Расчётная формула для определения забойного давления в газовой скважине, работающей по фонтанным трубам, имеет вид
(7)
где QГ - дебит газа в стандартных условиях, тыс.м3/сут; l - безразмерный коэффициент гидравлического трения; D - внутренний диаметр фонтанных труб (эксплуатационных колонн), см; давление р в МПа.
Формулу (7) часто записывают в виде
(8)
где s - см. формулу (2); =
. (9)
Забойное давление по этим формулам определяют методом последовательных приближений, так как в формулу входит коэффициент zcp, для определения которого необходимо знать рз. Чтобы оценить zcp, значение рср
можно вычислить по формуле
(10)
В первом приближении рср=ру. Вычисленное значение рср подставляется в (801). Приближения выполняются до тех пор, пока относительная погрешность вычисления z соседних итераций не окажется меньше заданной величины e .
Коэффициент гидравлического сопротивления
Коэффициент гидравлического сопротивления l зависит от режима движения газа по трубе и поверхности стенок труб. При встречающихся на практике скоростях в газовых скважинах l зависит от числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости d . Значения этих параметров определяется по формулам
(11)
где К - температурный коэффициент, равный 1910 при 273 К и уменьшающийся с ростом температуры ( равен 1777 при Т=293 К), кг.с2/м4; Q - дебит газа, тыс. м3/сут.; lk - абсолютная шероховатость, мм; D - внутренний диаметр труб, см; `r - относительная плотность по воздуху.
Если режим ламинарный ( Re < 2300), то l не зависит о шероховатости и его определяют по формуле
l =64/Re. (12)
При турбулентном режиме течения l зависит от Re и d и его определяют по формуле
(13)
При больших скоростях (дебит больше значения минимального дебита Qmin) наступает турбулентная автомодельность и тогда l не зависит Re
(14)
В целом коэффициент сопротивления фонтанных труб, кроме шероховатости, зависит от местных сопротивлений и неровностей в местах их соединения, от наличия в потоке твёрдых и жидких примесей и других факторов. Сопротивление труб меняется в процессе эксплуатации скважины по мере изменения шероховатости поверхности труб. В области автомодельности для труб диаметром 63мм значения l колеблется в пределах 0.01 - 0.02 и при расчётах принимают равным 0.014.
При движении газа по затрубному пространству между обсадной колонной и фонтанными трубами забойное давление рассчитывается по формуле (7), в которой диаметр D заменяют эквивалентным диаметром
(15)
При одновременном движении газа по затрубному пространству и фонтанным трубам эквивалентный диаметр
(16)
В последних формулах: dвн, dн - внутренний и наружный диаметры фонтанных труб; D - внутренний диаметр эксплуатационной колонны.
Неизотермическое течение газа по стволу скважины
При изотермическом течении газа по стволу скважины забойное давление можно приближенно определить по формуле
(17)
где Тз, Ту - соответственно забойная и устьевая температура, К; L- глубина скважины, м.