采气工程

k 1

p2
k 2
综合以上三式，可导得天然气过节流装置喉部的温度T2为
p2 T2 ( ) p1
k 1 k
Z1 T1 Z2
第六章井筒和地面管流动态预测
第六节 集输气管流计算
第六节 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
1
图6.2 温度分析示意图
第六章井筒和地面管流动态预测
第五节 节流处的压力、温度变化
第五节 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
dp

udu 0
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。入口状态与任一状态之间的关系为
用此法处理的结果是令人满意的。
第六章井筒和地面管流动态预测
第三节 气水同产井井底压力计算 一、基本方程
m v m dvm f m m v m 2 dP m g dH dH 2d
第三节气水同产井
Poettmaan&arpenter方法
Hagedorn & Brown方法 Beggs-Brill方法， Aziz方法， Orkiszewshi
P 2 P 1 d

P2 P 1
0
K K 1
则得
P2 2 P K 1 1
第六章井筒和地面管流动态预测
P2 ＜ P1
2 K 1 K 1
K
第五节 节流处的压力、温度变化
为临界流(Critical Flow)；
p k 1 ( ) p1
1
第六章井筒和地面管流动态预测
第五节 节流处的压力、温度变化
第五节 节流装置处的压力、温度变化预测
q sc 4.066 10 P d 1
3 2 v
g T1 Z 1
P2 F P 1
K P2 K 1 P 1
P 2 P 1
K 1 K 1 2
P2 P 1

1 2
2 K
K 1 K

定义一个函数：
P2 P 1
2 K
2 K
K 1 K
P d 2 P1
5、气井产能
6、气井井筒和地面管流动态预测
7、气井生产系统与举升工艺
8、气井井场工艺
第六章井筒和地面管流动态预测
1、干气井井底压力计算
计算气井井底压力分静止气柱和流动气柱两种计算方法 。 1、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dH的管段 为控制体，则根据能量方程可以写出：
dP d gdH dW d ( LW ) 0
qsc T 0.101325 Z 1 Bg qsc /( A 86400 ) ( ) 1 2 86400 293 P d 4 PM g 28 .97 g P ZRT 0.008314 ZT
代入（6.2）式，并除以g=9.8，整理后可得：
ZT dP P 0.03415 g dH 18 2 2 2 1.324 10 fq scT Z 1 P2d 5
vm—混合物流速；
W—控制体所作的功，N· m/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； θ —井筒与水平面的夹角，（°）。
图6.2 温度分析示意图
第六章井筒和地面管流动态预测
第四节 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
第六章井筒和地面管流动态预测
式可略去负号，写成积分形式为：
1、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
ZT dP p2 H2 P 0.03415 g dH 2 p1 1.324 10 18 fq scT 2 Z 2 H1 1 d 5P2
(6.5)
g
h
第六章井筒和地面管流动态预测
第四节 井筒中的温度分布
T1 gT H1 A B A gT eH H / A T A B gT H A gT
1
U0
U1 K K e f t rt U 1
ln rci / rto ln rwb / rco U1 rt K cem K an
2 K 1
图6.3 ～关系图
第六章井筒和地面管流动态预测
第五节 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：
p1
1
Z 1 RT1
而节流装置喉部，则为
p2
பைடு நூலகம்
2
Z 2 RT2
天然气节流装置的流动可视为绝热过程，则有
p1
Hasan方法方法，
zhmx方法 图6.1 流态划分图
第六章井筒和地面管流动态预测
第四节 井筒中的温度分布
第四节 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
6.2 温度分析示意图
（二） 求解方法
将井筒全长H分成n段，段长为；每一段中，T、Z用该段的平均值 ，即T==常数，Z==常数，

P2
dP P 1.32410 qsc T Z Pd 5
18 2
P1


0.03415 g H TZ
第六章井筒和地面管流动态预测
令： 则：

5

0.5
第六章井筒和地面管流动态预测
第六节 集输气管流计算
第六节 集输气管流计算
用计算输气量的公式
Tsc q sc 1.1496 10 Psc
5
P P d g T Z Lf
2 1 2 2


5

0.5
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
2 2 2 1
2
q sc
环形空间摩阻项：
q sc f 18 TZ 2 d Lw 1.324 10 2 P d 2 d1 d 2 d1
dl
2
2
d 2 d1 d
2 2
d
2 2 1
d
2
5 d1 d 2 d1 d eff 3
值，既不能继续增大，也不会降低为零，如图6.3所示。
第六章井筒和地面管流动态预测
最大气量公式：
q max 4.066 10 P1 d
3 2 v
第五节 节流处的压力、温度变化
g T1 Z1
K 2 K 1 2 K 1 K 1 K 1 K 1
第六章井筒和地面管流动态预测
第二节 气液井拟单相流
第二节 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，

气体性质
Ml/(106m3)
液相含量
干 气 0.1
套管气 7.2
凝析油和气 800
Gal/(106Sef)
0.0134
0.92
0.963
0.77
106.996
0.66
E
第六章井筒和地面管流动态预测
2．输气管内的平均温度
第六节 集输气管流计算
TLx Ts T1 Ts e
KLx
d uP2 P1 gh KLx 1 e NLC u 1 e KLx NL p
K K 1
P2 2 P1 K 1
时，为非临界流
K K 1
相对密度为0.6的天然气， 2 g K 1

0.546
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
第六章井筒和地面管流动态预测
连续性方程：
第四节 井筒中的温度分布
dwm 0 dH
g J 1
能量方程：
wm—混合物的总质量流量，kg/s；
2 d vm 1 dQe d 1 hm W J wm dH dH dH 2
采
气
工
程
第六章 气井井筒和
地面管流动态预测
主 讲：张志全
2005年11月-2006年1月
采气工程系统
气藏
气田 气井系统
前
言
气嘴
气井系统
分离器 地面管线
井筒
气层
气井示意图
课程主要内容
1、天然气性质
6.1干气井井底压力计算 2、气田储量计算 气液井拟单相流井底压力计算 6.2 6.3 气水同产井井底压力计算 3、天然气田的开发特点 6.4 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 4、气田开发设计与分析 6.6 集输气管流计算
有功的输入，即 =0；（2）动能损失忽略不计，即 dW
（6.1)
对于垂直管气体流动：（1）从管鞋到井口没有功的输出，也没
d ；则 0
(6.2)
（6.1）式可以写成：
dP f 2 dH gdH 0 2d
第六章井筒和地面管流动态预测
1、干气井井底压力计算
标准状态取为：Psc=0.101325 MPa, Tsc=293 K。qsc为标准状态下 气体流量，m3/d；则在管内任意一点（P，T）下，
d eff
1、干气井井底压力计算
4 流通断面 润湿周长
d eff
2 4 d 2 d12 4 d 2 d1 d 2 d1


5 d eff 直接替换压力计算式中的d5 值得提请注意的是，切勿将
因环形空间流速
v 流量 环形空间断面

4
d d
2
dP
fu dL 0 2d
2 2 20
通过变换并积分得
P P 9.05 10
2 1
g q T Z fL
2 sc
d
2 2
5
对任何标准状态都适用的计算输气量的公式
Tsc q sc 1.1496 10 Psc
5
P P d g T Z Lf
2 1

第六章井筒和地面管流动态预测
二、静止气柱 P
1、干气井井底压力计算
对于静止气柱，qsc=0,由(6.5)式得出基本公式为

积分后得
Pws
Pts
H ZT dP 0.03415 g dH o P
Pws Pts e
0.03415 g H TZ
第六章井筒和地面管流动态预测
三、环形空间流动气柱 有效管径(Effective Diameter) ： 对于环形空间流动：
1.324 10 18 f q scT Z 2 C d5 0.03415 g H P2 dP P1 P C 2 TZ P
1、干气井井底压力计算


2
可积分得
p2 P e
2 1
2s

1.324 10
18
f q scT Z
2
d
5
e
2s
1

s
0.03415 g H TZ
dQe 2 rt U 0 Te T dH
Te T0 g T H
U0—总的传热系数，kcal/(m2·s·℃) 可以得出下列微分方程：
g H dT T B t dH A A
图6.2 温度分析示意图
A
C pmwm 2 rt U 0
hl wg dP dqg g 1 B g T0 C pm wm PdH dH C pm A