采油工程课程设计

采油工程课程设计指导书

中国石油大学（北京）

石油天然气工程学院

2013.3.5

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、泵、油管、抽油杆、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h p 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MPa p h 0.1 。

抽油井井底流压为wf p 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)n p ,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至z p ,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h p 。

(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、泵深及相应的泵径、杆长，并求载荷、应力、扭矩、功率、产量等技术指标。

(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，饱和压力

生产数据：含水率，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，从而计算出采液指数及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）给定配产量时有杆泵油井设计步骤（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wf p 高于饱和压力b p ，则以饱和压力点b p 为分界线分为两段，wf p 从 到b p 为一段，从b p 到零为一段。若井底流压wf p 低于饱和压力b p ，则以2/wf p 为分界线分为两段，从wf p 到2/wf p 为一段，从2/wf p 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"Q

h ．判断ε<-'

'

''Q Q Q 。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，它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，按产量加权平均。

⑴采液指数计算

已知一个测试点；wftest p 、txst q 和饱和压力b p 及油藏压力p 。 ①如果b wftest p p ≥则1nest

wftest

q J p p =- （1）

②如果b wftest p p < 采液指数 ()()

wftest

w b b w test

p p f A p p p f q J -+⎪⎭⎫

⎝

⎛+--=

118.11 （2）

式中，2)(

8.0)(

2.01b

wftets b

wftest p p p p A --=

test q — 对应流压wfxets p 时总产液量； w f — 含水率，小数：

omzx q — 油 IPR 曲线的最大产油量。 ⑵某一产量 t q 下的流压wf p 计算

()t b t q J p p =- （3） 1.8

b

omzx b Jp q q =+

（4） ① 若t q q <<10则

1t

wf q p p J

=-

（5） ② 若omzx t q q q <<1则按流压加权平均进行推导得；

1

1()0.125(1)[1wf w w b q p f p f p J =-

+-- （6）

③ 若1q q omzx <，则综合IPR 曲线的斜率可近似常数。

11()(89)

()omzx omzx

w wf w q q q f p f p J J

--=-

+ （7）

1．3 流体物性参数计算方法 (1) 原油密度计算

31000( 1.20610)

o s g o o

R B γγρ-+⨯⋅=

（8）

式中，o ρ—在压力P 及温度t 下的原油密度，3m kg ；

o γ—地面条件下的原油相对密度； g γ—地面条件下的气体相对密度；

s R —在压力p 及温度下的溶解油汽比，33m m ； o B —在压力p 及温度T 下的原油体积系数。 (2) 原油的API 度

141.5

131.5API o

y γ=

- （9）

式中，

API y —原油的API 度。

(3) 原油体积系数的计算

175.1000147.0972.0F B o ⨯+= （10）

式中， 5.615 2.2540F R t =+ (4) 溶解油气比的计算

①当15

1.20480.17812(8.055810)A S g R p γ=⨯⨯⨯ （11） 式中，)328.1(00091.00125.0+⨯-⨯=t y A API 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 。