【采油PPT课件】机械采油的计算公式及应用

17
2：某注水井油层中部深度为1000米，该注水井闸门关至水 表指针不动时的井口油压为3.7，求注水井启动压力(注入水 密度为1.05t ／ｍ3 ，重力加速度为 10m ／ s2)
解： P井口=3.7 MPa p液柱= ρgh=1.05*1000*10*1000 ／106 =1.05*10*1000／103 = 10.5 MPa P启动=P井口+P液柱 =3.7 + 10.5 = 14.2 MPa
η=V实/V理×100％
1）在泵效、理论排量计算公式涉及的六个参数中，只要知道其中四 个参数便可求出任意一个末知数。
2）利用理论排量公式可选择抽油井工作制度。
3）在计算泵效时，油井的实际产液量和理论排量单位必须统一。
4）在计算重量排量时，如题中没给出原油密度，一般情况下均按 0.86计算。
5）通过泵效的高低还可以判断油层的供液能力；判断油井参数选择 是否合理；判断深井泵的工作状况。
解：已知ρ混＝0.9ｔｍ3
＝700ｍ，H静＝400ｍ
求：P静？ P流？
P套＝1.0MPａ
H中＝1827ｍ H动
由P流压＝（H中-H动）× ρ混／100+ P套
＝（1827-700） × 0.9 ／ 100 +1.0
＝11.14（ Mｐａ）
P静压＝（H中-H静）× ρ混／100+ P套
＝（1827-400）×0.9／100+ 1.0
Q理= K×S光×n ×ρ混
排量系数K 。它是一个和泵径有关的 系数。
K= 1440×πD2／4
不同泵径截面积和日排量系数
泵径 （ｍｍ）
32
38
44
56
70
83
柱塞截面积 8.04
（ｃｍ2）
11.34 15.21
24.63
38.43
54.08
系数 1.16 1.63 2.19 3.54 5.54 7.79
8
二：流.静压计算及应用
油层 油层
9
管柱示意图
油层
油层
计 算 公 式
10
1：相关名词解释
油层 油层
动液面：油井正常生产时，所测油套环形空间内 的液面深度。
静液面：油井关井后，油套环形空间内液面恢复 到静止（与地层压力相平衡）后所测得 的液面深度。
套 压：它表示油套管环形空间内油和气在井口的 剩余压力又叫压缩气体压力。
力大小相等. ②物体浸在液体里受到的浮力大小决定于两个因素,一是液体的密度ρ液.二是物
体排开液体的体积V排,且由它们的乘积所决定. ③ 物体受到的浮力跟物体自身的重力、体积、密度无关，也与物体的形状无关.
当物体全部浸没在液体中时，物体受到的浮力不随物体所在的液体中的深度而改变 ，即与物体在液体中的深度无关，
P静上＝ P杆 ＋ P液
（抽油杆在空气中的重量）（柱塞以上环形空间内液柱的重量）
＝ｆ杆×L × ρ杆+（F活-ｆ杆）×L× ρ液
＝ｑ杆×L+ （F活-ｆ杆）×L× ρ液
P静上＝ P杆′+ P液′
（抽油杆在液体中的重量） （柱塞截面积以上液柱的重量）
打开，游动凡尔关闭吸液入泵，排液出井；柱塞下
行时，固定凡尔关闭，游动凡尔打开，泵内液体转
入油管 。
4
2) 理论排量概念：
抽油泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容 积，原油进泵和从泵内排出原油。
在理想的情况下，泵活塞上 、下一个行程所排出的液量等于活塞在 泵中所让出的体积。用公式表式如下：
机械采油几个计算公式及其应用
1
一：理论排量、泵效计算以及在生产中的应用
二：流.静压计算及应用 三：抽油机井悬点载荷计算
2
一：理论排量、泵效计算以及在生产中的应用
3
1)深井泵的工作原理：
柱塞上行：当柱塞上行时排出凡尔(游动凡尔) 在油管内液柱压力作用下而关闭，并排出柱塞冲程 一段液体。与此同时泵内压力降低，吸入凡尔(固 定凡尔)在环形空间的液柱压力作用下被打开，井 内液体进泵内，占据柱塞所让出的空间。
抽油杆在空气和不同比重原油中的重量公称直径直径毫米截面积平方厘米每米抽油杆的重量kgm在空气中在比重08的原油中在比重086的原油中在比重09的原油中58162001641471461453419285230206205204782238030727627327225491417374371370321已知某井使用的抽油杆直径为25mm泵挂深度为1000米该井含水率为80原油相对密度为08tm水的相对密度为10tm的材料重度为781008110808096吨米9600牛顿米41000781031400254100078109
22
相关的知识
1、浮力的概念
(1) 浮力：浸在液体或气体里的物体，受到液体或气体对它向上托的力叫浮力，浮力的施 力物体是液体或气体.
(2) 浮力的方向：总是竖直向上的 (3) 浮力产生的原因：液体或气体对物体的上下表面的压力差是产生浮力的原因，如果 某 物体浸在液体中，其下底面与容器底紧密贴合，不受到液体向上的压力，只受液体向下的压 力，则该物体不受到液体对它的浮力作用.
所受到的摩擦力；泵的沉没压力和井口回压等。 动载荷：抽油杆和液体的惯性载荷；由于抽油杆的振动而引起的
振动载荷；由于液体和活塞运动速度不一致或泵充不满 而引起的冲击载荷等。
上述这些载荷同时作用在驴头，但最主要，最大的是抽油杆柱 和液柱的重力，其次是抽油杆柱的惯性力，因此，在计算中只考虑 这几种负荷是允许的.
式中ρ为液体密度,单位用kg/m3;g＝9.8N/kg;h 是液体内某处的深度单位用m; ρ为液体压强,单 位用Pa.
由公式p＝ρgh可知,
液体的压强大小只跟液体的密度ρ、深度h有关, 跟液体体积、容器形状、底面积大小等其他因素 都无关.
由公式p＝ρgh还可归纳出:当ρ一定,即在同一 种液体中,液体的压强p与深度h成正比;在不同的 液体中,当深度h相同时,液体的压强p与液体密度 ρ成正比.
V活＝F× S光＝ πD2／4 ×S光
式中 V活-------一个冲程的排液量 F---------活塞面积，ｍ2 S光------活塞的理论冲程（光杆冲程）长度ｍ D--------活塞直径m
光杆冲程：驴头由下死点移动到上死点所走过的距离。 冲数：是指抽油机驴头一分钟内上下往返的次数，次／分钟
泵的每分钟的排量为：
18
三：抽油机井悬点载荷计算
19
抽油机悬点的运动规律
b O a
A
B
l rD O’
抽油机四连杆机构简图：
游梁式 抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心 的连线做固定杆，以曲柄、连杆和游梁后臂为三 个活动杆所构成的四连杆机构。
20
抽油机悬点的运动规律
若r／l=0及r／b=0，即认为曲柄半径r比连杆长度L和 游梁后臂b小的很多，以致可以忽略不计，此时可以将此时 游梁和连杆的连接点B的 运动可以看做简谐运动。
ｎ＝（4× V理）／（ 1440×πD2 ×S光杆） ＝（ 4× 111.4） ／（ 1440×３.１４ × ０.０７2 ×５） ＝４次／分
答：在现有的泵径和冲程组合下应选择4次每分钟的冲次才能满足预计产液量的需要。7
5)应用：
通过理论排量和抽油泵泵效公式不难看出：
V理= 1440×πD2／4×S光杆×n ×ρ混合液 (重量排量)
④阿基米德原理不仅适用于液体，还适用于气体.不过，由于大气的密度是变化 的，所以大气中物体受到的浮力也是变化的.
23
1： 静载荷 上冲程：因吸入凡尔打开，排出凡尔关闭，驴
头带动抽油杆柱和活塞以上液柱一起上行，因此，驴 头所承受的载荷是抽油杆柱在空气中的重力和活塞以 上抽油杆和油管环形空间液柱的重力。
95
70.85
10.2
6
3)抽油泵泵效：
指抽油泵的实际排量与泵的理论排量的比值。泵效的高低直接反映了抽油 泵工作状况的好坏和油井管理水平的高低。数学表达式：
η=V实/V理×100％
4)典型例题:
某抽油机井泵径70mm，冲程5m，该井在生产过程中抽油泵泵效为70％，
要使该井实际产液量达到78m3 / d，那么在现有的泵径和冲程组合及泵效前提下，
流 压：油正常生产时所测得的油层中部压力。
静 压：油井生产到某一阶段关井后，待压力恢 复到稳定时所测得的油层中部的压力。
沉没度：深井泵沉没在动液面以下的深度。
11
2）相关的知识：
如左图演示：观察小孔越低，水喷得越急。
上述实验表明：液体对容器侧壁有压强，压强 随深度的增加而增大。
液体压强的计算公式是： p＝ρgh
16
5)题库涉及的相关题型：
1：某注水井油层中部深度为1200米，关井72小时后测得 的井口压力为2.4MPa求地层静压？(注入水密度为1.05t ／ｍ3 ，重力加速度为 10m ／ s2)
解： P井口=2.4 MPa p液柱= ρgh=1.05*1000*10*1200 ／106 =1.05*10*1200／103 = 12.6 MPa P静=P井口+P液柱=2.4 + 12.6 = 15.0 MPa
12
例 题：
120
某圆柱形容器内装密度0.8ｔ／ｍ3的液体，高度 为120米，圆柱半径为2米，求容器底部受到的压强？
解：由p＝ρgh得
＝0.8*1000*9.8*120
＝940800（ｐａ）
因为：1Mｐａ＝106Pａ所以P＝940800 ／106 ＝0.9408 Mｐａ
由上式我们可以看出：ｇ我们常取10，所以上式中
0.8*1000*9.8*120／106可以写成0.8*120／100 静液柱压力= H液柱深度× ρ液体密度／100
得出 结果的单位为Mｐａ。
13
3）流、静压的计算公式
油层 油层
P流压＝（H中-H动）× ρ混／100+ P套
管 柱 图
P静压＝（H中-H静）× ρ混／100+ P套
14
例题：
某井油层中部深度为1827ｍ，动、静液面深度分别为700ｍ和400ｍ， 混合液密度为0.9ｔ／ｍ3，套压1.0MPａ，根据所给数据计算该井流、静 压。
＝13.84 （ Mｐａ）
15
4）启示：
1）流压的大小与油井生产有着直接的关系，对于自喷井来说：如果 流压低于井筒液注对井底的回压，那么油井就要停喷。对于抽油井来 说：正常生产时，如果井底流压高，油井生产能力就旺盛。 2）流压的高低与静压有着直接的关系，静压克服渗滤阻力流到井底 的压力就叫流压。 3）流压的大小可通过井口油嘴调节，放大油嘴流压下降，生产压差 增大，产量增加，但不是无限度的。 4）对易出砂的井来说，生产压差增大将使油井出砂加剧，所以在日 常管理中严禁随意放大生产压差采油。 5）静压的大小反映了油层能量的大小，如果注水开发油田注采比大 于1，此时目前地层压力大于原始地层压力，反之小于原始地层压力。 6）在流静压计算公式中因为流静压是靠动液面和静液面折算求出的， 所以知道了流 压和静压同样可以求出动、静液面深度；根据地饱压 差和流饱压差的概念，利用流静压计算公式还可折算出脱气点的位置
柱塞下行：由于上冲程末固定凡尔已关闭，柱
塞下行泵筒内液体受压缩，当泵内压力增高到大于
柱塞以上液柱压力时，游动凡尔被顶开，泵内液体
被转移入油管内。
这样，柱塞不断上下运动，吸入凡尔及排出凡尔
也不断交替关闭的打开，结果使油管内液面不断上
升，一直升到井口，排入出油管线。综上所述，深
井泵的工作原理可概括为，柱塞上行时，固定凡尔
应选择多大的冲次才能满足产液的需要。
解：已知：D＝70ｍｍ＝0.070ｍ，S＝5ｍ， η＝70%，V实＝ 78m3 / d 。求：
冲次？ 1）计算理论排量
由 η=V实/V理×100％可知 V理＝ V实/ η＝78 /70%＝111.4（ｍ3 / ｄ）
2）计算冲次 由V理=1440×πD2／4×S光杆×n 可知
V 分=πD2／4 ×S光杆×n
式中：V分--------泵的每分钟排量 n-----------冲数，次／分
5
泵每日的理论排量V理： V理=πD2／4×S光×n ×60×24 =1440 × πD2／4×S光×n
(体积排量)
Q理= 1440×πD2／4×S光×n ×ρ混 (重量排量)
为了加速对理论排量的计算，将上式简化为：
在上下死点处加速度的绝对值为最大。
21
悬点载荷计算
目的： 悬点载荷计算是选择抽油设备，以及绘制理论示功图的基 础知识。其是对抽油泵在工作过程中的悬点载荷变化有一 个清楚的概念，以利于油井管理和油井分析，并会计算悬 点载荷数值。
分 类：（1）静载荷（2）动载荷 静载荷：抽油杆柱和液柱的重力；抽油杆柱和液柱在运动过程中
2、阿基米德原理 (1)阿基米德原理：浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开
的液体受到的重力，阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体.
(2)数学表达式： F浮＝G排液＝ρ液gV排
3.运用此数学表达式时,要注意以下几点: ①物体浸在液体里受到的浮力大小是和被排开液体的重力相等,不是跟物体的重
抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小 在变化，而且方向也要发生变化。
上冲程的前半冲程为加速运动，加速度为正(加速度的 方向与运动的方向都向上)；后半冲程为减速 运动(加速度的 方向与运动的方向相反)。
下冲程只是改变了运动方向，前半冲程仍为加速运动 (加速度方向与运动方向相同，都是向下的)；后半冲程为减 速运动(加速度方向与运动方向相反)。