气井管流及节流动态

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1、气井管流及节流动态本章主要内容第一节气相管流的基本方程第二节气相管流压降计算方法第三节气液两相管流简介第四节气体通过油嘴的流动第五节产水采气井两相管流压降优化模型本章目的：确定pws、pwf当pR一定时，qsc由pwf直接控制，间接由ptf控制。地层流入动态：qsc＝f(pwf)pR油管流动动态：井口压力一定时，产量与井底压力的关系。qsc＝f(pwf)ptf方法：井下压力计测量，计算方法本章难点重点难点管流的基本能量方程静止气柱井底压力计算原理和方法流动气柱井底压力计算原理和方法多相管流计算嘴流的流态重点管流主要压力损失项静止气柱井底压力计算基本方法和步骤流动气柱井底压力计算基本方

2、法和步骤嘴流的流态划分和相应的流量与压力的关系基本概念井口流出曲线：某一已知地层压力下井口流压与产量的关系（反映地层压力一定时的气井井口产能特性）.第一节气体稳定流动能量方程一、气体稳定流动能量方程思路：整个系统的能量变化的代数和为零。（流入和流出系统能量之和等于系统内部能量的变化。）zz+dzLH=Lsinθθ式中：ΔE----内能变化，J／kgΔPν----膨胀或压缩功，J／kgΔ(u2/2)----动能变化，J／kggΔH----位能变化，J／kgq----系统热量损失，J／kgw----外界对系统作功，J／kg二、能量方程的表达式微分式Lw：气体流经管道、阀门和其它管件，由于

3、摩阻产生的能量损失，J/kg在忽略作功时，并考虑沿管轴向下为正，上式可写成压力梯度的形式：重力梯度加速度梯度摩阻梯度三、按动量方程计算推导思路作用于控制体的外力应等于流体的动量变化外力质量力（重力）沿管轴的分力压力变化管壁摩擦阻力（与气体流向相反）如果取从井底向上为计算方向动量变化单位面积上的摩擦力把质量力、压力变化和管壁摩擦力代入总压降梯度重力压降梯度动能压降梯度摩阻压降梯度摩阻系数f的定义：摩阻系数是一无因次量，反映管壁剪切应力对摩阻压降的影响程度。Moody：f＝f（Re，e／d）四、单相管流摩阻系数f四、单相管流摩阻系数f摩阻系数是雷诺数和相对粗糙度的函数。１、雷诺数Re定义

4、：Re＝惯性力／粘滞力＝ρguD／μgSI单位制思考题：怎样将SI单位转换为法定单位？实用式关键：u(m/s)→qsc(sm3/d)，μg(Pa.s)→(mPa.s)思路：四、单相管流摩阻系数fmPa.smm3/d2、两个基本概念绝对粗糙度e按比例均匀分布和筛选过的紧密压实的砂粒平均突出的高度相对粗糙度绝对粗糙度e与管子内径D的比值3、摩阻系数图Moody摩阻系数分区：层流过渡流紊流:光滑区混合摩阻区完全粗糙区4、实用摩阻系数公式(1)、Colebrook公式是最基本的公式。需迭代计算f，适用于紊流的光滑管、过渡区及完全粗糙区。(2)、Jain公式，不需迭代计算f。与Colebroo

5、k公式相比，误差在1％。第二节气相管流压降计算方法一、井底静压计算１、思路：(SI单位制)，取沿井筒向下为z轴正方向２、垂直管井底静压计算简化条件u=0，θ=90°，sinθ=1气体垂直管流动基本公式：(SI单位制)二、静止气柱1.静止气柱计算能量方程由上两式得能量分析：仅存在重力项，摩阻项和动能项为零。应用条件：垂直，关井或qsc＝0思考题：怎样求解上式，获得pws＝f(pts)？关键：怎样对上式左边积分。ZT／p＝f（p，T）2、平均温度偏差系数法(1)、公式推导假设：T和Z都用平均值，即T＝常数，Z＝常数。具体值取：T＝(Tts+Tws)/2,p＝(pts+pws)/2或Z＝(

6、Zts+Zws)/2则静止气柱能量方程变为：积分得：平均温度偏差系数法静止气柱井底压力计算公式：(2)、应用举例1)已知pts，求pws。思路：pws和Z都未知，用迭代法。计算步骤：①、赋初值pws0＝pts＋ptsH/12192②、计算平均参数③、赋值pws0＝pws④、计算⑤、计算⑥、计算⑦、计算新的pws，pws＝ptseS⑧、判断｜pws0－pws｜＜ε？成立则结束。否则转至③重复迭代计算思考题：①、框图是怎样的？②、当温度非线性高时，采用什么算法才能提高精度？2)、已知pws，求pts计算公式：pts＝pwse-S思考题：其步骤和框图是怎样的？3)、已知pts，求压力随井深

7、的分布计算思路：将井深N等分思考题：其步骤和框图是怎样的？3、Cullendeγ&Smith法（梯形积分）(1)、公式推导能量方程：被积函数I＝ZT／p推导思路：将上式左边的积分用梯形法数值积分展开。二步梯形法，将井深等分两段：井深中点处的参数记为pms，Tms，Zms，Ims.Its＝ZtsTts/ptsIms＝ZmsTms/pmsIws＝ZwsTws/pwsA1A2对上段油管：能量方程为:＝曲面积A1≈梯形面积＝(pms－pts)(Ims＋Its)/2