课程方案——采油工程春季.doc
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1、采油工程课程设计任务要求中国石油大学(北京)远程教育学院一、基础数据井深:2000+学号末两位10m。例如,若学号为214140001512,则井深=2000+120=2120m矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。油层静压:给定地层压力系数为0.9MPa/100m,即油层静压为井深/1000.9MPa。例如,若井深为2120m,则油层静压=2120/1000.9=19.08MPa聞創沟燴鐺險爱氇谴净。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
2、生产气油比:50m3/m3原产液量(测试点):30t/d原井底流压(测试点):12MPa(根据测试液面计算得到)抽油机型号:CYJ10353HB配产量:50t/d泵径:44mm冲程:3m冲次;6rpm沉没压力:3MPa电机额定功率:37KW二、计算步骤及评分标准1、基础数据计算与分析(5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、根据测试点数据计算并画出IPR曲线(10分)1) 采油指数计算;2) 计算某一产量对应的井底流压,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、井筒多相管流计算(20分)1)由井底向上计算至泵入口处 由井底
3、向上计算至泵入口处,计算下泵深度Lp。采用深度增量迭代方法,首先估算迭代深度。在本设计中为了减小工作量,采用只迭代一次的方法。计算井筒多相管流时,首先计算井筒温度场、流体物性参数,然后利用Orkiszewski方法判断流型,进行压力梯度计算,最后计算出深度增量和下泵深度Lp。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。2)油管内由井口向下计算至泵出口处由井口向下计算至泵出口处,计算泵排出口压力PZ。采用压力增量迭代方法,首先估算迭代压力。同样为了减小工作量,也采用只迭代一次的方法。计算井筒多相管流时,首先计算井筒温度场、流体物性参数,然后利用Orkiszewski方法判断流型,进行压力梯度计算,最后计算出压力增量和
4、泵排出口压力PZ。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。4、悬点载荷及抽油杆柱设计计算 (10分) 主要包括悬点最大、最小载荷计算、杆应力范围比计算,为了减小计算工作量,杆柱设计采用单级杆设计(19mm)。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。5、抽油机校核计算(10分) 主要包括最大扭矩计算、需要电机功率计算。6、泵效计算(10分) 主要包括泵理论排量、冲程损失系数、泵充满系数、漏失量及实际泵产量和泵效计算。7、举升效率计算(10分) 主要包括液柱载荷、光杆功率、水力功率、地面效率、井下效率及系统总效率的计算。8、设计计算总结果(10分)要求列出设计结果表。基础数据设计结果班级配产量学号采油指数井深井底流压静压下泵深度油层
5、温度泵排出口压力含水率悬点最大载荷套压悬点最小载荷油压液柱载荷生产气油比泵效抽油机型号最大扭矩泵径光杆功率冲程水力功率冲次系统效率9、书写格式(15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。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。三、课程设计提交安排: 请按照要求完成课程设计,并在规定时间内在线提交。具体时间请见中国石油大学(北京)远程教育学院首页公告栏“2012春季学期作
6、业通知”及平台设置。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。特别提醒: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”。三、课程设计相关理论方法 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。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。1有杆泵抽油生产系统设计11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。鹅娅尽
7、損鹌惨歷茏鴛賴。 在生产过程中,井口回压基本保持不变,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。 抽油井井底流压为向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力(或吸入口压力),抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至,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。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。(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:預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。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
8、。(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。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。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
9、。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。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。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,由给定产量计算流压。b 按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。若井底流压高于饱和压力,则以饱和压力点为分界线分为两段,从 到为一段,从到零为一段。若井底流压底于饱和压力,则以为分界线分为两段,从到为一段,从到零为一段。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。c 根据泵沉没压力内插确定泵深;d 初选杆、管
10、直径,按由井口向下进行杆、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;贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。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h 判断。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
11、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。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。(1) 采液指数计算已知一个测试点;、和饱和压力及油藏压力。 如果则 (1) 如果采液指数 (2) 式中, 对应流压时总产液量; 含水率,小树: 油 IPR 曲线的最大产油量。(2) 某一产量 下的流压 (3) (4)若则 (5) 若则按流压加权平均进行推导得; (6) 若,则综合IPR曲线的斜率
12、可近似常数。 (7)13 流体物性参数计算方法 (1)原油密度计算 (8)式中,在压力P 及温度T下的原油密度,; 地面条件下的原油相对密度: 地面条件下的气相对密度: 在压力P及温度下的溶解油汽比,: 在压力P及温度T下的原油体积系数,。(2)原油的API度 (9)式中,原油的API度。(3)原油体积系数的计算 (10)式中,(4)溶解油气比的计算1)当时,使用standing的相关式 (11)式中, T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)当时,使用Lastater的相关式 (12)式中,地面脱气原油的有效分子量; 天然气的摩尔分数。 其中,和可以通过差图来获
13、得。为便于计算,我们可以采用以下公式计算和。的计算当时 (13)当时 (14)的计算;首先计算泡点压力系数; (15)当时 (16)当时 (17)(5)油水混合液体的密度 (18)式中,体积含水,小数。(6)液体黏度1)原油黏度“死油”(脱气油)黏度 (19) 式中, “活油”(饱和油)黏度; (20)式中, 原油死油与活油黏度,。2)水的黏度 (21)式中,水的黏度,3)液体的黏度(7)油、天然气的表面张力 (22)式中,油、气的表面张力,;(8)水、天然气的表面张力 (23)其中 , 式中,温度为t时水、气的表面张力,;14井筒温度场计算 根据经验公式计算沿井筒的温度分布: (24)式中,
14、油井产液量,t/d; 重量含水率,小数;恒温层温度,;油层温度,; H油层中部温度,m;L井筒中任意点深度,m。15 井筒多相流计算1.5.1井筒多相流压力梯度方程井筒多相管流的压力梯度包括:因举高液体而克服重力所需的压力势能、流体因加速而增加的动能和流体沿管路的摩阻损失,其数学表达式如下:蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 (25)式中为多相混合物的密度;为多相混合物的流速;为多相混合物流动时的摩擦阻力系数;d为管径;p为压力;h为深度;g为重力加速度;为井斜角的余角。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。1.5.2多相垂直管流压力分布计算步骤根据多相管流的压力梯度就可计算出沿程压力分布。由于多相管流中每相流体影响流动
15、的物理参数(密度、粘度等)及混合物密度和流速都随压力和温度而变,沿程压力梯度并不是常数。因此,多相管流需要分段计算,并要预先求得相应段的流体性质参数。然而,这些参数又是压力和温度的函数,压力却又是计算中需要求得的未知数。所以,多相管流通常采用迭代法进行计算。有两种不同的迭代途径:按深度增量迭代和按压力增量迭代。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。1)按深度增量迭代的步骤已知任一点(井口或井底)的压力作为起点,任选一个合适的压力降作为计算的压力间隔。一般选1.0MPa,具体要根据流体流量(油井的气、液产量)、管长(井深)及流体性质来定。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。估计一个对应的深度增量,以便根据温度梯度估算该段下端
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