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1、第一章概论相的概念：相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分有界而隔开两相流动的处理方法：双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机理模型是多相管流研窕的主要方法目前研究存在的问题：1、多相流问题未得到解析解：2、油气水三相流的研究不够深入；3、水平井段变质量流动研窕较少；4、缺乏向下流动的综合机理模型：5、缺乏专用研究仪器气液两相流的分类：1、细分散体系：细小的液滴或气泡均匀分散在连续相中2、粗分散体系：较大的气泡或液滴分散在连续相中3、混合流动型：两相均非连续相4、分层流动：两相均为连续相气液两相流的基本特征：1、体系中存在相界而：两相之间也存在力的作用，出现质
2、量和能量的交换时伴随着机械能的损失2、两相的分布情况多种多样：两相流动中两相介质的分布称为流型3、两相流动中存在滑脱现象：相间速度的差异称为滑脱，滑脱将产生附加的能量损失4、沿程流体体积流量有很大变化，质量流量不变气液两相流研究方法：1、经验方法：从气液两相流动的物理概念出发，或者使用因次分析法，或者根据流动的基本微分方程式，得到反映某一特定的两相流动过程的一些无因次参数，然后依据实验数据整理出描述这一流动过程的经验关系式。优点：使用方便，在一定条件下能取得好的结果缺点：使用有局限性，且很难从其中得出更深层次的关系2、半经验方法：根据所研究的气液两相流动过程的特点，采用适当的假设和简化，再从两
3、相流动的基本方程式出发，求得描述这一流动过程的函数关系式，最后用实验方法确定出函数关系式中的经验系数。优点：有一定的理论基础，应用广泛缺点：存在简化和假设，具有不准确性3、理论分析方法：针对各种流动过程的特点，应用流体力学方法对其流动特性进行分析，进而建立起描述这一流动过程的解析关系式。优点：以理论分析为基础，可以得到解析关系式缺点：建立关系式困难，求解复杂研究气液两相流应考虑的几个问题：1、不能简单地用层流或素流来描述气液两相流2、水平或倾斜流动是轴不对称的3、由于相界面的存在增加了研究的复杂性4、总能量方程中应考虑与表面形成的能量问题5、多相流动中各相的温度、组分的浓度都不是均匀的，相之间
4、有传热和传质6、各相流速不同，出现滑脱问题，是多相流研究的核心与重点流动型态：相流动中两相介质的分布状况称为流型或两相流动结构流型图：描述流型变化及其界限的图。把流型变换的实验数据加以总结归纳后，按照两个或多个主要的流动参数绘成曲线，便可以得到流型图。影响流型的因素：1、各相介质的体积比例2、介质的流速3、各相的物理及化学性质（密度、粘度界面张力等）4、流道的几何形状5、壁面特性6、管道的安装方式流型分类：1、根据两相介质分布的外形划分：垂宜气液两相流：泡状流、弹状流、段塞流、环状流、雾状流。水平气液两相流：泡状流、团状流、层状流、波状流、冲击流、环状流、器状流。2、按流动的数学模型或流体的分
5、散程度划分为：分散流、间歇流、分离流。两种分类方法的比较：第一类划分方法较为宜观：第二类划分方法便于进行数学处理G= Gg + Gi6I= pI Ql气液两相流的特性参数I质量流量：单位时间内流过过流断面的流体质量，kgs,气相质量流量:单位时间内流过过流断面的气体质量，ks,液相质量流量:单位时间内流过过流断面的液体质量，kgs,体积流量:单位时间内流过过流断面的流体体积，ms,气相体积流量:单位时间内流过过流断面的气体体积，ms讷相休和清aUH向内清时讨流好而的海体仇和.相速度：单位相面积所通过的该相容积流量,msQ=v A Q=v AQQe-+O Q折算速度:假定管道全被相占据时的流动速
6、度，m/s两相混合物速度:混合物的质量速度：G；滑差（滑脱速度）：气液两相相速度之差滑动（滑移）比：气相相速度与液相相速度之比质量含气率：单位时间内流过过流断面的混合物总质量G中气相质量所占的份额单质量含液率：位时间内流过过流断面的混合物总质量中液相质量所占的份额单位时间体积含气率：流过过流断面两相流体（混合物）总体积Q中气相所占的份额单位时体积含液率：间流过过流断而两相流体（混合物）总体积Q中液相所占的份额真实含气率:即截面含气率或空隙率，为任一流动截面内气相面积占总面积的份额（气相面积与管道总面积之比）真实含液率：又称截面含液率或持液率，为任一流动截面内液相面枳占总面积的份额（液相面积与管
7、道总面积之比）o=AAH=AI/A8.Gg=PgQgp+G_p；亘PgG=PQl与B的比较：快关阀法测量真实含气率：易于实现只能得到平均值，且不能在线测量。AL+ALAL+AL流动室度位时间内流过过流断面的混合物质量与体积之比P=5,O+U4p+p万万P=Jg=-I-Ig.g-一加1由Vp+（I-P）P极地真实密度：在流道上取微段，微段内两相流体的质量与容积之比当Vi=Vg（无滑脱）时,p,=Ppj（1-P）P/pEp/5P/PAAL+pAALpA+pAI-I0-U11AAL-.pA=M+(l-o)p第二章气液两相流的模型常用的模型有流动型态模型、均相流动模型、分相流动模型和漂移流动模型等.流
8、动型态模型：按不同流动型态分别建立的流动机理模型。特点：1、针对性强，精确度高；2、数学处理复杂，计算量大；3、流型界限确定困难均相流动模型：把气液两相混合物看成均匀介质，其物性参数取两相的均值而建立的模型两个假定：气相和液相的实际速度相等：2、两相介质已达到热力学平衡状态1对于泡状流和雾状流，具有较高的精确性2、对于弹状流和段塞流，需要进行时间平均修正对于层状流、波状流3、和环状流，则误差较大均流模型摩擦阻力折算系数：按均流模型进行气液两相流动摩阻压差计算时，常把两相流动摩擦阻力的计算与单相流动摩擦阻力的计算关联起来，即常使用全液相折算系数、分液相折算系数或分气相折算系数全液相折算系数：设水
9、平管道内的两相流动为均匀流动，没有重位压差与加速度dF=HDdz=JdpPV2P2dF厂一兀DdzdF=一dpAdFOdp/卢/P卢二TrOfo一a兀DdzOOO分液相折算系数：再设管道的D、A和dz仍与两相流动管道的相同，但通过管道的流体为单的液体，而且其质量流量等于两相流动中液相的质量流量。,r,f拳兀DdZPv,_dF_dp_%=一0=Aj兀LdF”一/pFfII*n77分气相折算系数：再假设另种情况。设管道的D、A和dz仍与两相流动管道相同，但通过管道的流体为单的气体,而且其质量流量等于两相流动中气相的质量流量。，/吐兀DdzpV2O2_dF_dp_J2fPv2dF=MpAJAg八兀D
10、dZgdFdpr-pv2=fPv2999SgSRfi_g兀DdzSggsg2分相流动模型：它是把气液两相流动看成为气、液相各自分开的流动，每目介质都有其平均流速和独立的物性参数因此需要建立每一相介所的流体动力特性方程式。这就要求预先确定每一相占有过流断面的份额(即真实含气率)以及介质与管壁的摩擦力和两相介质之间的摩擦阻力，为了取得这些数据，目前主要是利用试验研窕所得的经验关系式。分流模型的基本假设是：(D两相介质有各自的按所占断面积计算的断面平均流速；(2)虽然两相介质之间可能有质量交换，但两相之间处于热力学平衡状态，压力和密度互为单值函数。分流模型适用层状流、波状流和环状流漂移流动模型：它是
11、由朱伯(ZUber)和芬德莱(FindIay)针对均流模型、分流模型与实际的两相流动之间存在的偏差而提出的特殊模型。在均流模型中，没有考虑两相间的相互作用，而是用平均流动参数来模拟两相介质；分流模型中，尽管在流动特性方面分别考虑了每相介质以及两相界面上的作用力，但是每相的流动特性仍然是孤立的：而在漂移流动模型中，既考虑了气液两相之间的相对运动，又考虑了空隙率和流速沿过流断面的分布规律。分布系数：分布系数表示两相的分布特性，即流动型态的特性，当空隙率及速度在断面上为均匀分布时，C(1多相流压力梯度计算通式：ClPdvpV2一二PgSinO+pvw+fm-rndZmmmdZ,nd2第三章油藏流体高
12、压物性的计算用于计算石油多相流流体物性参数的模型有黑油模型和组分模型两大类黑油模型：是按照油气的相对密度等来估算一定压力和温度条件下流体的气液组成以及物性参数的一种方法。优点：计算简单、编程方便、运算速度快：缺点：不能计算油、气组成沿井筒的变化，无法考虑气体的反凝析现象，计算较粗糙。黑油模型适用于油藏流体组分不能精确地用摩尔分数表达的场合，如：原油和伴生气多相管流的计算等。组分模型：是按照流体的组成、温度和压力，通过状态方程来确定平衡条件下气液的组成和PVT参数的处理方法。利用组分模型能够准确地模拟包括反凝析现象、焦耳一汤普逊效应、节流降温效应在内的复杂传热传质过程。特点：组分模型精度高，但模
13、型复杂，所需计算时间长，般用于挥发油，液化石油气，凝析气和湿天然气的计算。按油歌流体的物理相态特征可将油气藏区分为稠油油栽、黑油油藏、挥发性油藏、凝析气藏、湿气或和干气藏。压缩因子，反映了相对于理想气体，实际气体压缩的难易程度。zl:实际气体较理想气体易压缩。天然气在原油中的溶解度：原油可溶解的天然气的标准体积与原油体积之比，Sm3m3o溶解气油比：用接触脱气的方法得到的地层原油溶解气量的标准体积与地面脱气原油体积的比值，Sm3m3.平衡常数：任一组分在平衡气液相中的分配比例，等于平衡条件下该组分的摩尔分数在气相中的摩尔分数yi与在气相中的摩尔分数的比值Xi-常用的平衡方程I3p*(1)范德华
14、(VanderYaals)方程优点：a、b分别为分子引力和斥力系数，R为通用气体常数。方程右侧第一项表示分子体积和斥力对压力的贡献，第二项表示分子间引力对压力的贡献。缺点：但范德华状态方程仅仅是对理想气体模型作了比较简单的修正，在引入分子间引力和斥力常数a、b时，忽略了实际分子几何形态和分子力场的不对称性以及温度对分子间引力和斥力的影响。方程仅对简单的球形对称的非极性分子体系适用,尚不能很好地适用于油气藏燃类体系地的相态计算。RTaTj),5(2) RK(Redlich和KWOng)方程p=bV(y+h)RK方程被认为是最佳的两参数方程，它考虑了分子密度和温度对分子引力的影响，引入温度对引力项
15、加以修正。与范德华方程相比，RK方程在表达纯物质物性的精度上有明显的提高，但用于油气燃类体系气液相平衡计算的精度仍不够理想。(3) SRK(Soave-Redlich-Kwong)方程1972年，SOaVC将偏心因子作为第三个参数引入状态方程以反映分子应力场不对称性的影响。这使得三次方型状态方程的改进和实用化有了长足的进步，并被引入到油气藏流体相平衡的计算。(4) PR(Peng-Robinson)方程考虑到SRK方程在预测含较强极性组分气体和液相容积特性方面精度的欠缺，1976年Peng和Robinson对SRK方程作出进一步改进。与SRK方程相比，有以下进步：1 .对纯物质蒸汽压的预测有明
16、显改进，对培差计算则两者相当：2 .对液体密度和容积特性的计算，PR方程有明显改善，而对气体密度和容积特性的计算两者相当。3 .用于气液相平衡计算，PR方程一般优于SRK方程。4 .用于含CO2、H2s等较强极性组分体系的气液相平衡计算，一般也可取得较为满意的结果。第四章多相流体温度分布计算公式推导假设条件：1、气体质量忽略不计；2、井筒中液体流动为准稳定流，体积和流型变化的影响忽略计；3、流体对地层放热，其总传热系数K为常数；4、油流在油管中流动时因摩擦而产生的热量忽略不计；5、因天然气析出及膨胀吸热忽略不计;t3 )+呸 KkDKHDhGC第一项：它反映地温自然变化规律，意谓着油流静止时,
17、原油本身的温度完全为环境地温所决定，因此可称“静态温度”。笫二项：意味着因油流运动和地层油温对井筒油温的影响，从而产生“静态温度”的增量，即动态温度如果总传热系数的值或套管直径口较大，散热情况良好，井筒油温就低；如果油流量G或液体比热C较大，则井筒油温就高。焦耳-汤普逊效应：当压力低于饱和压力时，有天然气析出。析出气体需要热量，已析出气体不断膨胀，又会吸收一部分热量，这两部分热量的计算比较复杂。第五章垂直气液两相流压力计算油气水混合物在井筒中的流动型态：泡状流（滑脱损失最严重）：井筒内流体的压力稍低于饱和压力，少量的气体从油中分离出来，以小气泡的形式分散于油中。小气泡具有一定的膨胀能量，但是由
18、于气泡在井筒横断面上所占的比例很小，且气体与液体的密度相差很大，所以气泡容易从液体中滑脱而自行上升。此时，小气泡的膨胀能量几乎没有起到举液的作用，这种能量损失称为滑脱损失。滑脱现象：由于气体和液体之间的密度差而产生的气体超越液体流动的现象。滑脱损失：定义+使气体对液体的举升效率降低，从而产生的举升能量的损失。弹状流I在向上流动过程中，随着压力的降低，小气泡逐渐膨胀，并且互相合并成大气泡。最后，大气泡成为顶部凸起的炮弹形气泡。管道截面上只有一个大气泡（TaylOr泡），其泡径在0.75倍管径以上。段塞流：井筒内流体压力进一步低于饱和压力，气体继续分离出来，并且进一步膨胀，且炮弹形大气泡形成气体柱
19、塞，使井筒内出现一段液体、一段气体的柱塞状流动。气泡长度在一倍管径以上，整个流动可看作由气泡区和液相段塞区构成的段塞单元组成。气柱象活塞一样对液体具有很大的举升作用，气体的膨胀能量得到充分的利用。但是，这种气柱好象不严密的活塞，在举液过程中，部分已被上举的液体又沿着气柱的边缘滑脱下来，需要重新被上升的气流举升，因此在段寒流型态下，仍有一定的滑脱损失。环状流：随着气体的继续分离和膨胀，气体的柱塞不断加长而突破液体柱塞，形成中间为连续气流（气流中可能存在分散的小液滴），管壁附近为环形液流的流动型态。此时，气体携带液体的能力仍然很强，气液间滑脱程度较小（体现为气芯与液环间速度差别）。气芯中忽略滑脱。
20、雾状流（滑脱损失最小），气体的量继续增加时，中间的气柱几乎完全占据了井筒的横断面，液体呈滴状分散在气柱之中，由于液体被高速的气流所携带，所以几乎没有什么滑脱损失。此时，气体的速度增加很快，开始出现明显的加速度损失。按深度增量迭代的步骤：（1）以已知的任一点（井口或井底）压力为起点，选一个合适的压力降作为计算的压力间隔（般取0.l-0.5MPa）;具体要根据流体流量（油井的气、液产量）、管长（井深）及流体性质来定（2）估计一个对应压力间隔的深度增量，以便根据温度梯度估算该段下端的温度：（3）计算出该管段的平均温度及平均压力，并确定对应状态下的全部流体性质参数（溶解气油比、原油体积系数和粘度、气体
21、密度和粘度，混合物粘度及表面张力等）；（4）计算该段的压力梯度;（5）计算对应于设定压力间隔的管长（深度差）：（6）将第（5）步计算的管段长度与第（2）步的估计值进行比较，若两者之差超过允许范围，则取新的管段长度估算值，重复（2）（5）的计算，直至其计算值与估计值的误差在允许的范围内为止：（7）计算该段下端对应的深度及压力；8）以端点处的压力为起点，重复（2）（7）步，计算下一段的深度和压力，直到各段的累加深度等于或大于管长时为止。按压力增量迭代的步骤：（1）已知任一点（井底或井口）的压力，选取合适的深度间隔（般可选1050米，也可将计算管段等分为n段）；（2）估计一个对应于计算深度间隔的压力增量；（3）计算该段的平均温度和平均压力，以及对应状态下的流体物性参数：（4）计算该管段的压力梯度：5）计算对应于管段长度的压力增量:
