中國(guó)石油大學(xué)采油工程課程設(shè)計(jì)

1、采油工程課程設(shè)計(jì)姓名：魏征編號(hào)： 19班級(jí)：石工11-14 班指導(dǎo)老師：張黎明日期： 2014 年 12 月 25 號(hào)目錄3.1 完井工程設(shè)計(jì)23.1.1 油層及油井?dāng)?shù)據(jù)23.1.2 射孔參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化23.1.3 計(jì)算油井產(chǎn)量33.1.4 生產(chǎn)管柱尺寸選擇33.1.5 射孔負(fù)壓設(shè)計(jì)33.1.6 射孔投資成本計(jì)算43.2 有桿泵抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)53.2.2 繪制 IPR 曲線53.2.3 根據(jù)配產(chǎn)量確定井底流壓73.2.4 井筒壓力分布計(jì)算73.2.5 確定動(dòng)液面的深度213.2.6 抽油桿柱設(shè)計(jì)243.2.7 校核抽油機(jī)253.2.8 計(jì)算泵效，產(chǎn)量以及舉升效率263.3 防

2、砂工藝設(shè)計(jì)313.3.1 防砂工藝選擇323.3.2 地層砂粒度分析方法323.3.3 礫石尺寸選擇方法333.3.4 支持礫石層的機(jī)械篩管規(guī)格及縫寬設(shè)計(jì)。333.3.5 管外地層充填礫石量估算。333.3.6 管內(nèi)充填礫石量估算333.3.7 攜砂液用量及施工時(shí)間估算343.3.8 防砂工藝方案施工參數(shù)設(shè)計(jì)表343.4 總結(jié)3513.1 完井工程設(shè)計(jì)3.1.1 油層及油井?dāng)?shù)據(jù)表 3-1 油層及油井相關(guān)系數(shù)井筒半徑10.0cm邊界半徑150cm井底壓力6.5Mpa邊界壓力16.5Mpa油層有效厚度10mK z / K r0.5污染厚度25cm污染程度0.3壓實(shí)厚度10mm壓實(shí)度0.1表 3-2

3、 所對(duì)應(yīng)的相關(guān)參數(shù)序號(hào)射孔槍孔相位角井深地溫地層壓力19732412028009529Mpa表 3-3 射孔槍彈的性能參數(shù)及成本價(jià)格槍型孔徑孔深彈價(jià)槍施工價(jià)/mm/mm/ 元每孔/ 元每孔73 槍，彈10200131700其它相關(guān)參數(shù)： 滲透率 0.027m2 ，有效孔隙度 0.13 ，泥巖聲波時(shí)差為 3.30s / m ，原油粘度 8.7Mpa/s, 原油相對(duì)密度為0.8 ，體積系數(shù)為 1.15 。3.1.2 射孔參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化（1）計(jì)算射孔表皮系數(shù)S p和產(chǎn)能比p R根據(jù)石油工程綜合設(shè)計(jì)書中圖 3-1-10和圖 3-1-11 得V 注3 6.81 8.3 8 m in =2.1 ， S t

4、=22， p R =0.34 。t 注 =2Q（2）計(jì)算S，p，S d p，S1R 1da)PR1=-0.1+0.0008213PA+0.0093DEN+0.01994PD+0.00428PHA-0.001427+0.20232K z/ K r -0.1147CZH+0.5592ZC-0.0000214PHA2=0.59248b)PR1=L n ( R E/ RW) / L n ( R E / RW )S1 , 得 S1 =5.03018c) 因?yàn)?S1=Sdp+Sp,所以 Sdp=S1-Sp=5.03018-2.1=2.93018d) 因?yàn)?St=Sdp+Sp+Sd,所以 Sd=St-Sdp

5、-Sp=22-2.93018-2.1=16.9698223.1.3 計(jì)算油井產(chǎn)量2kh ( p ep w f )q 理論 =0 B 0 ln ( R e / Rw )= 23.140.02 71 01 0 0(1656 5 )8.71.1 5ln (1 5 0 / 0.1)=231.73cm3/s=20.02m3/dq 實(shí)際 =q 理論 *PR =20.02*0.34 =6.81m3/d3.1.4 生產(chǎn)管柱尺寸選擇(1) 高含水期的日產(chǎn)液量QLQL=q實(shí)際 /(1-fw)=6.81/(1-85%)=45.37m3/d(2) 泵的理論排量及泵類型的選擇QtL=QL/=45.37/0.6=75.6

6、2m3/d采用常規(guī)管式泵，選擇理論排量，按照沖次10 每分鐘，沖程為2 米，充滿系數(shù)為 1 進(jìn)行計(jì)算。QtL=1440fp*s*n2=1440D2104得 D=0.057m=57.82mm查表 3-1-1. 所以選用 70mm管式泵，油管外徑188.9mm,套管尺寸為 5 in 。23.1.5 射孔負(fù)壓設(shè)計(jì)（1）利用美國(guó) conoco 公司計(jì)算方法a) 最小有效負(fù)壓差值的確定0.3p m in1 7.2 4 / k30.317.2 4 / 27=6.414Mpab) 最大有效壓值的確定p m a x24.1 32 0.0 3994D T24.1320.03994330=10.952Mpac)

7、射孔有校負(fù)壓差的確定因?yàn)閜 m axp m in ，同時(shí)不考慮產(chǎn)層出砂，所以p r ec0.2 p m ax 0.8 p m in=0.2*6.414+0.8*10.952=10.00Mpa3.1.6 射孔投資成本計(jì)算Y=1700*10+13*24*10=20120元將計(jì)算結(jié)果匯總，如下表3-4 所示表 3-4 完井設(shè)計(jì)匯總表序號(hào)PRStSpPR1S1SdpSdq 理論190.34222.10.59245.03012.930116.96920.0288882m3/dq 實(shí)際fwDpDtDcp/ Mpapm in / M p aprec / Mp am ax6.8068 85%60%70mm 8

8、8.9mm110.952 6.414 10.044m3/d52in43.2 有桿泵抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)A. 地層中深： 2800m，油層溫度： 95，油層壓力： 28Mpa;B. 油管外徑： 139mm,套管內(nèi)徑： 124mm，油管外徑： 89mm，油管內(nèi)徑： 76mm;C. 地表恒溫層溫度： 16，原油密度： 850kg/m，水密度： 1g/cm3, 氣體相對(duì)密度： 0.65;D. 原油飽和壓力： 3Mpa,體積含水率： 40%;E. 井口套壓： 1.2Mpa，井口油壓： 1Mpa，生產(chǎn)氣油比： 20m3/m3;F. 原產(chǎn)液量： 30t/d ，原生產(chǎn)壓差： 6Mpa;G. 抽油機(jī)

9、型號(hào)： CYJ12-4.8-70HB，可造沖程： 4.8m、4.2m、 3.6m，可造沖次： 2/min 、3/min 、 4/min 、5/min 、6/min;H. 可選泵徑： 44mm、56mm，可選桿： 19mm、 22mm、25mm;I. 桿級(jí)別： D級(jí)，桿強(qiáng)度： 810Mpa;J. 電機(jī)額定功率： 37kw,最小沉沒壓力： 2.5Mpa。3.2.2 繪制 IPR 曲線1)已知測(cè)繪點(diǎn)井底流壓p w fte stp rp 2 8 6 2 2 M p a，Pb=3Mpa,fw=40%,qtest=30t/d.a. 采油指數(shù) J1 的計(jì)算因?yàn)?Pwftest>Pbq te st3 0

10、5 t / ( d * M p a )所以 J12 82 2p rp w ftestb. 最大總產(chǎn)量 qtmaxq bJ 1 ( p rp b )5 (283 )1 2 5 t / dq m a xJ 1 p b1 2 5531 3 3.3 3 t / dqb1.81.8C G0.0 0 1 q m a x0.1 3 33由 f wQ W0.4 ,可得Q O, f w1.5QO QWQW則質(zhì)量含水率5F ww Q W1o Q ooQ ow Q W1w Q W=0.44F w (0.0 0 1 q m a x) p b 181 80(0.9 9 9 q m axq b) 0.1 2 5 (1 F

11、 w) 所以 CD=J1q m axqb=0.00 11 33.3 381 80(0.9 991 33.371 2 50.44 () 0.1 25(1 0.4 4) 3 11 33.371 2 5) 5=0.11886ta nC G0.1 333 32 1 71.1C D0.1 188 6q t m a xq m axF w ( p rq m ax) ta nJ 113 3.3 30.4 41 33.3 3( 2 8) 1.125=133.998t/d2）已知產(chǎn)量 qt, 計(jì)算井底流壓取 qt=130t/d, 則 qb<qt<qmaxp w fwp rq t1 3 02 82 M

12、p aJ5p w f 00.1 2 5 p b 1（q t-q b）81-80q m a xq b（130-12 50.125 3 1）81-8 09 81 33.91 2 5=1.892Mpa所以 p w f(1f w ) 1.8 9 20.44 2(1 0.4 4) 1.8 92 0.4 4 2=1.9395Mpa6利用四點(diǎn)法繪制IPR 曲線，四點(diǎn)分別為（0,28 ）、（125,3 ）（ 130,1.9395 ）、（ 133.998,0 ） IPR 曲線如下圖所示圖 3-1IPR 曲線3.2.3 根據(jù)配產(chǎn)量確定井底流壓配產(chǎn)量 50t/d<qb=125t/dqt2 85 0則 p w

13、fp r1 8 M p aJ 153.2.4 井筒壓力分布計(jì)算（1）第一段由井底流壓 Pwf 向上計(jì)算到熔點(diǎn)壓力處（按深度增量迭代）地面混合液的密度：（ 1-f） +f wlo 地 面ww8 50 （ 1-0.4） +10 00 0.4=910kg/m3估計(jì)井底至泡點(diǎn)壓力深度H :w fbHl g18361 01 6 8 2.0 0 m909.8 1泡點(diǎn)壓力處井的深度L=2800-1682=1118m71）井筒溫度場(chǎng)計(jì)算GQ L 100020 83.3 32 4K p10.5 4 56G1.1 5732.4 6 e 1 0 3.62k p20.5 45 6BATA0.0 0 11G (1F w

14、 )2 03 3.3 3(1 0.4 4 )t rt 0B T( HL )t1 1 1 8t 0 B A T A L 1 eAABATAH1 69 51 6 0.00 1 1111810.0 011(28001118)0.00 1 12800e=69.16 所以該井段平均溫度為t1 1 1 8t r6 9.169 5t82.0 8 C22該井段的平均壓力為p w fp b1 83p1 0.5 M p a222）計(jì)算此段流體的物性參數(shù)a. 原油體積系數(shù)的計(jì)算該段井筒中的壓力高于泡點(diǎn)壓力，所以沒有氣體析出，則溶解氣R s33油比為R p2 0 / m / m， rg =0.65 ， r o =0.

15、85 。r g2.2 5 t+ 4 0F5.6 15 RSr o5.6 150.6582.0 8+ 402 02.2 50.85=322.881.1 75B o = 0.9 7 2 + 0.0 00 1 4 7 F1.1 75=0.9 72+0.0 00147322.8 8=1.10248b. 原油密度1 0 0 0 （ r o + 1. 2 0 631 0 R sr g ）o =B o1000 （ 0. 85+1. 2061 0320 0. 65）=1.102 4=785.27kg/m3c. 油水混合物密度lo (1f w )w f w78 5.2 7(10.4 ) 1000 0.4=871

16、.16kg/m3d. 粘度計(jì)算i. 原油粘度：11.511.5A P I131.51 31.5o0.8 5=34.971pa*sZ=3.0324-0.02023A P I=3.0324-0.02023*34.471=2.325YZ1 02.3 2521 1.31 0XY(321.8t )1.86 3=0.5044死油的粘度：x10.50 4 41 01 013o o10 002.1 91 0 p a. s1000活油的粘度：A 1 0.7 1 5 1(5.61 5 * r s0.515100)1 0.7 1 5 1(5.615* 200.51 5100)=0.67860.3 18B5.4 4

17、(5.6 1 5 * r s 1 5 0 )=0.828ii. 水的粘度91.00 3252e1.4 7 9 1 0 (3 2 1.8 t )1.4 8 2 1 0 (3 2 1.8 t )w10003.6 241 0 p a .siii. 混合液的粘度L（ 1-fw） +wfwo9.2 496 1 04p a .s3）計(jì)算壓力梯度液體的質(zhì)量流量q L B o (1f w )B w f w Q L8 6 4 0 0 r o (1f w )r w f w QL6.7 5431 0 m / sQ L6.7 541 00.0 5 5 9 m / sV LA( 0.127 4 )4雷諾數(shù)：LDVL87

18、1.1 6 0.1 24 0.0 539N R E9.2 44 64L1 0=6527.7絕對(duì)粗糙度：27.5 171 04D2000N R E59.7 /8 / 7226957則摩擦阻力系數(shù)：0.31 6 40.3 16 4f0.250.250.0 352N R E6 52 7.7所以垂直管段的壓力梯度：d p2L v LL gfd h2 D871.1 628 71.1 60.0 55 43 5 29.80.020.15 4=8528pa/m10所以 H計(jì)算=p(1 83)6d p8 57 81 01 5 7 8.9 m 。d h相對(duì)誤差 |1 75 8.9-1 612.3|100% =4.

19、3 9% <5% ，符合要求。175 8.9則泡點(diǎn)壓力深度：H b2 8 0 017 5 8.910 41.1 m 。（2）第二段從泡點(diǎn)壓力 Pb=3Mpa到泵吸入壓力 Pin=2.5Mpa, 進(jìn)行計(jì)算PbPin6(3 2.5 ) 10H5 6.0 5 mg9.8 910由此可以估算H5 6 m下泵深度 H pH1 7 5 8.9 5 6 9 8 5.1 m 。泡點(diǎn)壓力處井的深度：L=2800-1682=1118m1）井筒溫度場(chǎng)計(jì)算GQ L 10002083.3 32 4K p10.5 45 6G1.1 5 732.4 6 e 1 0 3.6B ATA2k p20.5 4560.0 01

20、 1G (1F w )20 3 3.3 3(10.4 4)t 1 1 1 8t rt 0 BATAL1BATA(HL )t 0eBATAH=62.52 所以該井段平均溫度為t9 25.1t1 1 1 862.52 69.1 6t65.8 4 C22該井段的平均壓力為ppinp b2.53222.7 5 M p a2）計(jì)算此段流體的物性參數(shù)a. 溶解氣油比泡點(diǎn)壓力系數(shù)118.0 5 5 8 pr g8.0 558 2.7 50.6 56X g1 055273.1 5)1 0( t 2 7 3.1 5 )10 (6 5.8 4=0.425<0.7r n g0.1 2 3 6 lnX g0.1

21、 2 3 6 ln0.4 250.1 22 30.1 223=0.15所以 M o(6 1.93 33 4.97 )0.0 9432 85.9所以 R sr or n g33235601 2.9 8 m / mM o1rn gb. 原油體積系數(shù)的計(jì)算Fr g2.2 5 t+ 4 05.6 15RSro5.6 15 1 2.9 80.6 52.2 5 65.8 4+400.8 5=251.871.1 75B o = 0.9 7 2 + 0.0 00 1 4 7 F1.1 75=0.9 72+0.0 00147251.8 7=1.0702c.原油密度1 0 0 0 （ r o + 1. 2 0 6

22、31 0 R sr g ）o =B o=807.14kg/m3d. 油水混合物密度lo (1f w )w f w80 7.1 4(10.4 ) 1000 0.4=883.82kg/m3e. 粘度計(jì)算i. 原油粘度：Z=3.0324-0.02023A P I=3.0324-0.02023*34.471=2.32512YZ2.32 51 01 0211.3XY(321.81.86 3t )=0.6538死油的粘度：1 0x1 00.6 53 8113o o3.4 71 0 p a .s100010 00活油的粘度：0.5 15A1 0.7 1 5 1(5.6 1 5 * r s1 0 0 )=0.

23、75540.3 18B5.4 4 (5.6 1 5 * r s 1 5 0 )=0.8765oA (1000B30.8 76 5o o )0.7 554 (1000 3.4 7 10)1000100032.31 0p a . sii. 水的粘度1.00 3252e1.4 7 9 1 0 (3 2 1.8 t ) 1.4 8 2 1 0 (3 2 1.8 t )w10004.9 541 0 p a .siii. 混合液的粘度L（ 1 - fw） +wfwo31.5 41 0p a . sf. 表面張力的計(jì)算i. 油，天然氣的表面張力1.051 0742.4P0.0 4 7 (1.8 t 3 2

24、) 0.2 6 7 r A P Z eo g1000=0.0199N/mii. 水，天然氣的表面張力3.6 2575 10 8 P3.6 2575 10 8 2.7 5 10 67 6 e7 6 e2 3.3310001000=0.0688 N/m135 2.57P768.7 018 1052.5 8.7 018 102.7 5 1013 7.7810001000=0.0501 N/m2 4 81.8 t137.7 8 w g23.3 31 37.7 82 0 6=0.062 N/miii. 油水混合物和天然氣的表面張力Lo g(1f w )w g f w0.1990.60.0620.40.0

25、 3 6 7 4 N / mg. 天然氣壓縮因子的計(jì)算因?yàn)?Rg<0.7. 則T c9 2.21 7 6.6 7 r g9 2.2 1 76.6 7 0.6 5=207.0355Pc60.2 5 rg )6(4.7 80.2 5 0.6 5)1 0(4.7 81 04.6 1756p a1 0p2.7 51 06p r0.5 956p c64.6 175 1027 3.1 5t273.1 565.8 4T rTc2 07.0 35 51.6 57壓縮因子的初始值設(shè)為1，即 z0=10.2 7 p r0.2 70.5 9 560.0 98RzTr1.6 57Z1 (A1A 2 / Tr3R

26、(A4223A 3 / T r )A5 / Tr ) RA 6R/ T r=0.958所以可以得到Z(0)1,R (0)0.0 98Z(1)0.9 58,R(1)0.1 035Z(2)0.9 5 8,Z(3)0.9 5 8,R(2)R(3)0.1 0370.1 037所以Z0.958。14h. 天然氣密度3.48 4 43r gpg1 0273.1 5)z (T31 9.4 3 k g / mi. 天然氣的粘度M28.9 60.6 51 8.82 4X3.5986 / (4921.8 t ) + 0.0 1 M=5.3143Y2.40.2 X = 2.4 -0.25.3 1 4 3=1.3 3

27、 7（ 9.4+0.02M） ( 4921.8 t )1.5K =701+1 9M+ 1.8t=123.8842因此g = k1 0-4x (1 0 3g ) ye（ 1 0-31 9.1.3 37-45.34 3 ）= 123.8 8421 4 31 0e=0.0127mpa.s3）計(jì)算壓力梯度a. 氣體的體積流量q oq L(1f w )5 0(10.4 4 )=28t/dzq o ( R pR s)( T27 3.1 5)Q gro p 1 02 93.1 5864001.10 643/ s1 0mb. 氣體的質(zhì)量流量w g 1.2 0 6 q o( R pRs ) r g / 8 6

28、4 0 0 r g2.1 84 13/ s0 k gC. 液體的體積流量q L B o (1f w)B wf wQ L=8 6 4 0 0 ro (1f w )r w f w 4m36.6 14 10/ s15d. 液體的質(zhì)量流量1.2 0 6 q 0 R s rg1 0 0 0 q Lr 0w L86400=0.5826kg/se. 總體積流量w t Q LQ g441.1 06 106.6 14 107.7 2431 0m / sf. 總質(zhì)量流量w tw Lw g0.5 8 2 60.0 0 2 1 8 4=0.5847kg/sg. 判斷流型Q t7.7 24vt1 00.0 6 3 8

29、m / s22D0.1 84442L Bv t1.6 781.7 01 0.7 27 7DQ g1.1 060.1 41.67 8Q t7.7 2所以該段流動(dòng)型態(tài)為泡流。h. 有關(guān)泡流的計(jì)算由實(shí)驗(yàn)可得泡狀流的滑脫速度的平均值為 0.244m/s通常取 vs0.2 4 4 m / s 。A D20.1 2422D0.0 1 2 0 7 m44氣相存容比：1q t1q t24 0 h gH g1()2v s A pv s A pv s A p=0.0297液相真實(shí)速度：Q L6.6 144vlH1 0A P (1 H g )0.0 12 0 7(1 0.0 2 97 )=0.0565m/s16平均

30、密度：HLLH g g(1H g ) LH g g38 5 8.4 2 kg / m雷諾數(shù)：LDVL8 83.8 20.1 240.0 5 65N R E1.542844L1 0=3998.14相對(duì)粗糙度：27.3 711 04D2000N R E59.7 /8 / 7226957則摩擦阻力系數(shù)：0.3 164f0.0 3 980.25N R E則摩擦壓力損失：f288 3.8 22LvlH0.0 565f0.0 3 98D20.1 242=0.454pa/md pw tq g L gf / 1d hA pp=8674.2pa/mp(32.5 )6則H lf1 0d p8 6 74.2d h=

31、57.6m相對(duì)誤差 |5 7.65 6| 100% =3% <10% ，符合要求。5 7.6地下泵深度：H pH 1758.957.69 8 3.5 m（ 3）第三段由井口油壓 pt=1Mpa 向下計(jì)算出泵的排出口壓力設(shè) p 9 M p a ，初選油管直徑 89mm,內(nèi)徑 76mm，抽油桿 19mm，利用壓力增量迭代。171）井筒溫度場(chǎng)計(jì)算Q L10002083.3 3G2 4K p10.5 456G1.1 57 32.4 6 e 1 0 3.6BATA2k p20.5 4 560.0 011G (1F w )2 0 33.3 3(10.4 4)L=983.5mt 9 8 3.5t 0t

32、 rt 0 BATAL1BA T A(H L)BATAHe=65.92所以該井段平均溫度為65.9 240.4 753.2 Ct2該井段的平均壓力為1195.5 M p ap22）計(jì)算此段流體的物性參數(shù)a. 溶解氣油比泡點(diǎn)壓力系數(shù)8.0 5 5 8 pr g8.0 5 58 5.56X g0.6 5 1055273.1 5)1 0( t 2 7 3.1 5 )10 (5 7.2=0.382因?yàn)?0.7< X g <3.448所以y n y0.2 4 0 1 ln (X g) 0.4 740.1 22 3r A P I34.9 7063 8.3(6 1.93 334.9 7)所以 M

33、 o0.09 4 328 5.9所以 Rs2 3 5 6 0ror n g336 3.1 2 m/ m2 0M o1 r n g取 R s2 0 ，則該段不出氣。b. 原油體積系數(shù)的計(jì)算18r gF5.6 15RS2.2 5 t+ 4 0ro5.6 15 200.6 52.2 5 53.2 + 400.8 5=257.441.1 75B o = 0.9 7 2 + 0.0 00 1 4 7 F1.17 5= 0.9 72+0.0 00147 257.4 4=1.0723c. 原油密度1 0 0 0 （ ro + 1. 2 0 631 0 R s r g）o =B o=807.34kg/m3d. 油水混合物密度lo (1f w )w f w807.3 4(10.4 ) 1000