井筒氣液兩相流基本概念課件

1、教學(xué)目的：教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)： 教學(xué)重點(diǎn)第二節(jié) 井筒氣液兩相流基本概念 掌握井筒氣液兩相流動(dòng)的特點(diǎn)、流態(tài)及其特征；井筒氣液兩相流動(dòng)中能量平衡方程的推導(dǎo)以及壓力分布計(jì)算的方法（按壓力增量迭代和按深度增量迭代方法）。1、氣液兩相流的特性2、井筒氣液兩相流動(dòng)的能量平衡方程 第1頁，共23頁。教學(xué)難點(diǎn)教法說明：教學(xué)內(nèi)容：1、滑脫及其特征；2、氣液兩相流動(dòng)的能量平衡方程。課堂講授并輔助以多媒體課件展示相關(guān)流態(tài)圖形。井筒氣液兩相流動(dòng)的特性.井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計(jì)算步驟 第2頁，共23頁。相的概念 相是體系中具有相同化學(xué)組成和物理性質(zhì)的一部 分 ，與體系的其它均勻部分有界面隔開例如：水-冰系統(tǒng)、

2、泥漿、油-氣-水等均是多相體系油氣是深埋于地下的流體礦藏采油設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工況分析、油氣集輸設(shè)計(jì)等都離不開氣液兩相流的理論與計(jì)算方法隨壓力的降低，溶解氣將不斷從原油中逸出，因此，井筒中將不可避免地出現(xiàn)氣液兩相流動(dòng)。第3頁，共23頁。一、井筒氣液兩相流動(dòng)的特性(一)氣液兩相流動(dòng)與單相液流的比較第4頁，共23頁。流動(dòng)型態(tài)（流動(dòng)結(jié)構(gòu)、流型）： 流動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)變化 純液流 當(dāng)井筒壓力大于飽和壓力時(shí)，天然氣溶解在原油中，產(chǎn)液呈單相液流。影響流型的因素： 氣液體積比、流速、氣液界面性質(zhì)等。第5頁，共23頁。泡流 井筒壓力稍低于飽和壓力時(shí)，溶解氣開始從油中

3、分離出來，氣體都以小氣泡分散在液相中。滑脫現(xiàn)象： 混合流體流動(dòng)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(diǎn)：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(yán)重。第6頁，共23頁。段塞流 當(dāng)混合物繼續(xù)向上流動(dòng)，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(gè)油管斷面時(shí)，井筒內(nèi)將形成一段液一段氣的結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：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7頁，共23頁。環(huán)流 油管中心是連續(xù)的氣流而管

4、壁為油環(huán)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：氣液兩相都是連續(xù)相； 氣體舉油作用主要是靠摩擦攜帶； 摩擦損失變大。第8頁，共23頁。霧流 氣體的體積流量增加到足夠大時(shí)，油管中內(nèi)流動(dòng)的氣流芯子將變得很粗，沿管壁流動(dòng)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(diǎn)：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(yùn)動(dòng)速度很小； 氣相是整個(gè)流動(dòng)的控制因素。第9頁，共23頁?？偨Y(jié)： 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(shí)際上，在同一口井內(nèi)，一般不會(huì)出現(xiàn)完整的流型變化。圖1-17 油氣沿井筒噴出時(shí)的流型變化示意圖純油流；泡流；段塞流；環(huán)流；

5、霧流第10頁，共23頁。(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。圖1-18 氣液兩相流流動(dòng)斷面簡圖第11頁，共23頁。無滑脫實(shí)際由于有滑脫時(shí)，氣體流速大，液體流速小，為了保持體積流量不變，氣體過流斷面將減小，而液體的過流斷面將增加 。由于滑脫存在：第12頁，共23頁。單位管長上滑脫損失為：滑脫損失的實(shí)質(zhì)： 液相的流動(dòng)斷面增大引起混合物密度的增加。圖1-18 氣液兩相流流動(dòng)斷面簡圖第13頁，共23頁。二、井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計(jì)算步驟 兩個(gè)流動(dòng)斷面間的能量平衡關(guān)系：(一)能量平衡方程推導(dǎo)第14頁，共23頁。傾斜多相管流斷面1和斷面2的流體的能量平衡關(guān)系為：圖2-1

6、9 傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖第15頁，共23頁。適合于各種管流的通用壓力梯度方程：則：令：第16頁，共23頁。 O G W隨壓力的增加，一部分氣體溶于油，剩余氣體被壓縮；油相溶解了氣體，體積增加；水也可被壓縮，但可視為不可壓流體。O W隨壓力的增加，油相被壓縮，體積減小，水可視為不可壓流體。(二) 油氣體積流量的校正第17頁，共23頁。某不飽和油藏單井生產(chǎn)時(shí)，地面油產(chǎn)量Qo，生產(chǎn)氣油比Rp，不含水，井口溫度和壓力分別為T0和p0，需要確定井筒中某點(diǎn)(壓力和溫度為T和p)油相和氣相的實(shí)際體積流量和物性參數(shù)，為壓力梯度計(jì)算做準(zhǔn)備。油相：原油的體積流量為QoBo 氣相： 地面條件 地下條件，油要溶

7、解一部分氣？第18頁，共23頁。同時(shí)，溫度和壓力的變化使氣體體積變化較大（氣體狀態(tài)方程）氣相： Z油相：第19頁，共23頁。(三)多相垂直管流壓力分布計(jì)算步驟由于多相管流中每相流體影響流動(dòng)的物理參數(shù)(密度、粘度等)及混合物密度和流速都隨壓力和溫度而變，沿程壓力梯度并不是常數(shù)，因此，多相管流需要分段計(jì)算；同時(shí)，要先求得相應(yīng)段的流體性質(zhì)參數(shù)，然而，這些參數(shù)又是壓力和溫度的函數(shù)，壓力卻又是計(jì)算中需要求得的未知數(shù)。所以，多相管流通常采用迭代法進(jìn)行計(jì)算。有兩種不同的迭代途徑：按深度增量迭代和按壓力增量迭代。第20頁，共23頁。以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn)，重復(fù)步，計(jì)算下一段的深度和壓力，直到各段的累加深度等于

8、管長為止。重復(fù)的計(jì)算，直至 。1)按深度增量迭代的步驟已知任一點(diǎn)(井口或井底)的壓力作為起點(diǎn)，任選一個(gè)合適的壓力降作為計(jì)算的壓力間隔p(0.5 1.0MPa)。估計(jì)一個(gè)對應(yīng)的深度增量h估計(jì)，計(jì)算與之對應(yīng)的溫度 。計(jì)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)。計(jì)算該段的壓力梯度dp/dh。計(jì)算對應(yīng)于的該段管長(深度差)h計(jì)算。計(jì)算該段下端對應(yīng)的深度及壓力。第21頁，共23頁。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(jì)算壓力分布的程序流程框圖。說明：a. 計(jì)算壓力分布過程中，溫度和壓力是相關(guān)的；b. 流體物性參數(shù)計(jì)算至關(guān)重要，但目前方法精度差；c. 不同的多相流計(jì)算方法差別較大，因此在實(shí)際應(yīng)用中