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1、气液两相流井口压力折算理论及应用气液两相管流是一门新学科，不仅涉及到天然气的物性计算、气液两相管流 的流态变化、还涉及到井筒中的气液滑移及能量守恒方程等。将井口压力较为准 确地折算到井底，需要已知气体组份、井筒内温度分布、管道的粗糙度、气体与 液体产量变化、液体的密度及不同液体的含量等多项参数。以下我们将分别介绍 相关的内容。1 地层天然气的物性天然气是气态烃和一些杂质的混合物，天然气中常见的烃类组分是：甲烷(cH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10 )、戊烷(C5H12)、少量的巳烷(C6H14)、 庚烷(C7H16)、辛烷(C8H18)以及一些更重的烃类气体。天然气中
2、的杂质有二氧化碳(C2)、硫化氢(H2S )、氮()、水蒸汽(H2)等。天然气的有关性质是与这些单组分的物理性质有关。1、天然气的偏离因子(z)由分子物理学可知，理想气体的状态方程可以写成pv nRT (1-1)式中p- 气体压力，( Mpa ) ；v- 气体体积，( m3 )；n- 气体的摩尔量，( Kmol )；R- 气体常数， Mpa.m3/(Kmol.K) ；T- 气体的温度，( K )；方程(1-1)是理想气体方程，它的适用范围是压力接近于大气压，温度位常 温。在大多数情况下，不能将方程(1-1)直接应用于油藏中的天然气，因为天然 气是一种真实气体，并且地层中的天然气承受着高温高压。
3、为了也能使用方程 (1-1)这种简单形式的状态方程，可以将天然气的状态方程写成下面形式pv = znRT(1-2)方程(1-2)中，z是气体的偏差因子，也叫气体的偏离因子，它表示在某一温度和压力下，同一质量气体的真实体积与理想体积之比即：z = v / vai式中(1-3)va- 真实气体的体积， ( m3 )；vi- 理想气体的体积， ( m3 )方程(1-2)也可改写成：pv 二 zmRT / M(1-4)式中m- 气体的质量， ( kg ) ;M- 气体的分子量，( kg/kmol );式(1-4)也可改写成密度形式：pMZRT(1-5)式中Pg- 为气体密度， ( kg/m3 )；有时
4、，我们不知道天然气的组份，只知道天然气的相对密度丫g。气体的相对 密度定义为：在标准温度(293K)和标准压力(O.lOIMpa)条件下，气体的密度和干 燥的空气密度之比，即：Pg-Pair(1-6)P air- 干燥空气的密度；在标准状态下，气体和空气都可看成理想气体，因此气体相对密度又可写成pM / RT M MY =g pM / RT M 28.97air air式中Mair - 空气的分子量，可取28.97;为了求出气体的偏差因子z,就需要定义临界温度(TC )、临界压力(PC )及其 相关的术语，临界温度(TC ):是指气体高于这一温度(TC )时，不管压力多大，气体都不 能液化。临
5、界压力(PC ):是指在临界温度(TC )下，气相和液相相平衡时所施加的压 力，即对应于临界温度( TC )下的饱和压力。对比温度(Tr)及对比压力(pr):分别定义为：实际温度与压力及临界温度与临界压力之比，即：TT =；r Trpp =-rpC(1-8)由以上的公式和定义，可以归纳出求天然气的偏离因子(z)的步骤1)、已知气体组分：如果已知天然气的组分，可以根据每组分气体的临界压 力、临界温度来求出天然气的拟临界压力、拟临界温度p =厶 x ppci ci I(1-9)T x Tpci ci式中xi- 气体组分的摩尔含量;pci-第i种气体的临界压力(由表1-1给出)，(Mpa );ci
6、第i种气体的临界温度(由表1-1给出)，(K );常见烃类及非烃类气体的各项物性见表(1-1)。表1-1、烃类及非烃类气体物性组分名称代号分子式分子量M临界压力 PC ( Mpa )临界温度T ( K )C甲烷C1CH416.0434.6408190.67乙烷C2CH2 630.0704.8835305.50丙烷C3CH-844.0974.2568370.00异丁烷i-C4i-CH41058.1243.6480408.11正丁烷n-C4n-CH4 1058.1243.7928425.39异戊烷i-C5i-CH51272.1513.3336460.89正戊烷n-C5n-CH51272.1513.
7、3770470.11正巳烷n-C6n-CH61486.1783.0344507.89正庚烷n-C7n-CH7 16100.2052.7296540.22正辛烷n-C8n-CH8 18114.2322.4973569.39正壬烷n-C9n-CH920128.2592.3028596.11正葵烷n-C10n-CH10 22142.2862.1511619.44空气AirN O 2 228.9643.7714132.78二氧化碳CO2CO-244.0107.3787304.17氦气HeHe4.0030.22895.278氢气H2H22.0161.303133.22硫化氢HS2HS234.0769.0
8、080373.56氮气N2N228.0133.3936126.11氧气O 一2O 一231.9995.0807154.78水蒸汽HO2HO218.01522.1286647.332)、未知气体组分：如果未知气体组分，但天然气的相对密度已知，可以用以下的经验公式，计算天然气的拟临界压力和拟临界温度。a)、对于干气:(Y 三 0.7)gp 二 4.8815 - 0.3861丫(1-10a)(1-10b)pcgT 二 92.2222 + 176.6667丫pcgp 二 4.7780 - 0.2482丫pcg ( y 0 7)T 二 92.2222 + 176.6667yv g 7pcg也可以用Sta
9、nding公式，去计算干气的拟临界压力(ppc)和拟临界温度(Tpc)p 二 4.6677 + 01034y - 0.258y 2(1-10c)pcggT 二 933333 +1805556y - 69444y 2 pcggb)、对于凝析气：三 0.7)(1-11a)7)p 二 5.1021 - 0.6895ypcgT 二 132.2222 + 116.6667ypcgp 二 4.7780 - 0.2482ypcgT = 1061111 + 152.2222ypcg也可以用St anding公式，去计算凝析气的拟临界压力和拟临界温度p 二 48677 - 03565y - 0.07653/ 2
10、pcggT 二 1038889 +1833333/ - 39.7222/ 2pcgg(1-11c)3)、酸性气体的校正：如果天然气中含有H2S和CO2，就需要对求出的拟临界压力(PPc )和拟临界温度(Tpc)进行酸性气体的校正，校正后的拟临界压力(PPc)和拟临界温度(Tp；)可由下式给出:pc pcp T pc pcppc T + (B B2 )pc = 6667 L A + B)0.9 (A + B)i.6 + 833( B0.5 B4)(1-12)(1-12a)(1-12b)式中AC2的摩尔组分;BH2s的摩尔组分;4)、求偏离因子z：得到校正后的拟临界压力(pPc)和拟临界温度(Tp
11、c)后, 可以用下式得到给定温度及压力下的拟对比临界温度(Tpr)及拟对比临界压力( ppr)T 二 T / Tprpcp 二 p / pprpc(1-13)利用式(1-13)计算出拟对比临界温度(TpJ及拟对比临界压力 st anding-ka tz图版查出z值或使用下式求出z因子：( AA、=1 + A 2 3I 1 T八丿prpr( p pr ) 后，使用AA、5 +6TT 3丿pr prPR(1-14)式中p 二 0.27p /(zT )Rpr prA1=0.3151；A2=1.0467；A3=0.5783A4=0.5353A5=0.6123；A6=0.68152、天然气的压缩系数(C
12、g)(1-15)(1-16)=nRT座凹二p2(1-17)天然气的压缩系数定义为：在恒温条件下，随压力变化的单位体积变化量。它是气藏试井分析中的一个重要的参数，其数学形式可写成_1 ( dv Cg = v l乔丿T式中：v- 为气体体积， ( m 3 ) ；P -为压力，(Mpa )；C g- 是天然气的压缩系数， ( 1/Mpa )；根据天然气的状态方程(1-2)，我们可以得到体积vv = nzRT / p于是(內/无)丁可写成:(1-18)(1-19)dp1pr =dpp pc将式(1-19)、(1-20)代入式(1-18)，我们得到11 dz 1(1-20)Cgp z d p ppr p
13、c(1-21)T将式(1-16)、(1-17)代入(1-15)，得到1 1 dzC =g p z dpdz方程(1T8)中Qp也可写成:dzdz dp=prdpdpdppr根据方程(1-13)，我们有于是有：11 dzC = C p=-pr g pc pz dpprpr式中：C pr- 为拟对比气体压缩系数；因此，根据方程(1-22)和方程(1-14)，就能得到气体压缩系数C 3、天然气的体积系数(Bg)天然气的体积是在地面标准条件下计量的，而在试井分析中，我们需要知道 在地层压力和地层温度条件下的气体体积。因此，就需要将地面标准条件下的天 然气的体积换算到地层条件下的气体体积，这一换算系数即为天然气的体积系数 天然气的体积系数(Bg )定义为：在地层条件下，某一摩尔量气体占有的实际体 积除以在地面标准条件下一摩尔气体占有的体积。根
