考虑储层非均质时注汽井内蒸汽流动规律

稠油热采水平井注蒸汽是一个复杂多变的过程,水平井沿程蒸汽热物性的预测对于储层的均匀动用十分关键。考虑储层渗透率、围压和蒸汽相变等条件的相互耦合影响,建立了预测水平井注汽流动的综合数学模型。与现场测井数据进行对比分析,验证了模型的准确度。模拟结果表明,单一变量条件下,水平井跟部注汽压力越大,注汽井内质量流量和蒸汽干度下降越快,当注汽压力由11 MPa降为8.5 MPa时,配汽距离增加1倍;在水平井相同位置处,跟部注汽干度越高,注汽井内质量流量越大,且蒸汽压力下降越快,注汽干度提高1倍时,压降也几乎增加1倍;跟部注汽流量越大,蒸汽压力下降越快,注汽流量提高1.75倍时压降提高了5.3倍,但管内蒸汽干度下降趋缓;储层渗透率越高,注汽井内的蒸汽干度下降越快。该模型可以为现场注汽提供理论支撑,有效提高配汽效果达到增产降耗。     

红河油田长8油藏压裂水平井生产规律研究

红河油田位于鄂尔多斯盆地天环向斜南部,红河油田长8油藏属于低孔、特超渗储层,局部裂缝发育,基本无自然产能,需压裂投产。压裂投产后,按产量分类,第一类水平井产量高、含水低是高效生产模式,第三类水平井产量低、含水高是低效生产模式。3类水平井均符合双曲递减规律。通过地质、试油试采资料与地震相结合,第一类水平井主要位于河道主体部位且地震位于Ⅱ级、Ⅲ级及其附近断裂带;第二类水平井位于河道砂体相对较薄部位且地震位于Ⅰ类、Ⅱ级断裂区;第三类水平井位于裂缝不发育的基质区。     

真空条件下蒸汽横掠水平降膜管束的流动阻力

建立了蒸汽横掠带有液体降膜流动的水平管束流动阻力实验台,对影响流动阻力的因素与规律进行了实验研究。实验在绝对压力为12～31 kPa的真空条件下进行,对应的水蒸气饱和温度为50～70℃,模拟了大型海水淡化装置中水平管降膜蒸发器的流动过程。实验结果显示,蒸汽掠过带有降膜流动的水平管束的压降远大于蒸汽横掠水平管束的流动阻力,流动阻力系数不仅与蒸汽流动Reynolds数有关,还与液体在水平管上降膜流动的Reynolds数有很大关联。提出了正三角形排列管束的蒸汽横掠降膜流动管束的阻力关系式。     

非线性振动下水平通道气液两相流动

将振动装置与气液两相流实验回路相结合,对非线性振动工况下水平通道内气液两相流进行实验研究。重点考察了不同振动参数对流型转换界限及摩擦压降的影响。流型图表明,非线性振动工况和稳态工况下的气液两相流动形式不同,提高振动的频率和幅度会导致流型转换界限发生改变。由实验得到的气液界面分布结果表明,振动频率对相界面波动程度有显著影响,而振动幅度则主要影响截面含气率。最后对比了非线性振动工况下的摩擦压降和经验公式的计算结果,发现两者在数值和分布上均无明显差异,说明稳态下两相流摩擦压降计算公式同样适用于非线性振动工况。     

沁南盆地煤层气U型水平井部署优化研究

针对煤层气生产中提高单井产能的需要,提出采用U型水平井进行开发的技术思路,并依据构造简单、煤层厚度大、含气量高、煤体结构完整、水文地质条件简单等标准对U型水平井的部署区域进行了区块优选。对影响该区域U型水平井部署的水平段距离、水平段长度和水平段位置进行了优化研究。结果表明:U型井水平段间距过小,会造成控制地质储量偏小,影响稳产期长短和后期的产气潜力;井距过大,虽然控制储量会相对变大,但是很难形成井间干扰,难以达到面积降压的目的,累产气量也并未增加;从15 a的累产气量来看,最优井距为300 m;最优间距的大小受煤储层割理渗透率的影响明显,随着渗透率增大,最优间距增大;水平段位于煤层中部时日产气量和累产气量较高,推荐水平段位于煤层中部。     

立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点特性

在系统压力P=412～850 kPa,过冷度△T_sub=4.7～15.0℃,热通量q"=0.11～10.90 kW·m^-2,质量流量G=147.5～443.7 kg·m^-2·s^-1的条件下,对立式和卧式螺旋管内R134a过冷流动沸腾起始点特性进行了实验研究。研究结果表明：当实验系统参数相同时,立式和卧式螺旋管内过冷沸腾起始点的热通量基本相同,但是立式螺旋管内过冷沸腾起始点壁面过热度小于卧式螺旋管;过冷沸腾起始点的热通量、壁面过热度随着过冷度和质量流量的增大而增大,但随着压力、螺旋直径的增大而减小。通过无量纲分析对实验数据进行非线性拟合,发展了适用于螺旋管过冷沸腾起始点的关联式。     

Modelling the transition to slug flow in horizontal conduit

A physical model for the prediction of transition to slug flow is presented. The model assumes that the slug is formed as a result of a hydraulic jump which is sufficient to just touch the top wall of the conduit. This, together with a ‘breaking dam’ assumption at the rear of the slug, gives necessary and sufficient conditions for the formation of a stable slug. The minimum liquid film thickness ahead of the slug, degree of aeration within the slug and slug translational velocity are predicted. The predictions agree very well with those of previous workers and with experimental data.     

水平管气液两相分层流界面剪切预测研究进展

水平管气液两相分层流虽流型简单,但由于界面存在复杂的动量和能量传递,分层流的界面剪切预测至今没有一致的结论。本文从理论模型、实验模型、数值计算3个角度出发,详细阐述水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究现状,得出不同研究方法的优势和缺陷。针对3种研究方法,指出理论模型通过模型简化和经验关联式来建立封闭模型,实验模型则在封闭关系上修正经验关联式,但由于简化假设和实验条件的限制,使得这两种研究方法对界面剪切应力的预测具有一定的局限性;数值计算能够弥补机理模型在流场细节等方面的不足,但能够提供界面剪切预测或封闭关系的工作很少。此外,对比了5种不同形式的已有模型对气液两相分层流持液率和压降预测的结果。最后展望了水平管气液两相分层流界面剪切预测的研究趋势,提出理论和实验研究需要提出更详细的局部模型,并考虑工程实际工况进行研究,发展针对气液界面计算的新方法,并为分层流提供封闭关系则是数值计算研究面临的挑战。     

水平和倾斜管内气液分层流界面稳定性

A viscous Kelvin-Helmholtz criterion of the interfacial wave instability is proposed in this paper based on the linear stability analysis of a transient one-dimensional two-fluid model. In thismodel, the pressure is evaluated using the local momentum balance rather than the hydrostatic approximation. The criterion predicts well the stability limit of stratified flow in horizontal and nearly horizontal pipes. The experimental and theoretical investigation on the effect of pipe inclination on the interfacial instability are carded out. It is found that the critical liquid height at the onset of interfacial wave instability is insensitive to the pipe inclination. However, the pipe inclination significantly affects critical superficial liquid velocity and wave velocity especially lor low gas velocities.     

水平管油气两相段塞流及其传热特性

海底油气管道的冷却传热过程是结蜡、水合物等海洋石油工业流动保障问题的关键控制因素。采用电容探针与热电偶、热电阻等流动及温度测量手段对不同冷却条件下空气-油段塞流的流动参数和传热参数进行实验测量,分析了空气-油段塞流流动参数对传热特性的影响,并与空气-水对流换热进行对比。结果表明,空气-油段塞流对流传热系数主要受液相折算速度的影响,且冷却液温度越低,管底热流体黏度越大,导致热边界层越厚,传热系数降低;受黏性力及边界层影响,对流传热系数远小于空气-水;沿管壁周向,从管顶到管底的对流传热系数不断增大。提出了适用于冷却条件下的油气段塞流传热关联式和传热模型。     

水平管段塞流气弹区液膜特性研究

为了研究气液段塞流相界面的结构特征,采用了双平行电导探针技术对水平管内段塞流气弹区的液膜特性进行了实验测量,并基于一维双流体模型导出液膜厚度的控制方程,该方程对液膜厚度的预测结果与实验结果吻合良好。结合液膜厚度计算模型提出了计算段塞流的机理模型,该段塞流机理模型的计算结果表明对于液相表观速度较高而气相表观速度较低的段塞流,机理模型中忽略液膜非平衡性时得到的平均液膜厚度和气弹区长度明显偏低。     

水平管内油水两相流流型转换特性

以高黏度的油和水为工质,在内径为25.7 mm,长52 m的水平不锈钢油水两相流实验环道内对油水两相流流型及其转换特性进行了实验研究.根据实验结果定义了不同流动条件下出现的流型,绘制了流型图.对影响油水两相管流流型转换的各种因素进行了综合分析,利用量纲分析的方法得出了流型转换的准则关系式,并提出了一个较为准确的有关油水两相管流中反相临界含水率的计算相关式.     

水平管气液两相变质量流流型从分层流向非分层流的转变

基于文献中提出的针对常规管中气液两相流分层流稳定性的分析,考虑管壁入流对流型的影响,通过公式推导和分析得出了水平管中气液两相变质量流流型从分层流向非分层流转变的准则。通过室内实验研究和预测计算,分析了3种不同的流型转变准则中多个入流流量下管壁入流对流型转变的影响。研究结果表明,实际水平井筒的单位入流流量通常较小,对本地管道单元流型预测的影响可以忽略不计,但是通过不断累积,使得下游管道中流动参数发生变化,从而影响了下游管道单元中气液流动的流型。因此水平孔缝管中气液两相变质量流的流型判别可以采用常规管流型判别准则,但要分段进行。     

底水油藏水平井产能模型数值模拟研究

在全面考虑了底水油藏水平井产能敏感性因素的条件下,通过油藏数值模拟技术,研究了定压条件下,不同敏感性因素对底水油藏水平井累积产油量随时间变化的影响规律,发现该变化规律可分为四大类,在工程应用中有较高的价值。应用多元回归原理,筛选出了影响产能的显著因素,给出了它们的重要性次序（由主到次）：油藏边长、油层厚度、油层深度、原油粘度、水体倍数、生产压差、水平井长度、油层与水层孔隙度比、油层孔隙度、水平渗透率、射开程度。在有根据性选择敏感性参数的基础上,最终建立了底水油藏水平井稳产期与递减期产能模型,计算结果表明产能模型回归精度较高,能够满足油藏工程计算的需要。     

萨中油田聚驱后蒸汽吞吐工艺技术研究

大庆油田萨中开发区主力油层聚驱后,油层含水高,剩余油分布零散,但丰度仍然很高,开采难度大。为探索聚驱后进一步提高采收率的新途径,应用蒸汽吞吐可以改善原油流动性能、提高驱油效率的技术特性,着重进行了聚驱后油井蒸汽吞吐技术的矿场试验,并以北一区断东中块萨中开发区北部的北1-4-P37井进行现场应用与分析,探索出合理的注气参数、注入方式,掌握吞吐后油井的动态变化规律,为进一步取得聚驱后蒸汽吞吐后开采效果提供依据。     

油气水三相段塞流与滚动波流型的转变

Compared with gas-liquid two-phase flow,oil-gas-water three-phase flow is much more complex. There is immiscible oil-water,whose interaction and dispersion greatly affects the flow characteristics. The slug flow pattern of oil-gas-water three-phase and its flow pattern transition were studied in a 95 m long,51 mm i. d. horizontal pipe. The oil-gas-water three-phase slug flow pattern could be classified into five sub-flow patterns. The slug flow was W/O or O/W one during its transition to roll wave,which was three-layer flow pattern without mixed-phase on the interface. An even larger superficial gas velocity was needed for the transition boundary of slug flow and roll wave flow when the superficial liquid velocity is large. Besides,the region of roll wave flow pattern became smaller. The above-mentioned transition only happened when the water cut of liquid was between 30% and 70%. At the same superficial liquid velocity,there appeared a minimum superficial gas velocity corresponding to the transition of flow pattern when the water cut of liquid was between 40% and 50%.     

Machine learning models to predict bottom hole pressure in multi‐phase flow in vertical oil production wells

The precise estimation of a pressure drop in vertical multiphase flowing oil wells plays a crucial role in designing robust production facilities and evaluating optimum production plans. A significant amount of research has been conducted on determining a pressure drop via calculating the bottom hole pressure (BHP); these different methods as well as numerical, analytical, semi‐analytical, and empirical correlations can be used for doing this task. Unfortunately, most of those correlations are unable to provide reasonable precision when calculating BHP and, consequently, improvements are still required. To predict BHP in vertical wells, several hybrids of meta‐heuristic optimization methods and a bio‐inspired connectionist approach, i.e., artificial neural network (ANN), are employed. The main goal of these optimization algorithms is to optimize the parameters of the ANN models, i.e., weights and biases, to improve their performance. Based on the obtained outputs and various robustness indexes, a hybrid genetic algorithm and particle swarm optimization (HGAPSO) is highly precise and has a maximum of 10 % error compared to measured pressure data. The results of this work reveal the capability of those hybrid connectionist models for predicting the BHP of multi‐phase flow in vertical wells; these results demonstrate the promising use of connectionist methods in commercial production software in the near future.     

水蒸气超音速流动中非平衡相变的温度特性

引入水蒸气非平衡相变的动力模型和水蒸气真实物性模型的基础上,建立了水蒸气超音速非平衡流动的守恒型数值计算模型,采用对激波捕捉具有高精度和高分辨率的Roe-FDS格式进行计算,数值求解了水蒸气超音速流动过程中的非平衡相变及凝结激波现象。着重研究了水蒸气超音速非平衡凝结相变的温度特性,归纳了水蒸气超音速非平衡流动的凝结特性随温度的变化规律,归纳了蒸汽温度变化对核化凝结、激波形态的影响规律。研究发现,入口温度对蒸汽超音速流动中的非平衡相变具有显著的影响,进口温度越低,非平衡核化凝结爆发的越早,产生的液滴粒径越大;随着进口温度的升高,非平衡凝结相变的起始点逐渐向喷管出口方向移动,蒸汽需要在缩放喷管中加速膨胀到较高马赫数下达到较高的过饱和度和过冷度时才能产生核化凝结,而成核率也相应较高。     

水平管内多孔板后的气液两相流型可视化实验

多孔板后是否形成均匀分散的泡状流流型是影响多孔板废气吸收装置吸收效果的关键因素。以空气和水作为两相介质,对气液两相混合物在水平管内流经多孔板后形成的流型进行实验。通过孔径分别为2、3、4、5 mm的4只多孔板在内径98.5 mm水平有机玻璃管内的可视化流动及高速摄像,研究了孔径大小、气相流量变化及液相流量变化对多孔板后流型的影响规律。实验结果表明：水平管内插入多孔板后,分层/塞状流转变边界向液相流量增大方向推移,塞状/泡状流转变边界向液相流量减小方向推移;随气相流量减小或液相流量增大,多孔板后流型趋于形成泡状流;孔径大小对多孔板后流型具有重要影响,减小孔径使塞状/泡状流转变边界移向更大气相流量和更小液相流量,即形成泡状流的两相流量范围增大;随孔径减小,孔板后流型趋于由分层流直接过渡至泡状流,塞状流趋于消失。为保证多孔板吸收装置的良好流型和吸收效果,建议多孔板孔径不大于3 mm。