[科普中国]-气井井底压力

简介

在气井生产系统分析中，气层压力和井底流压是十分重要的数据。取得这些数据的途径，一是下入井下压力计实测；二是通过井口压力计算。1

对于一些高压气井，有时很难进行下压力计的操作。关井下压力计，井口压力高，防喷管上的密封容易刺坏;生产时气量太大，压力计下不下去，甚至造成多种事故。鉴于这些情况，除井下积液非下压力计实测外，干气井一般都是根据井口测压计算气层压力和井底压力。

计算气井井底压力分静止气柱和流动气柱两种计算方法。

气井关井时，油管和环形空间内的气柱都不流动。井口压力稳定后，录取井口最大关井压力，按静止气柱公式计算气层压力。

气井生产时，计算井底压力的方法视气井生产情况而定。一般而言，只要存在静止气柱和油管、套管之间没有封隔器封隔，尽可能用静止气柱公式计算井底压力，这是一条应该遵循的原则。

例如，如果油管采气、套管闸门关闭，油管与环形空间连通。通常，这种情况录取井口套管压力，仍按静止气柱计算井底流动压力;反之，环形空间采气而油管生产闸门关闭，油管与环形空间连通，录取井口油管压力后仍按静止气柱计算井底流动压力。

如果油管和环形空间同时采气或者井下有封隔器，这种情况下气井采气时找不到静止气柱，只能录取井口流动压力，按流动气柱公式计算井底流动压力。2

气体垂管流动气体从井底沿油管流到井口具有以下特点:

（1）从管鞋到井口没有功的输出，也没有功的输入，即dw=0;

（2）对于气体流动，动能损失相对于总的能量损失可以忽略不计，即vdv=0;讨论垂直管流，θ=90°，sinθ=1，dL=dh。

根据以上特点可以得出气体稳定流动能量方程式：

式中

p——压力，MPa;

h——垂向油管长度，m。

对上式分离变量积分可得：

已知井口条件下的诸参数，要计算井底压力，这实质上就是要对上式进行积分。从式中可以看到，方程左端的积分号有P，T和Z，直接积分是困难的。多少年来为求解这一积分，不少学者提出各自的假设力图简化求解，从而发表了许多计算井底压力的方法。2

静止气柱井底压力的计算对于静止气柱qsc=0，上述公式可以进一步化简为

采用Cullender-smith方法计算出平均温度、平均偏差系数后，通过运算即可得到静止气柱井底压力。

流动气柱井底压力的计算对于流动气柱，稳定流动能量方程式可写为：

同样采用Cullender-smith方法计算出平均温度、平均偏差系数后，通过运算即可得到流动气柱井底压力。由于解题步骤同静止气柱(qsc=0)。显然，也可用于流动气柱(qsc≠0)的井底压力计算。所以可以将Cullender-smith方法合编成一个程序。

一般来说Cullender-smith方法步骤简单、结果较精确，并特别适合用于地温梯度变化大，井底压力高于68.95MPa的高压气井。

静止气柱法与流动气柱法的比较由于油管或环形空间管壁长期与气、水接触，腐蚀、结盐、水垢等因素会促使管壁的绝对粗糙度变化很大，流动气柱公式中的摩阻系数难以准确确定。此外，如果气量计算不准确，油管没有下到气层中部，以及流动气柱公式中没有考虑动能项等原因，也影响并底流动压力的计算精度。故在试井工作中，如能取得静止气柱的测压资料，应该尽量利用静止气柱公式计算气井的井底流动压力。2

产水气井井底压力的计算前面所述的两种计算井底流动压力的方法，主要适用于不产水的纯气井。但是气井生产一段时间后不仅产水，而且往往产水量会逐渐增高，使纯气井变成气水同产井。因此，研究并建立气水同产井井底流动压力计算方法，在气井生产系统分析中具有十分重要的意义。

对于气水井，特别是产水量大的气井，前面介绍的计算方法已不适用，应在实验研究和多相流理论的指导下，建立气水井计算井底流动压力的新关系式。

1994年Davis和weidenr在实验室研究气液两相流至今，气液两相流的理论已发展成流体力学中的新分支。仅针对石油矿场垂直、气液两相流已发表的计算方法就很多。例如，Hagedorn和Brown法，Beggs和Brill法等。

与单相气流相同，可导出多相流的稳定流动能量方程式:

按一定的压力增量dp或管段长度增量d，逐步进行迭代计算，计算中需要估计压力增量所对应的管段长度(或管段长度增量所对应的压力增量)。然后按其管段上的平均压力和平均温度计算流体的物性参数和运动参数，经迭代直到计算值接近估计值为止。2