12
5.气液混合物在垂管中流动的结构
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(1)纯液流 条件: p >pb 特点: 气体处于溶解状态,不作功； ρ 较大, 能耗较大。 (2)泡流 条件: p < pb 特点： 油---连续相， 气---非连续相； 气体举油的作用: 摩擦携带, 所以举油效果很小。 能耗: 重力 摩擦 滑脱
滑脱现象----在混合物向上运动的同时，气泡的速度大于液相 的上升速度，气泡从油中超越而过，这种气体超 越液体的现象称为滑脱现象。 滑脱损失----因滑脱现象而产生的附加压力损失

pt d m q CR n
式中
(2-4)

N、m、C ── 常数 式(2-4)称为油嘴产状公式
q ──产油量，t/d； R ── 油气比，m3/t； d ── 油 嘴 直 径 ， mm；pt ── 油 压 ， MPa；
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图2－3 嘴流示意图
图2－4 qm与pB /pT的关系曲线
22
式中
pt1、pt2 ── 分别为换油嘴前、后的油压，MPa； d1、d2 ── 换前、换后油嘴的直径，mm。 qo1、qo2 ──分别为换油嘴前、后的产油量，t/d；

例2-4 某井换油嘴前，油嘴直径为6mm，油压为1.96MPa， 求换成直径为7•m的油嘴时，其对应的油压是多少？ m 6 lg 7 解：由式(2-8)得 pt2 1.96 ＝1.8246 MPa 7 lg 6
HL----持液率, 在气液两相流动中，液体所占单位管段容积的份额。
HL
(单位长度内液相容积 p,T )
单位管长容积
AL A
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(2) 滑脱损失
pr m ns
Gm ns qm
L L g (1 L )
式中: L g——分别为体积含液.气率(无滑脱持液.气率)；
二、自喷采油原理 1、自喷井

油井在完井、测试后投入生产，按其举 油出井的方法不同，可分为自喷和人工举升 （又叫机械采油）采油方法两大类。如果油 层具有的能量足以把油从油层驱至井底，并 从井底把油举出井口，这种依靠油层自然能 量采油的方法称为自喷采油法，这种井称为 自喷井。自喷井的地面设备简单、容易管理、 产量较高，是最经济的采油方法。

2

（1）四种流动过程同处于一个动力系统中 从油层流到井底的剩余压力称为井底压力(• 井 或 底流动压力，简称油压)。对某一油层来说，• 一定 在 的开采阶段，油层压力相对稳定于某一数值，如改 变井底压力就可改变产量的大小，井底压力变大， 则产出量就要减少。可见油从油层流入井底的过程 中井底压力是阻力，而对油气在垂直管上升过程来 说，井底压力则是把油气举出地面的动力。把油气 推举到井口后剩余的压力称为井口油管压力（简称 油压），井口油管压力对油气在井内垂直管流来说 是一个阻力，而对嘴流来说又是动力。可见以上流 动过程是相互联系的同一个动力系统。其中井底压 力及井口油管压力的变化是油井分析管理工作中的 重要依据。


由于流体性质的差别及油气混合方式的不同使得嘴流复 杂化。式（2-4）中的三个常数n、m、C因地而异。虽然方次、 常数因地而异，各不完全相同，但其基本定量关系是一致的。 根据国内外几百个井次生产记录的统计年结果，通常采用的
嘴油公式为：

对于含水井
4d q pt 0.5 R
4d 2 qt 0.5 pt （1-fw）-0.5 R
t2
lg d d
图2-31 pt与lgd/d关系曲线
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当其它条件不变，仅油嘴大于15毫米时，可应用下列经验公 式估算： p t1 p t2 (2-10) 1.045(d 2 d1 )
q o1 (d 2 / d1 ) 2 q o2 1.045 (d 2 d1 )

(2-11)
11
摩擦阻力
油井自喷条件:
Lv pfr 10 2d
3
2
pwf＞0.0098Hρ ＋pfr + pwh
(2)当pwf> pb> pwh 或pwf<= pb 时, 油管内为两相流动
能量来源: 能量消耗: 井底流动压力pWf (静水压力), 气体膨胀能量 重力 摩擦 滑脱
*
气体膨胀能能否作功取决于油气在油管中的流动结构。
2
(2-5)

式中
qt ──产液量，t/d；
fw----含水率
23


当气油比、油嘴直径一定时，通过油嘴的流量只取决于油压， 亦即油压与油嘴间流量成线性关系。 经过一些油井进行分析研究后，发现当油气比一定，在 不含水的情况下，油嘴直径d＜15mm时，• 压和油嘴直径， 油 产量与油嘴直径之间存在以下统计关系。
9
IPR曲线
10
4、井筒内气液两相流动
在井筒中流动的大都是油-气-水三相混合物。
井筒两相流特性 1．井筒气液两相流能量的来源和消耗
当pWf >=pb时，油管内流体为单相流
压力平衡方程：
pWf＝pH＋pfr＋pwh 或 pWf-pwh＝pH＋pfr
能量来源： pWf-pwh
能量消耗： 重力 pH=0.0098Hρ (kPa)
1

当油层的能量较低不足以维持自喷时，则需利用一定的 机械设备给井底的流体补充能量，才能把原油举升出井口， 这种采油方法称为人工举升方法。如果补充能量的方式是将 天然气加压注入井底进行举油，这种采油方式称为气举采油， 这样的生产井称为气举井。


2、自喷井的四种流动过程
任何油井的生产都可分为三个基本流动过程：从油层 到井底的流动——油层中的渗流；从井底到井口的流动—— 井筒中的流动；从井口到分离器——在地面管线中的水平或 倾斜管流。对自喷井，原油到井口后，还有通过油嘴的流 动——嘴流。所以自喷井从油层流到地面转油站可以分为四 个基本流动过程。如图2－1所示。 虽然四种流动过程各自遵循的规律不同，但具有共同的 特点：
pc r 2 pt K 1
式中

K K 1
(2-3)
K ── 气体的绝热指数；
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p cr ————临界压力比，空气 p cr pt pt
p cr pt
0.528，天然气
=0.546。 油气混合物在油嘴中的流动近似于单相气体流动，在临界 流动条件下，流量的变化不受油嘴后压力pB的影响，此时油 嘴，油压、产量和油气比之间，近似存在以下基本规律：
24

式(2-6)、(2-7)可用于预测换油嘴前后的产量或油压的变化。 在换油嘴的短时间内，油气比、C2、C3均可认为不变，则
pt2
d1 lg d 2 pt1 d 2 lg d1
pt
(2-8)
q o2 q o1
d 2 lg d 2 d 1 lg d 1
(2-9)
t0
t1
c2
c2
c2
qL qL L q m q L qg
g 1 L
qg q L qg
qL、qg、qm——液相、气相及气液两相体积流量，m3/s； Gm——气液混合物的质量流量，Kg/m3。
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dp m v dvm m g sin m vm dz 2D dz
26

例2-5

某井以8mm油嘴生产时，日产量100t，问换成10mm 油嘴时，产油量是多少？ 解：由式(2-9)得 q 100 10 lg 10 ＝138（t/d）
o2
8 lg 8



四 自喷井的分层开采 (一)、分层开采的目的 当采用合注合采，或分注合采的方法开发多油层非均质 油田时，由于油层渗透率在纵、横方向上的非均一性而产生 层间差异、平面差异、层内差异，致使注入水的水线在纵、 横方向上不能均匀推进，中低渗透层的生产能力得不到充分 发挥。 1.层间差异 层间差异是指高渗透油层与低渗透油层在吸水能力、水 线推进速度、油层压力、采油速度、采出程度、水淹等方面 所存在的差异性。
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(3)段塞流
特点：油---连续相，气---非连续相； 气体举油的作用: 顶替与擦携带作用， 能耗: 重力 摩擦 滑脱(较小) 在油井井口中往往可以听到一会儿出油，一会儿出气的声音。 (4)环流 随p不断降低，油管中心为连续气流, 管壁上是一层油环 特点：油气两相都是连续的； 气体举油的作用: 摩擦携带。 能耗: 重力 摩擦
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图中 qm 是质量流量， pt 与 pB为油嘴前、后的压力， 当 pt＝pB 时(或 pB/pt＝1)，qm＝0。在曲线ab段上 可看出，当 pB/pt 逐渐减小时，质量流量 qm 逐渐增加， 但当增加到最大值时，继续减小压力比 pB/pt，流量 并不再增加，而是保持最大值不变，• 直线段bc所 如 示，图中最大流量b点所对应的压力比 pcr/pt，称为 临界压力比，其值为：
2 m m
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三、嘴流规律 当油、气混合物从井底到达井口时，在油嘴 （图2-3）前的油压pt 和油嘴后的压力pB 作用下通 过油嘴，此时压力的变化由井底的高压到较小的 油压，使气体大大膨胀，气体体积流量很大，而 油嘴直径却很小，因此，混合物流经油嘴的流速 极高，可能达到临界流动状态，即流体的流速达 到压力波在流体介质中的传播速度(即声速)时的 流动状态，在临界流动条件下，混合物流经油嘴 的质量流量与油嘴前、后的压力比的变化关系如 图3-4所示。
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在生产井中，高渗透油层由于渗透率高，连通性好，注水效 果好，油层压力高，使该层采油速度高，该井的大部分产量 由该层采出，中、低渗透层由于吸水能力差，油层压力低， 使该层采油速度低，油层的生产能力得不到充分发挥，如图 2-37所示。 在高渗透层，由于吸水能力强，水线前缘很快向油井突 进，使油井过早含水，甚至造成水淹。因此，解决好层间差 异成为油井稳定高产的关键问题。 2.平面差异 由于油层渗透率在平面上分布的不均匀性，以及井网对油 层各部控制的不同，使注入水在平面上推进不均匀，水线前 缘沿局部高渗透区突进窜入井中，如图2-7所示。