1、測井解釋與生產測井測井解釋與生產測井第第1616講：管流力學基礎講：管流力學基礎張元中張元中中國石油大學（北京）資源與信息學院中國石油大學（北京）資源與信息學院主要內容主要內容 流體運動的描述流體運動的描述 單向管流單向管流 多相管流多相管流 教材教材 第第3章：第章：第3.1節節 ，第，第3.2節節 第第3.3節節 石油開采流石油開采流程示意圖程示意圖l儲層內的油氣通過油井到地面的儲油罐，需要儲層內的油氣通過油井到地面的儲油罐，需要經過經過三個階段三個階段：1.1.流體運動的描述流體運動的描述l油、氣、水從地層進入生產井后，在井筒中形油、氣、水從地層進入生產井后，在井筒中形成了成了單相單相（

2、油、氣、水）、（油、氣、水）、兩相兩相（油水、氣水、（油水、氣水、油氣）或油氣水油氣）或油氣水三相三相流動的情況。流動的情況。l利用地面利用地面油、氣、水產量油、氣、水產量等信息可以了解井下等信息可以了解井下可能出現的可能出現的相態相態。l對于地面同時對于地面同時產油氣水產油氣水的井，應根據的井，應根據泡點壓力泡點壓力和和流動壓力流動壓力的關系確定是的關系確定是油水兩相油水兩相或或三相流動三相流動。1.1.流體運動的描述流體運動的描述l管流力學管流力學：研究流體在管道內的流動的學科，：研究流體在管道內的流動的學科，為流體力學的分支之一。為流體力學的分支之一。l石油開發測井需要了解油井或注水井的

3、石油開發測井需要了解油井或注水井的流體流流體流動剖面動剖面；測量參數包括：；測量參數包括：1.1.流體運動的描述流體運動的描述1.1.流體運動的描述流體運動的描述l層流層流：靠近管壁處流速：靠近管壁處流速為零，管子中心流速最大，為零，管子中心流速最大，流體分子流體分子互不干攏互不干攏，成，成層層狀狀向前流動。向前流動。l層流和紊流層流和紊流l紊流紊流：靠近管壁處流速仍為零，其次有很薄的：靠近管壁處流速仍為零，其次有很薄的一層屬于層流，沿軸向的速度剖面較平坦，流體一層屬于層流，沿軸向的速度剖面較平坦，流體分子分子相互干擾相互干擾，雜亂無章雜亂無章地向前流動。地向前流動。l層流和紊流的判斷層流和紊

4、流的判斷（紊流）過渡層流粘性力慣性力雷諾數：4000)(2100R2eDVVDV D D管子內徑，管子內徑， V V 平均流速，平均流速，流體密度，流體密度， 流體粘度，流體粘度，lRe表示流體流動的表示流體流動的慣性力慣性力和粘滯力的比值。和粘滯力的比值。lRe數小，表明流體中數小，表明流體中粘性力粘性力的作用的作用大大，流體表，流體表現出現出平靜平靜的的層流狀態層流狀態；Re數大，表明流體中數大，表明流體中慣性慣性力力的作用較大，流體質點容易發生的作用較大，流體質點容易發生亂運動亂運動，流動，流動呈現呈現紊流紊流狀態。狀態。l層流和紊流的判斷層流和紊流的判斷l根據根據Re的大小可以推的大小

5、可以推斷直管道流體流動的速斷直管道流體流動的速度剖面形態；將管子中度剖面形態；將管子中心的心的最大流速最大流速校正到管校正到管內平內平均速度均速度。（紊流）層流速度剖面校正系數：82. 0)(5 . 0maxVVCvl入口效應入口效應l從圓管入口或從射孔層內進入管道的流體，由從圓管入口或從射孔層內進入管道的流體，由于附面層的影響，需經過一段距離于附面層的影響，需經過一段距離L L才能達到才能達到完完全層流全層流或或紊流紊流。這種現象叫。這種現象叫入口效應入口效應。 eR028. 0DL層流：)4025(DL紊流：l連續性方程連續性方程l流體流體質量守恒特性質量守恒特性用用連續性方程連續性方程描

6、述。描述。1 1）可壓縮流體可壓縮流體連續性方程為連續性方程為: :2 2）不可壓縮流體不可壓縮流體連續性方程為連續性方程為: :222111AVAV均均2211AVAV 在生產井內，沿解釋層段的壓力、溫度變化不在生產井內，沿解釋層段的壓力、溫度變化不大時，油、氣、水都可看作不可壓縮流體。大時，油、氣、水都可看作不可壓縮流體。l圓管中的伯努力方程圓管中的伯努力方程l能量守恒能量守恒在流體運動中是通過在流體運動中是通過伯努利方程伯努利方程體現體現的，具體形式是：的，具體形式是：fhgVaPZgVaPZ222222221111Z Z1 1、Z Z2 2沿套管方向的兩個深度點；沿套管方向的兩個深度點

7、；P P1 1、P P2 2相應相應的壓力；的壓力；V V1 1、V V2 2相應的流體速度；相應的流體速度； 單位流體單位流體的重度；的重度；h hf f單位重量的流體通過單位重量的流體通過1 1、2 2界面的平界面的平均均能量損失能量損失；a a動能修正系數。動能修正系數。l基本概念基本概念l體積體積(質量質量)流量流量Q：單位時間內流過流道斷面：單位時間內流過流道斷面的流體體積（質量）。的流體體積（質量）。l平均速度平均速度Vm ：單位時間內流過流斷面的總體：單位時間內流過流斷面的總體積與過流斷面面積之比：積與過流斷面面積之比：l相平均速度相平均速度：l表觀速度表觀速度(折算速度折算速度

8、):AQQVowm；ooowwwAQVAQV；AQVAQVosowswl基本概念基本概念l持率持率：指在：指在兩相流動兩相流動的過流斷面中，某相的過流斷面中，某相流體流體面積面積占占總面積總面積的的份額份額：l體積含量體積含量：單位時間內流過過流斷面的：單位時間內流過過流斷面的總流量總流量中中某相流體某相流體所占的所占的體積份額體積份額：l滑脫速度（滑動速度）滑脫速度（滑動速度）：多相流動中某兩相流：多相流動中某兩相流體體速度差速度差的的絕對值絕對值：AAYwwQQCwwwosowVVVl基本關系基本關系11gowigowisgsoswsimgowigowiCCCCYYYYVVVVVAAAAA

9、QQQQQl基本關系基本關系l含水率與持水率：含水率與持水率：l密度與含量、持率：密度與含量、持率：)()() 11(11wooowwwooowwwwowVVYCYCVVYCYCYVVC當；當；wwwwwwwwCCYY)1 ()1 (l壓力梯度壓力梯度dVfdZdVVgdZdP2cos2總壓力梯度總壓力梯度 = = 重力梯度重力梯度 + + 加速梯度加速梯度 + + 摩阻梯摩阻梯度度 ：密度；：密度；V V ：流速；：流速； f f ：摩阻系數。：摩阻系數。)21/(2Vfwl摩阻系數摩阻系數：管壁：管壁剪切應力剪切應力與與單位體積動能單位體積動能的比值。的比值。l流型（流型（流動機構流動機構

10、）l流型流型：兩相流動兩相流動中中兩相介質兩相介質的的分布狀況分布狀況。氣體在氣體在垂直管流垂直管流中的流型中的流型l流型邊界劃分流型邊界劃分Duns-RosDuns-Ros流型圖流型圖教材教材P91P91圖圖3-203-20l無因次無因次氣相速度氣相速度l無因次無因次液相速度液相速度25. 0)(gVNlsgvg25.0)(gVNlslvllV Vsgsg和和V Vslsl分別是氣相和分別是氣相和液相的液相的表觀速度表觀速度。l解釋模型解釋模型l由于由于兩相流動兩相流動不能簡單地歸結不能簡單地歸結為為單相流的層流單相流的層流和和紊流紊流流動，因流動，因而處理方法大不同。而處理方法大不同。l

11、目前用于研究兩相流動的模型目前用于研究兩相流動的模型有三種：有三種：均流模型均流模型、分流模型分流模型和和漂流模型漂流模型。l 較為普遍的方法是用較為普遍的方法是用漂流模型漂流模型和和分流模型（滑脫模型）分流模型（滑脫模型）進行進行生生產測井資料處理產測井資料處理。l漂流模型漂流模型)(lmogsgVVCYVlY Yg g ：持氣率；：持氣率；V Vm m ：氣液兩相：氣液兩相無相對運動無相對運動時的時的流速；流速；C C0 0 ：分布系數。：分布系數。l泡狀流動泡狀流動：C C0 0 = 1.2 = 1.2，由，由HarmathyHarmathy公式確定：公式確定：V Vl l =1.53g

12、=1.53g ( ( l l- - g g)/)/ l l2 2 0.250.25l段塞流動：段塞流動：C C0 0= =1.21.2，用，用TaylorTaylor泡上升速度取代：泡上升速度取代： V Vl l =0.345g=0.345g ( ( l l- - g g)/)/ l l2 2 0.250.25l漂流模型漂流模型)(lmogsgVVCYVl過渡流過渡流: :C C0 0 = = 1.01.0，用用TaylorTaylor泡上升速度取代：泡上升速度取代：V Vl l =0.345g=0.345g ( ( l l- - g g)/)/ l l2 2 0.250.25l環霧狀流動：環

13、霧狀流動：漂流速度漂流速度近似為近似為0 0，氣液分布均，氣液分布均勻，勻，Y Yg g C Cg gl滑脫模型（分流模型）滑脫模型（分流模型）l分流模型分流模型：將：將兩相流動兩相流動看成是看成是各自分開各自分開的流動，的流動，每相介質每相介質有其有其平均流速平均流速和和獨立的獨立的物性參數。物性參數。sglggmgsgVYYVYV)1 ( sgmslVVVV Vsgsg氣相的表觀速度；氣相的表觀速度；Y Yg g持氣率；持氣率；V Vsglsgl滑脫速度；滑脫速度；V Vm m流速；流速；l滑脫模型（分流模型）滑脫模型（分流模型）sglggmgsgVYYVYV)1 ( sgmslVVVl泡

14、狀流動：泡狀流動： GriffithGriffith：V Vsglsgl =24.6,cm/s =24.6,cm/s Schlumberger Schlumberger公司：公司：Y Yg g0.650.65時時 V Vsglsgl=300.95-(1- Y=300.95-(1- Yl l) )2 2 0.50.5+0.75,cm/s +0.75,cm/s l環霧狀流動：環霧狀流動：V Vsglsgl 0 0 l滑脫模型（分流模型）滑脫模型（分流模型）l段塞狀流動：段塞狀流動： SchlumbergerSchlumberger公司：與泡狀流動相同。公司：與泡狀流動相同。 NicklinNick

15、lin等：等： N Nb b 80008000時時: V: Vsglsgl=(0.35+8.74=(0.35+8.74 1010-6-6R Re e)(gD)(gD)0.50.5 ；3000N3000Nb b80008000時時: : V Vsglsgl=0.5V=0.5Vslsl+(V+(Vslsl2 2+13.59+13.59 l l/ / l lD D0.50.5) )0.50.5 其中：其中： V Vslsl=(0.251+8.74=(0.251+8.74 1010-6-6R Re e)(gD)(gD)0.50.5 N Nb b=1488V=1488Vsglsgl l lD/D/ l

16、l ；R Re e=1488V=1488Vm m l lD/D/ l l ； l l液體密度；液體密度； D D管子直徑管子直徑l油水兩相流型的劃分油水兩相流型的劃分lHasanHasan等人提出等人提出的的油水兩相油水兩相流動流流動流型圖。型圖。l橫坐標為油水兩橫坐標為油水兩相流動中，相流動中，油的表油的表觀速度觀速度，縱坐標為，縱坐標為水的表觀速度水的表觀速度。油水兩相流動流型圖油水兩相流動流型圖l油水兩相流型的判斷油水兩相流型的判斷3 . 025. 03 . 025. 0wY段塞流）泡狀流動（泡狀流乳狀流動l對于對于小油泡小油泡向向大油段塞大油段塞的過渡邊界，的過渡邊界，HasanHas

17、an給給出以下判別公式：出以下判別公式： 75.07 .075.07 .0wY泡狀流段塞流l在在生產測井生產測井解釋時，通常用下式判斷解釋層的解釋時，通常用下式判斷解釋層的流型：流型：l油水相速度的確定油水相速度的確定wsoVVV油水滑脫模型示意圖油水滑脫模型示意圖 l用于用于油水各相表觀速度油水各相表觀速度計算計算的模型主要分兩種，的模型主要分兩種，滑脫速滑脫速度模型度模型和和漂流模型漂流模型。 l(1)(1) 滑脫速度模型滑脫速度模型 l滑脫速度滑脫速度模型將模型將油水油水看作是看作是各自分開各自分開的流體，的流體，油水間油水間的的滑脫速度為滑脫速度為V Vw w, ,若水的流速是若水的流

18、速是V VS S, ,則油的流速則油的流速: :l油水相速度的確定油水相速度的確定swwmwsoVYYVYV)1 ()1 (somswVVVl油水油水表觀速度表觀速度的滑脫模型：的滑脫模型：V VSOSO油的表觀速度油的表觀速度; ; V VSWSW水的表觀速度水的表觀速度; ;利用上式確定表觀速度的關利用上式確定表觀速度的關鍵是確定鍵是確定滑脫速度滑脫速度，利用，利用圖圖版版確定確定V VS S, ,計算公式為：計算公式為：85. 1ln)1 (788. 025. 0)(4 .39owwYowseV滑動速度與密滑動速度與密度差的關系度差的關系 l油水相速度的確定油水相速度的確定 1notmoosoYVVcYV）（ V VSOSO油的表觀速度；油的表觀速度；V Vm m兩相混合物的速度；兩相混合物的速度；V Vl l液相速度；液相速度；Y Yo o持油率。持油率。(2) 漂流模型漂流模型：漂流模型的一般形式為：漂流模型的一般形式為：l油水相速度的確定油水相速度的確定 1notmoosoYVVcYV）（ a)a)對于對于泡狀流動泡狀流動和和段塞狀流動段塞狀流動，當，當c c0 0=1.2,n=2=1.2,n=2時，時，可得較好的效果可得