中国石油大学采油工程课程设计-—2013秋季学期 (1) 2

admin

采油工程课程设计-—2013秋季学期 (1) 2


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
为了避免雷同，每个同学的基础数据中的几个关键参数是不一样的，课程设计中的计算引用参数及结果也是不同的，因此，请特别注意计算并应用这几个参数，否则一定不及格。
   1、每个同学不同的关键参数
井深：2000+学号末两位×10，单位是m
例如: 学号为214140001512，则井深=2000+12×10=2120m
油层静压：井深/100×1.0，单位是MPa
例如：井深为2120m，则油层静压=2120/100×1.0=21.2MPa
测试井底流压：井深×0.005+2，单位是MPa
例如：井深为2120m，则测试点流压为2120×0.005+2=12.6MPa
2、每个同学相同的参数
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
测试产液量：30t/d
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 =0.8，杆径19mm，抽油杆质量2.3kg/m

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 ，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。
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。
1、 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； 、 和饱和压力  及油藏压力  。
①        如果 则                                    
②        如果
采液指数

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      



①若 则
                                                        
②        若 则按流压加权平均进行推导得；
              
  ③若 ，则综合IPR曲线的斜率可近似常数。
                     
2采油工程参数计算
    抽油杆柱设计的一般方法见《采油工程设计与原理》。之所以设计方法较复杂，原因之一是因为杆柱的最大、最小载荷与杆长不是线性关系。例如在考虑抽油杆弹性时的悬点载荷、在考虑杆柱摩擦时的悬点载荷公式与杆长不是线性关系。原因之二是因为杆、管环空中的压力分布取决于杆径，而杆柱的设计有用到杆、管环空中的压力分布。
    由于综合课程设计时间较少，所以这里提供一种简化杆柱设计方法。暂将杆、管环空中的压力分布给定（按油水两相、不考虑摩擦时的压力分布），杆柱的最大、最小载荷公式采用与杆长成线性关系的下面公式。它是针对液体粘度较低、直井、游梁抽油机的杆柱载荷公式。
   悬点最大、最小载荷的计算公式：



  式中： ——第i级杆每米杆在空气中的质量，Kg/m
         ——第i级杆杆长，m；
        i —— 抽油杆级数，从下向上计数；
        PZ——泵排出口压力，Pa，按（油藏压力-套压）/井深*下泵深度计算；
PN——泵的沉没压力，Pa；
N——冲次，rpm;
S——光杆冲程，m；
fP——活塞截面积，m2；
g——重力加速度，m/s2；


   式中：令fr0=0
        Pj——第j级抽油杆底部断面处压力,Pa：

       Pt——井口套压;
       ρ0,ρw——地面油,水密度，kg/m3;
       fw——体积含水率，小数；
       L----抽油杆总长度，m
       fr——抽油杆横截面积，m2；
应力范围比 计算公式：
                                         
   
    抽油杆柱的许用最大应力的计算公式：
式中： ——抽油杆许用最大应力，Pa；
      T——抽油杆最小抗张强度，对C级杆，T=6.3*108Pa,对D级杆T=8.1*108Pa;
       ——抽油杆最小应力，Pa；
       ——使用系数，考虑到流体腐蚀性等因素而附加的系数（小于或等于1.0），使用时可考表2来选值。
表   抽油杆的使用系数
使用介质        API  D级杆        API  C级杆
无腐蚀性        1.00        1.00
矿化水        0.90        0.65
含硫化氢        0.70        0.50
若抽油杆的应力范围比小于[ ]则认为抽油杆满足强度要求，此时杆组长度可根据[ ]直接推导出杆柱长度的显示公式。
对于液体粘度低的油井可不考虑采用加重杆，抽油杆自下而上依次增粗，所以应先给定最小杆径（19mm）然后自下而上依次设计。有应力范围比的计算公式即给定的应力范围比（[ ]＝0.85）计算第一级杆长L1，若L1大于等于泵深L，则抽油杆为单级杆，杆长为L，并计算相应的应力范围比，若L1小于泵深L,则由应力范围比的计算公式及给定的应力范围比计算第二级杆长L2，若L2大于等于（L-L1）,则第二级杆长为L2，并计算相应的应力范围比，若L2小于（L-L1）,则同理进行设计。在设计中若杆径为25mm仍不能满足强度要求，则需改变抽汲参数。在设计中若杆径小于或等于25mm并满足强度要求，则杆柱设计结束。此为杆柱非等强度设计方法。若采用等强度设计方法，则需降低[ ]重新设计杆的长度。
在设计抽油杆的过程中油管直径一般取 （内径62mm）。若泵径大于或等于70mm，则油管全用 （内径89mm），原因是作业时大柱塞不能下如小直径油管中；若采用25mm抽油杆，则相应油管直径应用 ，原因是25mm抽油杆节箍为55mm，与62mm油管间隙太小。当采用多级杆时 油管长度比25mm杆长多10m。
3、抽油机校核
1）最大扭矩计算公式

式中： ——最大扭矩，N•m;
——悬点最大载荷，N;
——悬点最小载荷，N;
S——冲程，m。
2）电动机功率计算，

式中：Nt——需要的电动机功率，W；
         n——冲数，rpm；
如果计算的最大扭矩超过抽油机所配减速箱允许的最大扭矩或计算电动机功率超过电动机额定功率则需改变抽油参数（fp，s，N及L）重行进行设计计算。
4、增产措施计算
请参照采油工程原理与设计（张琪2006年版）第六章水力压裂技术中内容P286-287。
5、注水措施建议
请参照采油工程原理与设计（张琪2006年版）第五章注水中内容。