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 .................................................................................... 3
2.1 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 ......................................................................................................... 7 2.5 增产措施计算 ..................................................................................................... 7
2.6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+78 x10=2780m
(2)计算油层静压:2780/100 x1.0=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=15.9MPa
2.2 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Petro bras方法Petro bras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:
Pwftest
、
qtxest
和饱和压力
Pb
及油藏压力P。
qtxwst
PPwfestPwftestPbj1因为,==30/(27.8-15.9)= 2.52/( d.Mpa)
(2) 某一产量
qb
qt
下的流压Pwf
1Pb)=2.52x(27.8-10)=44.86t/d =j(P
jPb
qomzxqb1.8
=+=44.86+2.52*10/1.8=58.86t/d
qomzx-油IPR曲线的最大产油量。 当0qtqb时,令qt1=10 t/d,则pwf1=同理,qt2=20 t/d,Pwf2=19.86 Mpa qt3=30 t/d,Pwf3=15.9 Mpa
当qbqtqomzx时,令qt4=50 t/d,则按流压加权平均进行推导得:
P1
qt
j=23.83 Mpa
qt
)w(P1j+0.125(1-fw)Pb
Pwf4=f=7.96Mpa 同理qt5=60t/d,Pwf5=3.67 Mpa 当qomzxq时,
t
pwffw(p1
qomzx(qqomzx)(8fw9))tJJ
令qt6=61t/d,Pwf6=1.7Mpa
综上,井底流压与产量的关系列表如下: Pwf/Mpa Q/(t/d)
得到油井的流入动态曲线如下图:
23.83 10
19.86 20
15.9 11.86 30
40
7.84 50
3.67 60
1.7 61
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:
(40)
Pmax
SN2
(WrjWL)(1)
1790 j1
i
(41)
(42)
W
j1
i
rj
qrjLrjg
j1
i
fp(PZPN)WL
式中:
qri
——第i级杆每米杆在空气中的质量,Kg/m
Lri
——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;
Pmin
i
SN2i
WrjWrj1790j1j1 (43)
i
WWP(f
rj
rj
j
j1
j1
j1
ii
rj
fr1j1)
(44)
式中:令fr0=0
Pj——第j级抽油杆底部断面处压力,Pa:
(45)
PjPt[0(1fw)wfw]g(LLt)
t1
j1
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:
PL
maxmin
allmin (46)
max
(47)
Pmaxfr
min
Pmin
fr
抽油杆柱的许用最大应力的计算公式:
all(0.5625min)SF
T4
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
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
2
(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
S0.202S(PmaxPmin) =1800 3+0202 3 Mmax1800
(29343.66 - 7149.68)= 18849.55N.m
2)电动机功率计算,
Nt
1000Mmaxn100018849.556
1438814388 ==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,
(2)产量计算
Q
Qt (50)
根据影响泵效的三方面的因素,实际产量的计算公式为
QQt
SPqleak
SBlBl (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;
SpS
——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
Qt1440fpSN
=1400 0.001499936=37.80 m3/d
的计算
2)冲程损失系数
SpS
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。
WlL1LSPLu2L
(1)(23)
2SEfr1fr2fr3ft 当油管未锚定时;S
由于只有一级抽油杆柱,所以公式简化为:
SPu2WlL1L(1)()S2SEfr1ft
=
0.147821499.912001200(1)()
232.0610110.00149990.001521=1.018
式中:u=ωL/a=0.1478
ω——曲柄角速度,rad/s;ω=πN/30=π6/30=0.6283; a——声波在抽油杆柱中的传播速度,5100m/s;
Wl(PZPin)fplLfgfp
=1 10
6
0.0014999=1499.9N
PZ——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,m2 3) 充满系数β的计算
1KR
1R = 0.4814
式中:K——泵内余隙比;取0.1. R——泵内气液比;
(RPRS)(1fW)P0TinZ(5010)0.6105351.660.96R5
(P10)T0(3106105)293in = =0.892 RP=50,m3(标)/m3;
RS
=10m3(标)/m3;
Pin=3M Pa;fW=0.4;P0=105Pa; T0=293K; Tin=273+t=351.66;Z=0.96
4) 泵内液体的体积系数Bl
BlB0(1fw)BwfwB0(1fw)fw =1.0462 5)漏失量的计算 检泵初期的漏失量为
qleak
De3P
21600(DeVp)
6l=
0.0440.000053106
60.00053
1.5
0.0440.000050.6)
21600(
0m3/d;
D=0.044m;μ=0.00053Pa·s;l= 1.5m; ΔP≈PZ—PN=10Pa;g=9.8m/s2;e= 0.00005m;
Vp
SN36
30=30=0.6m/s;
6
所以最终算出泵的效率:
Q(Qt﹪
SPqleak
)/QtSBlBl
=(37.801.0180.48141.0462)/37.80=46.82
2.6注水措施建议
由于储层能量不足,需要采用注水方式补充地层能量,为了保护储层,水质基本要求:
1.与油层水配伍。水质稳定,与油层水相混,不产生沉淀;2.与油层水配伍。注入水注入油层后不应产生敏感性伤害;3.当注入水水源,处理工艺或注入层发生改变时须进行注入水与油层(水)配伍性评价试验,证实注入水与油层(水)配伍性好,对油层无伤害才可注入。
配伍性:用注入水进行岩层伤害实验,岩心伤害率≤30%时为配伍性良好。