油井流入动态与井筒多相流动计算课件.ppt
采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，采油工程是其重要的组成部分和实施的核心。油藏工程是基础；钻井工程是手段；采油工程是具体实现。,绪 论,1.采油工程的定义,2.采油工程研究的任务及目标,任务：通过一系列可作用于油藏的工程技术措施，使油、气畅流入井，并高效率的将其举升到地面分离和计量。,采油工程 目标,经济有效地提高：油井产量 原油采收率,绪 论,主要内容包括：,绪 论,采油工程,基础理论,油井流入动态,井筒流动动态,专业技术,井筒举升方式（采油方法）,增产措施,注水,维护措施,水力压裂,酸化,其它,自喷,人工举升（机械采油）,有杆泵,无杆泵,气举,采油工程：油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏（或井筒）采取的各项工程技术措施的总称。,绪 论,第一章 油井流入动态与井筒流动动态,第二章 自喷与气举采油,第三章 有杆泵采油,第四章 无杆泵采油,第五章 注水,第六章 水力压裂技术,第七章 酸处理技术,第八章 复杂条件下的开采技术,第九章 完井方案设计与试油,流入动态：油井产量与井底流动压力（简称流压）的关系,流入动态关系曲线IPR（Inflow Performance Relationship指示曲线（Index Curve）,油井流入动态,Chapter 1,第一章 油井流入动态,内容提要第一节 垂直井流入动态第二节 水平井流入动态,Chapter 1,第一节 垂直井流入动态,一、单相液体的流入动态,定压边界（稳定流）,封闭边界（拟稳定流）,1.达西渗流,圆形地层,Chapter 1,非圆形地层,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,采油指数（Production Index）：是一个反映油层性质、厚度、流体参数、泄油面积、完井条件等的综合指标。,第一节 垂直井流入动态,数值上等于单位生产压差下的油井产量或产油量与生产压差之比,Chapter 1,IPR曲线斜率的负倒数,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,非直线型IPR曲线的采油指数，应说明相应的流压,条件：油井产量很高时，在井底附近不再符合线性渗流，呈现高速非线性渗流。,2.非达西渗流,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,二、溶解气驱油藏油井的流入动态,条件：地层压力小于饱和压力,1.Vogel 方程,沃格尔对不同流体性质、气油比、相对渗透率、井距、压裂井、污染井等各种情况下的21个溶解气驱油藏进行了计算。,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,Vogel 方程：,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,【例1】已知某井的平均油藏压力13MPa，测得当井底流压11 MPa时的产量30m3/d。试利用Vogel方程绘制该井的IPR曲线。,解：,（1）计算,=116.3(m3/d),（2）预测不同流压下的产量,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,（3）绘制IPR曲线,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,2.非完善井Vogel方程的修正,流动效率：在相同产量下的理想生产压差与实际生产压差之比,第一节 垂直井流入动态,油井的非完善性：打开性质不完善，如射孔完成 打开程度不完善，如未全部钻穿油层 打开程度和打开性质双重不完善 酸化、压裂等措施 油层受到损害,Chapter 1,Standing方法,IPR曲线,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,【例2】已知某井的平均油藏压力为13MPa，流动效率为0.8，测得当井底流压11MPa时的产量30m3/d。试绘制该井的IPR曲线。,解：,（1）计算,=13-（13-11）0.8=11.4(MPa),=143.25(m3/d),第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,（2）预测不同流压下的产量,先求不同,对应的,，然后再求产量。,（3）绘制IPR曲线,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,Standing方法计算非完善井的IPR 时，流动效率的范围为0.51.5。,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,Harrison提供的流动效率12.5 范围内的无因次IPR 曲线,三、组合型流入动态曲线,条件：,靠近井筒部分为油气两相流动，远离井筒部分为单相流动。,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,时,时,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,时,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,四、综合IPR曲线,Petrobras提出 实质是按含水率取纯油 IPR 曲线和水IPR曲线的加权平均值 加权的物理量可以是产量，也可以是流压,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,1.按产量加权平均,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,2.按流压加权平均,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,五、多层油藏油井流入动态,1.层间无干扰,全井IPR=各层IPR的叠加,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,2.层间有干扰,水层压力高于油层压力,油层压力高于水层压力,第一节 垂直井流入动态,Chapter 1,水层压力高于油层压力,油层压力高于水层压力,应用条件：,第二节 水平井流入动态,Chapter 1,溶解气驱油藏斜井和水平井的流入动态,1.Cheng方法,垂直井，,水平井。,A=1,B=0.2,C=0.8 时即为垂直井的Vogel方程,第二节 水平井流入动态,Chapter 1,一、气液两相流动型态 流动型态简称流型，指气液两相的结构形式或分布状态。1.垂直气液两相流动的流型,纯液流,泡流,第二节 气液两相流动的基本概念,段塞流,环流,雾流,第二节 气液两相流动的基本概念,雾流,环流,段塞流,泡流,纯液流,流型为渐变，非突变。同一井不会出现全部流态,第二节 气液两相流动的基本概念,第二节 气液两相流动的基本概念,水平气液两相流流型,垂直气液两相流流型,第二节 气液两相流动的基本概念,2.水平气液两相流动的流型,3.流型图 1954年，美国学者Baker 在前人研究结果的基础上提出了流型判别的流型图方法。一般用气相表观速度和液相表观速度（或以这两个参数为基础得到的其他折算参数）构成流型图的坐标系。,垂直气液两相流 流型图,水平气液两相流 流型图,第二节 气液两相流动的基本概念,第三节 井筒气液两相流动压力梯度方程,二、压力梯度方程,假设可压缩流体在圆管内为一维稳定流动。从管流系统中取一控制体，建立下图 所示坐标系统。,动量定理：控制体动量的变化率等于其所受的合力。,压差 管壁摩擦阻力 质量力（重力）沿z 轴的分力,1、井筒压力分布计算步骤,质量力（重力）沿z 轴的分力：,压差：,管壁摩擦阻力（与流体流向相反）：,第三节 井筒气液两相流动压力梯度方程,井筒内的压力损失由重力损失、摩擦损失和加速度损失构成。,2、井筒压力分布计算步骤,只要知道密度、速度、摩擦系数，就可计算出井筒内的压力梯度或压力分布。但这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中需要求取的未知数。所以，通常采用迭代法（也称试错法）进行计算。可按长度增量或压力增量进行迭代计算。,第三节 井筒气液两相流动压力梯度方程,第三节 井筒气液两相流动压力梯度方程,选取合适的压力降作为计算的压力间隔。一般取0.51MPa；估计一个对应的深度增量；计算该管段的平均温度、平均压力以及流体物性参数（溶解气油比、原油体积系数和粘度、气体密度和粘度、混合物粘度、表面张力等）；,已知井口（或井底）的压力，计算井底（或井口）的压力。以长度增量为例，具体计算步骤为：,第三节 井筒气液两相流动压力梯度方程,计算该段的压力梯度；计算对应于的该段管长（深度差、深度增量）；比较第（5）步与第（2）步的计算结果，两者之差超过允许范围，则以第(5)步的计算结果作为估算值，重复（2）（5）；计算该段下端对应的深度及压力；重复（2）（7），直到各段的累加深度等于管长时为止。,第四节 井筒压力分布计算的实用方法,井筒压力分布计算的经典模型,第四节 气液两相流动的基本概念,2.体积流量 单位时间内流过过流断面的流体体积。,三、基本参数（一）流量 1.质量流量 质量流量，即单位时间内流过过流断面的流体质量。,（二）速度1.气相实际速度,实际上，它是气相在所占断面上的平均速度，真正的气相实际速度应是气相各点的局部速度。,2.气相表观速度（气相折算速度）假设气相占据了全部过流断面，这是一种假想的速度。,3.液相实际速度,第四节 气液两相流动的基本概念,6.滑脱速度 气相实际速度与液相实际速度之差称为滑脱速度。,4.液相表观速度（液相折算速度）,5.两相混合物速度,气体超越液体的现象,第四节 气液两相流动的基本概念,（三）含气率和含液率 1.体积含气率（无滑脱含气率）单位时间内流过过流断面的两相流体的总体积中气相所占的比例。,第四节 气液两相流动的基本概念,2.体积含液率（无滑脱含液率）,第四节 气液两相流动的基本概念,3.真实含气率 真实含气率又称空隙率、气相存容比，两相流动的过流断面上，气相面积所占的份额，故也称作截面含气率。,4.真实含液率（持液率）,（四）混合物密度 在流动的管道上，取一微小管段，则此微小管段内两相介质的质量与体积之比称为混合物的真实密度。,第四节 气液两相流动的基本概念,为了便于比较，把单位时间内流过过流断面的两相混合物的质量与体积之比称为无滑脱密度(流动密度)，即认为气液之间不存在相对运动时的混合物密度。,当，即存在滑脱时,由 得,存在滑脱时，将增大气液混合物的密度，从而增大混合物的静水压头（即重力消耗）。因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。,第四节 气液两相流动的基本概念,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,四、Orkiszewski 方法 1967年，Orkiszewski将前人的计算方法分为三类，每类中选出具有代表的五种方法，用148口井的数据对他们进行了检验和对比。然后在不同的流动型态下择其优者，并加上他自己的研究成果，综合得出一个新的方法。,Orkiszewski 方法构成,1.流型及判据,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,2.压力梯度方程,Orkiszewski 认为动能变化只有在雾流情况下才有明显意义，此时，气体体积流量远大于液体体积流量：,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,若将气相看作是理想气体的等温变化，则根据Boyle（玻意耳）定律有：pV=C,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,3.混合物密度和摩擦梯度的计算,（1）泡流,m/s,，,摩擦系数,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,（2）段塞流,液体分布系数需要根据连续相的类别和混合物的流速来确定。,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,（3）过渡流,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,（4）雾流,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,五、Beggs-Brill 方法 用空气-水做为流体介质，在长度27m、直径2538mm的透明管中进行的。实验参数范围：气体流量：00.098 m3/s 液体流量：00.0019 m3/s 持 液 率：00.87 系统压力：0.2410.665 MPa 压力梯度：00.0166 MPa/m 倾斜角度：0o、5o、10o、20o、35o、55o、75o、90o 流 型：水平管流动的全部流型 通过584组实验得出了持液率和阻力系数的相关规律，是目前用于斜直井、定向井和水平井中多相流动计算的一种较普遍方法。,1.基本方程,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,2.流型,3.持液率,计算倾斜管流时首先按水平管计算，然后进行倾斜校正。,4.摩擦系数,无滑脱摩擦系数：,或,为修正系数。,第五节 井筒压力分布计算的实用方法,
