采油工程课程设计指导书

采油工程课程设计指导书内容摘要：

T 下的流体性质参数。 ④计算该段压力梯度odhdP ⑤计算对应于 h 的压力增量oi dhdPhP  ⑥比较压力增量的估计量 P 与计算值 iP ，若二者之差不在允许范围内，则 11 以计算值作为新的估计值，重复第②～⑤步，使两者之差在允许范围o之内为止。 ⑦计算该段下端对应的深度 iL 和压力 iP hiLi   iioi PPP 1 ⑧以 iL 处的压力 iP 为起点压力重复第②～⑦步，计算下一段的深度 1iL 和压力1iP ，直到各段累加深度等于或大于管长 L 时为止。 为了简化计算，通常对各段选取同样的增量间隔。 而在有些情况下，各段的增量间隔可以不同，这样既能节约计算时间，而又能较好地反映出压力分布。 计算气 液两相垂直管流的 Orkiszewski 方法 本设计井筒多 相流计算采用 Orkiszewski 方法。 Orkiszewski 法提出的四种流动型态是泡流、段塞流、过渡流及环雾流。 如图 1 所示。 在处理过渡性流型时，采用内插法。 在计算段塞流压力梯度时要考虑气相与液体的分布关系。 针对每种流动型态提出了存容比及摩擦损失的计算方法。 图 1 气液混合物流动型态 (Orkiszewski) 由前面垂直管流能量方程可知，其压力降是摩擦能量损失、势能变化和动能变化之和。 由式 (236)可直接写出多项垂直管流的压力降公式： mmmmf dvvdhgdhdP  (26) 式中 P — 压力， Pa； 12 f— 摩擦损失梯度， Pa/m； h — 深度， m； g — 重力加速度， m/s2； m — 混合物密度， kg/m3； mv — 混合物流速， m/s。 动能项只是在雾流情况下才有明显的意义。 出现雾流时，气体体积流量远大于液体体积流量。 根据气体定律，动能变化可表示为： dpPA qWdvv p gtmmm 2 (27) 式中 pA — 管子流通截面积， m2； tW — 流体总质量流量， kg/s； gq — 气体体积流量， m3/s。 将式 (27)代入式 (26)，并取 khdh  ， kpdP ， mm  ， PP 经过整理后可得： kPkpgtfm hPAqWg  ]1[ 2 (28) 式中 kP — 计算管段压力降， Pa； kh — 计算管段的深度差， m； P — 计算管段的平均压力， Pa。 表 1 流型界限 流动型态 界 限 泡 流 Btg Lqq 段 塞 流 SgBtg LvLqq  , 过 渡 流 SgM LvL  雾 流 Mg Lv 13 不同流动型态下的m和f的计算方法不同，为此，计算中首先要判断流动形态。 该方法的四种流动型态的划分界限如表 1 所示。 由于不同流动型态下各种参数的计算方法不同，下面按流型分别介绍。 (1)泡流 平均密度 ggLLm HH    ggLg HH  1 1 gL HH (29) 式中 gH — 气相存容比 (含气率 )，计算管段中气相体积与管段容积之比值； LH — 液相存容比 (持液率 )，计算管段中液相体积与管段容积之比值； mg  、 Ｌ — 在 TP、 下气、液和混合物的密度， kg/m3。 气相存容比由滑脱速度 sV 来计算。 滑脱速度定义为：气相流速与液相流速之差。 )1(1 gp gtgp ggsLgsgs HA qqHA qHvHvv  (30) 可解出 gH ： Hgpsgpstpst Av qAv qAv q 4)1(1[21 2  (31) 式中 sv — 滑脱速度，由实验确定， m/s； sgv 、 sLv — 气相和液相的表观流速， m/s。 泡流摩擦损失梯度按液相进行计算： 22LHLt vDf  )1( gp LLH HA qv  (32) 式中 f — 摩擦阻力系数； LHv — 液相真实流速， m/s。 14 摩擦阻力系数 f 可根据管壁相对粗造度 D/ 和液相雷诺数 ReN 查图 2。 液相雷诺数 L LsLDvN Re (33) 式中 L — 在 TP、 下的液体粘度，油、水混合物在未乳化的情况下可取其体积加权平均值，。 (2)段塞流 混合物平均密度 Lpst psLtm Avq AvW  (34) 式中  — 液体分布系数； sv — 滑脱速度， m/s。 滑脱速度可用 Griffith 和 Wallis 提出的公式计算： 图 2 摩擦阻力系数曲线 15 gDCCvs 21 (35) (3)过渡流 过渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和雾流分别进行计算，然后用内插方法来确定相应的数值。 MiSM sgSLSM gMm LL LvLL vL  (36) MiSM ggSLSM gMt LL LvLL vL  (37) 式中的 SL 、 SL 及 Mi 、 Mi 为分别按段塞流和雾流计算的混合物密度及摩擦梯度。 (4)雾流 雾流混合物密度计算公式与泡流相同： ggLgggLLm HHHH  )1( 由于雾流的气液无相对运动速度，即滑脱速度接近于雾，基本上没有滑脱。 所以 gLgg qqqH  (38) 摩擦梯度则按连续的气相进行计算，即 Dvf sggf 2 2 (39) 式中 sgv — 气体表观流速， pgsg Aqv / ， m/s。 雾流摩擦系数可根据气体雷诺数  gNRe和液膜相对粗糙度由图 2 查得。 按不同流动型态计算压力梯度的步骤与前面介绍的用摩擦损失系数法基本相同，只是在计算混合物密度及摩擦之前需要根据流动型态界限确定其流动型态。 图 3 为 Orkiszewski 方法的计算流程框图。 16 以井口油压或井底流压为起点，选择合适的压力间隔 P ，假设 h计算平均 P 和 T ，并求得在此 P 和 T 下的流体性质参数和流动参数，以及相应的流动型态界限 LB、 Lg和 LM确定流动型态雾流计算气相存容比、平均密度及摩擦梯度过渡流分别按段塞流和雾流计算平均密度及摩擦梯度，并进行内插段塞流计算滑脱速度、液体分布系数、平均。