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井筒气液两相流动数值模拟研究

作　者: 严谨
导　师: 张烈辉
学　校: 西南石油学院
专　业: 油气田开发工程
关键词: 气液两相流 流动型态 漂移流动模型 阻力系数 临界速度
分类号: TE319
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


气液两相管流在石油工业中有着广泛的应用,其研究重点是流动型态的过渡以及气-液流动过程的模拟,目的是精确计算气液两相流在管道中的压力梯度或压差、持液率（空隙率）等有关参数。由于两相管流的复杂性,目前的单井模拟器多采用均相流模型,预测精度较差。本文在对两相流动特征、流型影响因素以及大量的室内实验和理论研究成果等深入研究的基础上,从两相流动的基础理论出发,建立了简单、连续,同时包含流型信息的井筒漂移流动数学模型。并在产水气井中液滴的受力情况和形状分析的基础上,推导出气井携液临界流速和流量公式。通过本文的研究,取得的主要成果有: （1） Petalas&Aziz模型在流动型态过渡预测方面的性能较优,对于所有的实验数据,该模型都得到了合理地预测结果,但是在过渡为弥散泡流以及层流和间歇流之间的过渡等预测方面该模型有待进一步提高。 （2） 如果紊流力足够大,可以将气相破碎成弥散泡,则流动过渡弥散泡流,在以该理论为基础的模型中,Barnea模型的预测结果最精确。 （3） 在间歇流过渡为环雾流的模型中,αG>0.75模型的预测结果比较合理,但是其预测精度受空隙率关系式的影响。在过渡为层流时,界面摩擦系数影响较大,因此在进行流动型态预测时,需对界面摩擦系数进行简单近似(即f?=fwG)。 （4） 基于对流动型态、流型过渡等的研究,建立了一个既包含流型信息,又简单、连续的漂移流动模型。该模型的计算精度取决于漂移参数（Co、Vd）的取值。本文推荐方法为在Co、Vd的关系式引入αG,可通过直接最小化实验αG和预测αG之间的误差求取Co、Vd。 （5） 通过对产水气井中液滴的受力、形状以及阻力系数的研究,建立了符合生产实际的气井携液生产的临界速度和临界流量公式。 通过本文的研究,提高了井筒气液两相流动压降的预测精度,得出更符合生产实际的最小携液流量公式,对于有水气藏气液两相流动理论的进一步研究以及气藏的高效开发与开采,不仅具有重要的理论价值,而且具有重要的实际意义。

全文目录


1.绪论  7-21
  1.1 本文研究的目的和意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-18
    1.2.1 气液两相流流动型态研究  9-10
    1.2.2 流动型态图  10-14
    1.2.3 两相流的研究和处理方法  14-15
    1.2.4 两相流基本数理模型  15-18
    1.2.5 气井携液能力  18
  1.3 本文的研究目标、技术路线和技术关键  18-19
    1.3.1 本文的研究目标  18-19
    1.3.2 本文的技术路线  19
    1.3.3 本文的技术关键  19
  1.4 本文完成的主要工作  19-21
2.气液两相流动的机理及影响因素  21-30
  2.1 两相流的定义及基本特征  21-23
    2.1.1 两相流的定义  21
    2.1.2 两相流的特点  21-23
  2.2 气液两相流动的基本概念及参数  23-25
    2.2.1 流量  23
    2.2.2 速度  23-24
    2.2.3 含气率和含液率  24-25
  2.3 气液两相流动的流动型态  25-29
    2.3.1 水平管中的流动型态  25-26
    2.3.2 垂直管中的流动型态  26-27
    2.3.3 环空管中的流动型态  27-28
    2.3.4 倾斜管中的流动型态  28-29
  2.4 气液两相流动流型的影响因素分析  29-30
3.流型过渡准则的评价  30-45
  3.1 Petalas & Aziz模型的流型过渡准则  30-32
  3.2 其他过渡准则的评价  32-45
    3.2.1 过渡为弥散泡流  32-38
    3.2.2 层流中的界面摩擦系数  38-41
    3.2.3 过渡为环雾流  41-45
4.气液两相漂移流动模型  45-70
  4.1 模型参数  45-46
  4.2 基本假设  46-47
  4.3 数学模型的建立  47-50
    4.3.1 连续性方程  47-48
    4.3.2 动量方程式  48-49
    4.3.3 能量方程式  49-50
    4.3.4 辅助方程  50
  4.4 模型的求解方法  50-56
    4.4.1 经验方法  50-52
    4.4.2 数值解法  52-56
  4.5 压力分布计算的基本步骤  56-59
  4.6 漂移参数的求取  59-64
    4.6.1 经验方法  59-61
    4.6.2 半经验方法  61-64
  4.7 不同流动型态下的漂移流动模型  64-70
5.气井携液能力的确定  70-78
  5.1 液体连续流动的能量  70-71
  5.2 液滴的形状  71-72
  5.3 阻力系数的求取  72-75
    5.3.1 理论结果  72
    5.3.2 实验结果  72-73
    5.3.3 影响阻力系数的其他因素  73-75
  5.4 气井携液的临界产量  75-76
  5.5 模型的比较研究  76-78
6.实例计算  78-82
  6.1 井底流压  78
  6.2 井筒中流动型态分析  78-79
  6.3 两相流特征参数分析  79-80
  6.4 携液能力分析  80-82
7.结论与建议  82-84
  7.1 结论  82-83
  7.2 建议  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-89

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 油气田开发与开采 > 基础理论 > 模拟理论与计算机技术在开发中的应用
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