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《油井多相流數(shù)值模型》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、18國外油田工程第24卷第1期(20081)油井多相流數(shù)值模型編譯:張強(大慶石油學(xué)院)吳振寧(中國石油與天然氣公司大慶分公司)葛翠翠(大慶油田第三采油廠)審校:洛揚(大慶油田工程有限公司)摘要建立了直井和小斜度井中多相流d~~22(LLvL+GGvG+CT)(4)dz分析的數(shù)值模型。該模型通過計算油氣水三O+G+W=1(5)相井中各相的速度、體積流量、壓力、流體~~特性等流動參數(shù)隨深度變化情況來模擬油井Vd=(1-G)(vG-vL)(6)內(nèi)三相流的流動。式中O、G、W油、氣、水的密度;關(guān)鍵詞油井多相流數(shù)值模型模擬L
2、、液相和整體的密度;RS、RWS氣油和氣水的溶解比;1前言qO、qG、qW油、氣、水的產(chǎn)量;R油管內(nèi)徑;油氣水多相流研究在油田生產(chǎn)具有非常重要的意zz、rz偏應(yīng)力張量分量;義。由于存在相間變化,流動過程非常復(fù)雜。為研究L液相體積組分,L=O+W;這一問題,需要建立由多個參數(shù)組成的數(shù)學(xué)模型。gz沿油管方向的重力加速度。為簡化問題,需要進行假設(shè)和建立相互關(guān)聯(lián)的方~^局部變量xi取xi和xi的平均值,其中程組。目前存在許多方法描述流體在油管中的垂直向^上流動。有的模型假設(shè)氣液兩相具有相同的速度;有xi=xidS/S(xi=p,
3、G,O,W)S的模型考慮了氣液兩相的滑移速度,但忽略了相間變~~~~^^^xi=ixidS/idS(xi=vL,vG)化;有的模型將相間變化分為不同的流型。SS本文建立的數(shù)值模型用來描述垂直和接近垂直這個模型的主要優(yōu)點是不用計算持液率L,管流的流動特性。它也劃分了不同的流型,但不同而使用了滑移速度Vd。模型包括協(xié)變項CT,方的是,它使用的是液相和氣相的滑移速度而不是持程(4)中的加速項。液率。模型與流體特性、協(xié)變項CT、氣相的滑移速度Vd、黏度相dzz/dz+2rz(R)/R有密切的關(guān)系。2方程3建模根據(jù)穩(wěn)定狀態(tài)下每個組分質(zhì)量守恒和整體動量守恒的定律,得到控
4、制方程。為了獲得一個一維模為解上述方程,需要將某些項模型化。模型建型,方程建立在假定的平均圓周截面(管的S截立不僅與變量值有關(guān),也與流型有關(guān)。因此,需要面)上。這樣就獲得了有關(guān)下列參數(shù)的差分方程:建立確定流型的準(zhǔn)則。~壓力(p)、氣相速度(vG)、液相速度(假設(shè)油水31流型~具有相同的速度)(vL)、氣相體積組分(G)、油滑移速度和黏滯阻力與流體的性質(zhì)和流型有的體積組分(O)、水的體積組分(W),這些參數(shù)關(guān)。垂直兩相管流有4種不同的流型:都是軸向坐標(biāo)z的函數(shù)。!泡狀流:液體為連續(xù)相,有小氣泡;~SCSCSOvLO-RSqOO=qOO(1)!段塞流:氣泡變大變
5、長,被液塞分開;~SCSCSCSGvGG+RSqOG+RWSqWG=qGG(2)!渦流:氣泡消失,連續(xù)相為液相和氣相交替~SCSC出現(xiàn);SWvLW-RWSqWG=qWW(3)dpd!環(huán)空流:氣體為連續(xù)相,在管壁處有液膜,zz2=gz++rz(R)-dzdzR氣核中有液滴。張強:油井多相流數(shù)值模型19圖1所示為4種不同的流型。33協(xié)變項動量守恒方程的協(xié)變項為:~^~^^^^^^^CT=(GGvG(vG-vG)+LLvL(vL-vL)dS/SSIshii模型的協(xié)變項為:CT=03(1-G/L)[1-exp(-18GL)]#
6、2LGO2v+VdL34黏度項動量守恒方程可以忽略內(nèi)應(yīng)力的影響,所以黏度項只與壁面摩擦有關(guān),dzz/dz+2rz(R)/R#圖1垂直管流的不同流型2rz(R)/R。對于每一個流動區(qū)域黏度項應(yīng)用Kabir和Hasan關(guān)系式建模。Ishii準(zhǔn)則根據(jù)氣相和液相的速度和組分判斷僅為液相/泡狀流:流型。模型考慮了兩相流和單相液流的流型。單獨2fv
7、v
8、氣相流動需要建立一個組分模型。rz(R)=-R4R32流體特性段塞流/渦流:為計算流體的物理性質(zhì),如每一相的密度、溶2fLv
9、v
10、rz(R)=-L解比,應(yīng)用了黑油模型。R4R黑油模型假設(shè),氣油混合流可以由兩
11、個獨立的環(huán)空流:~~參數(shù)來描述:油API重度和氣體相對密度。井中2(R)=-fCCvG
12、vG
13、Rrz4R某一點的流體特性可以通過這些參數(shù)和截面壓力溫壁面摩擦系數(shù)f由雷諾數(shù)Re=2vRL/!L和管度平均值獲得。壓力從動量守恒方程(4)得到,粗糙度?決定。溫度在垂直方向為一已知函數(shù),即溫度隨深度呈~~vGGG+vLLLv=27?/m線性變化。必要時將這個溫度梯度修正025到井底溫度。!GfC=0079(1+75L)~模型中使用了如下相關(guān)參數(shù):2RGGvG~~!溶解氣油比,S
