各类型试验的两相运动性特征剖析

2分析方法和初始条件

2. 1分析方法

2. 2控制体划分

2. 3初始条件

试验模拟的油井深900 m，直径62 mm，油套环深910 m、直径154 mm，注水环深920 m、直径330 mm.

初始条件为：储气库压力8 MPa，容积10 m 3或30 m 3。油井、油套环和注水环充满一定高度的水，用油井出口背压模拟输油阻力，背压取为2 MPa， 0时刻开启压缩机并打开开关和注气阀，当油套环液位降低到底部时，开启注水阀向注水环注水。所有部件温度相同，取为27℃。

针对高、低产水量要求，采用不同注气量和注水量条件进行了计算分析。

3计算结果

3. 1气举启动与卸载的基本规律

计算参数为压缩机注气量20 000 m 3 /d （气体状态0. 1 MPa，20℃） ，压缩机排气压力为8 MPa.储气库容积10 m 3，注水量150 m 3 /d，井口阻力较小。如图可见，压缩机开始注气约1. 7 h后，油套环液面到达井底，此时开始注水。油套环液面到达井底前，井底压力为10. 9 MPa，基本保持不变；而环缝压力则从2 MPa不断增加到8. 2 MPa.产水量在4 min之内从0增大到220 m 3 /d，然后缓慢下降到115 m 3 /d，当油套环液面到达井底后，由于油管内开始进入空气，油管空泡份额和气液产量迅速增加。随着气液两相流流出井口，井底压力、环缝压力开始降低，产水量在经过几次大的波动后也开始缓慢降低。所有参数在大约6 h左右逐渐趋于稳定。

稳定后的井底压力为4. 32 MPa，环缝压力3. 85 MPa，产水量192 m 3 /d，井口空泡份额0. 87.

3. 2流型分布

不同产水量条件下油井不同部位的流型分布。其中，流型是通过空泡份额、流量等流动参数和物性参数由RELAP5 /MOD3. 2程序根据流型图计算得到。

由图可见，对同一产水量工况，油井同一个部位处的两相流流型会随着气举启动与卸载的过程发生变化。

在气举启动初期，由于空气没有进入油管，油井各部位处的两相流流型均为泡状流（ bubbly，由于RE2 LAP5 /MOD3. 2程序采用两流体六方程模型，在空泡份额为0时程序给定一个很小的值以便于求解）。随着气举过程的进行，环缝液面不断降低，当环缝液面降低到油井底部时，由于空气开始进入油井，油井内从底部到出口空泡份额逐渐增加，两相流流型也先后发生变化，随着越来越多的空气的进入，油井气水产量逐渐降低，而油井各部分空泡份额显著增加，*后，各参数将趋于稳定。在此过程中，不同气水产量和油井不同位置的流型变化规律略有不同。

对低产水量工况，由于给定的油井出口阻力偏低，导致流型波动变化较大，这是试验过程或生产过程中应当注意需要避免的。对低产水量工况，油井底部的两相流流型从泡状流*终过渡到弹状流（ slug） ，但在空泡份额剧烈变化时可能出现环雾状流（ annular - mist） ；在油井中部和出口*终会过渡到环雾状流（annular - mist） ，但在空泡份额剧烈变化时可能出现环弹状流。

对高产水量工况，不论在油井的何处位置，两相流流型均会从泡状流*终过渡到雾状流，并且，即使在空泡份额剧烈变化的时候，在油井出口处也不会出现环弹状流。

改变注气量或注水量会影响气举采油的稳定性和气水产量的变化。改变注气量或注水量，则井口压力、井底压力和环缝压力会变化，压力的改变引起空泡份额的变化。而空泡份额是流型变化的关键参数，空泡份额的变化可能导致流型变化，从而引起气水产量的变化，或影响气举采油过程的稳定性。

4结论

在油井的不同位置其两相流流型不同，且该流型会随气举启动与卸载过程发生变化，而对不同的气举工况其两相流流型沿油井高度的分布也不相同。对所研究的气举参数，两相流流型随气举启动与卸载过程的变化规律是从泡状流过渡到环雾状流；如果气水产量达到稳定，沿油井高度的两相流流型均为环雾状流。