采油工程实验指导书.doc

重 庆 科 技 学 院石油与天然气工程学院 采油工程 实 验 指 导 书油气田开发教研室2009.11.10目 录重庆科技学院学生实验守则1采油工程课程教学大纲.2实验一 自喷采油装置5实验二 机械抽油9实验三 裂缝导流能力实验.12采油实验室学生实验守则一、严格遵守实验室的规章制度及管理措施，执行实验纪律，服从实验教师的安排、指导。二、进入实验室内必须保持肃静、整洁。不准高声谈笑，不准吸烟，不准随地吐谈，不准乱抛纸屑杂物等。三、严防事故发生，确保实验室的安全。爱护实验设备，不得动用与本次实验无关的仪器设备，不得将室内物品带出室外。四、实验前必须认真预习实验指导书及有关内容。严格遵守仪器设备的操作规程，设备发生故障应立即停止实验，报指导教师和实验员处理，不得擅自拆卸。五、因违反规章制度及操作规程造成仪器设备损坏者，应写出书面检查，并按有关规定进行赔偿。实验过程中，要严肃认真，详细记录实验数据和结果，经指导教师签字认可后，方可结束实验。六、实验后要按时写好实验报告，交指导教师批阅，数据和报告要真实，不得抄袭、伪造，否则按不合格处理。实验不及格的课程，不得参加该门课程的理论课考核。七、实验完毕应请实验教师清点仪器，检查实验结果，经允许后方可离开。1采油工程课程教学大纲开课单位：油气田开发教研室课程负责人：曾顺鹏适用于石油工程本科专业教学学时：48学时一、课程概况采油工程是石油工程专业的一门专业课。本课程的任务是：通过本课程教学，使学生掌握油水井生产与技术管理的基本理论和原理，掌握油水井生产工艺、设计和施工管理及分析方法。为学生将来从事科学技术研究、专业技术及生产管理工作打下专业理论基础。本课程的先修课程主要有：有机化学、工程流体力学、油层物理、渗流力学等。本课程的后续课程主要有：增产增注技术、油气开采新工艺新技术。二、教学基本要求1.熟悉完井基本方式和特点，了解试油（气）工艺。2.熟悉油井流入动态分析，掌握自喷与气举采油原理及分析方法。3.了解有杆抽油系统装置及工作原理，掌握抽油机悬点运动规律及载荷计算，以及抽油井生产分析，了解抽油井工况诊断技术和优化设计技术。4.熟悉无杆泵采油系统及工作原理，了解其设计和生产分析方法。5.熟悉地层出砂、出水、油井结蜡的原因及其防治方法，掌握稠油和高凝油的基本特征及开采工艺，了解稠油降粘技术。6.了解注入水水质要求和水处理方法，掌握注水井系统分析和分层注水技术。三、教学内容及要求1.完井与试油（气）教学内容：完井基本方式；试油（气）工艺。基本要求：熟悉常见完井方式和试油（气）基本过程及基本方法。重点：常见完井方式和试油方法的特点及适应性。难点：不同井底结构。2.自喷与气举采油教学内容：油井流入动态分析；自喷采油原理；自喷井生产系统分析；气举采油。基本要求：理解四种流动过程中的动力和阻力；理解IPR曲线的含义；掌握自喷采油原理和气举采油原理；掌握嘴流的稳定流动状态的条件；理解并能够应用自喷井生产系统分析方法。重点：自喷采油原理；自喷井生产系统分析；气举启动压力计算；难点：油井流入动态分析；自喷井生产系统分析；气举管柱设计。3.有杆泵采油教学内容：系统装置及工作原理；抽油机悬点运动规律及载荷计算；泵效分析；抽油井生产分析； 抽油井工况诊断技术；有杆抽油系统设计方法API RP11L；抽油设备选择与相关计算。基本要求：了解系统装置及工作原理；掌握抽油机载荷计算和泵的工作原理与泵效分析；掌握抽油井生产分析和抽油井工况诊断技术，会进行抽油设备的选择计算及有杆抽油系统设计。重点：抽油机载荷计算； 泵的工作原理与泵效分析；抽油井生产分析； 抽油井工况诊2断技术；难点：抽油机悬点运动规律分析；有杆抽油系统设计方法。4.无杆泵采油教学内容：电潜泵采油技术；水力活塞泵采油技术；水力射流泵采油技术。基本要求：熟悉电潜泵采油系统及工作原理；了解水力活塞泵采油原理，水力射流泵采油原理。重点：电潜泵采油原理和泵的工作特性。难点：电潜泵油井生产系统设计。5.复杂条件下的开采技术教学内容：油井防砂与清砂技术；油井防蜡与清蜡技术；油井堵水技术；稠油与高凝油降粘方法；稠油与高凝油开采方法。基本要求：掌握油层出砂的原因，了解防砂与清砂技术；掌握油井结蜡的原因和规律，了解防蜡与清蜡技术；掌握地层出水的原因，了解出水位置的确定和堵水技术；掌握稠油和高凝油的基本特征及开采工艺，了解稠油降粘技术。重点：地层出砂的原因和防砂与清砂技术；油井结蜡的原因和规律，防蜡与清蜡技术；地层出水的原因，出水位置的确定和堵水技术；稠油和高凝油的基本特征，降粘方法和开采方法。难点：防砂技术；稠油和高凝油的降粘方法和开采方法。6.油田注水教学内容：水源选择与水质要求；注水系统流程与设备；注水井系统分析；分层注水技术；注水井指示曲线的分析和应用。基本要求： 了解注入水水质要求和水处理方法，了解注水系统流程与设备，熟悉分层注水技术，掌握表达注水井吸水能力的参数，熟悉注水井指示曲线的分析和应用。重点： 注水井吸水能力分析，注水井指示曲线的分析和应用。难点：注水井指示曲线的分析和应用。4、 课时分配表序号章 节 内 容学 时 分 配合计讲课实验上机设计习题课外阅读其它(需明确）1完井方式与试油（气）工艺442自喷与气举采油12843有杆泵采油161424无杆泵采油445复杂条件下的开采技术666油田注水667总 计484265、 实验3开课实验室：油气田开发实验室应修实验学时6课程性质必 修本课程实验教学目的和基本要求教学目的：巩固相关理论知识；培养学生实验动手能力和实验技能。基本要求：掌握各实验的仪器、原理和实验方法；能够较熟练操作本实验。实验的数据合理、数据处理方法正确实验的考核依据学生实验的过程、数据处理方法以及实验报告的质量考核评定成绩指导书要求指导书要求包含以下内容：1.实验的仪器，2.实验原理，3.实验步骤，4数据处理，5.思考题，6.实验报告格式序号实验项目名称实验学时实验类别必做选做实验内容简述1自喷采油4综合性空气压缩机、分离器、湿式气体流量计2机械采油2验证性抽油机、空气压缩机、深井泵六、推荐教材、参考资料推荐教材张琪著采油工程原理与设计东营：石油大学出版社.2006年。推荐参考书1.李颖川主编采油工程（第二版）北京：石油工业出版社.2009年。2.海上采油工程手册编写组编写北京：石油工业出版社.2001年。3K.E、布朗主编升举法采油工艺卷一、卷二上、下北京：石油工业出版社.1987年。七、执行大纲说明1.本课程采用课堂讲授为主。为了达到良好的教学效果，除采用启发式的教学方法外，还将在教学过程中注重自学能力的培养，并逐步引入和完善多媒体教学、模型教学和演示教学等手段。2.根据目前实验室开出实验的能力，确定上述实验，待实验室设备购置增加之后可以根据实际情况调整实验内容。执笔人：曾顺鹏审核人：王建华4实验一 自喷采油一、实验目的提高学生的分析能力，增强感性认识，加深理解课堂讲授的自喷、气举采油基本原理，根据实验测得曲线，结合理论知识，确定合理的生产方案。二、实验内容1使学生进一步了解自喷、气举采油的基本原理。2观察油管内两相流体的四种流动状态，滑脱现象。3通过实验测得模拟井的产液量与产气量之间的关系曲线，即QV关系曲线，分析曲线，找出合理的工作制度。三、实验设备及流程1主要设备自喷实验装置（井架、井筒、恒水瓶、供水阀、针型阀、定值器、分隔器、电磁阀、湿式气体流量计）、秒表、供水、供气管线、空气压缩机、水桶等。1供水阀;2恒水位瓶;3模拟井筒;4气体分散装置;5分离器;6分离器排水阀;7分离器计量管;8湿式气体流量计;9针形阀（调节进入井底的气体量）;10压缩机出口压力表;11空气压缩机;12气动定值器 图1.实验设备及流程图52实验流程（1）供水流程：自来水总闸供水阀恒水位瓶井筒。（2）供气流程：空气压缩机气动电值器针形阀井底与水混合。（3）混合物喷出流程：井口分离器湿式气体流量计放空 计量放入下水道（水桶）四、实验步骤1在预习的基础上，上课给10分钟时间，熟悉各仪器、仪表的控制阀及流程，并检查分离器、各阀门、流量计接头是否漏气、水现象，检查压缩机是否正常。2打开放水阀，给恒水位瓶供水、并排除恒水位瓶与管线中的气泡，供水阀开到既不高于也不低于益流孔为宜。3启动空气压缩机。4开针形阀，气举时，环空气进气。注意：气量小时观察气泡，同时可以观察由于气体运动速度大于液体运动速度而产生的滑脱现象;气量稍大一些时观察段塞流;气量再大一些时观察环流。观察完毕，关闭针型阀。5实测QV关系曲线，将针形阀关闭后，待井筒液位稳定后，再开始实验。（1）测定始喷点：微开针形阀，使气体进入井底将液体举升到井口，当液体刚刚到达井口，但还没有喷出时，记录下所测时间内湿式气体流量计上气体的变化量（即气量）。（2）测定始喷点与停喷点之间的各点：测完始喷点后，将针形阀稍开大一点，稳定大约30秒，测定出与始喷点的相同测试时间内气量变化量和分离器中液量的变化量。逐渐增大气量，每调节一次气量后，均要读出所测时间内气量和对应的液量变化量。在始喷点和停喷点之间，针型阀的调节应不少于10次。每次改变气量后，应待流态稳定（大约30s）后，才能开始测定数据。如果在测试过程中，分离器中水位太高，无法读数时，应将分离器出口打开放水，但此时针形阀不要动，保持原有的自喷状态。放掉水后继续实验。6测定停喷点：调节针形阀，当气量大到一定程度，井筒中部以上均为气体，井口只有气体而没有液体喷出，测出停喷时的气量。注意此时针型阀不能开得过大，以免将恒水位瓶中的水举出。7实验完后，首先将数据交老师检查，不合格者马上重做。老师认可并鉴到后，关供水阀、针形阀，将分离器中的水放掉，仪器仪表归为后方可离开实验室。6六、要求及注意事项1开放水阀时一定不能开得过大或太小，以免水从恒水位瓶中溢出，或液面低于溢流面而导致井底压力降低的情况发生。2开针形阀时，不能一会儿大，一会儿小，要从小到大缓慢操作，每次实验至少测出10组数据。3停喷时，针形阀不能开得太大，以免气体将恒水位瓶中的水举出。造成跑水事故。4定值器不能动，实验结果交老师检查，合格后离开。七、作业题1简述自喷采油实验原理。2根据实验数据，作出实验所得QV曲线，并对曲线进行分析，找出合理的工作制度，并说明理由。3通过实验你最大的收获是什么？图2. QV曲线图八、附QV曲线分析实验模拟井的管径D和井深H为一定值，在此条件下，当油管中气量V很小时，产液量Q=0，气体的有效功为零。因为气体超越液体而滑脱，能量消耗于滑脱损失。随着V的增加，滑脱损失下降，当降至一定值时，气体开始举升液体（气体开始作有效功），井口有液体喷出，并且Q随V的增加而增加，混合物的运动速度也逐渐加快，从而使管壁对流体的摩擦损失不断上升。当产量达某一值后，随着V的增加，Q反而减小。当V增大到一定值后，井中液体全部被冲散成雾状，运动速度也很快，看上去井中为纯气柱，井口无液体喷出，能量消耗7于摩擦损失。如图2所示。图中，过原点做切线OB，其斜率为：tg=BB/OB为最大值，它表明消耗单位体积内的气量获得的产量为最大，也就是说液气比最小，消耗的功率最小。曲线上B点为最大效率点，C点为最高产量点，D点为停喷点。九、实验报告要求1简述实验目的。2绘出实验流程图。3记录下实验数据，并用坐标纸绘出QV曲线。分析曲线，找出合理工作制度。实验二 机械抽油在油井开发后期或有些新井投产的油田，地层能量不足以将原油举出井口，往往采用机械采油的方法进行开采，目前广泛采用的方法就是有杆泵采油，即地面动力设备带动抽油机工作，并通过抽油杆带动深井泵，将井中原油采出。一、实验目的和内容1通过实验了解油梁式抽油机、深井泵采油的工作原理，以及抽油的全过程。2观察气体对泵效的影响。3了解气锚的工作原理及防气过程。4了解冲程、冲数等的调节方法。5测定并计算深井泵的泵效（无气体影响、有气体影响、无气锚、有气锚四种情况）。二、实验原理我室使用的抽油机是将油田上使用的抽油机缩小一定倍数制造而成，它与实际抽油机基本一致，井下管串和深井泵是采用有机玻璃制造，在实验过程中能清楚的看到深井泵的工作过程和状况，地层油和气用自来水与压缩空气进行模拟，具有一定的代表性。1抽油机深井泵的采油过程：电动机变速箱曲柄连杆机构抽油机游梁驴头（将旋转运动变为驴头的8上下摆动）悬绳深井泵。由于驴头的上下摆动，带动深井泵上下往复直线运动，将液体抽出。2深井泵的工作原理当抽油机带动活塞上行时，游动凡尔在油管内液压作用下关闭，并排出冲程长度的一段液体，此时，由于泵内的压力下降，当泵内压力低于沉没压力时，固定凡尔打开，井内环空液体进入泵内占据活塞上行所让出的体积。当泵内活塞下行时，泵内液体受压，压力增大，当压力等于环空液柱压力时，固定凡尔靠自重关闭，泵内液体不会下漏，当活塞继续下行，泵内液体产生的压力高于游动凡尔以上液柱压力时，游动凡尔被顶开，泵内液体转入油管。概括说就是活塞上行，环空液体进泵，井口排液；活塞下行，泵内液体转入油管，井口有少量的液体排出。三、实验设备及流程（见图3）1供水流程自来水总阀放水阀恒水位瓶井筒 下水管道2供气流程空气压缩机针形阀井底与水混合3液体出口流程深井泵井口分离器（进行计量）下水管道。四、实验步骤1预习实验报告指导书，熟悉实验设备、流程、弄清实验原理。2检查流程各部件、管线，打开恒水位瓶供水阀。排出管内的气泡，使井筒内的液位高度与恒水位瓶的液位高度一致。3启动抽油机：松开刹车，盘皮带轮三圈，检查各运动部件有无卡阻和松动，一切正常后，合电闸，使抽油机工作。4观察抽油泵的工作过程及抽油机的工作状态。5观察和描述深井泵在上下冲程时的出水情况。6测定无气体时的产量，每一实验小组测23组数据，在测定产量时应关闭分离器的放水阀（手柄搬至与出水管垂直），当（分离器）计量瓶中的水位达到刻度管的3/4时，不宜再计量。此时打开分离器的放水开关，将计量瓶中的水放掉（即将放水阀的手柄搬至与管线平行），然后继续实验。9图3.实验设备及流程图四、实验步骤1预习实验报告指导书，熟悉实验设备、流程、弄清实验原理。2检查流程各部件、管线，打开恒水位瓶供水阀。排出管内的气泡，使井筒内的液位高度与恒水位瓶的液位高度一致。3启动抽油机：松开刹车，盘皮带轮三圈，检查各运动部件有无卡阻和松动，一切正常后，合电闸，使抽油机工作。4观察抽油泵的工作过程及抽油机的工作状态。5观察和描述深井泵在上下冲程时的出水情况。6测定无气体时的产量，每一实验小组测23组数据，在测定产量时应关闭分离器的放水阀（手柄搬至与出水管垂直），当（分离器）计量瓶中的水位达到刻度管的3/4时，不宜再计量。此时打开分离器的放水开关，将计量瓶中的水放掉（即将放水阀的手柄搬至与管线平行），然后继续实验。7测定有气体时的产量。开针型阀，往井底供给适量的空气，气体量不应太大，不允许将井筒中的水举出井口。计量方法与6同。用1、2号抽油机的小组（有气锚）：观察气锚的工作状态，并测定实际排量。用3、4号抽油机的小组（无气锚）：观察气体对泵效的影响，测定实际流量。8停机，关针形阀、放水阀。用1、2号机的小组与用3、4号机的小组同学互换，重复上述步骤，再测一组数据，确定气锚的分气效果。109实验完毕，关针形阀，放水阀、断电、关压缩机、关总电源，并将抽油机驴头停在规定位置。五、计算公式1泵效 Q理=FSn=（/4）d2Sn式中F活为活塞截面积，cm2；d活塞直径，cm；S 光光杆冲程长度，cm；n冲次，次/分；实验所用水的重度。2泵的冲满系数=（1-KR）/(1+R) 式中K余隙体积比；R水汽比。3实验基本参数：活塞直径：d=3cm；冲程长度：长冲程：S 光=29cm；中冲程：S 光=23cm；短冲程：S 光=15cm六、注意事项1实验前编好实验小组，并确定小组长一人。2预习讲义，未弄清楚流程各部件的作用前不能随意乱动。3实验中要求保持良好的秩序。4遵守用电安全。5实验小组成员之间应分工明确。发现问题及时解决。6实验过程中，如有异常情况，首先应断电、气、水开关、待问题处理后重新试验。7开放水阀、针形阀不能太大、防止跑水或将水举出井口。也不能太小，影响实验精度。8严禁在工作台上做记录。9计算时注意参数的选择和单位换算。七、实验报告要求及思考题1简述实验目的及深井泵的工作原理。2绘出实验流程图。3写出试验步骤及操作要点。4记录下实验测试数据，写出计算过程和计算结果，并对结果进行分析。5回答问题：(1)上下冲程是否都有排量，排量是否一样多。为什么？受气体影响时又如何？11(2)泵效与那些因素有关？怎样才能提高泵效？(3)气锚分离气体的工作原理是什么？(4)通过实验你最大的感受是什么？实验三 裂缝导流能力实验一、实验目的和内容水力压裂是改造低渗透油气层，提高勘探成果及改善油气田开发条件的一项有利措施。水力压裂的效果主要取决于填砂裂缝长度和导流能力的大小。裂缝导流能力的大小与闭合压力、支撑剂的类型、颗粒大小、均匀程度、支撑剂在缝内的填充密度、岩石硬度等因素有关。本实验的目的，就是通过室内模拟实验，了解支撑剂的导流能力随闭合压力变化的关系及在相同闭合压力下，不同铺砂浓度下导流能力的差异。二、实验原理 在模拟裂缝中放置若干层一定网目的压裂砂（常用单位面积上的砂重计算），加压到预定的负荷，用压缩空气测填砂裂缝的渗透率及裂缝宽度，求出裂缝导流能力KW值。三、实验设备及流程(一)主要设备1加压（模拟闭合压力）设备：双作用电动高压计量泵、液压缸。2测量仪器：湿式气体流量计、U型测压管、大气压力表、天平。3辅助设备:空气压缩机、气动定值器、阀门。(二)实验流程图（见图4）四、实验步骤1用游标卡尺测量模拟“岩心”的内径r和外径R。2用天平称一定量的压裂砂（1020g）均匀地铺置在模具内，然后装好，放在液压缸的中心位置上。 3开泵对模具加压，模拟裂缝闭合压力。加压时，打开活塞上行进油阀和121空气压缩机；2模拟裂缝；3液压缸；4上、下行进出油阀；5湿式气体流量计；6气体调节阀；7“U”型差压计；8双作用泵图4.裂缝导流能力测定流程图上行回油阀，关闭活塞下行进油阀和下行回油阀。泵压依次调节到4、6、8、10MPa（调节压力时，用调节钥匙把电接点压力表上的指针调到所需的泵压位置，从而达到自动控制的目的），然后起泵加压。4每加压一点，需要大约1520分钟，稳定5分钟后，然后将气管线接在模具的进气口上。5打开进气总阀门，在空气压缩机压力一定的条件下，缓慢打开仪表箱上的进气阀门，并调节定值器，使U型压力计上的压差为最大值（100cm水柱高），待压差计稳定后，再通过流量计测定气体流量Q，同时从U型压力计上记录入口压力P1。6调节进气阀，减小P1（80cm、60cm、40cm水柱）的大小，得到对应的Q值（至少要测出4组P和Q）。7进行实验数据处理。8重复3-7步，改变闭合压力的大小，就可以得出某一支撑剂在不同压力下的裂缝导流能力。9模具卸压：停泵打开下行进油阀和下行回油阀，关闭上行进油阀和上行回油阀，然后再起泵即可卸压。 1310拿下模具，观察砂子破碎情况。11重新铺砂，改变铺砂浓度（取砂重为第一次的二倍），重复2-10步，就可得出另一铺砂浓度下的不同闭合压力下的裂缝导流能力及砂子破碎情况。12实验完毕，关掉电源，清洁模具。13交数据