采气工程(多媒体6)气井井筒与地面管流动态预测 (1)

1、采气工程系统采气工程系统气田气田气藏气藏气井系统气井系统 气嘴 分离器分离器 地面管线地面管线 井筒井筒 气层气层 气井示意图气井示意图气井系统课程主要内容课程主要内容1 1、天然气性质、天然气性质2 2、气田储量计算、气田储量计算 3 3、天然气田的开发特点、天然气田的开发特点 4 4、气田开发设计与分析、气田开发设计与分析 5 5、气井产能、气井产能6 6、气井井筒和地面管流动态预测、气井井筒和地面管流动态预测7 7、气井生产系统与举升工艺、气井生产系统与举升工艺8 8、气井井场工艺、气井井场工艺6.1干气井井底压力计算干气井井底压力计算6.2 气液井拟单相流井底压力计算气液井拟单相流井底

2、压力计算6.3 6.3 气水同产井井底压力计算气水同产井井底压力计算6.4 井筒中温度分布预测方法井筒中温度分布预测方法6.5 节流装置处的压力、温度变化预测节流装置处的压力、温度变化预测6.6 集输气管流计算集输气管流计算计算气井井底压力分静止气柱和流动气柱两种计算方法计算气井井底压力分静止气柱和流动气柱两种计算方法 。1 1、流动气柱、流动气柱气体从井底沿油管流到井口，假定为稳定流，取长度为气体从井底沿油管流到井口，假定为稳定流，取长度为dHdH的管段的管段为控制体，则根据能量方程可以写出：为控制体，则根据能量方程可以写出： （6.1) 6.1) 对于垂直管气体流动：（对于垂直管气体流动：

3、（1 1）从管鞋到井口没有功的输出，也没）从管鞋到井口没有功的输出，也没有功的输入，即有功的输入，即 =0=0；（；（2 2）动能损失忽略不计，即）动能损失忽略不计，即 ；则；则（6.16.1）式可以写成：）式可以写成： (6.2) (6.2)1 1、干气井井底压力计算、干气井井底压力计算0)(WLddWgdHddPdW0d022ddHfgdHdP标准状态取为：标准状态取为：Psc=0.101325 MPa, Tsc=293 K。qsc为标准状态下为标准状态下气体流量，气体流量，m3/d；则在管内任意一点（则在管内任意一点（P，T）下，下，代入（代入（6.2）式，并除以）式，并除以g=9.8，

4、整理后可得：整理后可得： 2411)293101325. 0(86400)86400/(dPZTqAqBscscgZTPZRTPMgg008314. 097.28dHdPZTfqdPPZTgsc03415. 010324. 1152222181 1、干气井井底压力计算、干气井井底压力计算考虑到井内气体向上流动时，沿气体方向压力是逐渐递减的，上考虑到井内气体向上流动时，沿气体方向压力是逐渐递减的，上式可略去负号，写成积分形式为：式可略去负号，写成积分形式为： (6.5) (6.5)（二）（二） 求解方法求解方法将井筒全长将井筒全长H H分成分成n n段，段长为；每一段中，段，段长为；每一段中，T

5、 T、Z Z用该段的平均值用该段的平均值，即，即T=T=常数，常数，Z=Z=常数，常数， 212103415. 010324. 112522218HHgppscdHPdZTfqdPPZT21521803415. 010324. 1PPgPdZTqZTHPdPsc1 1、干气井井底压力计算、干气井井底压力计算令：令：则：则：可积分得可积分得 5218210324. 1dZTqfCscZTHPdPgPPPC03415. 0212110324. 1252182212sscsedZTqfePpZTHsg03415. 01 1、干气井井底压力计算、干气井井底压力计算二、静止气柱二、静止气柱 对于静止气柱

6、，对于静止气柱，qsc=0,由由(6.5)式得出基本公式为式得出基本公式为 积分后得积分后得 P1 1、干气井井底压力计算、干气井井底压力计算wstsPPHogdHdPPZT03415. 0TZHgePPtsws03415. 0三、环形空间流动气柱 有效管径(Effective Diameter) ：对于环形空间流动： 值得提请注意的是，切勿将 直接替换压力计算式中的d5 因环形空间流速 环形空间摩阻项：润湿周长流通断面4effd1212212244dddddddeff21224ddqvsc环形空间断面流量dlddqddfPTZLdscw221221221810324. 1 521231222

7、12212effddddddddd5effd1 1、干气井井底压力计算、干气井井底压力计算第二节第二节 气液井拟单相流井底压力计算气液井拟单相流井底压力计算与油井相比较，气液比远远高于油井，流态属雾流，即气相是连续相，液相是分散相。对这类气井，为简化计算，将它视为均匀的单相流，称之为拟单相流。在计算油管内的压力分布时，直接借鉴单相气流的解题思路和步骤。对气液比大于1780m3/m3的井，用此法处理的结果是令人满意的。 第二节第二节 气液井拟单相流气液井拟单相流第三节第三节 气水同产井井底压力计算气水同产井井底压力计算 一、基本方程 Poettmaan&arpenter方法Hagedor

8、n & Brown方法Beggs-Brill方法，Aziz方法，OrkiszewshiHasan方法方法，zhmx方法 第三节气水同产井第三节气水同产井dvfdHdvvgdHdPmmmmmmm22 图6.1 流态划分图第四节第四节 井筒中的温度分布预测方法井筒中的温度分布预测方法 Kirkpatridk方法，Shiu方法，Sagsr方法，苏联经验法。 JPI预测方法 ：气液同时向上流，取长为dl的微元控制体，假定为定常流 第四节第四节 井筒中的温度分布井筒中的温度分布 6.2 温度分析示意图连续性方程：能量方程： wm混合物的总质量流量，kg/s；vm混合物流速；W控制体所作的功，Nm

9、/s；Qe外界传给控制体的热量，kcal/s； J热功当量，N.m/kcal；hm气液混合物热焓，kcal/g；井筒与水平面的夹角，（）。0dHdwm12121JgvdHdhdHdJWdHdQwmmem图6.2 温度分析示意图第四节第四节 井筒中的温度分布井筒中的温度分布假定控制体不对外作功，即W=0；且地温按线性分布，梯度为gT，油层中部深度温度为T0，则H处对应的地层温度Te为：假定控制体与外界稳定传热，则dQe为 U0总的传热系数，kcal/(m2s) 可以得出下列微分方程： HgTTTe0图6.2 温度分析示意图dHTTUrdQete02AHgBATdHdTt02UrwCAtmpm01

10、TACgdHdqPdHdPwwChhBpmgggmpmlg第四节第四节 井筒中的温度分布井筒中的温度分布图6.2 温度分析示意图第四节第四节 井筒中的温度分布井筒中的温度分布AHHTTTTegABAHgTgAHgBAT/111 110UrtfKKUUte11/ln/lncemcowbtantociKrrrKrrU 第五节第五节 节流装置处的压力、温度变化预测节流装置处的压力、温度变化预测 气体通过气嘴没有位能变化，也没有功的输出或输入，摩擦损失也可忽略不计，但动能变化在此起重要作用。按此考虑，气体稳定流动能量方程可以写为 从工程热力学的观点分析：高压气体通过气嘴，因孔道短流速急，可视为绝热过程

11、。入口状态与任一状态之间的关系为 第五节第五节 节流处的压力、温度变化节流处的压力、温度变化0ududpkpp111)( 第五节第五节 节流装置处的压力、温度变化预测节流装置处的压力、温度变化预测 定义一个函数： 则得 第五节第五节 节流处的压力、温度变化节流处的压力、温度变化KKKPPPPKKZTdPqgvsc12121211213110066.42112121212KKKPPPPPPF 01221121212PPdPPPPdKKK11212KKKPP 为临界流(Critical Flow)； 时，为非临界流 相对密度为0.6的天然气， 当上游压力P1和气嘴开孔直径一定时，一旦出口端面上的速

12、度达到音速，气流的压力波就不能反馈影响上游，气嘴出口与入口之间的压力差就不能再增大。此时，通过气嘴的气体流量达到最大值，既不能继续增大，也不会降低为零，如图6.3所示。 546. 0121KKKg12PP112KKK11212KKKPP第五节第五节 节流处的压力、温度变化节流处的压力、温度变化最大气量公式： 图6.3 关系图11121212110066. 411213maxKKKKKKKZTdPqgv第五节第五节 节流处的压力、温度变化节流处的压力、温度变化通过节流装置后的天然气温度可以按下述办法计算。由真实气体的状态方程，在节流装置上游进口处有： 而节流装置喉部，则为 天然气节流装置的流动可

13、视为绝热过程，则有 综合以上三式，可导得天然气过节流装置喉部的温度T2为 第五节第五节 节流处的压力、温度变化节流处的压力、温度变化1111RTZp2222RTZpkkpp22111211122)(TZZppTkk 第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算 对于一条等径的水平输气管，如果管内是纯气体，符合稳定流动条件，无功和热的交换，且动能可以忽略不计，则稳定流动能量方程可简化为 通过变换并积分得 对任何标准状态都适用的计算输气量的公式第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算022ddLfudP522022211005. 9dfLZTqPPscg5 . 0522215101496. 1Lf

14、ZTdPPPTqgscscsc 第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算 用计算输气量的公式计算输气量，计算值总比实际输气量大，对于长输管线更为突出。为此，引进效率系数(Efficiency Factor)的概念，并用符号E表示，其值小于1。具体数值可参照下表 第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算5 . 0522215101496. 1LfZTdPPPTqgscscsc气体性质 干 气 套管气 凝析油和气 液相含量 Ml/(106m3) 0.1 7.2 800 Gal/(106Sef) 0.01340.963 106.996 E 0.92 0.77 0.66 2输气管内的平均温度 前两

15、项表示管线与外界换热，第三项表示焦耳-汤姆逊效应，第四项反映管段的高差变化，第五项代表速头。最后两项数值太小，使用时可不计入。如果管段压降较小，气体膨胀产生的温降也可忽略不计。则式(6.64)可以简化为 ：第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算LLuueNLuuuuNLCuueuNLCgheNLPPueTTTTxKLxpKLxpKLxdKLxssLx1212112121111xxKLssLeTTTT13 输气管内允许流速计算输气量应该顾及气体高速流动产生的冲蚀作用。通常，管内某点的流速达到18.2921.34m/s(6070ft/s)时，冲蚀作用十分明显。产生冲蚀作用的流速称为冲蚀流速(Erosinal Velocity)。精确估计较为困难，如果气体中含有砂粒等固相颗粒，较低流速也会产生冲蚀。 1984年，Beggs提出计算冲蚀速度的公式 ue冲蚀速度，m/s；g气体密度，kg/m3;C常数，C=122。第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算5 . 0geCu 根据ue，计算标准状态下的日输气量 qe日输气量，104m3/d;A输气管截面积，m2。 第六节第六节 集输气管流计算集输气管流计算5 . 05 . 0067. 24 .3484122gZTpepZTug5 . 0410164. 5gscs