實驗講義2012版

1、采 油 工 程 實 驗曲占慶 戰(zhàn)永平 周童 溫慶志 編中國石油大學(華東)石油工程學院實驗教學中心2011年6月目 錄實驗一 垂直管流實驗1實驗二 抽油泵泵效實驗4實驗三 裂縫導(dǎo)流能力模擬實驗7實驗四 酸化壓裂教學實訓(xùn)11參考文獻14附錄15實驗一 垂直管流實驗一、實驗?zāi)康?1) 觀察垂直井筒中出現(xiàn)的各種流型，掌握流型判別方法；(2) 驗證垂直井筒多相管流壓力分布計算模型；(3) 了解自噴及氣舉采油的舉升原理。二、實驗原理在許多情況下，當油井的井口壓力高于原油飽和壓力時，井筒內(nèi)流動著的是單相液體。當自噴井的井底壓力低于飽和壓力時，則整個油管內(nèi)部都是氣-液兩相流動。油井生產(chǎn)系統(tǒng)的總壓降大部分是用

2、來克服混合物在油管中流動時的重力和摩擦損失，只有當氣液兩相的流速很高時(如環(huán)霧流型)，才考慮動能損失。在垂直井筒中，井底壓力大部分消耗在克服液柱重力上。在水平井水平段，重力損失也可以忽略。所以，總壓降的通式為：式中：-重力壓降；-摩擦壓降；-加速壓降。在流動過程中，混合物密度和摩擦力沿程隨氣-液體積比、流速及混合物流型而變化。油井中可能出現(xiàn)的流型自下而上依次為：純油流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。除某些高產(chǎn)量凝析氣井和含水氣井外，一般油井都不會出現(xiàn)環(huán)流和霧流。本實驗以空氣和水作為實驗介質(zhì)，用閥門控制井筒中的氣水比例并通過儀表測取相應(yīng)的流量和壓力數(shù)據(jù)，同時可以從透明的有機玻璃管中觀察相應(yīng)的流型。三

3、、實驗儀器(1) 儀器與設(shè)備：自噴井模擬器(使用方法參見附錄)，空氣壓縮機，秒表等；(2) 實驗介質(zhì)：空氣，水。(3) 設(shè)備的流程(如圖1所示)圖1-1 垂直管流實驗設(shè)備流程圖四、實驗步驟(1) 檢查自噴井模擬器的閥門開關(guān)狀態(tài)，保證所有閥門都關(guān)閉，檢查穩(wěn)壓罐的液位，如不足(穩(wěn)壓罐高度3/4)請打開穩(wěn)壓罐進液閥門加液使穩(wěn)壓罐的液位保持在穩(wěn)壓罐高度3/4液位；(2) 打開氣路閥門，保證氣路暢通后打開空氣壓縮機，向管路供氣；(3) 調(diào)整穩(wěn)壓罐定值器，保證穩(wěn)壓罐壓力表壓力不超過0.10MPa，打開穩(wěn)壓罐壓力閥門，等待壓力穩(wěn)定后打開液路閥，向系統(tǒng)供液；(4) 此時系統(tǒng)已經(jīng)開始同時供應(yīng)液體和氣體，待液面上

4、升至井口時，可以改變氣液閥門的相對大小，觀察井筒中出現(xiàn)的各種流型，調(diào)節(jié)到所需流型，待流型穩(wěn)定后開始測量；(5) 按下流量積算儀清零按鈕，同時啟動秒表計時，觀察井底流壓和氣體浮子流量計的示數(shù)。當計時到10秒時，記錄井底流壓、氣體流量、液體累計流量和所用時間；(6) 改變不同的氣液流量，重復(fù)步驟4到5記錄數(shù)據(jù)，一般取5組段塞流和5組泡流數(shù)據(jù)點。(7) 試驗結(jié)束，首先關(guān)閉液路，再關(guān)閉空氣壓縮機和總電源，等待氣體放空后再關(guān)閉面板所有閥門，最后清理實驗裝置，結(jié)束實驗。五、注意事項(1) 不要踩踏地面的各種管道；(2) 操作自噴井模擬器時要注意穩(wěn)壓罐中的液位，不要打空或溢出；(3) 觀察的浮子流量計和壓力

5、表示數(shù)應(yīng)讀取測量時間內(nèi)的平均值；(4) 浮子流量計的單位和流量積算儀的單位。(5) 注意流量積算儀清零的操作方法。六、實驗報告內(nèi)容(1) 寫出實驗?zāi)康?，簡述實驗原理?2) 簡述垂直井筒中各種流型的特征；(3) 用奧齊思澤斯基方法判斷各實驗數(shù)據(jù)點所屬的流型并與實驗觀察到的現(xiàn)象相對比，至少列出一個實驗數(shù)據(jù)點的判別過程。采油工程實驗原始數(shù)據(jù)記錄表垂直管流實驗 實驗時間姓名班級序號流 型10.1270.0821.2910300.1010段塞流20.1250.0821.2910200.1810段塞流30.1240.0811.2910100.4110段塞流40.1230.0811.2910100.541

6、0段塞流50.1240.0811.2910100.7110段塞流60.1240.0811.2910100.8710段塞流70.1240.0811.2910101.0110段塞流80.1240.0821.2910101.1210段塞流910111213141516171819202122232425計算所需參數(shù)：教師簽字：_實驗二 抽油泵泵效實驗一、實驗?zāi)康?1) 觀察抽油機、抽油泵的結(jié)構(gòu)和工作過程(機桿泵四連桿機構(gòu))；(2) 掌握泵效測量和計算的方法；(3) 觀察泵效和產(chǎn)氣量之間的關(guān)系；(4) 觀察氣錨的分氣效果；(5) 了解示功圖的測試及工況分析。二、實驗原理抽油泵的效率是分析抽油機井工作狀

7、況的重要參數(shù)，根據(jù)氣液混合物流過抽油泵的能量方程式和機械能守恒原理可以分析抽油泵的效率。泵的實際排量要小于理論排量，兩者的比值稱作泵容積效率，油田統(tǒng)稱泵效，也有稱作泵的排量系數(shù)，即：式中：-泵的實際排液量；-泵的理論排量；-泵效。式中：D-泵徑；S-沖程；n-沖次。影響泵的容積效率的因素是多方面的，如油桿、油管的彈性變形，液體漏失以及泵筒內(nèi)液體的充滿程度和液體在地層與地面體積的差異等。當有氣體進入泵中時，泵效由于氣體的影響而降低，增加氣錨裝置可將部分氣體分離到環(huán)形空間中，使泵效提高，通過測定油氣錨和無氣錨時的排量可計算出氣錨的分氣效果(泵效的相對減少量)：實驗用供液瓶代替地層供液，用小型抽油機

8、帶動活塞產(chǎn)液，由空壓機供氣。在油管出口用量筒和秒表計量實際排量。三、實驗設(shè)備及材料(1) 實驗設(shè)備：小型抽油機，深井泵模型，空壓機，閥組，空氣定值器，浮子流量計，供液瓶，秒表等。(2) 實驗介質(zhì)：空氣，水。四、實驗步驟(1) 記錄實驗深井泵的泵徑；(2) 移動支架使泵筒中心線是否與驢頭對準，檢查對應(yīng)泵筒的進氣管和進液管是否暢通；(3) 用手轉(zhuǎn)動皮帶輪帶動驢頭上下運動，記錄柱塞沖程；(4) 接通抽油機電源，測量沖次；(5) 用量筒和秒表在油管出口記錄實際排液量，重復(fù)三次；(6) 打開空壓機電源，調(diào)節(jié)空氣定值器旋鈕，將進入泵筒中的氣量定為0.2L/min，待產(chǎn)液穩(wěn)定后，記錄三次井筒的排量；(7)

9、打開空壓機電源，調(diào)節(jié)空氣定值器旋鈕，將進入泵筒中的氣量定為0.8L/min，待產(chǎn)液穩(wěn)定后，記錄三次井筒的排量；(8) 打開空壓機電源，調(diào)節(jié)空氣定值器旋鈕，將進入泵筒中的氣量定為1.6L/min，待產(chǎn)液穩(wěn)定后，記錄三次井筒的排量；(9) 關(guān)閉抽油機和空壓機電源，輕抬支架更換泵筒，更換對應(yīng)的進液管和進氣管；(10) 重復(fù)5-9步；(11) 清掃地面，實驗結(jié)束。五、注意事項(1) 不要觸摸運轉(zhuǎn)中抽油機的平衡塊和剎車；(2) 要保證泵筒中心線與驢頭對齊；(3) 開動抽油機前，一定要檢查相應(yīng)的供液管和供氣管是否暢通；(4) 不要無休止地擰空氣定值器的調(diào)節(jié)鈕；(5) 實驗過程中要注意觀察柱塞和凡爾的工作情

10、況；(6) 出現(xiàn)意外情況時先關(guān)閉電源。六、實驗報告(1) 簡述實驗?zāi)康呐c實驗原理；(2) 處理數(shù)據(jù)記錄表的數(shù)據(jù)，包括求理論排量、泵效和分氣效果；(3) 簡述抽油泵的工作原理，畫出抽油泵的工作過程簡圖；(4) 簡述氣錨的分氣原理；(5) 分析實驗結(jié)果(泵效與氣量的關(guān)系、誤差以及出現(xiàn)誤差的原因)。采油工程實驗原始數(shù)據(jù)記錄表抽油泵泵效實驗實驗時間姓名班級基礎(chǔ)參數(shù)泵徑(mm)沖程(cm)沖次(次/min)理論排量無氣錨泵序號123平均未通氣小氣量中氣量大氣量有氣錨泵未通氣小氣量中氣量大氣量教師簽字：_實驗三 裂縫導(dǎo)流能力模擬實驗一、實驗?zāi)康?1) 了解支撐裂縫導(dǎo)流能力隨閉合壓力變化的規(guī)律，以及相同閉合

11、壓力條件下不同鋪砂層數(shù)導(dǎo)流能力的差異；(2) 分別應(yīng)用達西公式和二項式公式進行計算，分析結(jié)果的異同點，并說明原因；(3) 熟悉裂縫導(dǎo)流儀的操作及實驗流程。二、實驗原理裂縫的滲透率可由氣體滲流的流量來反映，測量氣體在不同入口和出口壓力下的流量后，可通過氣體徑向滲流的達西公式來確定裂縫的導(dǎo)流能力。三、實驗儀器和材料(1) 儀器名稱：裂縫導(dǎo)流儀，包括以下組成部分：壓力試驗機；空氣壓縮機；定值器；精密壓力表；浮子流量計；巖心(鋼板)模；游標卡尺、電子天平。(2) 材料：不同產(chǎn)地的石英砂和陶粒。四、實驗步驟(1) 準備實驗工作 在附表1中記錄使用的支撐劑名稱、產(chǎn)地、粒徑及室內(nèi)溫度下的氣體粘度。 用游標卡

12、尺量出巖心模的外徑和孔眼的內(nèi)徑，記錄在附表1中，用作計算巖心模面積。 稱一定重量的支撐劑(記下支撐劑的顆粒直徑)均勻地鋪在巖心模面上，要保持單層。并按下式計算出支撐劑的濃度：支撐劑濃度=(g/cm2)，將此濃度值記入表1中。 將上巖心片(孔眼向下)放于下巖心片的上方，然后將上下巖心片放在試驗機下承壓板中心位置。 認真記錄試驗機載荷刻度盤上讀出加載值。 進氣口(下) (上)圖1 巖心模型(2) 巖心加壓 巖心放在下承壓板上，用手旋轉(zhuǎn)螺桿將上承壓板合并，壓住巖心模型，準備加載。 旋緊回油閥，按綠鈕開機器，用送油閥慢慢加壓，通過控制送油閥開啟程度控制加壓速度，當主動指針(黑針)轉(zhuǎn)到1.5噸(或1KN

13、)時,將送油閥放慢關(guān)閉維持此點上，將定值器打開使氣體進入浮子流量計中，同時浮子上升，調(diào)節(jié)定值器旋鈕，使浮子指示到流量計刻度的最高度值。 送油閥繼續(xù)開動，當指針加到所規(guī)定的噸數(shù)時，保持指針示數(shù)不變。同時讀出流量數(shù)Q和對應(yīng)的壓力P(精密壓力表示數(shù)),記錄在附表3中。 需要載荷分別依次加到3噸、5噸、(7噸)、10噸、(12噸)、15噸、(18噸)、20噸、25噸、30噸；或30KN、50KN、(70KN)、100KN、(120KN)、150KN、(180KN)、200KN、250KN、300KN讀出相應(yīng)的P，Q值，用達西公式計算。注意：在測點7、12、18噸(或70、120、180KN)處，保持載

14、荷不變，改變P(調(diào)定值器閥)，讀出Q，每測點共記5組數(shù)據(jù)于表2中，用于二項式公式計算。 試驗結(jié)束后，關(guān)送油閥，按紅鈕關(guān)電源，慢慢打開回油閥卸載，將巖心取出，觀察支撐劑破碎情況。 雙層支撐劑測定：將重量為巖心上鋪設(shè)單層時支撐劑重量二倍濃度分量的支撐劑鋪于巖心表面，依次按步驟(2)進行操作，測出不同載荷下的P及Q值記入表3、表2中。五、實驗結(jié)果計算(1) 閉合壓力計算= (kg/ cm2) (a)(2) 計算裂縫導(dǎo)流能力 (m2cm) (b)式中：-氣體流量，cm3/s；-氣體的粘度，mPa·s；-流量計進口處壓力，atm；-巖心出口處壓力，atm；-氣體平均壓力，；-巖心的外部半徑，c

15、m；-巖心孔眼半徑，cm；-裂縫的導(dǎo)流能力，m2cm。六、實驗結(jié)果分析(1) 計算出各個值；(2) 給出鋪有單層及雙層支撐劑下導(dǎo)流能力與閉合壓力的關(guān)系曲線；(3) 對實驗結(jié)果進行分析。七、實驗報告要求 (1) 實驗?zāi)康募皩嶒炘恚?2) 給出實驗數(shù)據(jù)；(3) 給出計算公式，代入數(shù)據(jù)，寫簡單計算過程；(4) 給出與的關(guān)系曲線，要求用小方格紙作；(5) 給出實驗流程示意圖(用方框圖表示)；(6) 分析公式(b)的使用條件；(7) 以某一閉合壓力下的PQ數(shù)據(jù)為例，用二項式公式：，以為縱軸，Q為橫軸，做于直角坐標紙上求出截距A，由A求出，并與用導(dǎo)流公式(達西公式)求出的值，并對比分析說明。(8) 實驗

16、報告字跡要清晰、工整。不合要求者，不予通過，須重做。采油工程實驗原始數(shù)據(jù)記錄表裂縫導(dǎo)流能力實驗實驗時間 姓名 班級巖心外半徑ro(cm )巖心孔眼半徑re(cm)巖心面積(cm2)支撐劑濃度(g/cm2)空氣粘度(mPa·s)支撐劑單層雙層目數(shù)產(chǎn)地空氣粘度與溫度關(guān)系溫度()粘度(mPas)溫度()粘度(mPas)溫度()粘度(mPa·s)40.01729160.01789280.0184950.01734170.01794290.0185460.01739180.01799300.0185970.01744190.01804310.0186480.01749200.0180

17、9320.0186990.01754210.01815330.01874100.01759220.01819340.01879110.01764230.01824350.01884120.01769240.01829360.01889130.01774250.01834370.01894140.01779260.01839380.01899150.01784270.01844390.01905教師簽字：_實驗四 酸化壓裂教學實訓(xùn)一、實驗?zāi)康?. 掌握壓裂原理及其壓裂所用的施工設(shè)備；2. 掌握壓裂施工的工藝流程；3. 掌握壓裂車、混砂車的操作規(guī)程；4. 了解壓裂施工過程所用工具的作用及其工作原理

18、；二、實驗原理壓裂酸化實訓(xùn)平臺由壓裂酸化現(xiàn)場工藝、混砂車儀表、壓裂車儀表、RTU(遠程控制終端)和SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))主控計算機組成，如下圖所示。壓裂酸化實訓(xùn)平臺配置有混砂車RTU、壓裂車RTU、現(xiàn)場工藝RTU，服務(wù)器，運用SCADA系統(tǒng)把模擬壓裂現(xiàn)場工藝操作，以及混砂車和壓裂車的模擬參數(shù)，通過RTU控制器，網(wǎng)絡(luò)交換機傳至服務(wù)器，作為服務(wù)器的輸入信號，以flash動畫的形式在流程演示模擬屏上顯示操作結(jié)果。同時操作服務(wù)器也可以發(fā)送相應(yīng)指令，通過網(wǎng)絡(luò)交換機及相應(yīng)RTU控制器，進行相應(yīng)的操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，從而模擬壓裂施工現(xiàn)場。三、壓裂操作步驟(1) 試循環(huán)： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學

19、系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-試循環(huán)，打開閥門1或2-打開閥門4和10、或打開閥門5和9、或打開閥門6或8-打開閥門11-打開閥門17-打開閥門18和21、或打開閥門19和22、或打開閥門20盒23-打開閥門24和25-1號啟動壓裂車-打開回水閥門E。 啟動壓裂車：選擇教學系統(tǒng)-壓裂儀表設(shè)備操作演示-壓裂儀表控制臺，掛空檔-降低油門-選擇啟動壓裂車-自檢燈亮-聽到啟動聲音-上檔-加油門-車已啟動。 流程演示：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-試循環(huán)，顯示試循環(huán)流程工藝，打開低壓管匯模擬泄漏閥門-模擬報警。(2) 試壓： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工

20、藝操作演示-壓裂基本工序演示-試壓，打開閥門1或2-打開閥門4和10、或打開閥門5和9、或打開閥門6或8-打開閥門11-打開閥門17-打開閥門18和21、或打開閥門19和22、或打開閥門20盒23-打開閥門24和25-1號啟動壓裂車-關(guān)閉回水閥門E-打開閥門38。 流程演示：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-試壓，顯示試壓流程工藝，高壓管匯壓力升高；打開高壓管匯模擬泄漏流程-模擬報警。(3) 試擠： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-試擠，打開閥門1或2-打開閥門4和10、或打開閥門5和9、或打開閥門6或8-打開閥門11-打開閥門17-打開

21、閥門18和21、或打開閥門19和22、或打開閥門20盒23-(打開閥門24和25)或(打開閥門26和27)-1號啟動壓裂車或2號啟動壓裂車-打開閥門38-打開閥門46和43。流程演示：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-試壓，顯示試擠流程工藝，壓力下降；(4) 壓裂： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-壓裂，打開閥門1或2-打開閥門4和10、或打開閥門5和9、或打開閥門6或8-打開閥門13-打開閥門14-打開閥門16-打開閥門17-關(guān)閉閥門11-打開閥門18和21、或打開閥門19和22、或打開閥門20和23-(打開閥門24和25)和(打開閥門

22、26和27)和(打開閥門28和29)和(打開閥門30和31)和(打開閥門32和33)和(打開閥門34和35)-1號啟動壓裂車和2號啟動壓裂車和3號啟動壓裂車和4號啟動壓裂車和5號啟動壓裂車和6號啟動壓裂車-打開閥門38-打開閥門46和43。 流程演示：顯示井下壓裂工藝動畫過程；(5) 加支撐劑： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-支撐劑，打開閥門1或2-打開閥門3-打開閥門4和10、或打開閥門5和9、或打開閥門6或8-打開閥門13-打開閥門14-打開閥門16-打開吸入泵-打開排出泵-打開閥門17-關(guān)閉閥門11-打開閥門18和21、或打開閥門19和22、或打開閥

23、門20和23-(打開閥門24和25)和(打開閥門26和27)和(打開閥門28和29)和(打開閥門30和31)和(打開閥門32和33)和(打開閥門34和35)-1號啟動壓裂車和2號啟動壓裂車和3號啟動壓裂車和4號啟動壓裂車和5號啟動壓裂車和6號啟動壓裂車-打開閥門38-打開閥門46和43-啟動左右輸砂電機。 啟動混砂車：選擇啟動按鈕-合上離合-調(diào)節(jié)添加劑排量-調(diào)節(jié)輸砂排量-調(diào)節(jié)吸入排量-顯示混砂比。 流程演示：顯示井下支撐劑流程工藝動畫過程。(6) 替擠： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工藝操作演示-壓裂基本工序演示-替擠，打開閥門1或2-關(guān)閉閥門3-打開閥門4和10、或打開閥門5和9、或

24、打開閥門6或8-關(guān)閉閥門13-關(guān)閉閥門14-關(guān)閉閥門16-關(guān)閉吸入泵-關(guān)閉排出泵-打開閥門17-打開閥門11-打開閥門18和21、或打開閥門19和22、或打開閥門20和23-(打開閥門24和25)或(打開閥門26和27)或(打開閥門28和29)或(打開閥門30和31)或(打開閥門32和33)或(打開閥門34和35)-1號啟動壓裂車或2號啟動壓裂車或3號啟動壓裂車或4號啟動壓裂車或5號啟動壓裂車或6號啟動壓裂車-打開閥門38-打開閥門46和43-停止左右輸砂電機。 停止混砂車：選擇熄火按鈕-拉下離合。 流程演示：顯示井下替擠流程工藝動畫過程。(7) 返排： 打通現(xiàn)場流程：選擇教學系統(tǒng)-現(xiàn)場地面工

25、藝操作演示-壓裂基本工序演示-返排，關(guān)閉閥門1或2-關(guān)閉閥門3-關(guān)閉閥門4和10、或關(guān)閉閥門5和9、或關(guān)閉閥門6或8-關(guān)閉閥門13-關(guān)閉閥門14-關(guān)閉閥門16-關(guān)閉吸入泵-關(guān)閉排出泵-關(guān)閉閥門17-關(guān)閉閥門11-關(guān)閉閥門18和21、或關(guān)閉閥門19和22、或關(guān)閉閥門20和23-(關(guān)閉閥門24和25)或(關(guān)閉閥門26和27)或(關(guān)閉閥門28和29)或(關(guān)閉閥門30和31)或(關(guān)閉閥門32和33)或(關(guān)閉閥門34和35)-1號停止壓裂車或2號停止壓裂車或3號停止壓裂車或4號停止壓裂車或5號停止壓裂車或6號停止壓裂車-關(guān)閉閥門38-關(guān)閉閥門46-打開閥門43-打開閥門41-打開閥門44-停止左右輸砂電機。 流程演示：顯示井下返排流程工藝動畫過程。四、注意事項(1) 設(shè)備長期不用需斷電，投影系統(tǒng)開啟和關(guān)閉需注意；(2) 每次通過教學實訓(xùn)軟件進行某一項目實訓(xùn)后，需將各車的電子器件達到初始狀態(tài)，涉及到工藝流程中的閥門也要及時閉合。每次實訓(xùn)結(jié)束后，將各閥、開關(guān)、電位器都復(fù)位；(3) 酸化壓裂車上的緊急停機、總復(fù)位、總熄火按鈕是一自鎖觸點，在實訓(xùn)中使用后要及時復(fù)位；(4) 儀表車上的開關(guān)、電位器、波段開關(guān)等電子器件，不要進行破壞性的操作；(5) 各儀