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1、18国外油田工程第24卷第1期(20081)油井多相流数值模型编译:张强(大庆石油学院)吴振宁(中国石油与天然气公司大庆分公司)葛翠翠(大庆油田第三采油厂)审校:洛扬(大庆油田工程有限公司)摘要建立了直井和小斜度井中多相流d~~22(LLvL+GGvG+CT)(4)dz分析的数值模型。该模型通过计算油气水三O+G+W=1(5)相井中各相的速度、体积流量、压力、流体~~特性等流动参数随深度变化情况来模拟油井Vd=(1-G)(vG-vL)(6)内三相流的流动。式中O、G、W油、气、水的密度;关键词油井多相流数值模型模拟L
2、、液相和整体的密度;RS、RWS气油和气水的溶解比;1前言qO、qG、qW油、气、水的产量;R油管内径;油气水多相流研究在油田生产具有非常重要的意zz、rz偏应力张量分量;义。由于存在相间变化,流动过程非常复杂。为研究L液相体积组分,L=O+W;这一问题,需要建立由多个参数组成的数学模型。gz沿油管方向的重力加速度。为简化问题,需要进行假设和建立相互关联的方~^局部变量xi取xi和xi的平均值,其中程组。目前存在许多方法描述流体在油管中的垂直向^上流动。有的模型假设气液两相具有相同的速度;有xi=xidS/S(xi=p,
3、G,O,W)S的模型考虑了气液两相的滑移速度,但忽略了相间变~~~~^^^xi=ixidS/idS(xi=vL,vG)化;有的模型将相间变化分为不同的流型。SS本文建立的数值模型用来描述垂直和接近垂直这个模型的主要优点是不用计算持液率L,管流的流动特性。它也划分了不同的流型,但不同而使用了滑移速度Vd。模型包括协变项CT,方的是,它使用的是液相和气相的滑移速度而不是持程(4)中的加速项。液率。模型与流体特性、协变项CT、气相的滑移速度Vd、黏度相dzz/dz+2rz(R)/R有密切的关系。2方程3建模根据稳定状态下每个组分质量守恒和整体动量守恒的定律,得到控
4、制方程。为了获得一个一维模为解上述方程,需要将某些项模型化。模型建型,方程建立在假定的平均圆周截面(管的S截立不仅与变量值有关,也与流型有关。因此,需要面)上。这样就获得了有关下列参数的差分方程:建立确定流型的准则。~压力(p)、气相速度(vG)、液相速度(假设油水31流型~具有相同的速度)(vL)、气相体积组分(G)、油滑移速度和黏滞阻力与流体的性质和流型有的体积组分(O)、水的体积组分(W),这些参数关。垂直两相管流有4种不同的流型:都是轴向坐标z的函数。!泡状流:液体为连续相,有小气泡;~SCSCSOvLO-RSqOO=qOO(1)!段塞流:气泡变大变
5、长,被液塞分开;~SCSCSCSGvGG+RSqOG+RWSqWG=qGG(2)!涡流:气泡消失,连续相为液相和气相交替~SCSC出现;SWvLW-RWSqWG=qWW(3)dpd!环空流:气体为连续相,在管壁处有液膜,zz2=gz++rz(R)-dzdzR气核中有液滴。张强:油井多相流数值模型19图1所示为4种不同的流型。33协变项动量守恒方程的协变项为:~^~^^^^^^^CT=(GGvG(vG-vG)+LLvL(vL-vL)dS/SSIshii模型的协变项为:CT=03(1-G/L)[1-exp(-18GL)]#
6、2LGO2v+VdL34黏度项动量守恒方程可以忽略内应力的影响,所以黏度项只与壁面摩擦有关,dzz/dz+2rz(R)/R#图1垂直管流的不同流型2rz(R)/R。对于每一个流动区域黏度项应用Kabir和Hasan关系式建模。Ishii准则根据气相和液相的速度和组分判断仅为液相/泡状流:流型。模型考虑了两相流和单相液流的流型。单独2fv
7、v
8、气相流动需要建立一个组分模型。rz(R)=-R4R32流体特性段塞流/涡流:为计算流体的物理性质,如每一相的密度、溶2fLv
9、v
10、rz(R)=-L解比,应用了黑油模型。R4R黑油模型假设,气油混合流可以由两
11、个独立的环空流:~~参数来描述:油API重度和气体相对密度。井中2(R)=-fCCvG
12、vG
13、Rrz4R某一点的流体特性可以通过这些参数和截面压力温壁面摩擦系数f由雷诺数Re=2vRL/!L和管度平均值获得。压力从动量守恒方程(4)得到,粗糙度∀决定。温度在垂直方向为一已知函数,即温度随深度呈~~vGGG+vLLLv=27∀/m线性变化。必要时将这个温度梯度修正025到井底温度。!GfC=0079(1+75L)~模型中使用了如下相关参数:2RGGvG~~!溶解气油比,S
