采气工（上册）所有公式一、天然气的主要物理—化学性质1、密度单位体积天然气的质量叫密度。

其计算式为：Pg=m/V式中 Pg——密度，（kg/m³）；m ——质量，kg；V ——体积；m³。

气体的密度与压力、温度有关，在低温高压下与压缩因子Z有关。

2、相对密度相同压力、温度下天然气的密度与干燥空气密度的比值称为天然气的相对密度。

其计算式为：G=Pg/P式中 G=天然气相对密度；Pg=天然气密度，kg/m³；P=空气密度，kg/m³。

3、粘度天然气的粘度是指气体的内摩擦力。

当气体内部有相对运动时，就会因内摩擦力产生内部阻力，气体的粘度越大，阻力越大，气体的流动就越困难。

粘度就是气体流动的难易程度。

动力粘度：相对运动的两层流体之间的内摩擦力与层之间的距离成反比，与两层的面积和相对速度成正比，这一比例常数称为流体的动力粘度：μ=Fd/υA式中μ——流体的动力粘度，Pa·s；F ——两层流体的内摩擦力，N；d ——两层流体间的距离，m；A ——两层流体间的面积，㎡；υ——两层流体的相对运动速度，m/s。

粘度使天然气在地层中、井筒和地面管道中流动时产生阻力，压力降低。

4、气体状态方程在天然气有关计算中，总要涉及到压力、温度、体积，气体状态方程就是表示压力、温度、体积之间的关系，用下式表示：pV/T=p1V1/T1式中 P ——气体压力，MPa ；V ——气体体积，㎡；T ——气体绝对温度，K；P1，V1，T1——气体在另一条件下的压力、体积、温度。

天然气为真实气体，与理想气体的偏差用气体偏差系数（也称压缩因子）“Z”校正；PV/T=P1V1/ZT1式中Z——气体偏差系数。

偏差系数是一个无量纲系数，决定于气体的特性、温度和压力。

根据天然气的视对比温度Tr，视对比压力Pr,可从天然气偏差系数图中查出：Tr=T/TePt=P/Pe式中 Tr——视对比温度；Te——视临界温度，K；T——天然气温度，K；Pr——视对比压力，MPa；Pe——视临界压力，PMa；P——天然气压力，PMa。

5、天然气的含水量和溶解度(1)天然气的含水量天然气在地层中长期和水接触，含有一定量的水蒸气，把每立方米天然气中含有水蒸气的克数称为天然气含水量或绝对温度，用e表示。

一定压力、温度下,每立方米天然气中含有最大水蒸气克数称为天然气的饱和含水量，用e s表示。

当e小于e s时，天然气未被水蒸气饱和；e等于e s时，天然气刚好被水蒸气饱和，经过脱水处理的天然气e小于e s。

在一定条件下，天然气的含水量与饱和含水量之比称为天然气的相对湿度，用下式表示；μ=e/e s(2)天然气的溶解度在地层压力下，地层水中溶解有部分天然气，每立方米地层水中含有标准状态下天然气的体积数称为天然气的溶解度。

天然气在地层水中的溶解度可按下式计算；S2=S1(1-XY/10000)式中 S1——天然气在纯水中的溶解度，m3/m3,S 2——天然气在地层水中； X ——校正系数；Y ——地层水中含盐量，mg/L溶解的天然气会释放出来从而增加天然气储量。

在某些条件下，还会形成水溶性气藏。

二、气井工作制度的种类 1、定产量制度适用于产层岩石胶结紧密的无水气井早期生产，是气井稳产阶段常用的制度。

气井投产早期，地层压力高，井口压力高，采用气井允许的合理产量生产，具有产量高，采气成本低，易于管理等优点。

地层压力下降后，可以采取降低井底压力的方法来保持产量一定。

定产量制度下的地层压力，井底压力，井口压力随时间的变化可按以下公式计算。

地层压力：gf i uprq .t p =p -q井底流动压力：wf p井口流动压力：wh p式中 P i ——原始地层压力，MPa ；P f ——t 时间的地层压力，MPa ； q g ——气藏的日产量，104m 3/d ；t ——气藏压力由P i 降到P f 的累计生产时间，d ； P wf ——t 时间的井底流动压力,MPa ； a ，d ——二项式的系数；P wh ——t 时间的井口流动压力，PMa ； q upr ——单位压降采气量，104m 3/MPa ；0iupr iR Z q =p式中 R O ——气藏天然气原始储量，104m 3； Z i ——P pr 、T r 天然气的偏差系数； T i ——原始地层温度，K 。

g avg avg0.03415L s=T Z γ式中 g γ—— 天然气相对密度； L ——气层中部井深，m ； T avg ——井筒天然气平均温度，K ； Z avg ——井筒天然气平均偏差系数。

-1022avg avg 2s 51.32410fT Z =e -d θ⨯（1）式中 e ——自然对数（e=2.718）；f ——油管摩阻系数（50.3mm 油管f=0.0161，62mm 油管f=0.0151, 75.9mm 油管f=0.0145）；d ——油管内径，m 。

2、定生产压差制度气井生产时，地层压力与井底流动压力的差值称为气井生产差压。

使用于气层岩石不紧密、已垮塌的气井，以及有边底水的气井，防止生产差压过大，前者引起地层垮塌，后者引起边、底水浸染气层，过早出水。

按照气田（气藏）规定的日产量q gp （为常数），确定不同的生产时间t 时的气井产量q g ：g a q =-2b求不同时间的地层压力：gp f i uprq .t p =p -q或2gg f aq bq pp =2p 2p 2∆++∆∆求不同时间的井底压力： wf f p =p -p∆求井口流压：wh p式中：p ∆——气井生产差压，MPa 。

三、集输气管线1、集输气干线常用流量计算公式如下： 威莫斯输气计算公式83Q=5033.11d潘汉德输气计算公式（B 式）为222.530.51120.961p -p Q=11522Ed ZTL ∆（）式中 Q ——管线输气量，m ³/d ； 1p ——管线起点压力，MPa ；2p ——管线终点压力，MPa ；d ——管线内径，cm ； L ——管线长度，km ；T ——管线内天然气平均温度，K ；∆——天然气对空气的相对密度；Z ——管线内天然气的平均压缩因子； E ——输气管线的效率系数。

E 值可以实测，它决定于管线焊缝情况、管壁粗糙度、使用年限、清洁程度、管径大小等因素。

E 一般小于1。

外径大于325mm 的管线去E 为0.90～0.94；管径小于325取E 为0.85～0.90。

2、管径计算在已知天然气流量、天然气相对密度、起点与终点压力、管线长度需计算集气管线直径。

根据威莫斯公式可得：33281622124.0910()ZTL d Q p p -∆=⨯-3、起点和终点压力的计算当管径确定后，根据威莫斯公式起点压力、终点压力可按下面两式计算6220.5121633.94810[()]Q TLZp p d-⨯∆=+6220.5211633.94810[()]Q TLZp p d-⨯∆=-4、管径d 的影响当其他条件一定时管径和流量的关系可由下式表示：831122Q d Q d ⎛⎫= ⎪⎝⎭由上式可知，输气量与管径的8/3次方成正比。

若管径增加一倍，即212d d = , 则216.3Q Q =；增大管径是增加输气量最有效的办法。

5、管线长度L 的影响当其他条件一定时，管线长度和流量的关系可由下式表示：0.51122Q L Q L ⎛⎫= ⎪⎝⎭由上式可知，流量与管道长度的0.5次方成反比。

若管线长度减少一半，即122L T =，则211.41Q Q =。

6、温度T 的影响当其他条件一定时，天然气的温度和输气量的关系可由下式表示：0.51221Q T Q T ⎛⎫= ⎪⎝⎭温度（绝对温度）和输气量的0.5次方成反比，即管道中介质温度越低其输气量越大。

但过低的降低输气温度，会给工艺上造成一系列调整，在天然气的集输中，多采用常温输送。

输气温度往往受到当地气温的影响，况且降低输气温度后，对提高输气量仍不显著，如原输气温度为25℃，降低到15℃，则0.5212127325 1.017273151.017Q Q Q Q +⎛⎫== ⎪+⎝⎭=即当输气温度降低10℃，输气量仅提高1.7%。

7、起点压力1p 和终点压力2p 对输气量的影响当其他条件一定时，提高起点压力1p 或降低终点压力2p 的数值p ∆相同，则有22222121122222212122()+2()+2p p p p p p p p p p p p p p p p +∆-=∆+∆---∆=∆--∆将上述两式右边相减得2122()2p p p p ∆-+∆>0即22221212()()p p p p p p +∆->--∆。

因此增大起点压力1p 比减少同样数值的终点压力2p 更有利于输气量的增加。

8、采气管线通过量的计算当天然气中液体含量小于3340/cm m 时，可采用下式计算天然气通过量：0.52281235033.11Pp p Q d E TZL ⎛⎫-= ⎪∆⎝⎭式中PE ——流量校正系数。

其余符号同前。

对于水平管道，当天然气流速小于15m/s 时，流量校正系数PE 可用下式计算：10.3211.060.233P q E ϖ-⎛⎫=-⨯ ⎪⎝⎭式中1p ——天然气中液体含量，33/cm m ；ϖ——管线中天然气平均流速，m/s 。

当管线中天然气流速大于15m/s 时，确定流量系数P E 的近似值。

9、确定采气管线起点压力气井井口的天然气流动压力一般较高，以四川气田石炭系气藏的气井为例，一般都在15~50MPa 之间，采气管线起点压力需经节流控制来达到。

节流后的压力则要根据气田集气系统的压力来确定。

当采气量和管线的终点压力确定以后，采气管线的起点压力可用下式计算：0.56221216234.10510P Q p p ZTL d E --⎛⎫⨯ ⎪=+∆ ⎪⎝⎭10、管线沿程压力分布与管线平均压力（1）管线任意点的压力p χ在一水平管线上，设起点为A ，终点为B ，C 为管线上距离A 为χ处的任意一点，当起点压力为1p ，终点压力为2p ，管线长度为L ，管线输气量为0Q ，分别写出AC 和CB 的流量计算公式。

因两段通过的气量相等，即可得到C 点的压力为：P L χχ=用不同的χ值代入上式，就可得到不同点的压力。

（2）输气管线中气体的平均压力cp p当管线停止输气时，管线内高压端的气体很快流向低压端，起点压力逐渐降低，终点压力逐渐升高，管线压力逐渐达到平衡。

在压力平衡过程中，管线中有一点的压力是不变的，压力不变的这一点叫平均压力点。

平均压力是计算管线压缩系数和管道储气量及其他参数的重要参数。

若知道管线的起点、终点压力，即可用下式计算该管线的平均压力cp p ：2211223cp p p p p p ⎛⎫=+ ⎪+⎝⎭利用平均压力，可求得在操作条件下气体的平均压缩因子。