井筒压力分布计算设计与实现.doc

井筒压力分布计算设计与实现.doc

《井筒压力分布计算设计与实现.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《井筒压力分布计算设计与实现.doc（47页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

题目井筒压力分布计算

目录

第1章概述 1

1.1设计的目的和意义 1

1.2设计的主要内容 1

第2章基础数据 2

第3章能量方程理论 3

3.1能量方程的推导 3

3.2多相垂直管流压力分布计算步骤 6

第4章气液多相垂直管流压力梯度的摩擦损失系数法 8

4.1基本压力方程 8

4.2平均密度平均流速的确定方法 8

4.3摩擦损失系数的确定 11

4.4油气水高压物性参数的计算方法 12

4.5井温分布的的计算方法 16

4.6实例计算 17

第5章设计框图及结果 21

5.1设计框图 21

5.2设计结果 22

结束语 29

参考文献 30

附录 31

第1章概述

1.1设计的目的和意义

目的：

确定井筒内沿程压力损失的流动规律，完成自喷井系统从井口到井底的所有相关参数的计算，运用深度迭代方法计算多相垂直管流的压力分布。

意义：

利用所学的专业知识，结合已有的基础数据，最终计算井筒内的压力分布。

对于油气井的优化设计、稳产高产及测试技术的预测性与精确性具有重要的现实意义。

1.2设计的主要内容

根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成自喷井系统从井口到井底的所有相关参数的计算，最终计算井筒内的压力分布。

①计算出油井温度分布；②确定平均温度压力条件下的参数；

③确定出摩擦阻力系数；④确定井筒内的压力分布；

详见第四章。

第2章基础数据

数据表见下表（表2-1）

表2-1基础数据表

地面脱气原油密度

（kg/m3）

841

地层水比热

（J/kg℃）

4400

天然气密度

（kg/m3）

0.929

天然气比热

（J/kg℃）

2227

水密度

（kg/m3）

1000

天然气分类

（贫气或富气）

富气

水油比

（m3/m3）

0.1

井号

B1-112-P56

井口温度

（℃）

15

井深

（m）

1082

地温梯度

（℃/100m）

3.15

油管内径

（mm）

62

传热系数

（W/m℃）

2.75

油压

（MPa）

0.64

饱和压力

（MPa）

6.28

日产油量

（t/d）

40.5

原油比热

（J/kg℃）

2200

日产气量

（m3/d）

2444.7

第3章能量方程理论

3.1能量方程的推导

流体流动系统都可根据能量守恒定律写出两个流动断面间的能量平衡关系：

︱进入断面1的流体能量︱+︱在断面1和2之间对流体额外所做的功︱-︱在断面1和2之间耗失的能量︱=︱从断面2流出的流体的能量︱

根据流体力学及热力学,对质量为m的任何流动的流体，在某一状态参数下（P、T）和某一位置上所具有的能量包括：

内能U；位能mgh；动能；压缩或膨胀能。

据此，就可以写出多相管流通过断面1和断面2的流体的能量平衡关系。

为了得到各种管流能量平衡的普遍关系，选用倾斜管流。

（3-1）

式中—流体质量，公斤；

—流体体积，；

—压力，帕；

—重力加速度，；

—管子中心线与参考水平面之间的夹角，度；

—液流断面沿管子中心线到参考水平面的距离，，米；

图1-1流体流动示意图

—流体的内能，包括分子运动所具有的内部动能及分子间引力引起的内部位能以及化学能、电能等，焦尔；

—流体通过断面的平均流速，米/秒。

（3-1）式中，除了内能外，其他参数可用测量的办法求得。

内能虽然不能直接测量和计算其绝对值，但可求得两种状态下的相对变化。

根据热力学第一定律，对于可逆过程：

或

式中dq为系统与外界交换的热量；

dU和pdV分别为系统进行热交换时，在系统内所引起的流体内能的变化和由于流体体积改变dV后克服外部压力所做的功。

对于像我们这里所研究的这种不可逆过程来讲：

式中dqr—摩擦产生的热量。

若以dlw表示摩擦消耗的功，，则由上式可得：

或（3-2）

改写（3-1）式，可得到两个流动断面之间的能量平衡方程：

（3-1a）

将（3-1a）式写成微分形式：

（3-1b）

将（3-2）式代入（3-1b）式，并简化后得：

（3-3）

积分上式我们就可得到压力为P1和P2两个流动断面的能量平衡方程：

（3-3a）

取单位质量的流体m=1，将代入（3-3）式后得：

（3-3b）

式中ρ—流体密度，。

用压力梯度表示，则可写为：

（3-4）

由此可得：

式中——单位管长上的总压力损失（总压力降）；

——由于动能变化而损失的压力或称加速度引起的压力损失；

——克服流体重力所消耗的压力；

——克服各种摩擦阻力而消耗的压力。

令

则

根据流体力学管流计算公式

式中f——摩擦阻力系数；

d——管径，米。

在Z的方向为由下而上的坐标系中为负值，如果我们取为正值，则

（3-5）

（3-5）式是适合于各种管流的通用压力梯度方程。

对于水平管流，因θ=0，。

若用x表示水平流动方向的坐标，则（3-6）

对于垂直管流，,sinθ=1，若以h表示高度，则

（3-7）

为了强调多相混合物流动，将方程中的各项流动参数加下角标“m”,则

式中ρm——多相混合物的密度；

vm——多相混合物的流速；

fm——多相混合物流动时的摩擦阻力系数。

单相垂直管液流的；单相水平管液流的及均为零。

对于气-液多相管流，如果流速不大，则很小，可以忽略不计。

只要求得ρm、vm及fm就可计算出压力梯度。

但是，如前所述，多相管流中这些参数沿程是变化的，而且在不同流动型态下的变化规律也各不相同。

所以，研究这些参数在流动过程中的变化规律及计算方法是多相管流研究的中心问题。

不同研究者通过实验研究提出了各自计算这些参数的方法。

3.2多相垂直管流压力分布计算步骤

按气液两相管流的压力梯度公式计算沿程压力分布时，影响流体流动规律的各相物理参数（密度、粘度等）及混合物的密度、流速都随压力和温度而变，而沿程压力梯并不是常数，因此气液两相管流要分段计算以提高计算精度。

同时计算压力分布时要先给出相应管段的流体物性参数，而这些参数又是压力和温度的函数，压力却又是计算中要求的未知数。

因此，通常每一管段的压力梯度均需采用迭代法进行。

有两种迭代方法：

用压差分段、按长度增量迭代和用长度分段、按压力增量迭代。



用压差分段、按长度增量迭代的步骤是：



1）已知任一点（井口或井底）的压力作为起点，任选一个合适的压力降作为计算的压力间隔；

2）估计一个对应的长度增量,以便根据温度梯度估算该段下端的温度；

3）计算该管段的平均温度及平均压力，并确定在该和下的全部流体性质参数；

4）计算该管段的压力梯度

5）计算对应于的该段管长

；

6）将第5）步计算得的与第2）步估计的进行比较，两者之差超过允许范围，则以计算的作为估计值，重复2）～5）的计算，直至两者之差在允许范围内为止；

7）计算该管段下端对应的长度及压力

=,（i=1,2,3,…,n）

8）以处的压力为起点，重复第2）～7）步，计算下一管段的长度和压力，直到各段的累加长度等于或大于管长（≥L）时为止。

第4章气液多相垂直管流压力梯度的摩擦损失系数法

4.1基本压力方程

摩擦损失系数法计算压力梯度的基本方程：

式中　——计算段的混合物平均密度，kg/m3；

——计算段的混合物平均流速，m/s；

——计算段的摩擦损失系数，无因次；

D——管径，m；

g——重力加速度，9.807m/s2；

——计算管段的平均压力梯度，Pa/m。

如果用混合物流量表示流速，则上式可写成：

式中　q0——地面脱气原油的产量，m3/s；

Wt——随1m3地面脱气原油同时产出的油、水、气混合物的总质量，Kg/m3；其他符号及单位同前。

4.2平均密度、平均流速的确定方法

自喷井沿井筒自下而上各个流过断面处油、气、水混合物质量是始终不变的，而体积流量Qmt和平均流速逐渐增大，所以油、气、水混合物的重度逐渐减小。

但是，油井稳定生产时，单位时间内生产的地面（脱气）原油体积是不变的，并从生产日报表中直接查到。

为了找出油、气、水混合物的体积流量Qmt沿井筒的变化规律，取固定值1m3地面脱气原油的体积，作为研究混合液流的参考值，则有：

式中q0——产油量，m3/s；

Vt——在某压力和温度下，伴随每生产1m3地面脱气原油的油、水、气总体积m3，/m3,即：

地面每生产1m3脱气原油，在压力P和温度T下油应具有的体积，等于1m3脱气原油乘以该压力、温度条件下的体积系数。

Bo随压力P和温度T的变化关系，可由高压物性资料得出。

当地面每生产1m3脱气原油时，在压力P和温度T下，水应具有的体积可通过生产油水比Vw来表示。

生产油水比等于产油量比产油量，单位为m3/m3。

由于水压缩性很小，可以认为井筒内各流过断面处水的体积是不变的。

当地面每生产1m3脱气原油时，在压力P和温度T下天然气应具有的体积Vg可作如下分析，并通过气体状态方程式求得。

设Rp生产油气比，等于产气量比产油量，m3/m3；Rs溶解油气比，m3/m3。

即在压力P和温度T下，溶解在相当于1m3地面脱气原油中的天然气量。

所以原来在压力P和温度T时，伴随每生产1m3地面脱气原油的天然在标准状态下所占有的体积为：

但是，还需要气休状态方程式将Vg0换算到某压力P与温度T下的体积。

根据气体状态方程式，知：

式中P0——标况压力（绝对），100KPa；

T0——标况温度，293K；

Vg0——在标准压力和温度下的天然气的体积，m3；

P——压力（绝对），Pa；

T——温度，K；

Vg——在压力P和温度T下的天然气的体积，m3；

Z0、Z——气体在标准状态与某压力、温度下的压缩因子、无因次。

所以，当Z0=1时，由上式可整理得：

由上面两式可得出当地面每生产1m3脱气原油时，在压力P和温度T下，天然气（自由气）应具有的体积为：

综合以上的分析，当地面每生产1m3脱气时，在某流过断面处油、气、水混合物在压力P和温度T下的体积为：

当P1和P2相差不大时，可以用上式来计算某压力（P1和P2）和温度（T1和T2）范围内Vt的平均值。

只是上式中P应该采用P1和P2的平均值Pavg，T应该采用该温度范围的平均值Tavg。

其它随压力