重慶氣礦多相管流排水采氣新技術(shù)課件

井筒多相管流及排水采氣新工藝技術(shù)鐘海全西南石油大學(xué)2007.81井筒多相管流及排水采氣鐘海全西南石油大學(xué)1

典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣2典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)2典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)氣田開(kāi)發(fā)方案生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化地面管網(wǎng)分析地面管線及設(shè)備井筒生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析油氣井流入動(dòng)態(tài)3典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)氣田開(kāi)發(fā)方案生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化地面管網(wǎng)分析地面管典型油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)氣體完井方式油嘴井下安全閥油管地面管線增壓機(jī)分離器產(chǎn)層液體井下油嘴4典型油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)氣體完井方式油嘴井下安全閥油管地面管線增壓油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中壓力損失DP1=PR–PwfsDP2=Pwfs–PwfDP3=PUSV

–PDSVDP5=Pwf–PtfDP6=Ptf–PDSCDP7=PDSC–PRBDP9=Psep–PCDDP8=PRB–PsepDP4=PUWC–PDWC5油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中壓力損失DP1=PR–PwfsDP2油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中溫度變化DT3=TUSV–TDSVDT1=TR–TwfsDT2=Twfs–TwfDT6=Ttf–TDSCDT7=TDSC–TRBDT9=Tsep–TCDDT5=Twf–TtfDT8=TRB–TsepDT4=TUWC

–TDWC6油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中溫度變化DT3=TUSV–TDSVD典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)

井筒氣相管流井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣7典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)7將氣相管流考慮為穩(wěn)定的一維問(wèn)題。在管流中取一控制體，以管子軸線為坐標(biāo)軸z，規(guī)定坐標(biāo)軸正向與流向一致。定義管斜角θ為坐標(biāo)軸z與水平方向的夾角。v+dvz+dzdzzp+dpτwpvzρgAdzθ穩(wěn)定一維氣相流動(dòng)氣相管流基本方程8將氣相管流考慮為穩(wěn)定的一維問(wèn)題。在管流中取一控制體，以管子軸連續(xù)方程

由質(zhì)量守恒得連續(xù)性方程（1）氣相管流基本方程動(dòng)量方程

作用于控制體的外力應(yīng)等于流體的動(dòng)量變化重力沿z軸分量壓力管壁摩擦阻力動(dòng)量變化9連續(xù)方程（1）氣相管流基本方程動(dòng)量方程重力沿z軸分量壓力管壁管壁摩擦應(yīng)力摩阻項(xiàng)可表示為簡(jiǎn)化得壓力梯度方程重力壓降梯度摩阻壓降梯度動(dòng)能壓降梯度10管壁摩擦應(yīng)力摩阻項(xiàng)可表示為簡(jiǎn)化得壓力梯度方程重力壓降梯度單相管流摩阻系數(shù)Moody摩阻系數(shù)圖版摩阻系數(shù)f對(duì)比粗糙度e/D雷諾數(shù)ReD完全粗糙管區(qū)光滑管層流f＝64/Re臨界區(qū)過(guò)渡區(qū)11單相管流摩阻系數(shù)Moody摩阻系數(shù)圖版摩阻系數(shù)f對(duì)比粗雷諾數(shù)表示流體慣性力與粘滯剪切力之比值，它是判別層流與紊流的重要參數(shù)。通常認(rèn)為，層流與紊流的分界雷諾數(shù)為2100~2300。雷諾數(shù)Jain摩阻系數(shù)公式管壁粗糙度的取值較困難，因其值不可直接測(cè)量?？筛鶕?jù)測(cè)試的壓力梯度計(jì)算其摩阻系數(shù)，由Moody圖反求有效的e/D值。新油管推薦e=0.016mm(0.0006in）。12雷諾數(shù)表示流體慣性力與粘滯剪切力之比值，它是判別層流與紊流的根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底靜壓或流壓；已知輸氣管線兩端壓力計(jì)算其輸氣能力；一般的問(wèn)題是根據(jù)管子兩端壓力或流量中的兩個(gè)參數(shù)計(jì)算另一個(gè)參數(shù)；由于氣相管流壓力梯度方程目前還不能直接用解析顯式表示壓力，所以發(fā)展了多種不同程度簡(jiǎn)化和近似的方法。氣體管流壓降計(jì)算13根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底靜壓或流壓；氣體管流壓降計(jì)算13根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底壓力，取坐標(biāo)z沿井軸向下為正，井口z=0。垂直井：測(cè)深L等于垂深H，θ＝90°，sinθ=1；斜直井：sinθ=H/L定向井：分段處理，

sinθi=ΔHi/ΔLi關(guān)井靜氣柱：摩阻項(xiàng)和動(dòng)能項(xiàng)壓力梯度均為零。垂直井靜氣柱總壓降梯度即為重位壓降梯度。分離變量積分靜氣柱壓力計(jì)算14根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底壓力，取坐標(biāo)z沿井軸向下為正，井口z=0由于T，p，Z是沿井深變化的，為了便于直接積分，采用井筒平均溫度和平均壓力計(jì)算平均Z值，積分得15由于T，p，Z是沿井深變化的，為了便于直接積分，采用井筒平均仍以井口為計(jì)算起點(diǎn)，沿井深向下為z的正向，與氣體流動(dòng)方向相反。忽略動(dòng)能壓降梯度，垂直氣井的壓力梯度方程為：

任意流動(dòng)狀態(tài)（p,T）下的氣體流速可表示為：氣井井底流壓計(jì)算16仍以井口為計(jì)算起點(diǎn)，沿井深向下為z的正向，與氣體流動(dòng)方向相反將v代入并化簡(jiǎn)：分離變量積分油管內(nèi)流動(dòng)D即為油管內(nèi)徑；油套環(huán)空流動(dòng)有：D5=(套管內(nèi)徑-油管外徑)3(套管內(nèi)徑+油管外徑)217將v代入并化簡(jiǎn)：分離變量積分油管內(nèi)流動(dòng)D即為油管內(nèi)徑；油套環(huán)設(shè)水平輸氣管線其流動(dòng)方向與水平方向一致，無(wú)高程變化故不存在重位壓降。忽略動(dòng)能壓降,故總壓降梯度為摩擦壓降梯度分離變量積分水平輸氣管線壓降18設(shè)水平輸氣管線其流動(dòng)方向與水平方向一致，無(wú)高程變化故不存在重對(duì)于含有重?zé)N的凝析氣井，在油管的舉升過(guò)程中會(huì)部分冷凝成液相，形成氣液兩相流動(dòng)。由于這類(lèi)氣井的氣液比很高且紊流程度嚴(yán)重，氣液兩相混合較為均勻，可視為均勻的單相流（稱為擬單相流）。凝析氣井的產(chǎn)出物包括三部分：即經(jīng)地面分離器分離出的干氣、凝析油罐逸出的凝析氣和凝析油。當(dāng)井底流壓接近凝析氣的上露點(diǎn)壓力，油管內(nèi)可能存在液烴。若氣液比大于1780m3（標(biāo)）/m3，可近似考慮為單相氣體流動(dòng)。計(jì)算井底流動(dòng)壓力須對(duì)氣體流量和相對(duì)密度作相應(yīng)的修正。凝析氣的修正19對(duì)于含有重?zé)N的凝析氣井，在油管的舉升過(guò)程中會(huì)部分冷凝成液相，凝析氣總氣量的修正復(fù)合氣相對(duì)密度考慮凝析油物性和含量的綜合影響，修正公式為20凝析氣總氣量的修正復(fù)合氣相對(duì)密度考慮凝析油物性和含量的綜合影許多自噴井在井口都要安裝節(jié)流裝置——油嘴，用于控制氣井的產(chǎn)量。有多種情況要求限制氣井的產(chǎn)量，包括防止底水錐進(jìn)和地層出砂，通過(guò)調(diào)節(jié)油嘴的大小控制井口壓力以滿足地面設(shè)備的耐壓要求或防止生成水合物。節(jié)流部件種類(lèi)很多，包括井口油嘴或針形閥，安裝在油管鞋附近的井下油嘴，油管上部的井下安全閥(SSSV)，氣舉閥的氣孔等。當(dāng)氣流通過(guò)這些流通截面突縮部件時(shí)，其流動(dòng)規(guī)律基本一致，可概括為嘴流。氣體嘴流動(dòng)態(tài)21許多自噴井在井口都要安裝節(jié)流裝置——油嘴，用于控制氣井的產(chǎn)量下圖示意圓形孔眼的油嘴，若上游壓力p1保持不變，氣體流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）將隨下游壓力p2的降低而增大。但當(dāng)p2達(dá)到某值pc時(shí)，流量將達(dá)到最大值即臨界流量。若p2再進(jìn)一步降低時(shí)，流量也不再增加。p2p1dqpc/p1p2/p1qsc嘴流示意圖

嘴流動(dòng)態(tài)關(guān)系

22下圖示意圓形孔眼的油嘴，若上游壓力p1保持不變，氣體流量（標(biāo)“臨界流”是流體在油嘴吼道里被加速到聲速時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。在臨界流狀態(tài)下，油嘴下游壓力變化對(duì)氣井產(chǎn)量沒(méi)有影響，因?yàn)閴毫Ω蓴_向上游的傳播不會(huì)快于聲速。因此，為了預(yù)測(cè)嘴流動(dòng)態(tài)即產(chǎn)量與節(jié)流壓降的關(guān)系，必須確定是否為臨界流狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)原理，臨界壓力比為:為臨界流；否則為非臨界流。k為氣體絕熱指數(shù)由氣體嘴流等熵原理，流量與壓力比的關(guān)系為下式，對(duì)于亞臨界流狀態(tài)：將代入上式便可得臨界流嘴流最大產(chǎn)氣量。

23“臨界流”是流體在油嘴吼道里被加速到聲速時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。在臨界節(jié)流后天然氣溫度由狀態(tài)方程，節(jié)流上游進(jìn)口處有節(jié)流下游出口處有天然氣通過(guò)節(jié)流裝置的流動(dòng)可視為絕熱過(guò)程節(jié)流下游天然溫度24節(jié)流后天然氣溫度由狀態(tài)方程，節(jié)流上游進(jìn)口處有節(jié)流下游出口處有典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流

井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣25典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)25井筒多相流流動(dòng)特性大多數(shù)的井筒流動(dòng)是兩相流（油氣、油水）或三相流（油氣水）。油井井筒內(nèi)的總壓差主要是用來(lái)克服流體的重力、摩擦損失以及相間的滑脫損失。影響油氣井生產(chǎn)情況的參數(shù)有：油管直徑、流量、氣液比、含水率、流體密度、流體粘度、壓力、溫度。流動(dòng)方向泡流段塞流環(huán)霧流氣液兩相流主要流型26井筒多相流流動(dòng)特性大多數(shù)的井筒流動(dòng)是兩相流（油氣、油水）或三井筒多相流流動(dòng)特性泡流

氣體以小氣泡形式分布于原油中。此時(shí)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(duì)摩擦阻力的影響不大；滑脫現(xiàn)象（在混合物向上流動(dòng)中，氣體超越液體的現(xiàn)象）比較嚴(yán)重。段塞流

原油中析出大量氣體，小氣泡合并成大氣泡，氣團(tuán)占據(jù)了油管的大部分通道面積，油氣混合物呈氣團(tuán)和液柱在油管中交替流動(dòng)。此時(shí)氣體的膨脹對(duì)液體的舉升發(fā)揮了很好的作用，滑脫較?。挥途纳a(chǎn)不均衡，有壓力脈動(dòng)的現(xiàn)象。環(huán)霧流

氣量繼續(xù)增多時(shí)，氣泡上下擴(kuò)展，突破了氣團(tuán)間的液柱，液體被擠向管壁，沿管壁向上運(yùn)動(dòng)，油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)。此時(shí)氣、液兩相都是連續(xù)的，氣體舉油主要是靠摩擦攜帶。27井筒多相流流動(dòng)特性泡流27井筒多相流能量損失當(dāng)井深一定時(shí)，重力消耗的大小取決于混合物的密度，而混合物的密度與滑脫現(xiàn)象有關(guān)。出現(xiàn)滑脫之后將增大混合物的密度，從而增大混合物的重力消耗。因滑脫而產(chǎn)生的附加壓力損失稱為滑脫損失。若以油柱表示能量損失，則油氣混合物沿井筒流動(dòng)時(shí)總的能量損失H為H=Hm+Hf+HS油氣混合物重力消耗摩阻損失滑脫損失氣體流量與能量損失關(guān)系H,mV，L/s管長(zhǎng)1m，管內(nèi)徑73mm，液體流量為2.4L/s。1－V~Hm＋Hs2－V~Hf3－V~HHm＋Hs隨氣體流量的增加而降低。這是因?yàn)闅怏w流量增加，滑脫損失和混合物的密度減小。摩擦損失隨氣體流量的增加而增加。Hm＋Hs隨氣體流量的增加而降低。這是因?yàn)闅怏w流量增加，滑脫損失和混合物的密度減小。28井筒多相流能量損失當(dāng)井深一定時(shí)，重力消耗的大小取決于混合物的井筒多相流計(jì)算模型要準(zhǔn)確分析多相管流的流動(dòng)特征是比較困難的，大多采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬的方法，結(jié)合試驗(yàn)資料進(jìn)行分析來(lái)找出各變量的近似關(guān)系，從而得出較為實(shí)用的計(jì)算公式。應(yīng)用較廣泛的多相管流的相關(guān)式主要有：右邊各方法中僅Beggs-Brill和Mukherjee-Brill方法考慮了井斜角，其它都是基于垂直流動(dòng)。因此，上述兩種方法也可以用于注入井和丘陵地帶地面管線管流計(jì)算。其它方法對(duì)于定向井多相管流應(yīng)謹(jǐn)慎使用，并且不應(yīng)用于注入井多相管流計(jì)算。HagedornandBrownDunsandRosGrayOrkizewskiAzizetalBeggs－BrillsMukherjee-BrillFancherandBrownHasan-Kabir機(jī)理模型29井筒多相流計(jì)算模型要準(zhǔn)確分析多相管流的流動(dòng)特征是比較困難的，A類(lèi)－不考慮滑脫及流型劃分?；旌衔锩芏扔奢斎霘庖罕扔?jì)算，也就是假定氣液具有相同的速度，此類(lèi)計(jì)算方法僅需兩相流的摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式。B類(lèi)－考慮滑脫，不做流型劃分。僅需要兩相流持液率和摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式。此類(lèi)方法考慮了氣液在管內(nèi)的不同流速，該方法需要提供預(yù)測(cè)液相在任意位置所占管內(nèi)截面積的分?jǐn)?shù)，對(duì)于各種流型采用相同的持液率和摩阻系數(shù)關(guān)系式。C類(lèi)－考慮滑脫并劃分流型。不僅需要兩相流持液率和摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式，而且需要預(yù)測(cè)流型的方法，只要確定了流型，就能確定相應(yīng)的持液率和摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式，加速度壓降梯度的方法也可以確定。井筒多相流計(jì)算模型分類(lèi)30A類(lèi)－不考慮滑脫及流型劃分?；旌衔锩芏扔奢斎霘庖罕扔?jì)算，也就序號(hào)方法類(lèi)型1FancherandBrownA類(lèi)2HagedornandBrownB類(lèi)3GrayB類(lèi)4DunsandRosC類(lèi)5OrikiszwskiC類(lèi)6Azizetal.C類(lèi)7BeggsandBrillC類(lèi)8MukherjeeandBrillC類(lèi)9Hasan-Kabir機(jī)理模型31序號(hào)方法類(lèi)型1FancherandBrownA類(lèi)2HagOGWM軟件管流計(jì)算方法序號(hào)方法適用條件1單相氣體修正氣井、凝析氣井2Hagendorn-Brown(1963)垂直油井、含水氣井3Orkiszewski(1967)垂直油井4Duns-Ros垂直油井5Mukherjee-Brill(1985)垂直井、定向井或地面管線6Beggs-Brill(1973)垂直井、定向井或地面管線7持液率優(yōu)化模型(SPE35612)測(cè)試壓力數(shù)據(jù)優(yōu)化壓降模型8無(wú)滑脫分析滑脫壓降9Aziz(1992)垂直油井、含水氣井10Hasan-Kabir(1985)垂直油井、含水氣井11Gray(1978)凝析氣井、高氣液比井12Ansari機(jī)理模型(1990)垂直油井、含水氣井32OGWM軟件管流計(jì)算方法序號(hào)方法適用條件1單相氣體修正氣井、典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣33典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)33工程常用兩相管流模型Hagedorn-Brown（1965）Gray（1978）Orkiszewski（1967）Beggs-Brill（1973）Mukherjee-Brill（1985）Duns-Ros(1963年)Hasan-Kabir（1988）Ansari模型34工程常用兩相管流模型Hagedorn-Brown（1965）Hagedorn-Brown模型Hagedorn-Brown(1965)針對(duì)垂直井中油氣水三相流動(dòng)，基于單相流體和機(jī)械能守恒定律，建立了壓力梯度模型；并在裝有1、11/4、11/2英寸油管的457m深的試驗(yàn)井中，以10、30、35和110mPa.s的油、天然氣和水混合物進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)反算持液率，提出了用于各種流型下的兩相垂直上升管流壓降關(guān)系式。此壓降關(guān)系式不需要判別流型，適用于產(chǎn)水氣井流動(dòng)條件。

35Hagedorn-Brown模型Hagedorn-BrownGray模型

Gray模型（1978年）適用于凝析油氣井，曾與108口井的資料進(jìn)行了比較。其結(jié)果表明比干氣井的預(yù)測(cè)結(jié)果好。ξ為從少量的凝析油數(shù)據(jù)系統(tǒng)中獲得的氣體體積分?jǐn)?shù)，構(gòu)成一個(gè)反映反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的簡(jiǎn)化模型，與相對(duì)密度、壓力、溫度相關(guān)。36Gray模型Gray模型（1978年）適用于凝析油氣井，Orkiszewski模型

Orkiszewski（1967）采用148口油井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了多個(gè)氣液兩相流模型，對(duì)其中最好的關(guān)系式與他對(duì)段塞流的研究結(jié)合起來(lái)，提出了一種綜合Griffith泡流和段塞流與Dons-Ros的環(huán)霧流和過(guò)渡流算法的垂直多相管流相關(guān)式，通常適合于直井多相流計(jì)算。Ros和Duns霧狀流Ros和Duns過(guò)渡流密度項(xiàng)對(duì)Griffith和Wallis公式作了修正，摩阻項(xiàng)用Orkiszewski方法段塞流Griffith和Wallis泡流選用方法流型37Orkiszewski模型Orkiszewski（1967Beggs-Brill模型

Beggs-Brill(1973年)根據(jù)均相流動(dòng)能守恒方程式得出了壓力梯度方程，并在直徑1"、11/2"長(zhǎng)13.7m的傾斜透明管中用水和空氣進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了不同傾斜管道中氣液兩相流動(dòng)的持液率和阻力系數(shù)的相關(guān)規(guī)律。-900～+900管段傾角0～0.185MPa壓力梯度0～0.87持液率25.4、38.1mm管子內(nèi)徑0.25～0.67MPa管段平均壓力（絕）0～0.0019m3/s液體流量0～0.098m3/s氣體流量變化范圍參數(shù)38Beggs-Brill模型Beggs-Brill(1973Mukherjee-Brill模型

Mukherjee和Brill（1985）在Beggs和Brill（1973）研究工作的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)傾斜管兩相流的流型進(jìn)行了深入研究，提出了更為適用的傾斜管（包括水平管）兩相流的流型判別準(zhǔn)則和應(yīng)用方便的持液率及摩阻系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。M-B持液率只是控制流型的三個(gè)無(wú)因次參數(shù)的函數(shù)。無(wú)因次液相粘度無(wú)因次液相速度無(wú)因次氣相速度39Mukherjee-Brill模型Mukherjee和BrDuns-Ros(1963年)對(duì)影響垂直兩相管流中的13個(gè)變量按π定理進(jìn)行了因次分析，以質(zhì)量、長(zhǎng)度和時(shí)間作為基本量綱。對(duì)因次分析確立的10個(gè)無(wú)因次量進(jìn)行了深入研究，總結(jié)出四個(gè)無(wú)因次量（無(wú)因次氣相速度、無(wú)因次液相速度、無(wú)因次液相粘度、以及無(wú)因次管徑）能比較全面的描述兩相管流現(xiàn)象。并在實(shí)驗(yàn)室中以長(zhǎng)10m，直徑1.26in-5.6in的垂直管進(jìn)行了約4000次氣液兩相管流實(shí)驗(yàn)，持液率通過(guò)放射示蹤跡技術(shù)測(cè)得，獲得了約2萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總結(jié)得出了流態(tài)分布圖。DUNS-ROS模型NgvNLVI區(qū)含氣泡流、彈狀流和部分沫狀流II區(qū)含段塞流和沫狀流的剩余部分III區(qū)為霧狀流40Duns-Ros(1963年)對(duì)影響垂直兩相管流中的13個(gè)變Hasan-Kabir模型

Hasan和Kabir（1988年）利用水動(dòng)力學(xué)原理，通過(guò)對(duì)氣液兩相流動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變的機(jī)理性分析，得出了每一種流動(dòng)形態(tài)的判別依據(jù)，提出了確定每一流動(dòng)形態(tài)的判別依據(jù)和方法。進(jìn)而給出了相應(yīng)的壓力梯度計(jì)算方法。該方法的流動(dòng)形態(tài)分為泡流、段塞流、攪動(dòng)流和環(huán)狀流四種。

Hasan&Kabir指出，對(duì)于垂直氣液兩相管流來(lái)說(shuō)，除了環(huán)狀流以外，重位壓力梯度在總壓力梯度中始終是主要的，而加速壓力梯度一般很小，可以忽略不計(jì)。41Hasan-Kabir模型Hasan和Kabir（1988Ansari模型由多相管流壓降梯度關(guān)系式可知，在計(jì)算壓力梯度時(shí)需要知道混合物的密度、兩相摩阻系數(shù)，而混合物的密度是持液率HL的函數(shù)，因此，兩相流持液率HL和兩相摩阻系數(shù)fm是兩相管流計(jì)算的兩個(gè)重要參數(shù)。Ansari等在前人研究的基礎(chǔ)上建立了井筒中氣液兩相的流動(dòng)型態(tài)判別方法，并對(duì)各種流動(dòng)型態(tài)的流動(dòng)機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，建立了描述泡狀流、段塞流和環(huán)狀流流動(dòng)特性的模型。安薩瑞利用1775口油井的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。42Ansari模型由多相管流壓降梯度關(guān)系式可知，在計(jì)算壓力梯度典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流

工程常用兩相管流模型

氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣43典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)43

氣液兩相管流滑脫損失

氣液兩相管流中，由于氣體和液體間的物性差而產(chǎn)生氣體超越液體上升，氣液混合物的密度增大，增大混合物的靜水壓頭（即重力消耗），導(dǎo)致井底回壓增高。這種附加的壓力損失即為滑脫損失。通常采用兩相管流壓降與無(wú)滑脫壓降之差計(jì)算。氣舉排水采氣技術(shù)44氣液兩相管流滑脫損失氣液兩相管流中，由于氣體和液體間的物氣舉排水采氣技術(shù)隨著高氣液比油氣井地層能量和地層產(chǎn)能的逐漸降低，連續(xù)氣舉井的注氣量不斷增高，氣舉效率隨之大幅降低。其核心問(wèn)題是在低壓條件下，常規(guī)氣舉過(guò)程中氣液兩相流的液體滑脫現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。由于液體的大量回落，增大了井底回壓，降低了地層的生產(chǎn)壓差，造成了常規(guī)氣舉井產(chǎn)量下降，生產(chǎn)極不穩(wěn)定，甚至水淹停產(chǎn)，生產(chǎn)形勢(shì)日趨困難。尋求可靠實(shí)用的接替舉升配套技術(shù)并形成其生產(chǎn)力，已成為油氣田提高采收率迫切需要解決的瓶頸問(wèn)題。問(wèn)題的提出45氣舉排水采氣技術(shù)隨著高氣液比油氣井地層能量和地層產(chǎn)能的逐漸降典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流

工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)

柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣46典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)46柱塞氣舉排水采氣柱塞減震器彈簧油管限位機(jī)構(gòu)排放閥總閥捕捉器放空閥電纜放噴管三通旁通閥控制屏47柱塞氣舉排水采氣柱塞減震器彈簧油管限位機(jī)構(gòu)排放閥總閥捕捉器放典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流

工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣

球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣48典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)48柱塞氣舉優(yōu)勢(shì)是利用柱塞固體界面的作用顯著降低液體滑脫損失、以提高舉升效率；連續(xù)氣舉優(yōu)勢(shì)是注采過(guò)程穩(wěn)定，便于配氣和生產(chǎn)管理。球塞連續(xù)氣舉將上述兩種氣舉方式組合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，以適應(yīng)低壓、低效井復(fù)雜的開(kāi)采條件，達(dá)到有效降耗增液的目的。球塞氣舉排水采氣49柱塞氣舉球塞氣舉排水采氣49球塞氣舉的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)能顯著降低液體滑脫，提高舉升效率和油(氣)藏的采收率；對(duì)低壓井具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可用于斜井、定向井舉升含砂液、高氣液比、高凝油、稠油和乳化液等復(fù)雜流體；采用鋼絲繩投撈固定閥，易實(shí)現(xiàn)連續(xù)和間歇生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)換；改變操作條件（注氣量、注氣壓力和投球頻率等）易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，易適應(yīng)地層產(chǎn)能的變化；防止油管結(jié)蠟，便于注入化學(xué)劑有利于防腐和防垢。缺點(diǎn)U型雙管柱受套管尺寸的限制（7"套管限于23/8

"油管;51/2"套管限于1.9"油管）；50球塞氣舉的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)能顯著降低液體滑脫，提高舉升效率和油(氣

球

塞

氣

舉

裝

置51

球

塞

氣

舉

裝

置51球塞連續(xù)氣舉實(shí)驗(yàn)架52球塞連續(xù)氣舉實(shí)驗(yàn)架52典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流

工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣

分體式柱塞氣舉排水采氣53典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)53分體式柱塞氣舉排水采氣活塞筒減震器彈簧油管限位機(jī)構(gòu)排放閥總閥捕捉器放空閥電纜放噴管三通旁通閥控制屏球54分體式柱塞氣舉排水采氣活塞筒減震器彈簧油管限位機(jī)構(gòu)排放閥總閥分體式柱塞氣舉排水采氣普通柱塞氣舉需要較長(zhǎng)的關(guān)井時(shí)間，才能使柱塞回落到井底。較長(zhǎng)的關(guān)井時(shí)間，不但影響產(chǎn)量，而且驅(qū)使井中液體回流入地層，對(duì)近井地帶產(chǎn)生傷害。分體式柱塞由兩部分組成：一個(gè)空心圓柱體和一個(gè)圓球。生產(chǎn)時(shí)讓兩部分在不同時(shí)間下落，從而可以使氣體先后從球的兩側(cè)和空心圓柱筒的內(nèi)部通過(guò)。一旦圓柱筒到達(dá)井底限位總程，將與小球發(fā)生撞擊，球就會(huì)進(jìn)入圓柱的內(nèi)腔。這時(shí)，氣體就只能在圓柱體的底部運(yùn)動(dòng)，而不能穿過(guò)圓柱體，運(yùn)動(dòng)的氣流產(chǎn)生了推動(dòng)力，就會(huì)推動(dòng)這個(gè)帶有小球的圓柱體向上運(yùn)動(dòng)，從而把液體舉升到地面。到達(dá)地面時(shí)，防噴管內(nèi)銅棒撞擊小球，使小球與圓柱體分離，小球就會(huì)下落，然后再打開(kāi)柱塞接收器釋放空心圓柱，這樣就完成了一次循環(huán)。這樣的一次循環(huán)只需要5～10s的關(guān)井時(shí)間，比較常規(guī)柱塞氣舉，產(chǎn)量有較大的提高。55分體式柱塞氣舉排水采氣普通柱塞氣舉需要較長(zhǎng)的關(guān)井時(shí)間，才能使分體式柱塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉工作示意圖56分體式柱塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉工作示意圖56分體式柱塞氣舉排水采氣在2002年10月，南德克薩斯州油田安裝了分體式柱塞舉升系統(tǒng)后，產(chǎn)量增加并一直持續(xù)穩(wěn)產(chǎn),大約新增產(chǎn)氣量850～1416m3/d。在西德克薩斯油田，在其中一口井上，用分體式柱塞替換原來(lái)的常規(guī)柱塞，使得油井大約每天增產(chǎn)2832m3。在此之后，又對(duì)此油田的另外10口井進(jìn)行改裝。這10口井中，有8口井是由普通柱塞舉升方式改裝成的，另外2口井原來(lái)是自噴井。經(jīng)過(guò)改裝后，這10口井比較改裝前每天產(chǎn)氣量增加33980m3/d。57分體式柱塞氣舉排水采氣在2002年10月，南德克薩斯州油田敬請(qǐng)各位專(zhuān)家批評(píng)指正！58敬請(qǐng)各位專(zhuān)家批評(píng)指正！58井筒多相管流及排水采氣新工藝技術(shù)鐘海全西南石油大學(xué)2007.859井筒多相管流及排水采氣鐘海全西南石油大學(xué)1

典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣60典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)2典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)氣田開(kāi)發(fā)方案生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化地面管網(wǎng)分析地面管線及設(shè)備井筒生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析油氣井流入動(dòng)態(tài)61典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)氣田開(kāi)發(fā)方案生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化地面管網(wǎng)分析地面管典型油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)氣體完井方式油嘴井下安全閥油管地面管線增壓機(jī)分離器產(chǎn)層液體井下油嘴62典型油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)氣體完井方式油嘴井下安全閥油管地面管線增壓油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中壓力損失DP1=PR–PwfsDP2=Pwfs–PwfDP3=PUSV

–PDSVDP5=Pwf–PtfDP6=Ptf–PDSCDP7=PDSC–PRBDP9=Psep–PCDDP8=PRB–PsepDP4=PUWC–PDWC63油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中壓力損失DP1=PR–PwfsDP2油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中溫度變化DT3=TUSV–TDSVDT1=TR–TwfsDT2=Twfs–TwfDT6=Ttf–TDSCDT7=TDSC–TRBDT9=Tsep–TCDDT5=Twf–TtfDT8=TRB–TsepDT4=TUWC

–TDWC64油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中溫度變化DT3=TUSV–TDSVD典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)

井筒氣相管流井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣65典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)7將氣相管流考慮為穩(wěn)定的一維問(wèn)題。在管流中取一控制體，以管子軸線為坐標(biāo)軸z，規(guī)定坐標(biāo)軸正向與流向一致。定義管斜角θ為坐標(biāo)軸z與水平方向的夾角。v+dvz+dzdzzp+dpτwpvzρgAdzθ穩(wěn)定一維氣相流動(dòng)氣相管流基本方程66將氣相管流考慮為穩(wěn)定的一維問(wèn)題。在管流中取一控制體，以管子軸連續(xù)方程

由質(zhì)量守恒得連續(xù)性方程（1）氣相管流基本方程動(dòng)量方程

作用于控制體的外力應(yīng)等于流體的動(dòng)量變化重力沿z軸分量壓力管壁摩擦阻力動(dòng)量變化67連續(xù)方程（1）氣相管流基本方程動(dòng)量方程重力沿z軸分量壓力管壁管壁摩擦應(yīng)力摩阻項(xiàng)可表示為簡(jiǎn)化得壓力梯度方程重力壓降梯度摩阻壓降梯度動(dòng)能壓降梯度68管壁摩擦應(yīng)力摩阻項(xiàng)可表示為簡(jiǎn)化得壓力梯度方程重力壓降梯度單相管流摩阻系數(shù)Moody摩阻系數(shù)圖版摩阻系數(shù)f對(duì)比粗糙度e/D雷諾數(shù)ReD完全粗糙管區(qū)光滑管層流f＝64/Re臨界區(qū)過(guò)渡區(qū)69單相管流摩阻系數(shù)Moody摩阻系數(shù)圖版摩阻系數(shù)f對(duì)比粗雷諾數(shù)表示流體慣性力與粘滯剪切力之比值，它是判別層流與紊流的重要參數(shù)。通常認(rèn)為，層流與紊流的分界雷諾數(shù)為2100~2300。雷諾數(shù)Jain摩阻系數(shù)公式管壁粗糙度的取值較困難，因其值不可直接測(cè)量?？筛鶕?jù)測(cè)試的壓力梯度計(jì)算其摩阻系數(shù)，由Moody圖反求有效的e/D值。新油管推薦e=0.016mm(0.0006in）。70雷諾數(shù)表示流體慣性力與粘滯剪切力之比值，它是判別層流與紊流的根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底靜壓或流壓；已知輸氣管線兩端壓力計(jì)算其輸氣能力；一般的問(wèn)題是根據(jù)管子兩端壓力或流量中的兩個(gè)參數(shù)計(jì)算另一個(gè)參數(shù)；由于氣相管流壓力梯度方程目前還不能直接用解析顯式表示壓力，所以發(fā)展了多種不同程度簡(jiǎn)化和近似的方法。氣體管流壓降計(jì)算71根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底靜壓或流壓；氣體管流壓降計(jì)算13根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底壓力，取坐標(biāo)z沿井軸向下為正，井口z=0。垂直井：測(cè)深L等于垂深H，θ＝90°，sinθ=1；斜直井：sinθ=H/L定向井：分段處理，

sinθi=ΔHi/ΔLi關(guān)井靜氣柱：摩阻項(xiàng)和動(dòng)能項(xiàng)壓力梯度均為零。垂直井靜氣柱總壓降梯度即為重位壓降梯度。分離變量積分靜氣柱壓力計(jì)算72根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底壓力，取坐標(biāo)z沿井軸向下為正，井口z=0由于T，p，Z是沿井深變化的，為了便于直接積分，采用井筒平均溫度和平均壓力計(jì)算平均Z值，積分得73由于T，p，Z是沿井深變化的，為了便于直接積分，采用井筒平均仍以井口為計(jì)算起點(diǎn)，沿井深向下為z的正向，與氣體流動(dòng)方向相反。忽略動(dòng)能壓降梯度，垂直氣井的壓力梯度方程為：

任意流動(dòng)狀態(tài)（p,T）下的氣體流速可表示為：氣井井底流壓計(jì)算74仍以井口為計(jì)算起點(diǎn)，沿井深向下為z的正向，與氣體流動(dòng)方向相反將v代入并化簡(jiǎn)：分離變量積分油管內(nèi)流動(dòng)D即為油管內(nèi)徑；油套環(huán)空流動(dòng)有：D5=(套管內(nèi)徑-油管外徑)3(套管內(nèi)徑+油管外徑)275將v代入并化簡(jiǎn)：分離變量積分油管內(nèi)流動(dòng)D即為油管內(nèi)徑；油套環(huán)設(shè)水平輸氣管線其流動(dòng)方向與水平方向一致，無(wú)高程變化故不存在重位壓降。忽略動(dòng)能壓降,故總壓降梯度為摩擦壓降梯度分離變量積分水平輸氣管線壓降76設(shè)水平輸氣管線其流動(dòng)方向與水平方向一致，無(wú)高程變化故不存在重對(duì)于含有重?zé)N的凝析氣井，在油管的舉升過(guò)程中會(huì)部分冷凝成液相，形成氣液兩相流動(dòng)。由于這類(lèi)氣井的氣液比很高且紊流程度嚴(yán)重，氣液兩相混合較為均勻，可視為均勻的單相流（稱為擬單相流）。凝析氣井的產(chǎn)出物包括三部分：即經(jīng)地面分離器分離出的干氣、凝析油罐逸出的凝析氣和凝析油。當(dāng)井底流壓接近凝析氣的上露點(diǎn)壓力，油管內(nèi)可能存在液烴。若氣液比大于1780m3（標(biāo)）/m3，可近似考慮為單相氣體流動(dòng)。計(jì)算井底流動(dòng)壓力須對(duì)氣體流量和相對(duì)密度作相應(yīng)的修正。凝析氣的修正77對(duì)于含有重?zé)N的凝析氣井，在油管的舉升過(guò)程中會(huì)部分冷凝成液相，凝析氣總氣量的修正復(fù)合氣相對(duì)密度考慮凝析油物性和含量的綜合影響，修正公式為78凝析氣總氣量的修正復(fù)合氣相對(duì)密度考慮凝析油物性和含量的綜合影許多自噴井在井口都要安裝節(jié)流裝置——油嘴，用于控制氣井的產(chǎn)量。有多種情況要求限制氣井的產(chǎn)量，包括防止底水錐進(jìn)和地層出砂，通過(guò)調(diào)節(jié)油嘴的大小控制井口壓力以滿足地面設(shè)備的耐壓要求或防止生成水合物。節(jié)流部件種類(lèi)很多，包括井口油嘴或針形閥，安裝在油管鞋附近的井下油嘴，油管上部的井下安全閥(SSSV)，氣舉閥的氣孔等。當(dāng)氣流通過(guò)這些流通截面突縮部件時(shí)，其流動(dòng)規(guī)律基本一致，可概括為嘴流。氣體嘴流動(dòng)態(tài)79許多自噴井在井口都要安裝節(jié)流裝置——油嘴，用于控制氣井的產(chǎn)量下圖示意圓形孔眼的油嘴，若上游壓力p1保持不變，氣體流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）將隨下游壓力p2的降低而增大。但當(dāng)p2達(dá)到某值pc時(shí)，流量將達(dá)到最大值即臨界流量。若p2再進(jìn)一步降低時(shí)，流量也不再增加。p2p1dqpc/p1p2/p1qsc嘴流示意圖

嘴流動(dòng)態(tài)關(guān)系

80下圖示意圓形孔眼的油嘴，若上游壓力p1保持不變，氣體流量（標(biāo)“臨界流”是流體在油嘴吼道里被加速到聲速時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。在臨界流狀態(tài)下，油嘴下游壓力變化對(duì)氣井產(chǎn)量沒(méi)有影響，因?yàn)閴毫Ω蓴_向上游的傳播不會(huì)快于聲速。因此，為了預(yù)測(cè)嘴流動(dòng)態(tài)即產(chǎn)量與節(jié)流壓降的關(guān)系，必須確定是否為臨界流狀態(tài)。根據(jù)熱力學(xué)原理，臨界壓力比為:為臨界流；否則為非臨界流。k為氣體絕熱指數(shù)由氣體嘴流等熵原理，流量與壓力比的關(guān)系為下式，對(duì)于亞臨界流狀態(tài)：將代入上式便可得臨界流嘴流最大產(chǎn)氣量。

81“臨界流”是流體在油嘴吼道里被加速到聲速時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。在臨界節(jié)流后天然氣溫度由狀態(tài)方程，節(jié)流上游進(jìn)口處有節(jié)流下游出口處有天然氣通過(guò)節(jié)流裝置的流動(dòng)可視為絕熱過(guò)程節(jié)流下游天然溫度82節(jié)流后天然氣溫度由狀態(tài)方程，節(jié)流上游進(jìn)口處有節(jié)流下游出口處有典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流

井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣83典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)25井筒多相流流動(dòng)特性大多數(shù)的井筒流動(dòng)是兩相流（油氣、油水）或三相流（油氣水）。油井井筒內(nèi)的總壓差主要是用來(lái)克服流體的重力、摩擦損失以及相間的滑脫損失。影響油氣井生產(chǎn)情況的參數(shù)有：油管直徑、流量、氣液比、含水率、流體密度、流體粘度、壓力、溫度。流動(dòng)方向泡流段塞流環(huán)霧流氣液兩相流主要流型84井筒多相流流動(dòng)特性大多數(shù)的井筒流動(dòng)是兩相流（油氣、油水）或三井筒多相流流動(dòng)特性泡流

氣體以小氣泡形式分布于原油中。此時(shí)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(duì)摩擦阻力的影響不大；滑脫現(xiàn)象（在混合物向上流動(dòng)中，氣體超越液體的現(xiàn)象）比較嚴(yán)重。段塞流

原油中析出大量氣體，小氣泡合并成大氣泡，氣團(tuán)占據(jù)了油管的大部分通道面積，油氣混合物呈氣團(tuán)和液柱在油管中交替流動(dòng)。此時(shí)氣體的膨脹對(duì)液體的舉升發(fā)揮了很好的作用，滑脫較?。挥途纳a(chǎn)不均衡，有壓力脈動(dòng)的現(xiàn)象。環(huán)霧流

氣量繼續(xù)增多時(shí)，氣泡上下擴(kuò)展，突破了氣團(tuán)間的液柱，液體被擠向管壁，沿管壁向上運(yùn)動(dòng)，油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)。此時(shí)氣、液兩相都是連續(xù)的，氣體舉油主要是靠摩擦攜帶。85井筒多相流流動(dòng)特性泡流27井筒多相流能量損失當(dāng)井深一定時(shí)，重力消耗的大小取決于混合物的密度，而混合物的密度與滑脫現(xiàn)象有關(guān)。出現(xiàn)滑脫之后將增大混合物的密度，從而增大混合物的重力消耗。因滑脫而產(chǎn)生的附加壓力損失稱為滑脫損失。若以油柱表示能量損失，則油氣混合物沿井筒流動(dòng)時(shí)總的能量損失H為H=Hm+Hf+HS油氣混合物重力消耗摩阻損失滑脫損失氣體流量與能量損失關(guān)系H,mV，L/s管長(zhǎng)1m，管內(nèi)徑73mm，液體流量為2.4L/s。1－V~Hm＋Hs2－V~Hf3－V~HHm＋Hs隨氣體流量的增加而降低。這是因?yàn)闅怏w流量增加，滑脫損失和混合物的密度減小。摩擦損失隨氣體流量的增加而增加。Hm＋Hs隨氣體流量的增加而降低。這是因?yàn)闅怏w流量增加，滑脫損失和混合物的密度減小。86井筒多相流能量損失當(dāng)井深一定時(shí)，重力消耗的大小取決于混合物的井筒多相流計(jì)算模型要準(zhǔn)確分析多相管流的流動(dòng)特征是比較困難的，大多采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬的方法，結(jié)合試驗(yàn)資料進(jìn)行分析來(lái)找出各變量的近似關(guān)系，從而得出較為實(shí)用的計(jì)算公式。應(yīng)用較廣泛的多相管流的相關(guān)式主要有：右邊各方法中僅Beggs-Brill和Mukherjee-Brill方法考慮了井斜角，其它都是基于垂直流動(dòng)。因此，上述兩種方法也可以用于注入井和丘陵地帶地面管線管流計(jì)算。其它方法對(duì)于定向井多相管流應(yīng)謹(jǐn)慎使用，并且不應(yīng)用于注入井多相管流計(jì)算。HagedornandBrownDunsandRosGrayOrkizewskiAzizetalBeggs－BrillsMukherjee-BrillFancherandBrownHasan-Kabir機(jī)理模型87井筒多相流計(jì)算模型要準(zhǔn)確分析多相管流的流動(dòng)特征是比較困難的，A類(lèi)－不考慮滑脫及流型劃分?；旌衔锩芏扔奢斎霘庖罕扔?jì)算，也就是假定氣液具有相同的速度，此類(lèi)計(jì)算方法僅需兩相流的摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式。B類(lèi)－考慮滑脫，不做流型劃分。僅需要兩相流持液率和摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式。此類(lèi)方法考慮了氣液在管內(nèi)的不同流速，該方法需要提供預(yù)測(cè)液相在任意位置所占管內(nèi)截面積的分?jǐn)?shù)，對(duì)于各種流型采用相同的持液率和摩阻系數(shù)關(guān)系式。C類(lèi)－考慮滑脫并劃分流型。不僅需要兩相流持液率和摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式，而且需要預(yù)測(cè)流型的方法，只要確定了流型，就能確定相應(yīng)的持液率和摩阻系數(shù)計(jì)算關(guān)系式，加速度壓降梯度的方法也可以確定。井筒多相流計(jì)算模型分類(lèi)88A類(lèi)－不考慮滑脫及流型劃分?；旌衔锩芏扔奢斎霘庖罕扔?jì)算，也就序號(hào)方法類(lèi)型1FancherandBrownA類(lèi)2HagedornandBrownB類(lèi)3GrayB類(lèi)4DunsandRosC類(lèi)5OrikiszwskiC類(lèi)6Azizetal.C類(lèi)7BeggsandBrillC類(lèi)8MukherjeeandBrillC類(lèi)9Hasan-Kabir機(jī)理模型89序號(hào)方法類(lèi)型1FancherandBrownA類(lèi)2HagOGWM軟件管流計(jì)算方法序號(hào)方法適用條件1單相氣體修正氣井、凝析氣井2Hagendorn-Brown(1963)垂直油井、含水氣井3Orkiszewski(1967)垂直油井4Duns-Ros垂直油井5Mukherjee-Brill(1985)垂直井、定向井或地面管線6Beggs-Brill(1973)垂直井、定向井或地面管線7持液率優(yōu)化模型(SPE35612)測(cè)試壓力數(shù)據(jù)優(yōu)化壓降模型8無(wú)滑脫分析滑脫壓降9Aziz(1992)垂直油井、含水氣井10Hasan-Kabir(1985)垂直油井、含水氣井11Gray(1978)凝析氣井、高氣液比井12Ansari機(jī)理模型(1990)垂直油井、含水氣井90OGWM軟件管流計(jì)算方法序號(hào)方法適用條件1單相氣體修正氣井、典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流工程常用兩相管流模型氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣91典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)33工程常用兩相管流模型Hagedorn-Brown（1965）Gray（1978）Orkiszewski（1967）Beggs-Brill（1973）Mukherjee-Brill（1985）Duns-Ros(1963年)Hasan-Kabir（1988）Ansari模型92工程常用兩相管流模型Hagedorn-Brown（1965）Hagedorn-Brown模型Hagedorn-Brown(1965)針對(duì)垂直井中油氣水三相流動(dòng)，基于單相流體和機(jī)械能守恒定律，建立了壓力梯度模型；并在裝有1、11/4、11/2英寸油管的457m深的試驗(yàn)井中，以10、30、35和110mPa.s的油、天然氣和水混合物進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，通過(guò)反算持液率，提出了用于各種流型下的兩相垂直上升管流壓降關(guān)系式。此壓降關(guān)系式不需要判別流型，適用于產(chǎn)水氣井流動(dòng)條件。

93Hagedorn-Brown模型Hagedorn-BrownGray模型

Gray模型（1978年）適用于凝析油氣井，曾與108口井的資料進(jìn)行了比較。其結(jié)果表明比干氣井的預(yù)測(cè)結(jié)果好。ξ為從少量的凝析油數(shù)據(jù)系統(tǒng)中獲得的氣體體積分?jǐn)?shù)，構(gòu)成一個(gè)反映反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的簡(jiǎn)化模型，與相對(duì)密度、壓力、溫度相關(guān)。94Gray模型Gray模型（1978年）適用于凝析油氣井，Orkiszewski模型

Orkiszewski（1967）采用148口油井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了多個(gè)氣液兩相流模型，對(duì)其中最好的關(guān)系式與他對(duì)段塞流的研究結(jié)合起來(lái)，提出了一種綜合Griffith泡流和段塞流與Dons-Ros的環(huán)霧流和過(guò)渡流算法的垂直多相管流相關(guān)式，通常適合于直井多相流計(jì)算。Ros和Duns霧狀流Ros和Duns過(guò)渡流密度項(xiàng)對(duì)Griffith和Wallis公式作了修正，摩阻項(xiàng)用Orkiszewski方法段塞流Griffith和Wallis泡流選用方法流型95Orkiszewski模型Orkiszewski（1967Beggs-Brill模型

Beggs-Brill(1973年)根據(jù)均相流動(dòng)能守恒方程式得出了壓力梯度方程，并在直徑1"、11/2"長(zhǎng)13.7m的傾斜透明管中用水和空氣進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，得出了不同傾斜管道中氣液兩相流動(dòng)的持液率和阻力系數(shù)的相關(guān)規(guī)律。-900～+900管段傾角0～0.185MPa壓力梯度0～0.87持液率25.4、38.1mm管子內(nèi)徑0.25～0.67MPa管段平均壓力（絕）0～0.0019m3/s液體流量0～0.098m3/s氣體流量變化范圍參數(shù)96Beggs-Brill模型Beggs-Brill(1973Mukherjee-Brill模型

Mukherjee和Brill（1985）在Beggs和Brill（1973）研究工作的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)傾斜管兩相流的流型進(jìn)行了深入研究，提出了更為適用的傾斜管（包括水平管）兩相流的流型判別準(zhǔn)則和應(yīng)用方便的持液率及摩阻系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式。M-B持液率只是控制流型的三個(gè)無(wú)因次參數(shù)的函數(shù)。無(wú)因次液相粘度無(wú)因次液相速度無(wú)因次氣相速度97Mukherjee-Brill模型Mukherjee和BrDuns-Ros(1963年)對(duì)影響垂直兩相管流中的13個(gè)變量按π定理進(jìn)行了因次分析，以質(zhì)量、長(zhǎng)度和時(shí)間作為基本量綱。對(duì)因次分析確立的10個(gè)無(wú)因次量進(jìn)行了深入研究，總結(jié)出四個(gè)無(wú)因次量（無(wú)因次氣相速度、無(wú)因次液相速度、無(wú)因次液相粘度、以及無(wú)因次管徑）能比較全面的描述兩相管流現(xiàn)象。并在實(shí)驗(yàn)室中以長(zhǎng)10m，直徑1.26in-5.6in的垂直管進(jìn)行了約4000次氣液兩相管流實(shí)驗(yàn)，持液率通過(guò)放射示蹤跡技術(shù)測(cè)得，獲得了約2萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總結(jié)得出了流態(tài)分布圖。DUNS-ROS模型NgvNLVI區(qū)含氣泡流、彈狀流和部分沫狀流II區(qū)含段塞流和沫狀流的剩余部分III區(qū)為霧狀流98Duns-Ros(1963年)對(duì)影響垂直兩相管流中的13個(gè)變Hasan-Kabir模型

Hasan和Kabir（1988年）利用水動(dòng)力學(xué)原理，通過(guò)對(duì)氣液兩相流動(dòng)形態(tài)轉(zhuǎn)變的機(jī)理性分析，得出了每一種流動(dòng)形態(tài)的判別依據(jù)，提出了確定每一流動(dòng)形態(tài)的判別依據(jù)和方法。進(jìn)而給出了相應(yīng)的壓力梯度計(jì)算方法。該方法的流動(dòng)形態(tài)分為泡流、段塞流、攪動(dòng)流和環(huán)狀流四種。

Hasan&Kabir指出，對(duì)于垂直氣液兩相管流來(lái)說(shuō)，除了環(huán)狀流以外，重位壓力梯度在總壓力梯度中始終是主要的，而加速壓力梯度一般很小，可以忽略不計(jì)。99Hasan-Kabir模型Hasan和Kabir（1988Ansari模型由多相管流壓降梯度關(guān)系式可知，在計(jì)算壓力梯度時(shí)需要知道混合物的密度、兩相摩阻系數(shù)，而混合物的密度是持液率HL的函數(shù)，因此，兩相流持液率HL和兩相摩阻系數(shù)fm是兩相管流計(jì)算的兩個(gè)重要參數(shù)。Ansari等在前人研究的基礎(chǔ)上建立了井筒中氣液兩相的流動(dòng)型態(tài)判別方法，并對(duì)各種流動(dòng)型態(tài)的流動(dòng)機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，建立了描述泡狀流、段塞流和環(huán)狀流流動(dòng)特性的模型。安薩瑞利用1775口油井的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其方法進(jìn)行了檢驗(yàn)。100Ansari模型由多相管流壓降梯度關(guān)系式可知，在計(jì)算壓力梯度典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)井筒氣相管流井筒多相管流

工程常用兩相管流模型

氣舉排水采氣技術(shù)柱塞氣舉排水采氣球塞氣舉排水采氣分體式柱塞氣舉排水采氣101典型油氣田生產(chǎn)系統(tǒng)43

氣液兩相管流滑脫損失

氣液兩相管流中，由于氣體和液體間的物性差而產(chǎn)生氣體超越液體上升，氣液混合物的密度增大，增大混合物的靜水壓頭（即重力