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式中, e 为管壁绝对粗糙度, m; Re 为判断流体流态
的 雷诺 数 。

当 Re [ 2 000 时, 属 于 层 流 ; 当 Re \

4000 时, 属于紊流; 2000 < Re < 4000 时, 属于过渡
流, 此时 f 取层流和紊流的加权平均值, 即

  f = Kf

1

+ ( 1- K) f

2

.

式中, f

1

, f

2

分别为层流和紊流的摩擦系数; K为权

值, 一般取 0. 1 ~ 0. 3 即可。

第 j 段井筒内气体的流量 q

scj

  q

scj

=

q

sc( j - 1)

+ q

scf j

, j X 1;

q

scfj

, j = 1.

2

  模型的求解

式( 1) 中的第 j 条裂缝底部的井筒压力近似取

  p

w f j

=

p

1j

+ p

2j

2

.

将计算摩擦压力降的式( 12) 和计算加 速压力

降的式( 13) , ( 15) 与式( 1) 联立, 由于没有引入新的
变量, 这样就会形成一个有 3N 个未知数、3N 个方
程的方 程组, 所以 此方 程组 可以 封 闭求 解。由 于

q

scfj

, p

1j

和p

2j

未知数间为复杂的非线性关系, 故可

采取迭代方法求解, 即先假定一组裂缝的产量初值

( 不妨假设初值 q

scfj

= 0) , 把这一组产量初值代入

式( 12) , ( 13) 和( 15) 中, 从第 N 条裂缝开始逆行计
算, 交替 利用式( 12) , ( 13) 和式( 15) , 逐次计 算出

p

1j

和p

2j

的一组值: p

2N

, p

1N

, ,, p

11

, 然后再将 p

1j

和 p

2j

的值代入 到式( 1) 中计算 q

scfj

, 如此 反复循

环, 直到满足一定的精度为止。最后求出气井的总产
量为

  Q

sc

=

E

N

j = 1

q

scfj

.

3

  实例计算及结果分析

长庆上古生界某气田, 地层厚度为 8 m, 水平渗

透率为 10 @ 10

- 3

Lm

2

, 地层压力为 27. 56 MPa, 井底

压力为 23. 56 M Pa, 地层温度为 80 e , 井筒半径为
0. 05 m, 井筒 长度 为 400 m, 管 壁粗 糙度 为 0. 15

mm, 气体相对密度为 0. 56, 气体粘度为 0. 022 mP a

# s, 气体压缩因子为 0. 957, 裂缝半长为 100 m, 裂缝

渗透率为 30 Lm

2

, 裂缝宽度为 400 m。

根据上述模型及其求解方法, 编制了产能计算

程序, 用此程序对实例进行了计算。当压开 3 条裂缝
并考虑水平井筒内的压力损失时, 产气量为 55. 648
@ 10

4

m

3

/ d; 若不考虑水平井筒的压力损失, 则产气

量为 55. 757 @ 10

4

m

3

/ d。

由此可以看出, 井筒内的压

力损失的确会降低水平井的产量。

表 1 列出了 3 条裂缝、不同井筒长度时的产气

量。

由表 1 看出, 当考虑井筒内的压力损失时, 每条

裂缝的产气量都有所下降。但是, 端部裂缝产气量仍
高于中部裂缝的产气量, 并且, 以根端裂缝的产气量
为最高, 这进一步说明前人所作的每条裂缝产量相
等的假设

[ 8~ 9]

是不符合实际的。

表 1

  每条裂缝的产气量

裂缝
位置

无井筒摩阻时裂缝产气量

/ ( 10

4

m

3

# d

- 1

)

L = 200 m

L = 600 m

有井筒摩阻时裂缝产气量

/ ( 10

4

m

3

# d

- 1

)

L = 200 m

L = 600 m

指端

17. 497 8

21. 562 3

17. 4682

21. 458 7

中部

14. 701 0

17. 849 1

14. 6801

17. 772 1

根端

17. 497 8

21. 562 3

17. 4827

21. 544 7

水平井筒内的压力分布如图 2 所示。在靠近指

端的地方, 压力变化较小, 越靠近根端, 压力变化越
大。

原因在于越靠近根端, 井筒内的气体流量越大,

管壁摩擦引起的压力损失以及由于裂缝流入气体造
成的动量变化引起的压力损失越大。

图 2

  水平井筒内压力分布

( N = 3)

总产量 Q

sc

与井筒长度的变 化关系见表 2( r

w

的单位为 m) 。从表 2 可以看出, 井筒长度相同时, 井
筒半径越小, 它对产能的影响越大, 并且, 当井筒半
径大到一定值( r

w

= 0. 1) 后, 井筒内压力损失所造

成的产量降低将不再明显, 表现为考虑压力损失与
不考虑时的产量几乎相同。这是因为没有补孔的压

裂水平井产量主要由裂缝决定, 在其他条件相同的
情况下, 井筒半径越小, 管内气体的流速也就相对越
高, 从而压力损失越大, 对水平井产量的影响就越明
显。

在同一井筒半径和裂缝条数下, 压裂水平井的产

量并非与水平段的长度成正比。当水平段长度达到
一定值后, 产量的增加将变得缓慢。这是因为井筒长
度越大, 气体在井筒内流动的距离就越长, 从而由于
摩阻造成的压力损失也就越大, 并且裂缝间干扰作
用也会随水平段长度的增加而减弱 因此 井筒长度

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