采油工程課程設(shè)計(1)(編輯修改稿)
2025-02-09 19:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ——恒溫層溫度，℃；——油層溫度，℃； H——油層中部溫度，m；L——井筒中任意點深度，m。1．5 井筒多相流計算井筒多相管流的壓力梯度包括：因舉高液體而克服重力所需的壓力勢能、流體因加速而增加的動能和流體沿管路的摩阻損失，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： (25)式中為多相混合物的密度；為多相混合物的流速；為多相混合物流動時的摩擦阻力系數(shù)；d為管徑；p為壓力；h為深度；g為重力加速度；為井斜角的余角。根據(jù)多相管流的壓力梯度就可計算出沿程壓力分布。由于多相管流中每相流體影響流動的物理參數(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算，并要預(yù)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。（1)按深度增量迭代的步驟①已知任一點(井口或井底)的壓力作為起點，任選一個合適的壓力降作為計算的壓力間隔。一般選～，具體要根據(jù)流體流量(油井的氣、液產(chǎn)量)、管長(井深)及流體性質(zhì)來定。②估計一個對應(yīng)的深度增量，以便根據(jù)溫度梯度估算該段下端的溫度 。③計算出該管段的平均溫度及平均壓力 ，并確定在該 和下的全部流體性質(zhì)參數(shù)(溶解氣油比、 原油體積系數(shù)和粘度、 氣體密度 和粘度，混合物粘度及表面張力…等)。④計算該段的壓力梯度。⑤計算對應(yīng)于的該段管長(深度差)。⑥將第?步計算得的與第②步估計的進(jìn)行比較，兩者之差超過允許范圍，則以新的作為估算值，重復(fù)②～⑤的計算，使計算的與估計的之差在允許范圍內(nèi)為止。⑦計算該段下端對應(yīng)的深度及壓力 i=1,2,3,…n⑧以處的壓力為起點，重復(fù)②～⑦步，計算下一段的深度和壓力，直到各段的累加深度等于或大于管長()時為止。(2)按壓力增量迭代的步驟①已知任一點(井底或井口)的壓力， 選取合適的深度間隔(一般可選50～100米，可將管等分為n段)。②估計一個對應(yīng)于計算間隔的壓力增量。③計算該段的和 ，以及、下的流體性質(zhì)參數(shù)。④計算該段壓力梯度⑤計算對應(yīng)于的壓力增量⑥比較壓力增量的估計量與計算值 ，若二者之差不在允許范圍內(nèi)，則以計算值作為新的估計值，重復(fù)第②～⑤步，使兩者之差在允許范圍之內(nèi)為止。⑦計算該段下端對應(yīng)的深度和壓力 ⑧以處的壓力為起點壓力重復(fù)第②～⑦步，計算下一段的深度和壓力 ，直到各段累加深度等于或大于管長時為止。為了簡化計算，通常對各段選取同樣的增量間隔。而在有些情況下，各段的增量間隔可以不同，這樣既能節(jié)約計算時間，而又能較好地反映出壓力分布。本設(shè)計井筒多相流計算采用Orkiszewski方法。Orkiszewski法提出的四種流動型態(tài)是泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流。如圖1所示。在處理過渡性流型時，采用內(nèi)插法。在計算段塞流壓力梯度時要考慮氣相與液體的分布關(guān)系。針對每種流動型態(tài)提出了存容比及摩擦損失的計算方法。圖1 氣液混合物流動型態(tài)(Orkiszewski) 由前面垂直管流能量方程可知，其壓力降是摩擦能量損失、勢能變化和動能變化之和。寫出多項垂直管流的壓力降公式： (26)式中 —壓力，Pa； —摩擦損失梯度，Pa/m； —深度，m； —重力加速度，m/s2； —混合物密度，kg/m3； —混合物流速，m/s。動能項只是在霧流情況下才有明顯的意義。出現(xiàn)霧流時，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： (27)式中 —管子流通截面積，m2； —流體總質(zhì)量流量，kg/s； —氣體體積流量，m3/s。將式(27)代入式(26)，并取，，經(jīng)過整理后可得： (28)式中 —計算管段壓力降，Pa； —計算管段的深度差，m； —計算管段的平均壓力，Pa。 表1 流型界限流動型態(tài)界 限泡 流段 塞 流過 渡 流霧 流不同流動型態(tài)下的和的計算方法不同，為此，計算中首先要判斷流動形態(tài)。該方法的四種流動型態(tài)的劃分界限如表1所示。由于不同流動型態(tài)下各種參數(shù)的計算方法不同，下面按流型分別介紹。(1)泡流平均密度 (29)式中 —氣相存容比(含氣率)，計算管段中氣相體積與管段容積之比值； —液相存容比(持液率)，計算管段中液相體積與管段容積之比值； —在下氣、液和混合物的密度，kg/m3。氣相存容比由滑脫速度來計算?；撍俣榷x為：氣相流速與液相流速之差。 (30)可解出： (31)式中 —滑脫速度，由實驗確定，m/s； 、—氣相和液相的表觀流速，m/s。泡流摩擦損失梯度按液相進(jìn)行計算：
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