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。
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。
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。