《天然气工程》ppt课件

《《天然气工程》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《天然气工程》ppt课件（116页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第七章,管流及嘴流动态,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：qscf(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。qscf(pwf)ptf 方法：井下压力计测量，计算方法,第一节 气相管流的基本方程,一、气体稳定流动能量方程 思路：流入和流出系统能量之和等于系统内部能量的变化。,注意：上式是针对单位质量流体的能量，各项单位是怎样得到的

2、？ 式中：E-内能，Jkg v-膨胀或压缩功，Jkg v22-动能，Jkg gH-位能，Jkg q-热交换，Jkg w-功交换，Jkg,二、能量方程的表达式,、积分式 技术功 流入和流出推动功膨胀功 Lw-摩阻能耗，Jkg 思考题：摩阻能耗可逆否？,、微分式 用焓表示的微分式，用于计算井中温度分布。,3、梯度式 注意：dHdLsin，1/ -与水平方向的夹角,(dp/dL)-总梯度，Pam (dp/dL)el-举升梯度，Pam (dp/dL)f-摩阻梯度，Pam (dp/dL)acc-加速度梯度，Pam f-摩阻系数,举升梯度: (dp/dL)el=gsin 摩阻梯度 (dp/dL)f=fv2

3、/2d 加速度梯度 (dp/dL)f=vdv/dL,三、雷诺数Re和摩阻系数f,、雷诺数Re 定义：Re惯性力粘滞力gvdg SI单位制 思考题：怎样将SI单位转换为法定单位？,实用式 关键：v(m/s)qsc(sm3/d), g:(Pa.s)(mPa.s) 思路：vqscBg/(86400d2/4), g=Mgp/ZRT Re1.77610-2gqsc/gd,、摩阻系数f 定义： Moody：ff（Re，ed）,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,实用摩阻系数公式： (1)、Colebook公式是最基本的公式，它完全与Moody图相同。但需迭代

4、计算f,(2)、Jain公式，不需迭代计算f。与Colebook公式相比，误差1,第二节 气相管流压降计算方法,一、井底静压计算 、思路：(SI单位制),垂直管静止气柱的条件 、稳定流； 、单相气； 、dw0，不做功； 、qsc0，即v=0； 、=0，即sindLdH,2、静止气柱能量方程 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qsc0 思考题：怎样求解上式，获得pwsf(pts)？ 关键：怎样对上式左边积分。 ZTpf(p,T),3、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

5、, p(pts+pws)/2 Zf(p,T) 或 Z(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： 、赋初值。pwsptsptsH/12192. eS1+S 、计算T(Tts+Tws)/2 、赋值pws0pws 、计算p(pts+pws)/2 、计算Zf(p,T) 或 Z(Zts+Zws)/2 、计算S0.03415gH/ZT 、计算新pws。pwsptseS 、判断pws0pws？成立则结束。否则转至,思考题： 、框图是怎样的？ 、当温度非

6、线性高时，采用什么计算方法才能提高精度？,2)、已知pws，求pts 计算公式：ptspwse-S 思考题：其步骤和框图是怎样的？ 3)、已知pts，求压力随井深的分布 计算思路：将井深N等分 思考题：其步骤和框图是怎样的？,3、Cullende & Smith 法,(1)、公式推导 能量方程： 被积函数IZTp,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 井深等分两段： 井深中点处的参数记为pms，Tms，Zms，Ims. ItsZtsTts/pts ImsZmsTms/pms IwsZwsTws/pws,对上段油管： 能量方程为: 曲面积A1梯形面积 (pmspts)(Im

7、sIts)/2 pmspts0.03415gH/(ImsIts),对下段油管： 能量方程为 : 曲面积A2梯形面积 (pwspms)(IwsIms)/2 pwspms0.03415gH/(IwsIms),(2)、应用举例 已知pts，求pws 计算思路：先迭代上段油管求pms。再迭代下段油管求pws,上段油管计算步骤： 、赋初值pmsptsptsH/12192/2 、计算Ztsf(Tts，pts) 、计算ItsZtsTts/pts 、计算Tms(Tts+Tws)/2 、赋值pms0pms 、计算Zmsf(Tms，pms) 、计算ImsZmsTms/pms 、计算新pms。pmspts0.034

8、15gH/(ImsIts) 、判断pms0pms？不成立则转至。,下段油管计算步骤： 、赋初值pwspmspmsH/12192/2 、赋值pws0 pws 、计算Zwsf(Tws，pws) 、计算IwsZwsTws/pws 、计算新pws。 pwspms0.03415gH/(IwsIms) 、判断pws0pws？成立则结束。否则转至重复上述步骤。,(2)、Cullende & Smith方法假设条件 、稳定流动； 、单相气； 、dw0； 、梯形法积分引入的误差,1、垂直管流动简化条件 dw0，vdv0，sindLdH 气体垂直管流动基本公式：(SI单位制),二、井底流压计算,举例：说明动能可忽

9、略 已知：qsc50万m3d，pwf30MPa， H3000m，d3“，g0.65 求：pf?，Pacc? 解：pf2.49MPa，Pacc0.00155MPa,2、实用垂直管流公式,(1)、状态换算： =Mp/ZRT， vqscBg/(86400d2/4), Bg=(psc/Tsc)(ZT/p) (2)、单位换算：dp:Pa=MPa。 思考题：R？,思考题：流动气柱和静止气柱能量方程的差别在何处？,微分式：,积分式： 思考题：0.03415和1.3241018是怎样得的？,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(Ttf+Twf)/

10、2, p(ptf+pwf)/2 Zf(p,T) 或 Z(Ztf+Zwf)/2,公式: 思考题：当qsc0时上式简化成什么公式？,(2)、流动气柱平均温度和偏差系数法假设条件 、稳定流动; 、单相气; 、vdv0; 、T常数; 、Z常数; 、f常数,、应用,(1)、静止气柱(qsc0)：由pts计算pws 关井：油管和套管都是静止气柱。由pts或pcs计算pws。 思考题：井中存在液柱怎么办？,当油管生产时，套管环空与井底相连，套管环空中为静止气柱。由pcs计算pwf。 当套管生产时：油管与井底相连，油管中为静止气柱。由pts计算pwf。,(2)、流动气柱(qsc0)：由ptf计算pwf 思考题

11、：当油管生产时，从套管和油管的气柱计算pwf时，谁精度高？,(3)、应用举例 已知ptf求pwf, 计算步骤： 、赋初值pwfptfptfH/12192 、计算T(Ttf+Twf)/2 、赋值pwf0pwf 、计算p(ptf+pwf)/2,、计算Zf(p,T), gf(p,T), Re ff(Re,e/d) 、计算S0.03415gH/ZT 、计算新pwf。 、判断pwf0pwf？成立则结束。否则转至,三、注气井,注气能量方程:,思考题：注气井井口ptf是否一定大于pwf？ 主要受什么控制？怎样控制？ 注意：摩阻压降方向与采气井的相反,控制pF 大小的因素： d和qsc的大小 注气井的间断现象

12、： 在某一注气量下，摩阻压降等于重力压降时，积分能量方程中的分母为0，在这段井筒内总压降为0。,四、凝析气的修正,思路：能量方程(SI单位制) 上式适用于单相流。对气液拟单相流应修正、v、。,、修正相对密度,思路： 相对密度定义式为wMw28.97 分子量Mwmwnt(mgmo)(ngno) 关键： 流体质量mg、mo 对应摩尔数ng、no,方法：讨论1m3油，气油比为R(m3m3)。 则在标准状态下: Vo1m3(油)，VgRm3(气) mgscVg1.205gR (密度：mV) moostVo1000o,ngmg/Mg1.205gR/28.97g R/24.04 nomo/Mo1000o/

13、Mo 相对密度: w(Rg830o)/(R24040o/Mo),思考题： 当R时，wg吗？ 对油气水三相流动，怎样推导m？,、修正两相Z系数(有三种方法) (1)、ZmpVnTRT。用实验求 (2)、干气校正图 (3)、复合气体法。用w计算Zmf(p，T，w),、流量校正： qTqscqoqEQ qEQ-1m3油气化后的体积 qEQno24.0424040o/Mo noKmol1m3(油),第三节 气液两相管流简介,重要性：四川89是气水气田，40.2是气水井 实验装置： 国内 有大庆陈家琅、长庆、中原、四川广汉 国外 美国Tulsa、法国、挪威,一、垂直两相管流流型（流态） 1、气液两相流：

14、 气体和液体两相混合物的同时流动。 举例：凝析气井、湿气井、水汽、水驱 2、流态定义：气液相间界面结构,3、流态分类： 泡流-液相连续，气相以小泡分散 段塞流-液相连续，气泡几乎堵塞管子 过渡流-从液相连续向气相连续过渡，不稳定 环雾流-液相以液滴形式分散在连续气相中的气液混合流动，存在气芯和液膜 在一些井中可能只存在一种或几种流态。,二、两相管流特性参数,两相流特点：存在流态和滑脱 、滑脱：气相比液相流动快。,静液中气泡上升。 静液中气泡上升速度流动时的滑脱速度,、持液率 定义式：HL单位管长液相体积单位管长总体积VLVT,讨论：当HL0，单相气流 当HL01， 气液两相流 当HL1， 单相液流 思考题：持液率与当地压力和温度是否有关？,、表观速度 定义：假设某相单独充满管子流动时的速度。,定义式：vsgqgA。 vsLqLA。 vsg-气相表观速度 vsL-液相表观速度,、无滑脱持液率 定义：气液不存在滑脱时的持液率。实际是不存在的。 定义式：LqL(qLqg) vsL(vsLvsg),、气液混合物密度 mLHLg(1HL) 无滑脱混合物密度： nLLg(1L),、真实速度 vgqgAg qg(1-HL)A vLqLAL qLHLA,、混合物速度 定义式：vm(qLqg)A vsLvsg,、滑脱速度 定义：气液相真实速度之差。 定义式：vsvgvL