气液两相流井口压力折算理论及应用.docx

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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()、乙烷()、丙烷()、丁烷()、戊烷()、少量的巳烷()、庚烷()、辛烷()以及一些更重的烃类气体。天然气中的杂质有二氧化碳()、硫化氢()、氮()、水蒸汽()等。天然气的有关性质是与

2、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：(1-1)式中p---气体压力，(Mpa)；v---气体体积，()；n---气体的摩尔量，(Kmol)；R---气体常数，[Mpa./(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。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(1-2)方程(1-2)中，z

3、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：(1-3)式中---真实气体的体积，()；---理想气体的体积，()；方程（1-2）也可改写成：(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：(1-5)式中---为气体密度，(kg/)；有时，我们不知道天然气的组份，只知道天然气的相对密度。气体的相对密度定义为：在标准温度(293K)和标准压力(0.101Mpa)条件下，气体的密度和干燥的空气密度之比，即：(1-6)---干燥空气的密度；在标准状态下，气体和空气

4、都可看成理想气体，因此气体相对密度又可写成：(1-7)式中---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()、临界压力()及其相关的术语，临界温度()：是指气体高于这一温度()时，不管压力多大，气体都不能液化。临界压力()：是指在临界温度()下，气相和液相相平衡时所施加的压力，即对应于临界温度()下的饱和压力。对比温度()及对比压力()：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：(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

5、气的拟临界压力、拟临界温度(1-9)式中---气体组分的摩尔含量;---第ｉ种气体的临界压力(由表1-1给出)，(Mpa);---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(Mpa)临界温度(K)甲烷16.0434.6408190.67乙烷30.0704.8835305.50丙烷44.0974.2568370.00异丁烷58.1243.6480408.11正丁烷58.1243.7928425.39异戊烷72.1513.3336460.89正戊烷72.1513.37704

6、70.11正巳烷n-86.1783.0344507.89正庚烷n-100.2052.7296540.22正辛烷n-114.2322.4973569.39正壬烷128.2592.3028596.11正葵烷142.2862.1511619.44空气Air28.9643.7714132.78二氧化碳44.0107.3787304.17氦气HeHe4.0030.22895.278氢气2.0161.303133.22硫化氢34.0769.0080373.56氮气28.0133.3936126.11氧气31.9995.0807154.78水蒸汽18.01522.1286647.332)、未知气体

7、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：(≥0.7)(1-10a)(<0.7)(1-10b)也可以用Standing公式，去计算干气的拟临界压力()和拟临界温度()(1-10c)b)、对于凝析气：(≥0.7)(1-11a)(<0.7)(1-11b)也可以用Standing公式，去计算凝析气的拟临界压力和拟临界温度(1-11c)3)、酸性气体的校正：如果天然气中含有和，就需要对