水平井筒气液两相变质量流动流型转变的研究

井筒中的流动是管壁存在入流或出流的变质量流动。给定井筒气液流动条件,在应用机械模型预测我们感兴趣的参数之前,我们需要识别井筒中出现的流型。由于水平井筒和常规水平管中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流的流型转换标准对于井筒流动来说就需要进行修正或扩展。根据波的迅速成长机理,在Taitel和Dukler的研究基础上,得到水平井筒分层流向非分层流流型转变的判别方法;通过对分散气泡进行受力分析,得到水平井筒分散泡状流向间歇流流型转变的判别方法;基于Barner和Brauner的研究给出水平井筒环空雾状流向间歇流流型转变的判别方法。从而得到一种判别水平井筒气液两相变质量流动4种基本流型的新方法。     

水平井筒气液两相分散泡状流流动模型

通过对分散泡状流流型中的分散气泡进行受力分析,考虑了管壁入流或出流的影响,得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流向间歇流流型转变的判别方法。并分别应用气、液两相质量守恒方程和动量守恒方程,考虑管壁存在入流或出流对于分散泡状流流型压降的影响,得到水平井筒气液两相变质量流动分散泡状流流型的压降计算方法。     

水平井筒变质量气液两相环空雾状流压降的分析模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别，可以预和常规水平管流压的压降计算方法对于井筒流支说就需要修正或扩展。考虑管壁存在入流或出流对于环空雾状流流型压降的影响，文中对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程，得到水平井筒气液两相变质量流动环空雾状流流型的压降计算方法。     

水平井筒变质量气液两相环空雾状流压降的分析模型

由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,可以预知常规水平管流压的压降计算方法对于井筒流动来说就需要修正或扩展．考虑管壁存在入流或出流对于环空雾状流流型压降的影响,文中对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,得到水平井筒气液两相变质量流动环空雾状流流型的压降计算方法。     

水平井筒变质量间歇流压降的理论与试验研究

间歇流是实际水平井筒气液两相流动中非常重要的一种流动形态。由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,常规管流的压力计算方法对于水平井筒流动来说需要进行修正和扩展。在常规水平管道间歇流动压降分析的基础上,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,考虑管壁入流或出流对压降的影响,得到一种新的水平井筒间歇流流型压降计算方法。同时,设计并建立了水平井筒流体流动模拟试验装置,在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的间歇流动压降试验研究,获得了大量试验数据,与理论…     

水平井筒变质量间歇流压降的理论与试验研究

间歇流是实际水平井筒气液两相流动中非常重要的一种流动形态。由于水平井筒和常规水平管道中气液两相流动的相似和差别,常规管流的压力计算方法对于水平井筒流动来说就需要进行修正和扩展。在常规水平管道间歇流动压降分析的基础上,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程,考虑管壁入流或出流对压降的影响,得到一种新的水平井筒间歇流流型压降计算方法。同时,设计并建立了水平井筒流体流动模拟试验装置,在轴向为气液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的间歇流动压降试验研究,获得了大量试验数据,与理论计算结果吻合较好,表明该计算方法具有实际应用价值。     

水平井筒气液两相变质量流动流型转变实验研究

在对水平井筒气、液两相变质量流动的流型转变进行了理论研究,在此基础上,设计并建立了流型转变实验装置,对水平井筒气、液两相变质量流动的流型转变进行了模拟实验研究.在轴向为气、液两相流动的前提下分别进行了上管壁单孔眼注入和下管壁单孔眼注入的流型转变实验研究,获得了大量的实验数据.根据实验数据修正了理论计算模型,修正后的理论模型计算结果和实验数据吻合很好.     

水平井井眼轨迹对排水采气的影响

低渗气藏不断加大水平井开发力度,水平井数量急剧增加,井筒积液成为水平气井普遍存在的难题。根据水平井筒内气液两相流体由分层流向非分层流转变判别式,对影响水平段井筒携液的因素进行分析。分析表明:水平段井筒倾角越大、积液高度越高、管径越小,水平井筒中气液两相流型更容易从层流转向非层流,水平段中的液体更容易被气流带出。通过实例证明水平井井轨迹对气井排液有影响,B靶点比A靶点越高,井底积液越少。     

基于实验研究的水平井气液两相流流型判别修正

流型判别是研究气液两相流流动规律的重要内容。采用实验数据与理论分析相结合的方法,通过对常规管道和变质量管道Brill气液两相流流型判别方法的修正,建立了新的适用于海上水平井气液两相流流型判别方法。实验结果表明,修正的Brill流型判别方法与实验数据吻合较好,可为海上水平井气液两相流流型判别提供参考。     

水平井筒气水流动规律及影响因素

由于流动方向变化及壁面流体的不断径向入流，水平井筒的气水流动规律与常规直井存在较大差异。在总结前人研究结果的基础上，优选水平井筒气液两相预测模型，并在验证模型可靠的情况下，考虑管壁入流和气液流型变化，改变气量、水量、管径、倾角、轨迹波动、气水入流位置等多个影响因素，对水平段流型、压力分布规律及影响因素进行综合预测分析，为水平气井的生产管理及后期措施优化提供依据。研究结果表明，一般生产条件下水平井筒存在分层流、间歇流和环雾流3种流型，管径和倾角对水平井筒的气、水流型影响最为明显，管壁入流对入流就地井筒流态的影响较小。水平井筒压力损失与气量、水量、轨迹上倾角及轨迹波动起伏程度呈正相关性，而与管径和下倾角呈负相关性。预测范围内，气量、轨迹上倾和管径对水平井筒压力损失的影响最为明显，是水平井筒压降的关键影响因素。随着轨迹上倾角增加，水平井筒压降随气量的变化规律发生明显反转，低气量条件下水平井筒压降随气量的减小而增加，高气量下压降随气量增加而增加。     

气藏水平井携液临界流量计算

液滴在水平井筒中的受力情况与垂直井筒中截然不同,根据垂直井筒中质点力学分析获得的计算气井携液临界流量的Turner公式及其修正式不再适用于水平井。根据水平井筒内液滴质点分析理论,推导出水平气井的携液临界流量公式。与水平管气液两相流态机理计算得到的携液临界流量结果的对比结果表明,用质点分析理论计算得到的携液临界流量比气液两相流态机理计算结果要偏于乐观,且其流态正处于环状流和雾状流的过渡区。因此,在实际应用中,用质点分析理论计算的结果可根据生产井实际情况在一定范围内进行调整。     

水平井筒射孔完井变质量流动压降规律

影响水平井产能和向井入流剖面的因素很多,水平井筒沿程压降是其中一个重要因素。结合水平井筒生产实际,在大庆多相流试验环道基础上,设计了壁面注入系统和变质量流动试验段,针对射孔水平井筒变质量流动规律进行了单相和两相变质量流动试验研究。结果表明,单相水平井筒沿程压降随注入比变化,并且存在临界注入比,当注入比超过临界注入比时,压降随着注入比增加显著。进一步的数值模拟研究揭示了其中的原因:当超过临界注入比后,射孔孔眼下游出现流动分离,混合压降开始起作用,从而引起压降的显著增加。油水两相变质量流动除了受注入比影响外,还受到含水率变化的影响,在高流量条件下,40%含水率时压降最高,流型为分散流型;低流量下,压降随含水率变化不大,流型为分层流型。该研究结果对完井设计有一定指导意义。     

基于能量守恒定律的气井井筒携液工况诊断模型

井筒积液的产生对气井稳产有着较大的不利影响,而现有的井筒积液诊断方法又存在着应用局限性。为了明确产液量较大时气井井筒中两相流的携液机理、准确诊断井筒积液存在情况、合理制订气井生产措施,在前期研究的基础上,基于能量守恒定律,建立了气液两相垂管流的携液工况诊断新模型,通过与现场实践统计、室内实验数据进行比较,对新模型的准确性进行了验证,并采用新模型对某产液气井的携液工况进行了分析。研究结果表明:①产液量较少时,新模型计算得到的临界携液气量明显低于Turner模型的计算结果 ;②随着产液量增大,采用新模型计算得到的临界携液气量逐渐增大,并且压力越高,临界携液气量增大越明显;③气液两相垂管流的流型可分为气泡流、段塞流、过渡流、波浪流和环雾流5种,当两相流型为过渡流、波浪流或环雾流时,井筒中不存在积液。结论认为,新模型计算结果与现场实践统计、室内实验结果基本一致,诊断结论符合实际,具有普适性,可以为产液气井的携液工况诊断和积液预防提供理论支撑。     

内边界旋转的垂直井筒气液两相流型和压降梯度

井筒中泵杆的存在会对井筒内气液两相流动产生干扰,进而影响流型和压力梯度,而井筒内压力梯度的计算是油气井生产优化的重要部分。实验采用内径?88.9 mm,长7 m且含有螺杆泵的部分透明有机玻璃管,进行了不同转速的气液两相流实验 ,得到了在螺杆泵旋转时,泡状流向段塞流的转换界限 ;并与无杆的流型转换模型进行对比,得到了0 r/min、30 r/min、60 r/min、90 r/min转速下改进的流型转换模型;根据实验数据对有杆井筒内不同转速下压力梯度变化的修正,得到不同转速下的压力梯度公式 。结果表明,在液相表观速度相同的情况下,无杆井筒中更早发生泡状流向段塞流的转换;随着转速增加,流动摩擦阻力同时增大,增大幅度比较小;随着气相表观速度的提高,总压力梯度逐渐降低,压力梯度的降低速率逐渐变小。     

A MECHANISTIC MODEL FOR GAS-LIQUID FLOW IN HORIZONTAL WELLS WITH RADIAL INFLUX OR OUTFLUX

A new mechanistic model for gas-liquid two-phase flow with mass transfer through the pipe wall, which accounts for the effects of wall inflow or outflow on wall friction, acceleration and flow pattern transition, has been developed. Four individual flow patterns, including stratified flow, annular-mist flow, bubble flow and intermittent flow, are considered in the mechanistic model. Models for individual flow patterns have been developed. Transition mechanisms among different flow patterns are discussed and new transition criteria are proposed. Predictions by the new mechanistic model are compared with experimental data obtained on a large industrial facility.