CN116341423A - 油水两相流滑移速度模型的计算方法 - Google Patents

油水两相流滑移速度模型的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了油水两相流滑移速度模型的计算方法，包括以下步骤：S1.建立油水滑移速度的基本公式；S2.结合粘度的影响，修改油水滑移速度的基本公式；S3.根据油水流型分别建立油水滑移速度模型，并确立模型参数。本发明公开的油水两相流滑移速度模型的计算方法，通过建立油水两相流滑移速度模型有效地解决了现有技术中由于没有考虑油水粘度和流态对油水滑移速度的影响，容易产生与真实值相差甚远的问题。

Description

油水两相流滑移速度模型的计算方法
技术领域
本发明涉及井筒多相流领域，具体为油水两相流滑移速度模型的计算方法。
背景技术
近年来，页岩油气作为一种非常规油气资源，因其储量丰富和能源清洁的特点而成为全球油气勘探开发的热点。在油井生产过程中井筒流体通常是以油气水三相的形式流动，但在许多时候为了简便通常会研究油水两相流动。油水滑移现象在井筒多相流中十分常见，可以通过油水滑移速度计算持水率的大小，持水率结合持气率则可以确定井筒内混合密度、混合粘度、压降等参数，同时在测井工作中持水率有着对井筒状况分析的作用，对油气田的开发有着重要的价值。
目前国内外学者对油水滑移速度的研究多是基于滑移机理并结合实验现象，建立滑移速度模型，这些模型中的系数是通过实验数据拟合确定的。但在实际的研究中可以发现，这些模型存在一定的局限性，具体表现为这类模型在特定的实验数据下能够取得较好的准确性，但在一般的实验条件下则表现出误差超过60%的特点，无法准确的描述滑移速度的大小。在油水滑移速度模型的研究中，许多模型只考虑了浮力、表面张力等参数的影响，没有考虑油水粘度和流态对油水滑移速度的影响，容易产生与真实值相差甚远的情况。
发明内容
本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法，包括以下步骤：S1.建立油水滑移速度的基本公式；S2.结合粘度的影响，修改油水滑移速度的基本公式；S3.根据油水流型分别建立油水滑移速度模型，并确立模型参数。
进一步地，所述S1步骤中建立的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_1
，式中，Vsow为油相真实速度，m/s；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；C0为系数，无因次；k为指数，无因次。
进一步地，所述S2步骤中修改后的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_2
，其中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；C0为系数，无因次；k为指数，无因次；f（μγ）为相对粘度μγ的计算公式。
进一步地，所述μγ为相对粘度的计算公式为：
Figure SMS_3
，式中，μ0为油相粘度，mPa·s；μw为水相粘度，mPa·s。
进一步地，所述S1步骤中液滴终端上升速度V∞依据油水比不同以及计算位置不同，可划分为：油滴流、水滴流以及油水段塞流。
进一步地，所述油滴流的计算公式为：
Figure SMS_4
，式中，ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；σ为油水表面张力，N/m；b为系数，无因次。
进一步地，所述水滴流的计算公式为：
Figure SMS_5
，式中，ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；σ为油水表面张力，N/m；b为系数，无因次。
进一步地，所述油水段塞流的计算公式为：
Figure SMS_6
，式中，D为管径，m；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；b为系数，无因次。
进一步地，所述S3步骤中通过分别对油滴流、水滴流以及油水段塞流进行拟合，确定修改后的滑移速度公式中的参数。
进一步地，所述油水段塞流的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_7
，/>
Figure SMS_8
，式中，D为管径，m；μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次。
进一步地，所述水滴流的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_9
，/>
Figure SMS_10
，式中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；σ为油水表面张力，N/m。
进一步地，所述油滴流的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_11
，/>
Figure SMS_12
，式中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；σ为油水表面张力，N/m。
进一步地，计算结果的收敛值范围为10-10以内。
本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法，有效地解决了现有技术中由于没有考虑油水粘度和流态对油水滑移速度的影响，容易产生与真实值相差甚远的问题。
附图说明
图1为本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法的模型建立流程图；
图2为本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法的Davarzani 和 Miller(1983)实验数据与预测数据比较示意图；
图3为本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法的Flores(1997)实验数据与预测数据比较示意图；
图4为本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法的Lucas G P（2001）实验数据与预测数据比较示意图；
图5为本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法的王振亚(2010)实验数据与预测数据比较示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方法进行详细说明，所描述的仅为部分实施例，并非全部实施例，为了清楚的目的，在附图及说明中省略了与本发明无关的表示及描述。
如图1所示，本发明提供油水两相流滑移速度模型的计算方法，包括以下步骤：包括以下步骤：S1.建立油水滑移速度的基本公式；S2.结合粘度的影响，修改油水滑移速度的基本公式；S3.根据油水流型分别建立油水滑移速度模型，并确立模型参数。
其中，S1步骤中建立的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_13
，式中，Vsow为油相真实速度，m/s；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；C0为系数，无因次；k为指数，无因次。
S2步骤中修改后的油水滑移速度的基本公式为：
Figure SMS_14
，其中，μγ为相对粘度，mPa·s。相对粘度μγ的计算公式为：/>
Figure SMS_15
，式中，μ0为油相粘度，mPa·s；μw为水相粘度，mPa·s。
其中，液滴终端上升速度V∞依据油水比不同以及计算位置不同，可划分为：油滴流、水滴流以及油水段塞流。油滴流的液滴终端上升速度计算公式为：
Figure SMS_16
；水滴流的液滴终端上升速度计算公式为：/>
Figure SMS_17
；油水段塞流的液滴终端上升速度计算公式为：/>
Figure SMS_18
，式中，D为管径，m；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；σ为油水表面张力，N/m；b为系数，无因次。
为确定滑移速度模型中参数f(μr)，C0，b，k的大小，采用包维尔优化算法，代入油相表观速度、水相表观速度、持水率和滑移速度等实验数据对滑移速度模型进行拟合，进行1000次迭代，并将收敛值控制在10-10范围内，分别对水滴流、油水段塞流和油滴流三种滑移速度公式进行拟合。
建立油滴流的滑移速度方程：
Figure SMS_19
，
Figure SMS_20
；
建立水滴流的滑移速度方程：
Figure SMS_21
，
Figure SMS_22
；
建立油水段塞流的滑移速度方程：
Figure SMS_23
，
Figure SMS_24
，式中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；σ为油水表面张力，N/m；D为管径，m。
实施例：
选择Davarzani和Miller(1983)、Flores(1997)、Lucas G P（2001）和王振亚(2010)四组油水两相流实验数据，根据油滴流、水滴流和油水段塞流三种流态对实验数据分成三类。确定实验条件中的表面张力、油粘度、水粘度、油密度、水密度和管径等实验条件，并选择数据中的油相表观速度、水相表观速度、持水率和混合速度代入到所建立的三类油水滑移速度方程中计算，得到公式预测的滑移速度大小。将公式预测的滑移速度与实验测得的滑移速度进行比较，分析滑移速度模型的准确性。
实验数据如图2、图3、图4、图5所示，随着持水率的增大，变化趋势基本保持一致，同时误差分别为5.2%，6.3%，4.8%和5.4%，预测结果与实验结果误差较小，模型准确度较高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.建立油水滑移速度的基本公式；
S2.结合粘度的影响，修改油水滑移速度的基本公式；
S3.根据油水流型分别建立油水滑移速度模型，并确立模型参数。
2.根据权利要求1所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述S1步骤中建立的油水滑移速度的基本公式为：
Figure QLYQS_1
，式中，Vsow为油相真实速度，m/s；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；C0为系数，无因次；k为指数，无因次。
3.根据权利要求1所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述S2步骤中修改后的油水滑移速度的基本公式为：
Figure QLYQS_2
，其中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；C0为系数，无因次；k为指数，无因次；f（μγ）为相对粘度μγ的计算公式。
4.根据权利要求3所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述相对粘度μγ的计算公式为：
Figure QLYQS_3
，式中，μ0为油相粘度，mPa·s；μw为水相粘度，mPa·s。
5.根据权利要求1所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述S1步骤中液滴终端上升速度V∞依据油水比不同以及计算位置不同，可划分为：油滴流、水滴流以及油水段塞流。
6.根据权利要求5所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述油滴流的液滴终端上升速度计算公式为：
Figure QLYQS_4
，式中，ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；σ为油水表面张力，N/m；b为系数，无因次。
7.根据权利要求5所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述水滴流的液滴终端上升速度计算公式为：
Figure QLYQS_5
，式中，ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；σ为油水表面张力，N/m；b为系数，无因次。
8.根据权利要求5所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述油水段塞流的液滴终端上升速度计算公式为：
Figure QLYQS_6
，式中，D为管径，m；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；b为系数，无因次。
9.根据权利要求1所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述S3步骤中通过分别对油滴流、水滴流以及油水段塞流进行拟合，确定修改后的滑移速度公式中的参数。
10.根据权利要求9所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述油水段塞流的油水滑移速度的基本公式为：
Figure QLYQS_7
，/>
Figure QLYQS_8
，式中，D为管径，m；μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次。
11.根据权利要求9所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述水滴流的油水滑移速度的基本公式为：
Figure QLYQS_9
，/>
Figure QLYQS_10
，式中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；σ为油水表面张力，N/m。
12.根据权利要求9所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，所述油滴流的油水滑移速度的基本公式为：
Figure QLYQS_11
，/>
Figure QLYQS_12
，式中，μγ为相对粘度，mPa·s；Vsow为油相真实速度，m/s；ρw为水相密度，kg/m3；ρ0为油相密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2；Vm为油水混合速度，m/s；V∞为液滴终端上升速度，m/s；H0为持油率，无因次；σ为油水表面张力，N/m。
13.根据权利要求10-12任意一条所述的油水两相流滑移速度模型的计算方法，其特征在于，计算结果的收敛值范围为10-10以内。
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