緒論油井流入動態(tài)與多相流圖1-1典型得流入動態(tài)曲線一、單相液體流入動態(tài)(基于達(dá)西定律)供給邊緣壓力不變圓形地層中心一口井得產(chǎn)量公式為:圓形封閉油藏,擬穩(wěn)態(tài)條件下得油井產(chǎn)量公式為:泄油面積形狀與油井得位置系數(shù)對于非圓形封閉泄油面積得油井產(chǎn)量公式,可根據(jù)泄油面積和油井位置進(jìn)行校正。采油(液)指數(shù):

單位生產(chǎn)壓差下油井產(chǎn)油(液)量,反映油層性質(zhì)、厚度、流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關(guān)系得綜合指標(biāo)。單相流動時,油層物性及流體性質(zhì)基本不隨壓力變化,產(chǎn)量公式可表示為:采油指數(shù)J得獲得:油藏參數(shù)計(jì)算試井資料:測得3～5個穩(wěn)定工作制度下得產(chǎn)量及其流壓,便可繪制該井得實(shí)測IPR曲線對于單相液體流動得直線型IPR曲線,采油指數(shù)可定義為產(chǎn)油量與生產(chǎn)壓差之比,或者單位生產(chǎn)壓差下得油井產(chǎn)油量;也可定義為每增加單位生產(chǎn)壓差時,油井產(chǎn)量得增加值,或油井IPR曲線斜率得負(fù)倒數(shù)。注意事項(xiàng):圖1-1典型得流入動態(tài)曲線對于非直線型IPR曲線,由于其斜率不就是定值,按上述幾種定義所求得得采油指數(shù)則不同。所以,對于具有非直線型IPR曲線得油井,在使用采油指數(shù)時,應(yīng)該說明相應(yīng)得流動壓力,不能簡單地用某一流壓下得采油指數(shù)來直接推算不同流壓下得產(chǎn)量。當(dāng)油井產(chǎn)量很高時,井底附近將出現(xiàn)非達(dá)西滲流:膠結(jié)地層得紊流速度系數(shù):非膠結(jié)地層紊流速度系數(shù):如果在單相流動條件出現(xiàn)非達(dá)西滲濾,也可利用試井所得得產(chǎn)量和壓力資料求得C和D值。由試井資料繪制的～直線的斜率為D，其截距則為C。二、油氣兩相滲流時得流入動態(tài)o、Bo、Kro都就是壓力得函數(shù)。用上述方法繪制IPR曲線十分繁瑣。通常結(jié)合生產(chǎn)資料來繪制IPR曲線(Vogel方法)或簡化得Fetkovich方法。平面徑向流,直井油氣兩相滲流時油井產(chǎn)量公式為:(一)垂直井油氣兩相滲流時得流入動態(tài)1、Vogel方法(1968)①假設(shè)條件:a、圓形封閉油藏,油井位于中心;溶解氣驅(qū)油藏。b、均質(zhì)油層,含水飽和度恒定;c、忽略重力影響;d、忽略巖石和水得壓縮性;e、油、氣組成及平衡不變;f、油、氣兩相得壓力相同;g、擬穩(wěn)態(tài)下流動,在給定得某一瞬間,各點(diǎn)得脫氣原油流量相同。②Vogel方程Vogel曲線大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)a.計(jì)算c、根據(jù)給定得流壓及計(jì)算得相應(yīng)產(chǎn)量繪制IPR曲線。b、給定不同流壓,計(jì)算相應(yīng)得產(chǎn)量:已知地層壓力和一個工作點(diǎn):③利用Vogel方程繪制IPR曲線得步驟油藏壓力未知,已知兩個工作點(diǎn)a、油藏平均壓力得確定b.計(jì)算d、根據(jù)給定得流壓及計(jì)算得相應(yīng)產(chǎn)量繪制IPR曲線c、給定不同流壓,計(jì)算相應(yīng)得產(chǎn)量④Vogel曲線與數(shù)值模擬IPR曲線得對比a、按Vogel方程計(jì)算得IPR曲線,最大誤差出現(xiàn)在用小生產(chǎn)壓差下得測試資料來預(yù)測最大產(chǎn)量。一般,誤差低于5％。雖然,隨著采出程度得增加,到開采末期誤差上升到20％,但其絕對值卻很小。b、如果用測試點(diǎn)得資料按直線外推時,最大誤差可達(dá)70～80％,只就是在開采末期約30%。C、采出程度N對油井流入動態(tài)影響大,而kh/μ、B0、k、S0等參數(shù)對其影響不大。圖1-4不同方法計(jì)算的油井IPR曲線

1-用測試點(diǎn)按直線外推；2-計(jì)算機(jī)計(jì)算的；3-用Vogel方程計(jì)算的2、費(fèi)特柯維奇方法溶解氣驅(qū)油藏:假設(shè)與壓力成直線關(guān)系，則：式中：則：令：當(dāng)時：所以：3、非完善井Vogel方程得修正油水井得非完善性:

打開性質(zhì)不完善;如射孔完成打開程度不完善;如未全部鉆穿油層打開程度和打開性質(zhì)雙重不完善油層受到損害酸化、壓裂等措施改變油井得完善性,從而增加或降低井底附近得壓力降,影響油井流入動態(tài)關(guān)系。完善井和非完善井周圍得壓力分布示意圖完善井:非完善井:令：非完善井附加壓力降:則：油井得流動效率(FE):油井得理想生產(chǎn)壓差與實(shí)際生產(chǎn)壓差之比。油層受污染的或不完善井，完善井,增產(chǎn)措施后的超完善井，利用流動效率計(jì)算非完善直井流入動態(tài)得方法圖1-6Standing無因次IPR曲線①Standing方法(FE=0、5~1、5)Standing方法計(jì)算不完善井IPR曲線得步驟:a.根據(jù)已知Pr和Pwf計(jì)算在FE=1時最大產(chǎn)量b.預(yù)測不同流壓下的產(chǎn)量c、根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制IPR曲線②Harrison方法圖1-7Harrison無因次IPR曲線(FE>1)b.求FE對應(yīng)的最大產(chǎn)量，即Pwf=0時的產(chǎn)量Harrison方法計(jì)算超完善井IPR曲線得步驟:a.計(jì)算FE=1時的qomax(FE=1)

先求Pwf/Pr，然后查圖1-7中對應(yīng)的FE曲線上的相應(yīng)值qo/qomax(FE=1)。則c.計(jì)算不同流壓下的產(chǎn)量d、根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制IPR曲線非完善井得IPR曲線繪制(二)斜井和水平井得IPR曲線Cheng對溶解氣驅(qū)油藏中斜井和水平井進(jìn)行了數(shù)值模擬,并用回歸得方法得到了類似Vogel方程得不同井斜角井得IPR回歸方程:P’=Pwf/Pr;q’=qo/qomax;A、B、C為取決于井斜角得系數(shù)。Bendakhlia等用兩種三維三相黑油模擬器研究了多種情況下溶解氣驅(qū)油藏中水平井得流入動態(tài)關(guān)系。得到了不同條件下IPR曲線。Bendakhlia用公式來擬合IPR曲線圖版,發(fā)現(xiàn)吻合很好。圖1-8擬合得IPR曲線與實(shí)際曲線得對比

_____擬合得IPR曲線,……實(shí)際曲線圖1-9參數(shù)v、n與采收率系數(shù)之間得關(guān)系其她水平井產(chǎn)能計(jì)算模型:Borisov模型：Giger模型：Joshi模型：Renard&Dupuy模型：(1)基本公式當(dāng)油藏壓力高于飽和壓力,而流動壓力低于飽和壓力時,油藏中將同時存在單相和兩相流動,擬穩(wěn)態(tài)條件下產(chǎn)量得一般表達(dá)式為:三、時的流入動態(tài)井周圍壓力和氣體飽和分布組合型IPR曲線(2)實(shí)用計(jì)算方法(組合型IPR方法)流壓等于飽和壓力時的產(chǎn)量為：①當(dāng)時，由于油藏中全部為單相液體流動。②當(dāng)后，油藏中出現(xiàn)兩相流動。流入動態(tài)公式為：直線段采油指數(shù)四、油氣水三相IPR曲線Petrobras提出了計(jì)算三相流動IPR曲線得方法。綜合IPR曲線得實(shí)質(zhì):按含水率取純油IPR曲線和水IPR曲線得加權(quán)平均值。當(dāng)已知測試點(diǎn)計(jì)算采液指數(shù)時,就是按產(chǎn)量加權(quán)平均;當(dāng)預(yù)測產(chǎn)量或流壓時就是按流壓加權(quán)平均。圖1-12油氣水三相IPR曲線(一)采液指數(shù)計(jì)算已知一個測試點(diǎn)(、)和飽和壓力及油藏壓力①當(dāng)時：思考題：推導(dǎo)時的采液指數(shù)計(jì)算式。②當(dāng)時：③當(dāng)時：其中：直線段采液指數(shù)①，則：②，則按流壓加權(quán)平均進(jìn)行推導(dǎo)：(二)某一產(chǎn)量下得流壓計(jì)算所以：因?yàn)椋核裕孩廴簦瑒t綜合IPR曲線的斜率可近似為常數(shù)。思考題：試推導(dǎo)五、多層油藏油井流入動態(tài)(1)多油層油井流入動態(tài)—迭加型IPR圖1-13多層油藏油井流入動態(tài)(2)含水油井流入動態(tài)圖1-14含水油井流入動態(tài)與含水變化()圖1-15含水油井流入動態(tài)曲線()小結(jié)(1)介紹得方法闡明了油井流入動態(tài)得物理意義,也就是目前現(xiàn)場最常用得計(jì)算方法。(2)油井流入動態(tài)研究主要有三種途徑:基于Vogel、Fetkovich、Petrobras方法得完善。建立不同類型油藏和井底條件得滲流模型。利用單井流入動態(tài)得油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)。(3)油井流入動態(tài)就是采油工程各項(xiàng)技術(shù)措施設(shè)計(jì)、分析與評價(jià)得依據(jù)。第二節(jié)井筒氣液兩相流基本概念井筒多相流理論:研究各種舉升方式油井生產(chǎn)規(guī)律基本理論研究特點(diǎn):流動復(fù)雜性、無嚴(yán)格數(shù)學(xué)解研究途徑:基本流動方程實(shí)驗(yàn)資料相關(guān)因次分析近似關(guān)系一、井筒氣液兩相流動得特性(一)氣液兩相流動與單相液流得比較流動型態(tài)(流動結(jié)構(gòu)、流型):

流動過程中油、氣得分布狀態(tài)。(二)氣液混合物在垂直管中得流動結(jié)構(gòu)變化影響流型得因素各相介質(zhì)得體積比例介質(zhì)得流速各相得物理及化學(xué)性質(zhì)(密度、粘度界面張力等)流道得幾何形狀壁面特性管道得安裝方式流動型態(tài)得劃分方法:兩類第一類劃分方法:根據(jù)兩相介質(zhì)分布得外形劃分,包括泡狀流、彈狀流或團(tuán)狀流、(層狀流、波狀流)、段塞流或沖擊流、環(huán)狀流、霧狀流垂直氣液兩相流流型水平氣液兩相流流型第二類劃分方法:按流動得數(shù)學(xué)模型或流體得分散程度劃分,包括分散流、間歇流、分離流兩種分類方法比較第一類劃分方法較為直觀第二類劃分方法便于進(jìn)行數(shù)學(xué)處理第一類劃分方法泡狀流彈狀流或團(tuán)狀流層狀流波狀流段塞流或沖擊流環(huán)狀流霧狀流第二類劃分方法分散流間歇流分離流分離流間歇流分離流分散流兩類劃分結(jié)果得對應(yīng)關(guān)系①純液流

當(dāng)井筒壓力大于飽和壓力時,天然氣溶解在原油中,產(chǎn)液呈單相液流。②泡流井筒壓力稍低于飽和壓力時,溶解氣開始從油中分離出來,氣體都以小氣泡分散在液相中?；摤F(xiàn)象:混合流體流動過程中,由于流體間得密度差異,引起得小密度流體流速大于大密度流體流速得現(xiàn)象。如:油氣滑脫、氣液滑脫、油水滑脫等。特點(diǎn):氣體就是分散相,液體就是連續(xù)相;氣體主要影響混合物密度,對摩擦阻力影響不大;滑脫現(xiàn)象比較嚴(yán)重。③段塞流當(dāng)混合物繼續(xù)向上流動,壓力逐漸降低,氣體不斷膨脹,小氣泡將合并成大氣泡,直到能夠占據(jù)整個油管斷面時,井筒內(nèi)將形成一段液一段氣得結(jié)構(gòu)。特點(diǎn):氣體呈分散相,液體呈連續(xù)相;一段氣一段液交替出現(xiàn);氣體膨脹能得到較好得利用;滑脫損失變小;摩擦損失變大。④環(huán)流

油管中心就是連續(xù)得氣流而管壁為油環(huán)得流動結(jié)構(gòu)。特點(diǎn):氣液兩相都就是連續(xù)相;氣體舉油作用主要就是靠摩擦攜帶;滑脫損失變小;摩擦損失變大。⑤霧流

氣體得體積流量增加到足夠大時,油管中內(nèi)流動得氣流芯子將變得很粗,沿管壁流動得油環(huán)變得很薄,絕大部分油以小油滴分散在氣流中。特點(diǎn):氣體就是連續(xù)相,液體就是分散相;氣體以很高得速度攜帶液滴噴出井口;氣、液之間得相對運(yùn)動速度很小;氣相就是整個流動得控制因素?？偨Y(jié):油井生產(chǎn)中可能出現(xiàn)得流型自下而上依次為:純油(液)流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。實(shí)際上,在同一口井內(nèi),一般不會出現(xiàn)完整得流型變化。圖1-17油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖Ⅰ—純油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—環(huán)流；Ⅴ—霧流實(shí)際計(jì)算:直接求存在滑脫混合物密度或包括滑脫在內(nèi)得摩擦阻力系數(shù)。(三)滑脫損失概念因滑脫而產(chǎn)生得附加壓力損失稱為滑脫損失。單位管長上滑脫損失為:圖1-18氣液兩相流流動斷面簡圖滑脫損失的實(shí)質(zhì)：液相的流動斷面增大引起混合物密度的增加。二、井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計(jì)算步驟兩個流動斷面間得能量平衡關(guān)系:(一)能量平衡方程推導(dǎo)圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖傾斜多相管流斷面1和斷面2得流體得能量平衡關(guān)系為:適合于各種管流得通用壓力梯度方程:則：令：⑧以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn),重復(fù)②～⑦步,計(jì)算下一段得深度和壓力,直到各段得累加深度等于管長為止。(2)多相垂直管流壓力分布計(jì)算步驟⑥重復(fù)②～⑤的計(jì)算，直至。1)按深度增量迭代得步驟①已知任一點(diǎn)(井口或井底)得壓力作為起點(diǎn),任選一個合適得壓力降作為計(jì)算得壓力間隔

p。②估計(jì)一個對應(yīng)得深度增量

h

。③計(jì)算該管段得平均溫度及平均壓力,并確定流體性質(zhì)參數(shù)。④判斷流型,并計(jì)算該段得壓力梯度dp/dh。⑤計(jì)算對應(yīng)于得該段管長(深度差)

h。⑦計(jì)算該段下端對應(yīng)得深度及壓力。2)按壓力增量迭代得步驟(略)思考題:根據(jù)上述步驟整理出計(jì)算壓力分布得程序流程框圖。說明:a、計(jì)算壓力分布過程中,溫度和壓力就是相關(guān)得;b、流體物性參數(shù)計(jì)算至關(guān)重要,但目前方法精度差;c、不同得多相流計(jì)算方法差別較大,因此在實(shí)際應(yīng)用中有必要根據(jù)油井得實(shí)際情況篩選精度相對高得方法。第三節(jié)Orkiszewski方法綜合了Griffith&Wallis和Duns&Ros等方法處理過渡性流型時,采用Ros方法(內(nèi)插法)針對每種流動型態(tài)提出存容比及摩擦損失得計(jì)算方法提出了四種流型,即泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流把Griffith段塞流相關(guān)式改進(jìn)后推廣到了高流速區(qū)1967年提出,適用于垂直管流計(jì)算出現(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:一、壓力降公式及流動型態(tài)劃分界限由垂直管流能量方程可知,壓力降就是摩擦能量損失、勢能變化和動能變化之和:所以壓降計(jì)算式為：在霧流情況下才有明顯意義表1-3Orkiszewski方法流型劃分界限不同流動型態(tài)下和的計(jì)算方法不同。二、平均密度及摩擦損失梯度得計(jì)算氣相存容比(含氣率)Hg

:管段中氣相體積與管段容積之比值。液相存容比(持液率)HL

:管段中液相體積與管段容積之比值。(1)泡流平均密度:？滑脫速度:氣相流速與液相流速之差。則：泡流摩擦損失梯度按液相進(jìn)行計(jì)算:Griffith實(shí)驗(yàn)測得：0.244m/s圖1-21摩擦阻力系數(shù)曲線（教材p37）圖1-21(2)段塞流平均密度:段塞流的摩擦梯度：段塞流計(jì)算關(guān)鍵就是滑脫速度vs和液體分布系數(shù)δ得計(jì)算。液體分布系數(shù)δ得計(jì)算見課本p39表1-4和公式(1-58)?；撍俣葀s得計(jì)算方法有兩種:查圖迭代法和經(jīng)驗(yàn)公式法。泡流雷諾數(shù)：圖1-22C1～Nb曲線雷諾數(shù)：圖1-23C2～NRe曲線滑脫速度得計(jì)算——查圖迭代法滑脫速度：滑脫速度得計(jì)算——經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法詳見教材p38~93公式(1-54)~(1-57)。(3)過渡流過渡流得混合物平均密度及摩擦梯度就是先按段塞流和霧流分別進(jìn)行計(jì)算,然后用內(nèi)插方法來確定相應(yīng)得數(shù)值。霧流混合物平均密度計(jì)算公式與泡流相同：由于霧流得氣液無相對運(yùn)動速度,即滑脫速度接近于零,基本上沒有滑脫。霧流摩擦系數(shù)可根據(jù)氣體雷諾數(shù)和液膜相對粗糙度查圖得。摩擦梯度:(4)霧流所以：圖1-24Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖第四節(jié)Beggs&Brill方法水和空氣、聚丙烯管實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)得方法建立流型分布圖,將七種流型歸為三類,增加了過渡流計(jì)算時先按水平管流計(jì)算,然后采用傾斜校正系數(shù)校正成相應(yīng)得傾斜管流傾斜度-90°~+90°,分上坡和下坡流動1973年提出,適用于水平、垂直和任意傾斜管流計(jì)算Beggs&Brill兩相水平管流型分離流分層流波狀流環(huán)狀流間歇流團(tuán)狀流段塞流分散流泡流霧流一、基本方程單位質(zhì)量氣液混合物穩(wěn)定流動得機(jī)械能量守恒方程為:(1)位差壓力梯度:消耗于混合物靜水壓頭得壓力梯度。(2)摩擦壓力梯度:克服管壁流動阻力消耗得壓力梯度。假設(shè)條件:氣液混合物既未對外作功,也未受外界功。(3)加速度壓力梯度:由于動能變化而消耗得壓力梯度。忽略液體壓縮性、考慮到氣體質(zhì)量流速變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氣體密度變化,則:(4)總壓力梯度(Beggs-Brill方法得基本方程)圖1-26Beggs-Brill流型分布圖（教材p45）二、Beggs