论文联系方式

简论气井井筒流动计算

导读:
气井井筒流动计算 气井井筒流动计算

摘要
  气藏中井筒气液两相流动的压力分布与温度分布密切相关,目前普遍采用地层静温梯度分布进行计算。
  本文与传统预测井筒温度方法最大的不同在于考虑井筒温度沿井筒为非线性变化。在井筒气液两相流动规律以及井筒-地层传热模型的基础上,利用已有井筒温度压力数学模型,加以改进使其应用于井筒气液两相流动计算。
  该模型考虑任意倾斜井筒,应用质量守恒、动量守恒和能量守恒方程结合气体状态方程,构造了气藏井筒气液两相温度、压力、速度、密度计算模型。应用Rame以及Satter方法将径向热传递看作是由油管中心到水泥环外缘的一维稳定传热,和水泥环外缘到地层的一维不稳定传热两部分,建立了井筒径向传热方程。讨论了含水气井中气液两相流动物性参数和井筒总传热系数的计算模型。应用四阶龙格-库塔算法实现了温度与压力的耦合计算,给出了数值解,避免了传统惯用的试错法,提高了计算速度和精度。
  最后以广安气田A区进行实际模拟预测、评价和分析重要参数的影响。认识到温度沿井筒的分布是非线性的,并且越靠近井口温度变化越快;在开井生产初井筒温度上升较快,随生产时间加长逐步达到稳定。
 
关键词:气井;两相流动;数值解;温度分布;压力分布
目录
1前言 1
1.1研究目的和意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3论文理论依据及主要研究内容 3
2数学模型 5
2.1基本方程 5
2.2井筒内两相流动的传热 8
2.3模型的确立 10
3求解数学模型 12
3.1井筒传热参数 12
3.2两相流参数 14
3.3模型的求解 17
3.4计算步骤和程序设计框图 18
4实例计算 20
4.1广安气田A区概况 20
4.2计算结果及分析 20
5结论与建议 27
致谢 28
参考文献 29
1前言
1.1研究目的和意义
  井筒温度、压力的分布是气井设计和动态分析必不可缺的参数,对气井温度、压力的准确预测可以为气井设计和动态分析提供更有效的依据。天然气的物性在很大程度上依耐于气井井筒内温度、压力的变化而变化,这就使得如何更精确的预测气井井筒温度、压力场变得十分重要。如:预测天然气水合物的生成、油管柱设计等都和井筒内温度、压力密切相关。
  目前对一些常规井井筒的温度、压力分布通常可以通过测量获得,但对一些超深井、高温、高压或井况复杂的气井,难以进行有效的测量;对高气液比气井,井筒温度分布计算存在计算精度低和可用性问题。而以传热学和两相流理论为基础建立的气井气液两相流动井筒温度压力计算模型,将提高预测的精度和实用性。
  据相关资料统计,我国气田中含水气田占绝大多数,产水气井占气井总数的比例也相当可观。所以,计算气井气液两相流动井筒温度、压力的分布具有重要的现实意义。
  相关文献中少有关于两相流传热的实验数据和模型研究。对比单相传热系数和两相流体力学,两相传热更加复杂,因为对于不同特定流型的传热机理是不同的。因此,需要研究含水气井中计算井筒温度场的两相流传热模型,以更准确的预测含水气井中井筒温度、压力的分布。
1.2国内外研究现状
1.2.1气液两相流动流型
  由于气液两相界面的复杂性和多变性,以及气体的可压缩性。使其成为两相流动中最为复杂的一种。要寻求满足工程需要的高精度数学解是很困难的,一般从稳定流动压降方程出发,依靠实验室或现场实验数据得出一些经验关系式。因此每一种经验模型在精度和实用性都存在很大的局限性。相关研究表明,依靠扩充的现场油井数据库,结合不同流态的经典表达式的预测,结果与实际数据有较好的一直性。下面介绍几种经典的模型。
  Orkiszewski[1]对比分析了多个气液两相流计算方法,应用148口油井实测数据对前人的方法进行了综合评价。并将气液两相管流划分成多种流型,如:泡状流、段塞流、过渡流、环雾状流,对不同的流型采用不同的计算模型。该方法在现场得到了广泛的运用。
  Aziz、Govier和Fogarasi[2]方法将油气井中的流动型态划分为泡状流、弹状流、过渡型态、环状流和雾状流,建立了这些流型之间的转变界限。并在密度和摩擦损失项中,通过气液两相分离作用,引入当地气相体积因素。
  Hasan与Kabir[3]通过对铅直圆管中气液两相流动型态转变的机理分析,按照气液两相介质分布的外形,将铅直圆管中气液两相的流动型态划分泡状流、段塞流、搅动流和环状流。
  Mukherjee和Brill[4]在Beggs和Brill[5]研究的基础上,改进了实验条件,对倾斜管两相流的流型进行了深入研究,提出新的倾斜管两相流流型判别准则与应用方便的持液率及摩阻系数经验公式。它可用于垂直井、斜直井、定向井和水平井气液两相管流压降计算。
  在前人工作成果基础上,Ansari[6]等对井筒中的气液两相流动进行了研究,给出了井筒中气液两相流的流型预测方法,并对各种流动型态的流动机理和特点进行了分析,建立了描述泡状流、段塞流和环流流动特性的模型。
1.2.2气井井筒温度压力动态研究现状
  由于井筒温度、压力分布在油气井开采过程中的重要性,对井筒温度、压力分布的计算精度要求越来越高,使得这方面的理论研究越来越多。国内外已经建立了很多求解井筒温度场的数学模型。
  Ramey[7]方法提出了单相不可压缩液体和单相理想气体在井筒流动时温度分布的近似计算方法,合理的分离压力,只研究井筒中气体的温度分布。
  Rame以及Satter[8]方法通过建立和使用更符合实际情况的简化的井筒传热模型,建立了井眼温度与深度和注入时间的函数关系式,它是在只有油管或套管内有流体流动,而地层没有流体流动的条件下建立起来的。
  Hasan和Kabir[9]在考虑合理边界条件下提出了井筒传热计算的精确模型。该计算模型提出了无因次时间的代数表达式,其计算精度满足绝大多数工程问题。该模型在Ramey经典模型上有所扩展,适用范围更广。在此基础上Hasan和Kabir[10]还提出了两相流井筒温度计算式和井筒总传热系数计算方法。
  Stefensen和Smith[11]讨论了不同注水环境下的温度分布规律以及井喷、射孔等对井筒温度剖面的影响。
  董长银和张琪[12]考虑环空产出液与油管掺入液及地层之间的双重传导作用,同时考虑了有液体相变导致的焦耳-汤母森效应,建立了稠油泵井筒流体温度分布数学模型,并研究了温度分布随时间的变化规律。
  郭春秋[13]等考虑井筒中的传热是稳定传热,而地层中的传热为不稳定,利用稳定热源精确数学解构造与时间相关的散热关系表达式代入到能量守恒方程中去,实现温度与压力的耦合计算。在此基础上,廖新维[14]等提出了井筒和地层传热都是不稳定的,并建立了相应的数学模型,给出了数值算法。
  于晓丹[15]针对油田开发中的油井生产实际,基于两相流动力学和传热学理论,建立了垂直井筒及其周围地层温度场的数学模型。对井筒中传热系数的计算采用了两相流动传热模型,且为简化计算整理和建立了针对不同流型、不同介质所适用的两相经验传热关系式。
  高永海,孙宝江,王志远[16]等通过对海水温度数据回归分析,得到了南海海水温度场随深度的分布。以传热学基本理论为基础,通过理论推导,得到了循环及停止循环条件下的深水钻探井筒温度场理论计算公式。
1.3论文理论依据及主要研究内容
  1)论文的理论依据
  本文主要建立在三大守恒定理,井筒气液两相流动规律以及井筒-地层传热模型的基础上。
  首先利用质量守恒定理、动量守恒定理分别获得井筒气液两相流体的速度梯度方程和压降梯度方程;其次利用能量守恒定理和井筒传热理论建立井筒气液两相流体的温度梯度方程;而后利用井筒气液两相流动规律以及井筒-地层传热规律求解方程中的各项参数如:混合物摩阻、井筒总传热系数等;最后为达到预期的计算结果我们运用四阶龙格-库塔法,利用VB编程进行计算。
  2)主要内容

上一篇论文:探索数控铣床工作台伺服进给传动系统设计 下一篇论文:关于蒸汽辅助重力泄油
相关论文
业务范围
免费本科范文
免费硕士范文
免费职称范文
论文
职称论文 表