孔口管嘴实验成果分析

Ⅰ 流体力学：孔口与管嘴出流实验的相关问题

口形状对出流能力影响各不相同，圆角管嘴和圆锥管嘴的流股形态为光滑圆柱（主要由于内收缩断面处存在真空，过流能力大），直角管嘴为圆柱形麻花状扭变（局部阻力相对大），孔口出流是具有侧收缩的圆柱流股。（孔口出流存在收缩断面，并且和孔口边缘以及H等关系密切，过流能力小）
增大过流能力：用流线型管或者圆角管嘴，圆锥管嘴。一般来说流量系数大，过流能力就大。

Ⅱ 试验成果

(一)二氧化碳驱油技术能够使特低渗透扶杨油层建立起有效驱动体系

通过井温、压力梯度测试，搞清了注入的液态CO₂在井筒内的相态分布，系统分析了注入井、采出井动态变化特征。

1.应用井温、压力梯度测试技术，搞清了CO₂在井筒内的相态分布

为搞清液态CO₂在井筒内的相态、温度、压力变化情况，在正常注入的情况下，录取了井筒内的压力、温度梯度资料。从测试结果看，液态CO₂大约在1300m开始气化，气化后放热使温度梯度增大，压力梯度减小。井底压力为29.5MPa，折算井筒中液态CO₂平均比重(相对密度)为0.89;井底温度63.8℃，比油层温度低22℃左右(图6-21)。

图6-21 压力、压力梯度曲线

2005年4月，对注气井进行了压力降落试井，累计关井576h，压力从29.85MPa下降到28.95MPa，压降速度为0.0016MPa/h。用有限导流垂直裂缝模型和均质径向流油藏模型解释的结果见表6-30。两种解释方法得到的结果基本一致，井筒储存系数很大，油藏渗透率很低((1.26～1.28)×10^-3μm²)，属特低渗透油藏。表皮系数低于-5.9，说明注入的CO₂对近井地带地层有显著的改善作用。

表6-30 注入井芳188-138试井资料解释结果

2.注气压力较低、油层吸气能力较强

未压裂的芳188-138注气井自2004年7月以来，平均日注液态CO₂20～40t;注入压力表现出稳中有降的趋势，由2004年7月的13.0MPa下降到2007年的10.5～11.0MPa。尤其是2006年下半年以来，随着2口见气较早的井(芳190-136，芳190-140井)气油比上升，注气井注入压力下降幅度有所加快，与室内实验结果基本一致。

未压裂的注气井在日注液态CO₂20～40t(相当于日注水40～70m³)的情况下，比州2试验区压裂投注的注水井(平均日注水30m³左右)注入压力低5MPa左右。

另外，从州2试验区注水井与芳48注气试验区注气井霍尔曲线对比情况看(图6-22)，未压裂的注气井注入能力是压裂投注注水井的4.8倍。可见，扶杨油层注气压力较低，吸气能力较强。

图6-22 州2与芳48试验区霍尔曲线对比

3.采出井见到较为明显的注气效果

试验区于2002年12月投产，截至2007年底累计注气20674t(0.413PV)，累计注采比为2.93;累积产油9690t，采出程度6.09%，采油速度0.90%;综合含水7.0%。

(1)注CO₂驱油渗流阻力小，油井见效快

由于CO₂具有黏度和密度小的特点，注CO₂驱油渗流阻力小，注气井和采油井间压力分布与注水驱高渗透油藏类似，注气井和采油井井底压力损失小，注采井间压力梯度大，从而使特低渗透油藏建立起有效驱动体系。

试验区正常注气后，大致3个月左右，渗透率相对较高的芳190-136和芳190-140井陆续见到注气效果，日产油稳中有升。而与之邻近的州2注水开发试验区自投产以来产量一直呈下降趋势，未见到受效显示。如芳190-136井，2004年8月开始受效，日产油上升，到2005年7月上升到最高点2.5t/d，随后受见气影响，产量逐渐下降(图6-23)。

图6-23 芳190-136井日产油曲线

(2)产量恢复程度较高

试验区5口油井中，芳188-137井未压裂直接投产，初期日产量0.02t，其余4口井均为压裂投产，见效后产量恢复程度为44.1%～71.0%(表6-31)。2006年1月试验区产量恢复到最高，日产量达8.3t，产量恢复程度达61%。注气累计增加原油占总产量的57.8%。

表6-31 芳48试验区见效情况分析

受效高峰期的采油速度高达1.89%，平均采油强度0.25t/d·m，是相邻注水开发区块的3倍以上。分析油井受效较好，主要有以下原因:一是气驱控制程度高(100%)，试验区只选取了主力层(FⅠ7)注气，该层为分布稳定的河道砂体，连通较好，气驱控制程度高达100%;二是注入速度高，2004年7月以来，试验区注入速度保持在0.15～0.18PV/a，使油井见到了较好的气驱效果。

(3)油井见气后产量呈双曲规律递减

根据试验区进入产量递减阶段以来的实际产量(图6-24)，进行拟合求解，得出试验区日产油量呈双曲递减规律，递减指数2.371，R=0.9980。

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式中:q_t为开始递减第t月时日产量;q_i为递减前日产油;D_i为初始递减率。

图6-24 实际日产油与计算日产油对比

(4)见气井地层压力保持水平较高

2005年4～6月，对注气井组进行了整体试井，芳190-136和芳190-140井关井末点压力分别为11.6和13.1MPa，明显高于其余3口井(表6-32)。由于这两口井为试验区的主要见效井，随着油井见气后地层压力上升;芳188-137井尽管井距较近，但由于该井未压裂，且受效较差，压力恢复曲线表现为典型的特低渗透储层特征;关井15d最高压力仅3.6MPa。

表6-32 注气试验井组试井资料解释结果

(二)气体示踪及微地震气驱前缘测试技术，有效指导了气驱试验的分析与调整

1.气体示踪剂监测技术

2006年5月，以室内实验为基础，优选了性能稳定的F6气体为示踪剂，并进行了矿场试验，监测结果见表6-33。从表中可以看出，注入气体向芳190-140井推进速度最快(5.45m/d)，芳190-136井次之(3.13m/d)，芳188-137井较慢(0.99m/d)，芳187-138井未见气，芳190-138井见气较晚，未检测到示踪剂。

表6-33 芳188-138井注气气体示踪剂(F6)监测结果

从示踪剂峰值看，芳190-140井最高(20792μg/m³)，芳190-136井次之(256μg/m³)，芳188-137井尽管见到示踪剂最早，但峰值最低(61μg/m³)，表明注入的示踪剂优先向渗透率较高的芳190-140井运移，其次为190-136井和188-137井。示踪剂峰值高低与储层物性和气油比高低具有较好的一致性。

2.微地震气驱前缘监测技术

微地震法气驱前缘监测技术基于地球物理、岩石力学、信号处理及震波传输等理论和油田生产实际情况，通过监测注气引起微裂缝重新开启及造成新的微裂缝时产生的微震波，确定微震震源位置，进一步确定监测井的气驱前缘、注入气波及范围和优势注气方向，为注气方案优化调整提供科学依据。2005年8月对注气井组进行了微地震气驱前缘测试(图6-25)，结合该井的注入数据及测井等资料，取得了以下认识:

一是CO₂气驱存在主、次流两个方向，主流方向呈东南164.6°及西南260.8°两个走向，次流方向略呈北偏东43.3°走向。

二是CO₂气驱前缘波及面形状呈不规则的“Y”字型，分析气驱前缘形态主要受该井区储层非均质性影响，注入CO₂气推进速度不均匀，在东南及西南方向CO₂气推进速度较快，在北西及北偏东方向的CO₂气推进速度次之;而其他方向的CO₂气推进速度相对较慢。

三是CO₂气驱前缘波及面积约为7.6×10⁴m²。

四是芳190-140井和芳190-136井位于CO₂气驱前缘的两个主流方向上，为主要见效井;芳188-137井为次要见效井，因为CO₂气驱前缘向前发展的趋势明显且已接近该井;芳187-138井处在气驱前缘的次流方向上，但由于该井距气驱前缘相对较远，受效也不明显;芳190-138井的方向气驱前缘推进较慢，未见到注气效果。

3.脉冲注气有效提高了CO₂利用率

通过气体示踪及微地震气驱前缘测试技术搞清了扶杨油层非均质特征。为防止CO₂气大量突破后造成资源浪费，改善注气驱油效果，应用数值模拟技术优选了脉冲注气方案(注气时关突破井，停注时突破井恢复生产)为实施方案，取得了较好效果。

设计了6套方案，考虑了不同的注入速度、注入量和脉冲周期(表6-34)。

图6-25 微地震测试结果

表6-34 脉冲注气方案设计参数

注:5∶2表示关生产井注气5个月，然后停注采油2个月。

从各方案预测的开发指标(表6-35)可以看出，脉冲注气开发效果主要与注气速度、注气量及脉冲持续时间有关。综合考虑，持续高速度大排量脉冲注气效果较好。

表6-35 脉冲注气开发指标预测结果

综合以上方案预测指标，采出程度最高的是方案F106，交替周期为6个月(注4个月，停注后采出2个月)。因此优选方案F106(注气速度为40t/d，注4个月，停注后采出2个月)为实施方案。

根据方案优选结果，2006年开展了脉冲注气试验，先后分3个段塞注入液态CO₂5239t。取得了以下认识:

一是注气压力略有下降。2006年脉冲注气后，前面两个段塞，日注气量在37t左右，注气压力稳定在12.5MPa左右;最后一个段塞注入时，注气压力下降到11.5MPa，下降了1.0MPa。说明注气井有较强的吸气能力，井组之间有较好的连通关系，停注期间采出井开井，恢复注气后注气压力有所下降。

二是见气井开井后，气油比下降，CO₂利用率明显提高。以芳190-136井为例(图6-26)，该井2006年5月因出气量大关井，焖井一段时间后，于2006年9月恢复生产。气油比由465m³/m³下降到130m³/m³。之后持续生产，气油比逐渐上升到2007年4月份的337m³/m³，比见气高峰期低210m³/m³。表明通过脉冲注气减小了注采压差，改变了地层流体的液流方向，使见气井出气量大幅度减小，降低了气油比，提高了CO₂利用率。

图6-26 芳190-136井气油比变化曲线

另外，为进一步减少油井生产过程中造成的CO₂损失，对油井开井制度进行了优化。芳188-137井不同关井时间的产量变化情况见图6-27，关井3d后恢复生产1d的产量最高。优选确定了关3d开井1d的生产工作制度，平均日产油1.0t左右。其余3口见气井与芳188-137井不同关井时间的产量变化趋势基本相同，也执行了关3d开井1d的工作制度。

图6-27 芳188-137井不同关井时间产量变化曲线

可见，通过脉冲注气和油井生产制度优化，有效提高了CO₂利用率。

(三)气油比分析技术进一步验证了芳48断块为非混相驱

1.气油比分析技术

气油比是评价注气驱油效果和效益的一项十分重要的指标，由于芳48注气井组产量低，无法现场测试生产气油比。因此，我们通过对采出气的组分变化分析，对生产气油比进行了估算，在现场得到较好应用。

设原始气油比为GOR₁，目前气油比为GOR₂，CO₂气未突破时地面气组成为y_1i，其中CO₂的摩尔含量为y_1CO2，注入CO₂气组成为y_2i，CO₂摩尔含量为y_2CO2。设地面条件下气的摩尔体积为M(mol/m³)。那么未突破时采出1m³油时，采出气为GOR₁m³;CO₂突破后采出1m³油时，采出气为GOR₂m³。采出气的摩尔数分别为:GOR₁/M;GOR₂/M。突破后的气相当于未突破时的气混入了一定量的CO₂气，那么对采出1m³油来考虑，见气前后采出气中的非CO₂气组分的摩尔量是相等的，因此有:

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因此气突破后的气油比GOR₂为:

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利用该公式计算了芳188-137井、芳190-136井、芳190-138井、芳190-140井的气油比，2007年底，4口井的气油比在117～273m³/m³(表6-36)。

表6-36 4口见气井2007年底气油比计算结果

2.芳48断块非混相特征分析

理论和实践均证明:混相驱的驱油效率远高于非混相驱，而注气开采的驱油效率很大程度上取决于驱替压力。只有当驱替压力高于最小混相压力(Minimum Miscibility Pres-sure，MMP)时才能达到混相驱替。也就是说，混相驱和非混相驱应用的界限就是最小混相压力。我国多数油田由于原油性质较差，达不到混相条件，只能是非混相驱替。在矿场实际过程中可通过气油比的变化特征判断混相或非混相驱替。

非混相驱替过程中，注入孔隙体积与气油比的关系大致可分为3个阶段。第一阶段和第二阶段气油比变化不明显，第三阶段气油比急剧上升。即气体突破前，气油比基本不变。突破后，气油比有所增大，但由于建立了油气混合带，随之又出现了一个明显的台阶，持续一段时间以后，气油比才迅速增大(图6-28)。也就是说，在气油比迅速上升之前存在一个明显的过渡性台阶。图6-28所对应的实验压力为20.6MPa，比混相压力(29MPa)低8.4MPa，为非混相驱替。

图6-28 芳48非混相驱长岩心实验压差、气油比变化曲线

混相驱与非混相驱的气油比变化规律则明显不同。由于混相驱替建立的油气混合带较窄，因此，采出端见气后，气油比迅速上升(图6-29)，中间没有明显的过渡带。图6-29对应的实验压力为50MPa，比混相压力(29MPa)高21MPa，为典型的混相驱。

图6-29 芳48混相驱长岩心实验压差、气油比曲线

根据室内实验得出的混相与非混相驱的气油比变化规律，为芳48试验区的混相特征分析提供了依据。

试验区见气较早的芳190-136井的气油比变化曲线见图6-26。该井于2005年3月见气，之后气油比逐渐上升，到2006年8月气油比达到最高(600m³/m³左右)，这期间共注气11500t，折算地下体积0.23PV，后期由于采取脉冲注气使气油比明显下降。根据室内实验得出的混相与非混相驱的气油比判断标准，芳48试验区为典型的非混相驱。

(四)腐蚀状况监测表明，地面及井下管柱无明显腐蚀，满足了开发需要

2006年9月，开展了注气试验区腐蚀现状调查研究。对芳188-137、芳190-140井地面管线进行了实验室分析，并对这2口井安装了腐蚀试验试片。另外，在芳190-138井油套环空内放置了J55钢腐蚀试验试片，进行井下腐蚀状况监测，取得了以下认识:

1.地面管道无明显腐蚀现象

从芳188-137、芳190-140井地面管道直管段及弯头部分剖开后的外观情况看，管道基本完好，内表面无蚀坑、破损、裂纹等现象，未见有明显腐蚀现象发生。2006年9月28日在这2口井的地面管线内部放置20^#钢腐蚀试验试片，2006年11月15日取出，试验周期47d，除去表层油污后，仍可见金属光泽，试片表面无蚀坑、破损等现象，在试验期内腐蚀挂片未见有明显腐蚀现象发生。

2.井下试片腐蚀现象不明显

2006年9月28日，在芳190-138井油套环空内放置J55钢腐蚀试验试片，2006年11月15日取出，试验周期47d，也未见腐蚀现象发生。

3.腐蚀速率评价

芳48断块注气试验井组现场腐蚀试验分析结果见表6-37。地面和井下试片均未见明显腐蚀，介质腐蚀性等级为低级，平均腐蚀速率为0.0028～0.0032mm/a。

表6-37 芳48断块典型介质现场腐蚀试验结果

分析芳48注气试验区地面及井下管柱腐蚀较弱，主要有以下原因:一是油井含水率低。芳188-137井、芳190-138井基本不含水，芳190-140井含水也在10%以下，这是试验井腐蚀较弱的主要原因;二是试验周期短，对腐蚀试验效果有一定影响。

(五)结论及认识

1)CO₂驱油技术能够使特低渗透扶杨油层建立起有效驱动体系，作为一项难采储量动用技术，具有广阔的发展前景。

2)室内实验测得扶杨油层最小混相压力为29MPa，比原始地层压力(20.4MPa)高8.6MPa，结合现场试验气油比变化规律综合分析表明，芳48断块CO₂驱油为非混相驱。

3)室内可行性评价实验和油藏地质建模、数值模拟研究，较好地指导了试验方案优化设计，矿场试验表明，方案符合程度较高。

4)井温、压力梯度测试技术搞清了井筒中CO₂的相态分布特征;气体示踪及微地震气驱前缘测试技术揭示了扶杨油层非均质性强的特点，有效指导了气驱试验的分析与调整。

5)脉冲注气结合油井工作制度优化能够有效解决因储层非均质性强引起的油井受效不均衡，提高了CO₂利用率;CO₂吞吐作为注气驱油的一项引效措施，具有操作方便，成本低等优点。

6)注CO₂驱油实现了特低渗透扶杨油层的有效动用，主要表现在油井见效快、产量恢复程度高，见效高峰期的采油速度是同类型注水开发区块的3倍以上;油井见气后产量呈双曲递减。

7)适合CO₂驱油的撬装注气装置、KQ65-35-FF注入井井口、油管防腐和油井防气工艺技术，基本满足了试验区开发需要。

8)油藏深部封窜技术抑制了CO₂驱油过程中气窜的影响，可作为提高注入气波及体积、改善注气开发效果的储备技术。

Ⅲ 还有两题,请告诉我流体力学里"孔口"名词辨析和"管嘴"名词辨析分别是

当在容器的孔口处接上断面与孔口形状相同、长度l = (3 ~ 4)d (其中d 为管道直径)的
短管，此短管称为管嘴。
孔口：液体流过并具有闭合湿周的挡水壁面开口

Ⅳ 流体力学实验：孔口和管嘴出流实验，为什么局部阻力系数算出来之后有的大于0，有的小于0急！！！

按你的实验描述不可能为负
除非有外力或者高速流体引射
再检查下实验数据或者计算公式吧

Ⅳ 在孔口、管嘴断面面积相等的条件下,开孔口的位置的变化对孔口和管嘴的出流流量有无影响为什么

没有示意图?
我就按我的理解试试回答您的问题：
孔口的位置对孔口出流量当然有影响啦：孔口的位置越低，单位时间出流量就越大，因为水面和孔口的差大了 -- 压力差就大了。

Ⅵ 结合观测不同类型管嘴与孔口出流的流股特征,分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径

口形状对出流能力影响各不相同，圆角管嘴和圆锥管嘴的流股形态为光滑圆柱（主要由于内收缩断面处存在真空，过流能力大），直角管嘴为圆柱形麻花状扭变（局部阻力相对大），孔口出流是具有侧收缩的圆柱流股。（孔口出流存在收缩断面，并且和孔口边缘以及H等关系密切，过流能力小）

增大过流能力：用流线型管或者圆角管嘴，圆锥管嘴。一般来说流量系数大，过流能力就大。

管嘴出流，因为在1/2d处出现流束收缩为最小，之后由于空气阻力，流速降低，流束扩散。在管嘴中由于收缩作用，产生一定的真空度，加强出流能力。

(6)孔口管嘴实验成果分析扩展阅读：

收缩断面的真空是有限的，当真空度达到7m以上水柱时，由于液体在低于饱和蒸汽压时会发生气化，以及空气将会自管嘴出口处吸入，从而收缩断面处的真空被破坏，管嘴不能保持满管出流而如同孔口出流一样。因此收缩断面真空度得限制决定了管嘴的作用水头H有一个极限值，规定H=9m.

另外，管嘴的长度也有一定的限制。长度过短，水流收缩后来不及扩大到整个管断面，不能阻止空气进入；长度过长，沿程损失增大比重，管嘴出流变为短管出流。

所有，管嘴正常工作条件是：

（1）作用水头H<=9m;

（2）管嘴长度L=(3-4)d 。