2014年秋采油工程课程设计

采油工程课程设计课程设计姓名：xxx学号：057178中国石油大学（北京）石油工程学院2015年2月20日目录一、给定设计基础数据：........................................................................2二、设计计算步骤....................................................................................32.1基础数据计算与分析........................................................错误!未定义书签。2.2油井流入动态计算............................................................错误!未定义书签。2.3采油工程参数计算.............................................................错误!未定义书签。2.4抽油机校核.........................................................................................................72.5增产措施计算.....................................................................................................72.6注水措施建议......................................................................................................9一、给定设计基础数据：油管内径：59mm油层温度：70℃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管式泵径：56mm冲程：3m冲次；6rpm沉没压力：3MPa抽油杆：D级杆，使用系数SF=0.8，杆径19mm，抽油杆质量2.3kg/m二、设计计算步骤2.1基础数据计算与分析（1）计算井深：2000+78x10=2780m（2）计算油层静压：2780/100x1.0=27.8Mpa测试井底流压：井深×0.005+2，单位是MPa井深为2780m，则测试点流压为2780×0.005+2=15.9MPa2.2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，是按产量加权平均;预测产量时,按流压加权平均。(1)采液指数计算已知一个测试点：wftestP、txestq和饱和压力bP及油藏压力P。因为wftestPbP，1j=txwstwfestqPP=30/(27.8-15.9)=2.52/(d.Mpa)(2)某一产量tq下的流压Pwfbq=j(bPP1)=2.52x（27.8-10）=44.86t/dmozxq=bq+8.1bjP=44.86+2.52*10/1.8=58.86t/domzxq-油IPR曲线的最大产油量。当0qtbq时，令q1t=10t/d，则p1wf=jqPt1=23.83Mpa同理，q2t=20t/d，P2wf=19.86Mpaq3t=30t/d，P3wf=15.9Mpa当qbqtomzxq时，令q4t=50t/d,则按流压加权平均进行推导得：P4wf=f)(1jqPtw+0.125(1-fw)Pb[-1+8180()]tbomzxbqqqq=7.96Mpa同理q5t=60t/d，P5wf=3.67Mpa当qomzxqt时，1()(89)()omzxtomzxwwfwqqqfpfpJJ令q6t=61t/d，P6wf=1.7Mpa综上，井底流压与产量的关系列表如下：Pwf/Mpa23.8319.8615.911.867.843.671.7Q/(t/d)10203040506061得到油井的流入动态曲线如下图：图1油井IPR曲线2.3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：)17901)((21maxSNWWPLijrj（40）gLqWrjijrjijrj11（41）)(NZpLPPfW（42）式中：irq——第i级杆每米杆在空气中的质量，Kg/mriL——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；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；ijrjijrjWSNWP121min1790（43）)(11111jrrjijjijrjijrjffPWW（44）式中：令fr0=0Pj——第j级抽油杆底部断面处压力,Pa：)(])1([110jtt（45）Pt——井口油压，Pa;ρ0——地面油密度，kg/m3;fw——体积含水率，小数；应力范围比pL计算公式：minminmaxallPL（46）frPmaxmaxfrPminmin（47）抽油杆柱的许用最大应力的计算公式：SFTallmin)5625.04(式中：all——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;min——抽油杆最小应力，Pa；SF——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2抽油杆的使用系数使用介质APID级杆APIC级杆无腐蚀性1.001.00矿化水0.900.65含硫化氢0.700.50若抽油杆的应力范围比小于[pL]则认为抽油杆满足强度要求，此时杆组长度可根据[pL]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（[pL]＝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[pL]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212（外径73mm，内径62mm）。若泵径大于或等于70mm，则油管全用3（外径89mm,内径76mm），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3，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3油管长度比25mm杆长多10m。2.4抽油机校核1）最大扭矩计算公式min)(202.01800maxmaxPPSSM=18003+02023（29343.66-7149.68）=18849.55N.m2）电动机功率计算，143881000maxnMNt=100018849.55614388=7860.53W所以，可知电机的计算功率小于电机的额定功率，因而符合要求。2.5增产措施计算（1）泵效及其影响因素在抽油井生产过程中，实际产量Q一般都比理论产量Qt要低，两者的比值叫泵效，η表示，tQQ（50）（2）产量计算根据影响泵效的三方面的因素，实际产量的计算公式为lleaklPtBqBSSQQ（51）式中：Q——实际产量，m3/d;Qt——理论产量，m3/d;Sp——柱塞冲程，m；S——光杆冲程，m；SSp——抽油杆柱和油管柱弹性伸缩引起冲程损失系数；Bl——泵内液体的体积系数；β——泵的充满系数；qleak——检泵初期的漏失量，m3/d;1）理论排量计算SNfQpt1440=14000.001499936=37.80m3/d2）冲程损失系数SSp的计算根据静载荷和惯性载荷对光杆冲程的影响计算本设计按照油管未锚定计算。当油管未锚定时；)()21(3322112trrrlPfLfLfLfLSEWuSS由于只有一级抽油杆柱，所以公式简化为：211(1)()2lPrtWSLuLSSEff=2110.14781499.912001200(1)()232.06100.00149990.001521=1.018式中：u＝ωL/a=0.1478ω——曲柄角速度，rad/s；ω＝πN/30=π6/30=0.6283；a——声波在抽油杆柱中的传播速度，5100m/s；pflpinZlgfLfPPW)(=11060.0014999=1499.9NPZ——泵排出口压力，Pa；Pin——泵内压力，Pa；当液体粘度较低时，可忽略泵吸入口压力，故Pin≈PN；PN——泵的沉没压力，Pa；fp、fr、ft——活塞、抽油杆及油管金属截面积，m2；L——抽油杆柱总长度，m；ρl——液体密度，kg/m3;E——钢的弹性模数，2.06×1011Pa；Lf——动液面深度，m；L1、L2、L3——每级抽油杆的长度，m；fr1、fr2、fr3——每级抽油杆的截面积，m23)充满系数β的计算RKR11=0.4814式中：K——泵内余隙比；取0.1.R——泵内气液比；050)10()1)((TPZTPfRRRininWSP=565(5010)0.610351.660.96(31010)293=0.892PR=50，m3(标)/m3;SR=10m3(标)/m3;inP=3MPa;Wf=0.4；P0=105Pa;T0=293K；inT＝273＋t=351.66；Z=0.964）泵内液体的体积系数Bl00(1)(1)l=1.04625）漏失量的计算检泵初期的漏失量为)6(216003pleakDeVlPDeq=360.0440.000051021600(0.0440.000050.6)60.000531.50m3/d;D=0.044m；μ=0.00053Pa·s；l=1.5m;ΔP≈PZ—PN=106Pa；g=9.8m/s2；e=