东北石油大学石油工程课程设计采油工程部分井筒压力分

东北石油大学课程设计任务书

课程石油工程课程设计

题目井筒压力分布计算

专业石油工程姓名赵二猛学号100302240115

主要内容、基本要求、主要参考资料等

1.设计主要内容：

根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成自喷井系统从井口到井底的所有相关参数的计算，最终计算井筒内的压力分布。

①计算出油井温度分布；②确定平均温度压力条件下的参数；

③确定出摩擦阻力系数；④确定井筒内的压力分布；

2. 设计基本要求：

要求学生选择一组基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告的形式完成本专题设计，设计报告的具体内容如下：

①概述；②基础数据；③能量方程理论；④气液多相垂直管流压力梯度的

摩擦损失系数法；⑤设计框图及结果；⑥结束语；⑦参考文献。

设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范，论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。

3. 主要参考资料：

王鸿勋，张琪等，《采油工艺原理》，石油工业出版社，1997

陈涛平等，《石油工程》，石油工业出版社，2000

万仁溥等，《采油技术手册第四分册－机械采油技术》，石油工业出版社，1993

完成期限2013年7月1日—2013年7月20日

指导教师张文

专业负责人王立军

2013年6月25日

目录

第1章概述 (1)

1.1 设计的目的和意义 (1)

1.2 设计的主要内容 (1)

第2章基础数据 (2)

第3章能量方程理论 (3)

3.1 能量方程的推导 (3)

3.2多相垂直管流压力分布计算步骤 (6)

第4章气液多相垂直管流压力梯度的摩擦损失系数法 (8)

4.1 基本压力方程 (8)

4.2 平均密度平均流速的确定方法 (8)

4.3 摩擦损失系数的确定 (11)

4.4 油气水高压物性参数的计算方法 (12)

4.5 井温分布的的计算方法 (16)

4.6 实例计算 (17)

第5章设计框图及结果 (21)

5.1 设计框图 (21)

5.2 设计结果 (22)

结束语 (29)

参考文献 (30)

附录 (31)

第1章概述

1.1 设计的目的和意义

目的：确定井筒内沿程压力损失的流动规律，完成自喷井系统从井口到井底的所有相关参数的计算，运用深度迭代方法计算多相垂直管流的压力分布。

意义：利用所学的专业知识，结合已有的基础数据，最终计算井筒内的压力分布。对于油气井的优化设计、稳产高产及测试技术的预测性与精确性具有重要的现实意义。

1.2 设计的主要内容

根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成自喷井系统从井口到井底的所有相关参数的计算，最终计算井筒内的压力分布。

①计算出油井温度分布；②确定平均温度压力条件下的参数；

③确定出摩擦阻力系数；④确定井筒内的压力分布；

详见第四章。

第2章基础数据数据表见下表（表2-1）

表2-1 基础数据表

第3章 能量方程理论

3.1 能量方程的推导

流体流动系统都可根据能量守恒定律写出两个流动断面间的能量平衡关系： ︱进入断面1的流体能量︱+︱在断面1和2之间对流体额外所做的功︱-︱在断面1和2之间耗失的能量︱=︱从断面2流出的流体的能量︱

根据流体力学及热力学,对质量为m 的任何流动的流体，在某一状态参数下（P 、T ）

和某一位置上所具有的能量包括：内能U ；位能m g h ；动能2

2

mv ；压缩或膨胀能PV 。

据此，就可以写出多相管流通过断面1和断面2的流体的能量平衡关系。为了得到各种管流能量平衡的普遍关系，选用倾斜管流。

22

12

11112222mv mv U m Z PV q U m Z PV θθ+g sin ++-=+g sin ++22

（3-1）

式中 m —流体质量，公斤； V —流体体积，3米； P —压力，帕；

g —重力加速度， 2米秒；

θ—管子中心线与参考水平面之间的夹角，度；

Z — 液流断面沿管子中心线到参考水平面的距离，h Z θ=sin ，米；

图1-1 流体流动示意图

U —流体的内能，包括分子运动所具有的内部动能及分子间引力引起的内部位能以及化学能、电能等，焦尔；

v —流体通过断面的平均流速，米/秒。

（3-1）式中，除了内能外，其他参数可用测量的办法求得。内能虽然不能直接测量和

计算其绝对值，但可求得两种状态下的相对变化。根据热力学第一定律，对于可逆过程：

d d d q U p V =+或d d d U q p V =-

式中 d q 为系统与外界交换的热量；

d U 和p d V 分别为系统进行热交换时，在系统内所引起的流体内能的变化和由于流体体积改变d V 后克服外部压力所做的功。 对于像我们这里所研究的这种不可逆过程来讲：

r d d d d q q U p V +=+

式中 d q r —摩擦产生的热量。

若以d l w 表示摩擦消耗的功，r w d d q l =，则由上式可得：

d d d d w q U p V l =+-或d d d d w U q p V l =-+ （3-2）

改写（3-1）式，可得到两个流动断面之间的能量平衡方程：

2(sin )()02mv U mgZ PV q θ⎛⎫

∆+∆+∆+∆-= ⎪⎝⎭

（3-1a ）

将（3-1a ）式写成微分形式：

d d sin d ()d 0U mv v mg Z PV q θ+++∆-= （3-1b ）

将（3-2）式代入（3-1b ）式，并简化后得：

d d sin d d 0w V p mv v mg Z l θ+++= （3-3） 积分上式我们就可得到压力为P 1和P 2两个流动断面的能量平衡方程：

()2

1

2w d sin 02P P mv V p mgZ L θ⎛⎫+∆+∆+= ⎪⎝⎭

⎰

（3-3a ）

取单位质量的流体m =1，将1

V ρ

=

代入（3-3）式后得：

w 1

d d sin d d 0p v v g Z l θρ

+++= （3-3b ）

式中 ρ—流体密度，3公斤米。 用压力梯度表示，则可写为：