流能量方程可知，壓力降是摩擦能量損失、勢能變化和動能變化之和：所以壓降計算式為：在霧流情況下才有明顯意義第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流表1-3Orkiszewski方法流型劃分界限不同流動型態(tài)下和的計算方法不同。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流二、平均密度及摩擦損失梯度的計算氣相存容比(含氣率)Hg

：管段中氣相體積與管段容積之比值。液相存容比(持液率)HL

：管段中液相體積與管段容積之比值。(1)泡流平均密度:？第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流滑脫速度：氣相流速與液相流速之差。則：泡流摩擦損失梯度按液相進行計算：Griffith實驗測得：0.244m/s第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-21摩擦阻力系數(shù)曲線（教材p37）圖1-21第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流(2)段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流計算關鍵是滑脫速度vs和液體分布系數(shù)δ的計算。液體分布系數(shù)δ的計算見課本p39表1-4和公式（1-58）?；撍俣葀s的計算方法有兩種：查圖迭代法和經(jīng)驗公式法。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流泡流雷諾數(shù)：圖1-22C1～Nb曲線雷諾數(shù)：圖1-23C2～NRe曲線滑脫速度的計算——查圖迭代法滑脫速度：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流滑脫速度的計算——經(jīng)驗公式計算法詳見教材p38~93公式（1-54）~（1-57）。(3)過渡流過渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和霧流分別進行計算，然后用內(nèi)插方法來確定相應的數(shù)值。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流霧流混合物平均密度計算公式與泡流相同：由于霧流的氣液無相對運動速度，即滑脫速度接近于零，基本上沒有滑脫。霧流摩擦系數(shù)可根據(jù)氣體雷諾數(shù)和液膜相對粗糙度查圖得。摩擦梯度:(4)霧流所以：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-24Orkiszewski方法計算流程框圖第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流第四節(jié)Beggs&Brill方法水和空氣、聚丙烯管實驗基礎上總結的方法建立流型分布圖，將七種流型歸為三類，增加了過渡流計算時先按水平管流計算，然后采用傾斜校正系數(shù)校正成相應的傾斜管流傾斜度-90°~+90°，分上坡和下坡流動

1973年提出，適用于水平、垂直和任意傾斜管流計算第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流Beggs&Brill兩相水平管流型分離流分層流波狀流環(huán)狀流間歇流團狀流段塞流分散流泡流霧流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流一、基本方程單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動的機械能量守恒方程為：(1)位差壓力梯度：消耗于混合物靜水壓頭的壓力梯度。(2)摩擦壓力梯度：克服管壁流動阻力消耗的壓力梯度。假設條件:氣液混合物既未對外作功，也未受外界功。第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流(3)加速度壓力梯度：由于動能變化而消耗的壓力梯度。忽略液體壓縮性、考慮到氣體質(zhì)量流速變化遠遠小于氣體密度變化，則：(4)總壓力梯度（Beggs-Brill方法的基本方程）第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-26Beggs-Brill流型分布圖（教材p45）二、Beggs&Brill方法的流型分布圖及流型判別式分離流間歇流過渡流分散流第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流表2-4Beggs-Brill法流型判別條件第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流三、持液率及混合物密度確定(1)持液率Beggs&Brill方法計算傾斜管流時首先按水平管計算,然后進行傾斜校正。表1-6a、b、c常數(shù)表第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流實驗結果表明，傾斜校正系數(shù)與傾斜角、無滑脫持液率、弗洛德數(shù)及液體速度數(shù)有關。圖1-27不同EL下的傾斜校正系數(shù)第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流根據(jù)實驗結果回歸的傾斜校正系數(shù)的相關式為:對于垂直管:系數(shù)C與無滑脫持液率、弗洛德數(shù)和液相速度數(shù)有關。表1-6系數(shù)d、e、f、g其中：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流對于過渡流型，先分別用分離流和間歇流計算，之后采用內(nèi)插法確定其持液率。利用持液率計算流動條件下混合物實際密度：第1章緒論油井流入動態(tài)與多相流四、阻力系數(shù)氣液兩相流阻力系數(shù)與無滑脫氣液兩相流阻力系數(shù)的比值與持液率和無滑脫持液率(入口體積含液率)之間的關系：當1<y<1.2時其中