采油工程课程设计2013春季学期

1采油工程课程设计任务要求中国石油大学（北京）远程教育学院2一、基础数据井深：2000+学号末两位×10m。例如:学号为214140001512，则井深=2000+12×10=2120m。油层静压：给定地层压力系数为1.0MPa/100m，即油层静压=井深/100×1.0MPa。例如：井深为2120m，则油层静压=2120/100×1.0=21.2MPa套管内径：0.124m油层温度：90℃恒温层温度：16℃地面脱气油粘度：30mPa.s油相对密度：0.84气相对密度：0.76水相对密度：1.0油饱和压力：10MPa含水率：0.4套压：0.5MPa油压：1MPa生产气油比：50m3/m3原产液量(测试点)：30t/d原井底流压(测试点)：井深×0.05+2，例如：井深为2120m，则测试点流压为2120×0.05+2=12.6MPa抽油机型号：CYJ10353HB电机额定功率：37KW配产量：50t/d泵径：44mm冲程：3m冲次；6rpm沉没压力：3MPa抽油杆：D级杆，使用系数SF=0.8，杆径19mm，抽油杆质量2.3kg/m3二、计算步骤及评分标准1、基础数据计算与分析（10分）根据学号计算井深和油层静压，根据给定基础数据分析该井采油工程的特点。2、画IPR曲线（10分）（1）采油指数计算；（2）画出IPR曲线；（3）利用IPR曲线，由给定的配产量计算对应的井底流压。3、采油工程参数计算（20分）若下泵深度为1500米，杆柱设计采用单级杆，其基本参数已给出，计算悬点最大、最小载荷计算、抽油杆应力范围比，并评价此抽油杆是否能满足生产要求。4、抽油机校核计算（20分）说明给定抽油机型号的参数，计算设计中产生的最大扭矩和理论需要电机功率，并与给定抽油机型号参数进行对比，判断此抽油机是否满足生产要求。5、增产措施计算（20分）由于油藏渗透率较低，需要对储层进行水力压裂，已知施工排量2方/分，裂缝高度15米，压裂液综合滤失系数分米/003.0，设计的压裂裂缝总长度为400米，试用吉尔兹玛公式计算所需的施工时间；如果平均砂液比为30%（支撑剂体积/压裂液体积），计算相应的支撑剂体积和压裂液体积。6、注水措施建议（10分）由于储层能量不足，需要采用注水方式补充地层能量，为了保护储层，请对注水措施提出建议（包括水质要求、水质处理、注入过程、与地层配伍性、五敏分析等）。7、书写格式（10分）（1）要求课程设计报告电子版页面A4型号，报告为封面、目录、设计详细内容（2）封面上写明课程名称、姓名、班级、学号、完成日期（3）目录列出正文中的一级标题和二级标题（4）正文宋体、小四、1.5倍行距、无段前段后，内容要有主要计算公式，体现数据代入的计算过程，逻辑性强，具有一定分析和认识。4特别提醒：1、井深和静压的计算与在正文中的引用出现矛盾时，该课程设计直接判定为“0分”；2、井深与静压与本人学号不对应按“0”分处理；3、所用基本参数不是给定值时按“0”分处理；4、只抄相关理论方法并没有代入数值，即便最后给出计算结果，也按“0”分处理；5、发现雷同设计时按“0”分处理；6、与本课程设计所要求内容不相关的报告按“0”分处理。5三、课程设计相关理论方法特别说明：一、以下理论与方法并不是课程设计中都涉及的内容，尤其是井筒流体参数的计算、井筒压力温度分布、下泵深度计算、泵出口压力计算等在设计中并没有要求，但在采油工程中它们属于基本的计算，提供给各位作为学习参考。二、课程设计要求中关于水力压裂计算和注水工艺要求的理论依据这里没有给出，请参考教材或者课件。本次采油工程课程设计的主要内容是进行有杆抽油生产系统设计，通过设计计算，让学生了解有杆抽油生产系统的组成、设计原理及设计思路。1．有杆泵抽油生产系统设计1．1有杆抽油生产系统设计原理有杆抽油系统包括油层，井筒流体、油管、抽油杆、泵、抽油机、电动机、地面出油管线直到油气分离器。有杆抽油系统设计就是选择合理的机，杆，泵，管以及相应的抽汲参数，目的是挖掘油井潜力，使生产压力差合理，抽油设备工作安全、高效及达到较好的经济效益。在生产过程中，井口回压hp基本保持不变，可取为常数。它与出油管线的长度、分离器的入口压力有关，此处取Mpaph0.1。抽油井井底流压为wfp向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力(或吸入口压力)np,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至zp,称为泵的排出口压力.在向上,为抽油杆油管间的环空流动.至井口,压力降至井口回压hp。(1)设计内容对刚转为有杆泵抽油的井和少量需调整抽油机机型的有杆抽油井可初选抽油机机型。对大部分有杆抽油油井。抽油机不变，为己知。对于某一抽油机型号，设计内容有：泵径、冲程、冲次、泵深及相应的板径、杆长，并求载荷、应力、扭矩、功率、产量等技术指标。6(2)需要数据井：井深，套管直径，油层静压，油层温度混合物：油、气、水比重，油饱和压力生产数据：含水绿，套压，油压，生产气油比，原产量，原流压（或原动液面）。(3)设计方法这里介绍给定配产时有杆抽油系统的设计方法。首先需要获得油层的IPR曲线。若没有井底流压的测试值，可根据测试液面和套压计算得井底流压，从而计算出采液指树及IPR曲线。1）根据测试液面计算测试点流压从井口到井底可分为三段。从井口到动液面为气柱段，若忽略气柱压力，则动液面顶端压力仍为套压。从动液面到吸入口为纯油柱段，可以将这一段分为许多小段，采用迭代压力方法可求出每小段油的密度，最后求出吸口处的压力。从吸入至油层中部分多相管流段。通过分小段计算多相管流压力分布，可求得测试点流压。2）根据测试点流压和产量计算IPR曲线3）给定配产量时有杆油油井设计步骤（简化设计方法）a．利用IPR曲线，由给定产量'Q计算流压。b．按'Q由流压向上进行多相管流计算，得不同深度处的压力分布。一般分若干小段进行压力分布计算。为了计算简便，此处可按深度增量迭代方法分两段计算。若井底流压WFP高于饱和压力bp，则以饱和压力点bp为分界线分为两段，wp从到bp为一段，从bp到零为一段。若井底流压wfp底于饱和压力bp，则以2/wfp为分界线分为两段，从wfp到2/wfp为一段，从2/wfp到零为一段。c．根据泵沉没压力内插确定泵深；d．初选杆、管直径，按'Q由井口向下进行杆、管环空压力分布计算，得不同深度处的压力分布，为了简化计算，给定压力分布；e．对某一抽汲参数组合：泵径、冲程、冲次、泵沉没压力，计算液柱载荷，设计抽油杆柱；f．计算扭矩和需要电机功率等校核抽油机：g．计算泵效：从而计算出产量Q7h．判断''''QQQ。若不成立，则换另一组抽汲参数，转第e步；若成立转第i步。i．计算举升效率。j．通过计算多组抽汲参数的产量，最后得到产量比配产高但最接近且经济、技术指标较好的抽汲参数组合。1.2油井流入动态计算油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油的能力，从单井来讲，IPR曲线表示了油层工作特性。因而，他既是确定油井合理工作方式的依据，也是分析油井动态的基础。本次设计油井流入动态计算采用Petrobras方法。Petrobras方法计算综合IPR曲线的实质是按含水率取纯油IPR曲线和水IPR曲线的加权平均值。当已知测试点计算采液指数时，是按产量加权平均；当预测产量或流压加权平均。（1）采液指数计算已知一个测试点；wftestp、txstq和饱和压力bp及油藏压力p。1)如果bwftestpp则wftestnestppqj11（1）2)如果bwftestpp采液指数)()8)(1(11wfxetswbbwtxestppfALpppfqj（2）式中，)(8.0)(2.01bwfxetsbwfxstppppAtxestq—对应流压wfxetsp时总产液量；wf—含水率，小树：omzxq—油IPR曲线的最大产油量。8（2）某一产量tq下的流压wfp)(bttppjq（3）8.1bbomzxjpqq（4）1)若tqq10则jqpptwf1（5）2)若omzxtqqq1则按流压加权平均进行推导得；])(80811[)1(125.0)(max111bobb（6）3)若1qqomzx，则综合IPR曲线的斜率可近似常数。jfqqjqpfpwomzxomzxwwf)98)(()(11（7）1．3流体物性参数计算方法（1）原油密度计算ogsooByRyp)10206.1(10003（8）式中，op—在压力P及温度T下的原油密度，3mkg；oy—地面条件下的原油相对密度：SY—地面条件下的气相对密度：sR—在压力P及温度下的溶解油汽比，33mm：oB—在压力P及温度T下的原油体积系数，33mm。（2）原油的API度913151415oAPIyy（9）式中，APIy—原油的API度。（3）原油体积系数的计算175.1000147.0972.0FBo（10）式中，4025.2615.5tyyRFogs（4）溶解油气比的计算1）当15APIy时，使用standing的相关式2048.16)100558.8(17812.0AgSpyR（11）式中，)328.1(00091.00125.0tyAAPIT—温度，℃；P—泡点压力（在多相管流中取计算段的平均压力P），Pa。2）当15APIy时，使用Lastater的相关式ngngooSyymyR123650（12）式中，om—地面脱气原油的有效分子量；ngy—天然气的摩尔分数。其中，om和ngy可以通过差图来获得。为便于计算，我们可以采用以下公式计算om和ngy。om的计算当3.38APIo时)1346ln(6631.001.210APIym（13）当3.38APIo时0943.0933.61APIoym（14）ngy的计算；10首先计算泡点压力系数；)273(100558.85typxgg（15）当448.3gx时5967.0ln3531.0gngxy（16）当448.37.0gx时1223.0ln2401.0gngxy（17）（5）油水混合液体的密度)1(（18）式中，wf——体积含水，小数。（6）液体黏度1）原油黏度“死油”（脱气油）黏度1000110xod（19）163.1)8.132(tyx式中，210yAPIyz02023.00354.3“活油”（饱和油）黏度；1000)1000(BODODA（20）式中，515.0)100615.5(715.10SRA338.0)150615.5(44.5SRBOOD,—原油死油与活油黏度，sPa。2）水的黏度1000252)8.132(10982.1)8.132(10479.1003.1ttwe（21）式中，w—水的黏度，sPa113）液体的黏度)1(（7）油、天然气的表面张力1000)](267.0)328.1(047.04.42[710015.1peytAPIog（22）式中，og—油、气的表面张力，mN；（8）水、天然气的表面张力}][2068.1248{)78.137(78.137)33.23()(tt（23）其中，10007671062575.3)33.23(pe1000107018.85.527)78.137(p式中，)(t—温度为t℃时水、气的表面张力，mN；1．4井筒温度场计算根据经验公式计算沿井筒的温度分布：)(1LHBATAATAoroATAeLBHBtttt（24）)1(2WPATAFGKB10004246.51573.11GPeK241000LQG12式中，LQ——油井产液量，t/d；wF——重量含水率，小数；ot