上倾管道油携积水运动研究

输油管道多采用水联运或部分管道充水投油的投产方式。油顶水过程中管道低洼处残留的积水可利用油流携走,油携积水至上倾管道后,积水在油流剪切力作用下沿管壁继续向上运动。为了对油携积水过程进行理论研究,基于油水分层流理论建立了上倾管道油水速度模型,分析了油品流速、油品性质、管道上倾角、管径、水相厚度对水相回流比例的影响,得出了水相临界回流参数,并采用该模型对西南成品油管道某些管段进行了具体分析。研究表明:在不同的条件下,油品的携液能力不同,处于两临界值之间水相仅部分回流;对于实际工程管道,油流的携积水能力有限。研究结果为上倾管道油携积水过程提供了理论支持。     

长输管道总传热系数分析及评价

1．长输管道总传热系数的定义 管道总传热系数即K值指油流与周围介质温差为1℃时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量，表示油流对周围介质散热的强弱。对于埋地热油管道，管道传热主要由油流至管壁放热，管壁保温层的热传导和保温层到土壤的散热三部分组成，由热平衡方程关系式化简近似得：     

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湿天然气输送技术的应用,可使处于海洋、沙漠、戈壁、滩海等恶劣环境下的凝析气田的操作人员和开采费用下降。在实际运行中,湿天然气在输送管道中存在气液两相,因此管道中的流动总是处于慢瞬变流动状态。文章从流体力学的基本规律出发,建立了描述湿天然气管道输送调峰工况下瞬变流的数学模型方程,并对模型方程作了简化处理,设计了具体的计算思路。根据输送边界条件,给出了动态模型方程的数值计算方法、管道离散格式、参数存储     

声波正演中一种新的边界条件——双重吸收边界条件

在声波波动方程有限差分波场数值模拟中，由于计算模型的限制，导致很强的人为边界反射的产生。为了使计算得到的边界波场值更接近真实的边界波场值，往往使用边界条件以减少来自计算区域边界的人为反射能量，使得声波在有限区域传播达到在无限介质中传播的效果。目前，在声波正演中，较常用的一种边界条件是基于标量波动方程旁轴近似理论的吸收边界条件，在此基础上诞生了许多新的边界条件算法。在前人成果的基础上，提出了一种新的吸收边界条件——双重吸收边界条件。该方法将标量波动方程旁轴近似与另一种边界方程通过加权的方式，使所计算的边界波场值比利用通常吸收边界方程计算的边界波场值更接近真实的波场。该方法计算量小，简单易实现，应用于声波正演能得到比利用常规吸收边界条件更好的吸收效果。     

一种新的弹性波数值模拟吸收边界条件

 在弹性波方程有限差分波场数值模拟中,由于计算模型的限制,不可避免地导致很强的人为边界反射的出现。为了使计算得到的边界波场值更接近真实的边界波场值,在波场数值模拟中人们利用边界条件来减少来自计算区域边界的人为反射能量。与声波吸收边界条件相比,弹性波边界条件要复杂得多,到目前为止弹性波边界条件算法研究仍然是该领域的一个重要课题。本文借鉴Clayton等处理吸收边界反射的思想,从弹性波波动方程出发,提出了一种新的在各向同性介质中进行有限差分弹性波场数值模拟的吸收边界条件。波场计算表明：该方法计算量小、应用简单、能有效地减少来自模型边界的反射波场,其计算效率与Clayton等处理吸收边界条件所花费的时间相当。     

全井眼电导传感器电场仿真及静态实验特性研究

根据Maxwell和Begovich & Watson模型的原理,设计了一种新型全井眼两相流含水率电导传感器.用ANSYS软件通过相应边界条件下的Laplace方程进行了其电场仿真计算.用不同直径的长绝缘圆棒代替油插入水中模拟水的体积分数,进行了其静态特性的实验测量.仿真结果和实验结果的趋势相符.实验表明,传感器对水中的绝缘棒敏感,绝缘棒距离电极越近,其灵敏度越高.未发现水矿化度对传感器响应有影响.研究结果有助于高产井油水两相流流动参数连续测量仪的进一步研制.     

成品油管道二维混油理论数值分析研究

针对成品油管道二维混油数值计算中遇到的问题,通过建立二维混油模型,在传统数值计算的基础上,提出一种新的自适应网格模型求解方法;通过对实际管道进行算例分析并与特征线性法的实验结果进行对比,验证模型求解的准确度。研究表明:随着成品油在管道内输送时间的增加,混油段的长度也会不断增加,但混油段长度的增长率却明显下降;在混油段截面上,越靠近管壁位置,混油浓度越大;混油段的浓度并不对称,混油头的长度远远高于混油尾的长度;特征线法与自适应网格法的模拟结果差距不大,但使用特征线法进行计算时,所需要花费的时间较长,所以推荐使用自适应网格法进行管道二维混油数值计算。     

起伏湿气管路持液率和压降计算模型

湿气集输管道在天然气开发中发挥着重要作用,如果湿气管道内存在积液,会导致能耗增加、腐蚀加剧和生成水合物等问题,但目前尚没有一个瞬态两相流模型能够准确地计算起伏湿气管道中的积液和压降规律。在已有的两相流双流体模型基础上,基于连续性方程和动量方程,建立了一种新的适用于起伏管路的瞬态两相流理论模型,并利用数值方法通过编制MATLAB程序实现对起伏湿气管道中持液率及压降等的计算。利用普光气田现场湿气集输管道的运行数据对模型进行了验证,并与多相流软件OLGA的模拟计算结果进行了对比。验证结果证明所建立的模型计算精度较高,持液率和压降的相对误差分别为±15%、±5.5%,可以应用于起伏湿气管道两相流的模拟。     

绝缘管道内油流带电引起的静电场计算

绝缘管道内的油流带电将造成管道内壁面上静电荷的积聚，当电荷积聚到一定程度时，会发生静电放电，造成管道表面腐蚀。甚至导致管壁穿孔。因此，管道壁面上静电场的有效计算公式对于确保油品的安全输送无疑具有指导意义。在合理简化的基础上．文章推出了架空敷设和管外壁附有接地导体层的绝缘管道壁面上静电势和电场强度的计算公式．利用计算公式简要分析了敷设方式和管材的导电性能对这两个参量的影响。计算结果表明：两种敷设方式下管壁的静电位都随管材电导率的增加而减少：与架空敷设相比。管外壁接地导体层能明显降低管壁面上的电场强度，因此绝缘管道应尽量避免架空敷设。     

非石油基油品对渣油掺稀降黏效果及掺稀模型研究

采用水上油、页岩油和煤柴油等3种非石油基稀油对渣油进行掺稀降黏,考察了温度、稀油类型和掺稀比(稀油与调合油的质量比)对调合油黏温关系的影响,并基于实验数据,将由氩模型微分方程导出的液体黏度理论方程拓展应用到渣油掺稀调合油的黏温关系描述中,建立渣油掺稀黏度模型。结果表明:3种非石油基稀油均能够用于对渣油进行掺稀降黏,掺稀比越高,调合油黏度降低幅度越大,在掺稀比低于0.3的条件下,页岩油和水上油降黏效果较好;稀油对渣油沥青质基本片层结构的缔合作用力的影响是造成调合油黏度降低的重要原因;所建模型的计算值与实验值吻合较好,模型参数反映了调合油的分子构成,能较好地描述渣油掺稀降黏的黏温关系。     

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.     

基于粒子图像测速技术的垂直管螺旋流研究

为了研究牛顿流体和非牛顿流体螺旋流在垂直管中的流动规律,利用粒子图像测速技术测量了水和3种不同质量浓度的聚合物溶液在不同切向进入速度的条件下垂直管中的螺旋流瞬时速度场。对不同介质螺旋流的轴向速度的分布规律、径向速度的分布规律、边界层的特性和螺旋流的压降与切向进入速度关系的研究发现,垂直管中非牛顿流体和牛顿流体螺旋流的轴向速度是凹形且呈双峰的分布趋势;且黏度越大,双峰的趋势越明显。在轴向速度方向上存在回流,径向速度近似以中心反对称分布,边界层的厚度较小。给出了垂直管中不同介质螺旋流压降的计算模型。     

气液两相状态下的凝析气井产能评价新方法

凝析气藏地层中产生油气两相渗流后,对气井的产能测试数据进行分析时,常出现二项式产能方程的系数B为负数的异常情况,难以有效评价气井的产能,进而影响对气井生产动态的准确预测。为此,基于拟单相渗流方程和油气两相渗流方程,在气井的流动达到拟稳定阶段后,建立了拟单相稳定点产能评价方法(以下简称为拟单相法)和气液两相稳定点产能评价方法(以下简称为气液两相法);采用塔里木盆地牙哈气田的基础参数,应用新建立的产能评价方法计算气井在生产气油比相同、地层压力在露点压力以上及以下时的无阻流量;针对牙哈、塔中Ⅰ号、千米桥潜山、迪那2等4个凝析气田,应用新建立的产能评价方法计算凝析气井在不同生产气油比情形下的无阻流量,并选取典型井进行对比分析。结果表明:(1)采用新建立的产能评价方法可以避免因地层中油气两相流的产生导致经典产能评价方法无法计算凝析气井无阻流量的情况;(2)当地层压力高于露点压力时,地层流体以单相流体为主,可以采用拟单相法;(3)当地层压力低于露点压力,地层中出现油气两相流动时,应采用气液两相法;(4)随着生产气油比增大,采用拟单相法和气液两相法计算的无阻流量的差异逐渐减小;(5)对于凝析油含量较高、生产气油比较低的凝析气井而言,采用气液两相法计算的无阻流量更加可靠。     

特低渗透油藏非线性渗流模型

启动压力梯度和介质变形是油气在低渗透、特低渗透储集层中渗流规律偏离达西定律的主要原因。基于介质变形、启动压力梯度特征物理模拟实验,定义了新的应力敏感系数,分析了应力敏感系数和启动压力梯度（单相和油水两相条件下）的变化规律。建立了考虑启动压力梯度和介质变形的特低渗透油藏单相和油水两相非线性渗流数学模型,对于单相渗流,给出了定产量、变产量和定流压条件下模型的解;对油水两相非活塞驱替,给出了分流量方程、油水前缘位置方程及压力、产量方程,并给出了求解方法。模型的油藏工程应用表明：低渗透油藏产能递减速度高于中高渗油藏;渗流速度比较小时,非线性因素对油水两相渗流影响显著。利用该模型,还可确定油田的合理注采井距。图9参15     

变应力条件下低渗透储层近井地带渗流模型

通过室内试验研究,探索了变应力条件下岩石发生弹性、弹塑性变形时,其孔隙度、渗透率、压缩系数与应力的关系,得到岩石在发生弹性、弹塑性形变时的渗透率、岩心孔隙度 (压缩系数)-应力状态方程;以此为基础,建立了低渗透储层近井地带的一维两相径向渗流模型,并利用常规三维两相微分方程数学模型为径向流模型提供边界条件,对二者进行结合和转化形成计算机模型。利用该模型,可计算、分析变应力条件下低渗透储层近井地带油水渗流的一般规律,定量研究低渗透储层发生弹性变形和弹塑性变形对单井流入动态的影响情况。因此,这种方法在低渗透油田开发中具有一定的理论意义和应用价值。     

碎屑岩储层流动单元模拟实验研究

根据流动单元渗流特征的定义,设计了层间非均质实验模型,研究了相同水动力条件下不同渗透率级差模型的水驱油渗流规律和水淹规律。实验结果表明,渗透率级差为2是流动单元划分的界限,渗透率级差小于2的非均质储层在合注时各个层位都能被注入水有效驱动的为一个流动单元。注入水自然流动形成的通道不完全是由绝对渗透率决定,而与层位之间渗透率相对大小有关。通过实验论证,提出了流动单元划分的渗透率差异指标。     

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。     

An Engineering Approach to the Treatment of Constant Pressure Boundary Condition in Block-Centered Grid in Reservoir Simulation

Abstract

Block-centered grid and point-distributed grid are the most widely used grids to describe a petroleum reservoir as units in reservoir simulation. In the point-distributed grid, the boundary grid point falls on the boundary, whereas the point that represents the boundary grid block is half a block away from the boundary. As a result, the point-distributed grid gives accurate representation of constant pressure boundary condition. In the block-centered grid, the approximation of a constant pressure boundary is implemented by assuming the boundary pressure being displaced half a block coincides with the point that represents the boundary grid block and by assigning boundary pressure to boundary grid block pressure. This is a first-order approximation. A second-order approximation was suggested, but it has not been used because it requires the addition of an extra equation for each reservoir boundary of a boundary grid block. Furthermore, the extra equations do not have the form of a flow equation.

This article presents an engineering approach for the representation of a constant pressure boundary condition in a block-centered grid. The new approach involves adding a fictitious well term per boundary to the flow equation of a boundary grid block. This treatment is valid in both rectangular and radial-cylindrical grids. The flow toward a fictitious well is linear in rectangular coordinates and radial in radial-cylindrical coordinates. The flow rate equations for fictitious wells were derived from the inter-block flow rate term between a boundary grid block and the grid block that falls immediately outside reservoir boundary. These flow rate equations are presented and tested. With the new treatment, both block-centered grid and point-distributed grid produce pressure profiles with comparable accuracy. In other words, the use of the point-distributed grid does not offer any advantage over the block-centered grid in rectangular and radial-cylindrical coordinates for the case of constant pressure boundaries.     

Casson流体轴向同心环空中速度及温度分布研究

将非牛顿流体动量方程、能量方程与Casson流体的本构方程相结合,推导出了Casson流体在轴向同心环空中的速度和温度分布公式.数值研究结果表明,由于Casson屈服应力的作用,轴向同心环空内存在柱塞流动,柱塞的大小与Casson屈服应力成正比,与压力梯度成反比.在其他相同的条件下,柱塞速度随环空尺寸的增大而增大.柱塞内温度呈对数曲线变化,柱塞外侧温度与内侧温度不同,从柱塞边界到管壁,温度逐渐减小.越靠近管壁,温度降低幅度越大.     

可自适应防砂筛管膨胀层压降模拟计算方法

鉴于相关文献计算油流在砾石充填膨胀层中压降时存在的不足,将油流在膨胀层的流动简化为锥形流,并在Forchheimer方程的基础上进一步优化,推导出了膨胀层压降计算新公式。同时运用算例,将锥形流的计算结果与单向流、径向流以及Yildiz发散流的计算结果进行比较。分析结果表明,锥形流模型推导出的计算公式与Yildiz发散流计算公式计算的结果相近,而以单向流和径向流计算公式得出的计算值差距较大。说明将油流的发散流动模拟为单向流和径向流来计算砾石膨胀层中的压降是不合适的。锥形流模型包含了非达西渗流的压降,以此导出的压降计算公式计算的压降更加符合实际情况,且计算更简便。