井筒多相流課件

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(diǎn)：流動復(fù)雜性、無嚴(yán)格數(shù)學(xué)解研究途徑：基本流動方程實(shí)驗(yàn)資料相關(guān)因次分析近似關(guān)系第二節(jié)井筒氣液兩相流基本概念第1頁/共42頁井筒多相流理論：研究特點(diǎn)：流動復(fù)雜性、無嚴(yán)格數(shù)學(xué)解研究途徑：1一、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Comparisonbetweensinglephaseandtwophaseflow第2頁/共42頁一、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2流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)變化FlowRegime①純液流Liquidflow

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3頁/共42頁流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、流型）：(二)氣液混合物在垂直管中的流動3②泡流BubbleFlow井筒壓力稍低于飽和壓力時(shí)，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：Slippage

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(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4頁/共42頁②泡流BubbleFlow滑脫現(xiàn)象：Slippage特4③段塞流SlugFlow當(dāng)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(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5頁/共42頁③段塞流SlugFlow特點(diǎn)：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相5④環(huán)流CircularFlow

油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)的流動結(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；滑脫損失變?。荒Σ翐p失變大。第6頁/共42頁④環(huán)流CircularFlow特點(diǎn)：氣液兩相都是連續(xù)相；6⑤霧流MistFlow

氣體的體積流量增加到足夠大時(shí)，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(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)動速度很??；氣相是整個(gè)流動的控制因素。第7頁/共42頁⑤霧流MistFlow特點(diǎn)：氣體是連續(xù)相，液體是分散相；7總結(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Ⅰ—純油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—環(huán)流；Ⅴ—霧流第8頁/共42頁總結(jié)：圖1-17油氣沿井筒噴出時(shí)的流型變化示意圖第8頁/8實(shí)際計(jì)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。Slippagepressuredrop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(shí)質(zhì)：液相的流動斷面增大引起混合物密度的增加。第9頁/共42頁實(shí)際計(jì)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9二、井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計(jì)算步驟WellborePressureProfileCalculation兩個(gè)流動斷面間的能量平衡關(guān)系：(一)能量平衡方程推導(dǎo)圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖具有能量：內(nèi)能、位能、動能、膨脹能第10頁/共42頁二、井筒氣液兩相流能量平衡方程兩個(gè)流動斷面間的能量平衡關(guān)系10圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)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(guān)系為：第11頁/共42頁圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖傾斜多相管流斷面1和11適合于各種管流的通用壓力梯度方程：則：令：第12頁/共42頁適合于各種管流的通用壓力梯度方程：則：令：第12頁/共42頁12井筒多相垂直管流壓力分布圖1-17油氣沿井筒噴出時(shí)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

壓力計(jì)算過程復(fù)雜

壓力計(jì)算與流體物性參數(shù)有關(guān)流體物性參數(shù)等是壓力的函數(shù)工程上采用迭代方法編程計(jì)算按深度增量和壓力增量迭代學(xué)習(xí)關(guān)鍵是掌握計(jì)算的原理未知數(shù)：密度、流速、摩擦阻力系數(shù)第13頁/共42頁井筒多相垂直管流壓力分布圖1-17油氣沿井筒噴出時(shí)的流型13⑧以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn)，重復(fù)②～⑦步，計(jì)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(jì)算步驟⑥重復(fù)②～⑤的計(jì)算，直至。1)按深度增量迭代的步驟①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。②估計(jì)一個(gè)對應(yīng)的深度增量h。③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)。④判斷流型，并計(jì)算該段的壓力梯度dp/dh。⑤計(jì)算對應(yīng)于的該段管長(深度差)h。⑦計(jì)算該段下端對應(yīng)的深度及壓力。第14頁/共42頁⑧以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn)，重復(fù)②～⑦步，計(jì)算下一段的深(2)142)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)用中有必要根據(jù)油井的實(shí)際情況篩選精度相對高的方法。第15頁/共42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15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(shí)，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(jì)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(guān)式改進(jìn)后推廣到了高流速區(qū)于1967年提出，適用于垂直管流計(jì)算第16頁/共42頁第三節(jié)Orkiszewski方法綜合了Griffith16圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第17頁/共42頁圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第17頁/17出現(xiàn)霧流時(shí)，氣體體積流量遠(yuǎn)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(jì)算式為：未知數(shù)：第18頁/共42頁出現(xiàn)霧流時(shí)，氣體體積流量遠(yuǎn)大于液體體積流量。根據(jù)氣體定律，動18表1-3Orkiszewski方法流型劃分界限不同流動型態(tài)下和的計(jì)算方法不同。第19頁/共42頁表1-3Orkiszewski方法流型劃分界限不同流動型態(tài)19二、平均密度及摩擦損失梯度的計(jì)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:求混合物密度需要先計(jì)算含氣率或持液率泡流滑脫現(xiàn)象嚴(yán)重，若無滑脫：第20頁/共42頁二、平均密度及摩擦損失梯度的計(jì)算氣相存容比(含氣率)Hg：20滑脫速度：氣相流速與液相流速之差。（由實(shí)驗(yàn)測定）則：泡流摩擦損失梯度按液相進(jìn)行計(jì)算：真實(shí)流速與表觀流速的關(guān)系：第21頁/共42頁滑脫速度：氣相流速與液相流速之差。（由實(shí)驗(yàn)測定）則：泡流摩擦21圖1-21摩擦阻力系數(shù)曲線（教材p37）圖1-21第22頁/共42頁圖1-21摩擦阻力系數(shù)曲線（教材p37）圖1-21第2222(2)段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流計(jì)算中，關(guān)鍵是滑脫速度vs的計(jì)算。目前，vs的計(jì)算方法有兩種：查圖迭代法和經(jīng)驗(yàn)公式法。第23頁/共42頁(2)段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流計(jì)算中，關(guān)鍵是23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(jì)算——迭代法滑脫速度：第24頁/共42頁泡流雷諾數(shù)：圖1-22C1～Nb曲線雷諾數(shù)：圖1-2324滑脫速度的計(jì)算——經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法詳見教材p38~93公式（1-54）~（1-58）。(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(jìn)行計(jì)算，然后用內(nèi)插方法來確定相應(yīng)的數(shù)值。第25頁/共42頁滑脫速度的計(jì)算——經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法詳見教材p38~93公式（125霧流混合物平均密度計(jì)算公式與泡流相同：由于霧流的氣液無相對運(yùn)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26頁/共42頁霧流混合物平均密度計(jì)算公式與泡流相同：由于霧流的氣液無相對運(yùn)26圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第27頁/共42頁圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第27頁/27第四節(jié)Beggs&Brill方法水和空氣、聚丙烯管實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)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(jì)算時(shí)先按水平管流計(jì)算，然后采用傾斜校正系數(shù)校正成相應(yīng)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(jì)算第28頁/共42頁第四節(jié)Beggs&Brill方法水和空氣、聚丙烯管28Beggs&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(tuán)狀流段塞流分散流泡流霧流第29頁/共42頁Beggs&Brill兩相水平管流型分離流分層流波狀流29一、基本方程單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動的機(jī)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(shè)條件:氣液混合物既未對外作功，也未受外界功。第30頁/共42頁一、基本方程單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動的機(jī)械能量守恒方程為30(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(yuǎn)遠(yuǎn)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31頁/共42頁(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31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第32頁/共42頁圖1-26Beggs-Brill流型分布圖（教材p4532表2-4Beggs-Brill法流型判別條件第33頁/共42頁表2-4Beggs-Brill法流型判別條件第33頁/共33三、持液率及混合物密度確定(1)持液率Beggs&Brill方法計(jì)算傾斜管流時(shí)首先按水平管計(jì)算,然后進(jìn)行傾斜校正。表1-6a、b、c常數(shù)表第34頁/共42頁三、持液率及混合物密度確定(1)持液率表1-6a、b、c34實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guān)。圖1-27不同EL下的傾斜校正系數(shù)第35頁/共42頁實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傾斜校正系數(shù)與傾斜角、無滑脫持液率、弗35根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸的傾斜校正系數(shù)的相關(guān)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(guān)。表1-6系數(shù)d、e、f、g其中：第36頁/共42頁根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回歸的傾斜校正系數(shù)的相關(guān)式為:對于垂直管:系數(shù)C36對于過渡流型，先分別用分離流和間歇流計(jì)算，之后采用內(nèi)插法確定其持液率。利用持液率計(jì)算流動條件下混合物實(shí)際密度：第37頁/共42頁對于過渡流型，先分別用分離流和間歇流計(jì)算，之后采用內(nèi)插法確定37四、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(guān)系：當(dāng)1<y<1.2時(shí)其中：第38頁/共42頁四、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38兩相流動的雷諾數(shù)：也可用Moody圖上的光滑管曲線來確定:氣液兩相流阻力系數(shù):Beggs&Brill方法計(jì)算流程框圖(p49)第39頁/共42頁兩相流動的雷諾數(shù)：也可用Moody圖上的光滑管曲線來確定39小結(jié)(1)模擬計(jì)算多相管流規(guī)律的數(shù)學(xué)相關(guān)式及圖版研究很多?？v觀這許多數(shù)學(xué)相關(guān)式，其基本通式一般都是從基本能量守恒方程出發(fā)建立的：(2)對Poettmann-Carpenter方法、Fanch-Brown相關(guān)式、Baxendell-Thomas相關(guān)式、Hagedron-Brown關(guān)系式、Duns-Ros相關(guān)式、Orkiszewski相關(guān)式、Beggs-Brill相關(guān)式、Dukler相關(guān)式、Mukherjee-Brill相關(guān)式、Aziz相關(guān)式、Eaton相關(guān)式、Ansari相關(guān)式等十二種方法進(jìn)行了對比分析，不同的方法有其適用條件和精度，可根據(jù)具體油田實(shí)際選用。第40頁/共42頁小結(jié)(1)模擬計(jì)算多相管流規(guī)律的數(shù)學(xué)相關(guān)式及圖版研40(3)數(shù)學(xué)相關(guān)式大體分為三種類型：①在計(jì)算井筒流體混合密度時(shí)不考慮液體滯留量的影響，而液體滯留量與管壁摩阻損失用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)ψ柘禂?shù)來表達(dá)，不區(qū)分多相流體的流態(tài)分布情況。②在計(jì)算多相流體混合物密度時(shí)考慮液體滯留量的影響，而摩阻系數(shù)要依據(jù)液體和氣體的組成特征來確定③考慮液體滯留量的影響，摩阻系數(shù)取決于多相流體中連續(xù)相的特征。同時(shí)考慮了不同流態(tài)的影響，其中包括泡狀流、段塞流、環(huán)流及霧狀流。（完）第41頁/共42頁(3)數(shù)學(xué)相關(guān)式大體分為三種類型：（完）第41頁/共4241謝謝大家！第42頁/共42頁謝謝大家！第42頁/共42頁42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(diǎn)：流動復(fù)雜性、無嚴(yán)格數(shù)學(xué)解研究途徑：基本流動方程實(shí)驗(yàn)資料相關(guān)因次分析近似關(guān)系第二節(jié)井筒氣液兩相流基本概念第1頁/共42頁井筒多相流理論：研究特點(diǎn)：流動復(fù)雜性、無嚴(yán)格數(shù)學(xué)解研究途徑：43一、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Comparisonbetweensinglephaseandtwophaseflow第2頁/共42頁一、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44流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)變化FlowRegime①純液流Liquidflow

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3頁/共42頁流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、流型）：(二)氣液混合物在垂直管中的流動45②泡流BubbleFlow井筒壓力稍低于飽和壓力時(shí)，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：Slippage

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(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4頁/共42頁②泡流BubbleFlow滑脫現(xiàn)象：Slippage特46③段塞流SlugFlow當(dāng)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(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；滑脫損失變小；摩擦損失變大。第5頁/共42頁③段塞流SlugFlow特點(diǎn)：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相47④環(huán)流CircularFlow

油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)的流動結(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；滑脫損失變?。荒Σ翐p失變大。第6頁/共42頁④環(huán)流CircularFlow特點(diǎn)：氣液兩相都是連續(xù)相；48⑤霧流MistFlow

氣體的體積流量增加到足夠大時(shí)，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(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)動速度很??；氣相是整個(gè)流動的控制因素。第7頁/共42頁⑤霧流MistFlow特點(diǎn)：氣體是連續(xù)相，液體是分散相；49總結(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Ⅰ—純油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—環(huán)流；Ⅴ—霧流第8頁/共42頁總結(jié)：圖1-17油氣沿井筒噴出時(shí)的流型變化示意圖第8頁/50實(shí)際計(jì)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。Slippagepressuredrop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(shí)質(zhì)：液相的流動斷面增大引起混合物密度的增加。第9頁/共42頁實(shí)際計(jì)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51二、井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計(jì)算步驟WellborePressureProfileCalculation兩個(gè)流動斷面間的能量平衡關(guān)系：(一)能量平衡方程推導(dǎo)圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖具有能量：內(nèi)能、位能、動能、膨脹能第10頁/共42頁二、井筒氣液兩相流能量平衡方程兩個(gè)流動斷面間的能量平衡關(guān)系52圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)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(guān)系為：第11頁/共42頁圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖傾斜多相管流斷面1和53適合于各種管流的通用壓力梯度方程：則：令：第12頁/共42頁適合于各種管流的通用壓力梯度方程：則：令：第12頁/共42頁54井筒多相垂直管流壓力分布圖1-17油氣沿井筒噴出時(shí)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

壓力計(jì)算過程復(fù)雜

壓力計(jì)算與流體物性參數(shù)有關(guān)流體物性參數(shù)等是壓力的函數(shù)工程上采用迭代方法編程計(jì)算按深度增量和壓力增量迭代學(xué)習(xí)關(guān)鍵是掌握計(jì)算的原理未知數(shù)：密度、流速、摩擦阻力系數(shù)第13頁/共42頁井筒多相垂直管流壓力分布圖1-17油氣沿井筒噴出時(shí)的流型55⑧以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn)，重復(fù)②～⑦步，計(jì)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(jì)算步驟⑥重復(fù)②～⑤的計(jì)算，直至。1)按深度增量迭代的步驟①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。②估計(jì)一個(gè)對應(yīng)的深度增量h。③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)。④判斷流型，并計(jì)算該段的壓力梯度dp/dh。⑤計(jì)算對應(yīng)于的該段管長(深度差)h。⑦計(jì)算該段下端對應(yīng)的深度及壓力。第14頁/共42頁⑧以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn)，重復(fù)②～⑦步，計(jì)算下一段的深(2)562)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)用中有必要根據(jù)油井的實(shí)際情況篩選精度相對高的方法。第15頁/共42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57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(shí)，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(jì)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(guān)式改進(jìn)后推廣到了高流速區(qū)于1967年提出，適用于垂直管流計(jì)算第16頁/共42頁第三節(jié)Orkiszewski方法綜合了Griffith58圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第17頁/共42頁圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第17頁/59出現(xiàn)霧流時(shí)，氣體體積流量遠(yuǎn)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(jì)算式為：未知數(shù)：第18頁/共42頁出現(xiàn)霧流時(shí)，氣體體積流量遠(yuǎn)大于液體體積流量。根據(jù)氣體定律，動60表1-3Orkiszewski方法流型劃分界限不同流動型態(tài)下和的計(jì)算方法不同。第19頁/共42頁表1-3Orkiszewski方法流型劃分界限不同流動型態(tài)61二、平均密度及摩擦損失梯度的計(jì)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:求混合物密度需要先計(jì)算含氣率或持液率泡流滑脫現(xiàn)象嚴(yán)重，若無滑脫：第20頁/共42頁二、平均密度及摩擦損失梯度的計(jì)算氣相存容比(含氣率)Hg：62滑脫速度：氣相流速與液相流速之差。（由實(shí)驗(yàn)測定）則：泡流摩擦損失梯度按液相進(jìn)行計(jì)算：真實(shí)流速與表觀流速的關(guān)系：第21頁/共42頁滑脫速度：氣相流速與液相流速之差。（由實(shí)驗(yàn)測定）則：泡流摩擦63圖1-21摩擦阻力系數(shù)曲線（教材p37）圖1-21第22頁/共42頁圖1-21摩擦阻力系數(shù)曲線（教材p37）圖1-21第2264(2)段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流計(jì)算中，關(guān)鍵是滑脫速度vs的計(jì)算。目前，vs的計(jì)算方法有兩種：查圖迭代法和經(jīng)驗(yàn)公式法。第23頁/共42頁(2)段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流計(jì)算中，關(guān)鍵是65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(jì)算——迭代法滑脫速度：第24頁/共42頁泡流雷諾數(shù)：圖1-22C1～Nb曲線雷諾數(shù)：圖1-2366滑脫速度的計(jì)算——經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法詳見教材p38~93公式（1-54）~（1-58）。(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(jìn)行計(jì)算，然后用內(nèi)插方法來確定相應(yīng)的數(shù)值。第25頁/共42頁滑脫速度的計(jì)算——經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法詳見教材p38~93公式（167霧流混合物平均密度計(jì)算公式與泡流相同：由于霧流的氣液無相對運(yùn)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26頁/共42頁霧流混合物平均密度計(jì)算公式與泡流相同：由于霧流的氣液無相對運(yùn)68圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第27頁/共42頁圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第27頁/69第四節(jié)Beggs&Brill方法水和空氣、聚丙烯管實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)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(jì)算時(shí)先按水平管流計(jì)算，然后采用傾斜校正系數(shù)校正成相應(yīng)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(jì)算第28頁/共42頁第四節(jié)Beggs&Brill方法水和空氣、聚丙烯管70Beggs&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(tuán)狀流段塞流分散流泡流霧流第29頁/共42頁Beggs&Brill兩相水平管流型分離流分層流波狀流71一、基本方程單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動的機(jī)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(shè)條件:氣液混合物既未對外作功，也未受外界功。第30頁/共42頁一、基本方程單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動的機(jī)械能量守恒方程為72(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(yuǎn)遠(yuǎn)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31頁/共42頁(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73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第32頁/共42頁圖1-26Beggs-Brill流型分布圖（教材p4574表2-4Beggs-Brill法流型判別條件第33頁/共42頁表2-4Beggs-Brill法流型判別條件第33頁/共75三、持液率及混合物密度確定(1)持液率Beggs&Brill方法計(jì)算傾斜管流時(shí)首