体积含液率(油、水)是指单位时间内流过断面的两相总流量Q中液相所占的体积份额,即:
Cl?QlQ?QlQl?Qg?1?Cg (1—72)
12)质量含气率和质量含液率
质量含气率指单位时间内流过过流断面的两相流体的总质量G中气相介质质量所占的份额,即:
YGg?GgG?GgGg?Gl (1—73)
质量含液率指单位时间内流过过流断面的两相流体总质量G中液相介质质量所占的份额,即:
YLl?GlGg?Gl?GlG?1?YGg (1—74)
13)滑脱比
滑脱比也叫滑动比,指气相实际速度与液相实际速度的比值,即 S?VgVl (1—75)
14)流动密度
它表示单位时间内流过过流断面的两相混合物的质量与体积之比,即: ?'?GQ (1—76)
两相混合物的流动密度反映两相介质在流动时的密度,因而与两相介质的流动有关。
它常用于计算两相混合物在管道中的沿程阻力损失和局部阻力损失。
两相混合物的流动密度?'与各相的密度?g、?l以及体积含气率Cg有以下的关系:
?'?GQ?Gg?GlQ??gQg??lQlQ
??gCg??lCl??gCg??l(1?Cg) (1—77)
15)真实密度
设在管道某过流断面上取长度为?L的微小流道,则此微小流道过流以断面上两相混合物的真实密度应为此微小流道中两相介质的质量与体积之比,即:
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???gA?LYg??l(1?Yg)A?LA?L
?Yg?g?(1?Yg)?l (1—78) 当两相介质的实际速度相等时,即Vg?Vl?Vm,则两相混合物的真实密度与流动密度相等。其证明如下:
先分析滑脱比
Vg(Ag?g)g(Ag?g)AGV?GglGl(Al?l)?GGl(Al?l)AG?GgG?
G?l?AlAlG?gAgA?YGg?l1?Y g1?Y?Gg??gYg当 Vg?Vl时:
YGg Y1?Y??lGg?gg?1?YGg??
l1?YGg?g ?YGg(1?Y? gGg)??YGgl再看质量含气率YGg与体积含气率Cg的关系:
因为
Gg??gQgG
l??lQl根据质量含气率的定义,有: YggQgGg?GG???
gQg??lQl将等号右方的分子、分母各除以?g(Qg?Ql),得:
1—79)
1—80)
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(( YGg?Cg?Cg?(1?Cg)l?gYGgYGg?(1?YGg) (1—81)
同理可得
Cg??g?l (1—82)
对比(1—82)、(1—80)式得
Cg?Yg (1—83) 由(1—77)、(1—78)式知 ?'?? 当Vg?Vl时,Yg?Cg,所以?'??
上面分析说明用密度计测得的持气率通常小于含气率,亦即持液率大于含液率。 2.流型过渡
气液沿管柱向上流动时的几何
状态,可划分为若干基本形式,即流型。流型的形成取决于流体密度、粘度、管径和各相流量,其中起主要作用的是各相的流量。根据气液相对流量的大小,流型可分为泡状流、弹状流、段塞流和雾状流。若再细分,在环状流和雾状流之间,还可以分出环雾流。各流型的形状如图1—34所示。泡状流动中,气相以气泡状分散在连续液相中,液相为连续相。气泡较多
图1-34 气液两相的流动型态 时,许多小泡聚集并形成大泡,大气
泡形状是上部呈弹形,下部呈平面状,每一个大形气泡后面有许多小泡跟随,这一流型在低压下较易出现,在高压下所占范围较小。如果气相流量尽一步增加,弹形大气泡几乎充满流道,长度较长,两个大气泡之间由块状液相隔开,其中含有一些小气泡,大气泡四周水膜有时向下流动,这一流型叫段塞状流动,在生产井中出现的范围较广,有气相出现时,射孔层位附近多为这一流型。气相流量增加时,段塞破裂,形成气相中心,并以紊乱的流动将液相向四周排挤,中间是若断若续地含有液相雾滴的气流,液相介质在流道表面形成
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带有波面的液环,形成环状流,此时气相连续,液相非连续。若气相流量继续增加,液环被破坏,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中,由于液体被高速的气流所携带,所以滑脱速度趋近零,这一流型为雾状流动。生产测井研究的范围在射孔层附近,常见的流型为段塞流和泡流,在气水井中,气产量较高时,会出现环雾流。
在一口井中,从井底至井口压力依次降低,流型也从泡状逐次转变成过渡流,如图1—35所示。在井底,若流压高于泡点压时,没有气体存在,为单相油流或油水混合液体。在某一深度处,压力低于泡点压力时,气体开始从油中逸出,形成泡状流动,其中的气泡具有一定的膨胀能量,但是由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较大,所以气泡容易从液体中滑脱而自行上升。此时,小气泡的膨胀能量没有起到举升作用,这种能量损失称为滑脱损失。
流体在井筒中上升到某一位置形成弹状、段塞流后,井筒内出现一段液体、一段
图1-35 三个流动阶段 气体的柱塞状流动。这时气柱好象活塞一样
推动液体上升,对液体具有很大的举升作用,气体的能量能得到充分利用。但是这一段一段的气柱又好象是不严密的活塞,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,这样就造成了能量的损失。因此在段塞流型时,仍有一定的滑脱损失。
环状和雾状流动中,由于液体被高速携带,因此几乎没有滑脱损失,此时,气的速度增加很快,开始出现明显的加速度损失。
一口生产井中可能同时出现上述几种流型,但是,若气体产量一开始就很高,可能只出现段塞流和环雾流。
3.流型边界划分
流型在生产测井解释中显得尤为重要,主要是由于不同流型内流速及各相含量不同, 且仪器的响应规律不同。许多研究者利用实验手段建立了不同的流型图,用于划分流型。下面主要介绍Duns-Ros、Taitel、Hasan等人的研究结果。
(1) Duns-Ros流型图
Duns-Ros流型图如图1—36所示,横坐标为无因次气相速度,Vg?Vsg;Plig??g; g为重力加速度,?气液界面张力系数。纵坐标为无因次液体速度,Vliq?Vsl;Pliq??l;各流型的过渡边界是:
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第Ⅰ区:0?Ngv?(L1?L2Nlv) (1—84) 第Ⅱ区:(L1?L2Nlv)?Ngv?50?36Nlv (1—85) 第Ⅲ区:Ngv?75?84Nlv0.75 (1—86)
Ⅱ、Ⅲ间的过渡:50?36N0.75lv?Ngv?75?84Nlv
图1-36 Duns-Ros流型图
式中 Ngv——无因次气速度,
N?lgv?(g?)0.25?Vsg; Nlv——无因次液体速
度,Nllv?(?g?)0.25?Vsl; L1——与直径准数Nd相
图1-37 各L因子与直径准数Nd的关系 50