中国石油大学采油工程课程设计

1、采油工程课程设计姓名：魏征编号： 19班级：石工11-14 班指导老师：张黎明日期： 2014 年 12 月 25 号目录3.1 完井工程设计3.1.1 油层及油井数据 3.1.2 射孔参数设计优化 3.1.3 计算油井产量3.1.4 生产管柱尺寸选择3.1.5 射孔负压设计3.1.6 射孔投资成本计算3.2 有杆泵抽油系统设计 3.2.1 基础数据3.2.2 绘制IPR曲线 3.2.3 根据配产量确定井底流压 3.2.4 井筒压力分布计算 3.2.5 确定动液面的深度 3.2.6 抽油杆柱设计3.2.7 校核抽油机3.2.8 计算泵效，产量以及举升效率 3.3 防砂工艺设计 3.3.1 防砂

2、工艺选择3.3.2 地层砂粒度分析方法 3.3.3 砾石尺寸选择方法 3.3.4 支持砾石层的机械筛管规格及缝宽设计。 3.3.5 管外地层充填砾石量估算。 3.3.6 管内充填砾石量估算 3.3.7 携砂液用量及施工时间估算 3.3.8 防砂工艺方案施工参数设计表 3.4 总结3.5 完井工程设计表3-1油层及油井相关系数井筒半径10.0cm边界半径150cm井底压力6.5Mpa边界压力16.5Mpa油层有效厚度10m0.5污染厚度25cm污染程度0.3压实厚度10mm压实度0.1表3-2所对应的相关参数厅p射孔枪孔相位角井深地温地层压力1973241202800:95 c29Mpa表3-3

3、射孔枪弹的性能参数及成本价格枪型孔径/mm孔深/mm弹价/元每孔枪施工价 /元每孔73枪，弹10200131700其它相关参数：渗透率0.027m2，有效孔隙度0.13,泥岩声波时差为3.30s/m,原油粘度8.7Mpa/s,原油相对密度为0.8,体积系数为1.15(1)计算射孔表皮系数Sp和产能比PR根据石油工程综合设计书中图 3-1-10和图3-1-11得V 注36.8q pt注=- 18.38min =2.1, St =22, Pr=0.34。Q 255(2、注管 SipR1SdpSda) PR1=-0.1+0.0008213PA+0.0093DEN+0.01994PD+0.00428P

4、HA-0.00142K/K7+0.20232 z r -0.1147CZH+0.5592ZC-0.0000214PHA2=0.59248b)PR1=Ln(RE/RW)/Ln(R/R/v)S1,得6=5.03018c)因为 S1=Sdp+Sp所以 Sdp=S1-Sp=5.03018-2.1=2.93018d)因为 St=Sdp+Sp+Sd所以 Sd=St-Sdp-Sp=22-2.93018-2.1=16.96982q=0BkOT_2 3.14 0.027 10 100 (165 65)8.7 1.15 ln(150/0.1)=231.73cm3/s =20.02m3/dq实际=q理论*PR =2

5、0.02*0.34 =6.81m3/d(1)高含水期的日产液量QLQL=q 实际/(1-fw) =6.81/(1-85%) =45.37m3/d(2)泵的理论排量及泵类型的选择QtL=QL/=45.37/0.6=75.62m3/d采用常规管式泵，选择理论排量，按照冲次 10每分钟，冲程为2米，充满系 数为1进行计算。QtL=1440fp*s*n=1440 D2 2 104得 D=0.057m=57.82mm查表3-1-1.所以选用70mmt式泵，油管外径88.9mm套管尺寸为5品。2(1)利用美国conoco公司计算方法a)最小有效负压差值的确定=6.414Mpab)最大有效压值的确定=10.

6、952Mpac)射孔有校负压差的确定因为pmaxpmin ,同时不考虑产层出砂,所以 prec 0.2 pmax 0.8 pmin=0.2*6.414+0.8*10.952=10.00MpaY=1700*10+13*24*10=20120元将计算结果汇总,如下表3-4所示表3-4完井设计汇总表厅pPRStSpPR1S1SdpSdq理论190.34222.10.592485.030182.9301816.9698220.02 m3/dq实际fwDpDtDc6.8068 m3/d85%60%70mm88.9mm10.9526.41410.0443.2有杆泵抽油系统设计A.地层中深：2800m油层温

7、度：95C,油层压力：28Mpa;B.油管外径：139mms管内径：124mm油管外径：89mm油管内径：76mm;C.地表恒温层温度：16C,原油密度：850kg/m,水密度：1g/cm3,气体相 对密度：0.65;D.原油饱和压力：3Mpa体积含水率：40%;E.井口套压：1.2Mpa,井口油压：1Mpa生产气油比：20m3/m3;F.原产液量：30t/d ,原生产压差：6Mpa;G.抽油机型号：CYJ12-4.8-70HB,可造冲程：4.8m、4.2m、3.6m,可造冲 次：2/min、3/min、4/min、5/min、6/min;H.可选泵径：44mm 56mm 可选杆：19mm 2

8、2mm 25mm;1) 杆级别：D级，杆弓®度：810Mpa;J.1)电机额定功率：37kw,最小沉没压力：2.5Mpa。已知测绘点井底流压pwftest pr p 28 6 22Mpa ,a.Pb=3Mpa,fw=40%,qtest=30t/d.采油指数J1的计算因为 Pwftest>PbqtestPrpwftest305t/(d*Mpa)28 22b.最大总产量qtmax则质量含水率=0.44Fw( 所以CD二0.0(J1qmax) 0.125(1 Fw)Pb 1 , 8180(0.999qmax qb)qmax qb0.440.001 133.33()0.125(1 0.

9、44) 350.999 133.37 1251 81 80()133.37 125=0.11886=133.998t/d2)已知产量qt,计算井底流压取 qt=130t/d, qb<qt<qmax=1.892Mpa所以 pwf (1fw) 1.892 0.44 2=1.9395Mpa利用四点法绘制IPR曲线，四点分别为(0,28 )、( 125,3 ) (130,1.9395 )、(133.998,0 ) IPR 曲线如下图所示图3-1IPR曲线配产量 50t/d<qb=125t/diqt 50 .则 pwf pr28 18MpaJ15(1)第一段由井底流压Pwf向上计算到熔

10、点压力处(按深度增量迭代)地面混合液的密度：=910kg/m3估计井底至泡点压力深度H :泡点压力处井的深度L=2800-1682=1118m1)井筒温度场计算2)=69.16 C所以该井段平均温度为该井段的平均压力为计算此段流体的物性参数a.原油体积系数的计算该段井筒中的压力高于泡点压力，所以没有气体析出，则溶解气3 ,3油比为 Rs Rp 20/m /m , rg =0.65, r。=0.85。b.c.=322.88=1.1024原油密度=785.27kg/m3 油水混合物密度=871.16kg/m3d.粘度计算i.原油粘度：=34.971pa*sZ=3.0324-0.02023 API3

11、)=3.0324-0.02023*34.471=2.325=0.5044死油的粘度：活油的粘度：=0.6786=0.828ii .水的粘度iii .混合液的粘度计算压力梯度液体的质量流量雷诺数：=6527.7绝对粗糙度：则摩擦阻力系数：所以垂直管段的压力梯度：=8528pa/m所以H计算啜dh篇 106 1 578g。相对误差 |1758.9-1612.3| 100%=4.39%<5%,符合要求。1758.9则泡点压力深度：Hb 2800 1758.9 1041.1m。(2)第二段从泡点压力Pb=3Mp电泵吸入压力Pin=2.5Mpa,进行计算由此可以估算 H 56 m下泵深度 Hp H

12、 1758.9 56 985.1m 0泡点压力处井的深度：L=2800-1682=1118m1)井筒温度场计算=62.52 C所以该井段平均温度为该井段的平均压力为2) 计算此段流体的物性参数a.溶解气油比泡点压力系数=0.425<0.7=0.15所以Mo(61 285.9一r J所以 Rs 23560 -°ng- 12.98m3/m3Mo 1 ngb.原油体积系数的计算=251.87=1.0702c.原油密度=807.14kg/m3d.油水混合物密度=883.82kg/m3e.粘度计算i.原油粘度：Z=3.0324-0.02023 API=3.0324-0.02023*34.

13、471=2.325=0.6538死油的粘度：活油的粘度：=0.7554=0.8765ii .水的粘度iii .混合液的粘度f.表面张力的计算i .油，天然气的表面张力=0.0199N/mii .水，天然气的表面张力=0.0688 N/m=0.0501 N/m=0.062 N/miii .油水混合物和天然气的表面张力g.天然气压缩因子的计算因为Rg<0.7.则 =207.0355压缩因子的初始值设为1,即z0=1=0.958所以可以得到Z（0）1, r（0）0.098所以 Z 0.958。h.天然气密度i.天然气的粘度=5.3143=123.8842因此=0.0127mpa.s3）计算压力

14、梯度a.气体的体积流量=28t/db.气体的质量流量C.液体的体积流量CqLBo（1 fw） Bwfw _QL ：86400r.（1 fw） rwfwd.液体的质量流量 =0.5826kg/s e.总体积流量 f.总质量流量=0.5847kg/sg.判断流型所以该段流动型态为泡流。h.有关泡流的计算由实验可得泡状流的滑脱速度的平均值为0.244m/s通常取 vs 0.244m/ So气相存容比：=0.0297 液相真实速度：vH6.614 10 4AP(1 Hg) 0.01207(1 0.0297)=0.0565m/s平均密度： 雷诺数：=3998.14相对粗糙度： 则摩擦阻力系数： 则摩擦压

15、力损失：=0.454pa/m=8674.2pa/m则HifP dp(3 2.5) 1068674.2=57.6m,一、，57 6 56相对误差| 100%=3%<10%,符合要求。57.6地下泵深度：(3)第三段由井口油压pt=1Mpa向下计算出泵的排出口压力设p 9Mpa ,初选油管直径89mm内径76mm抽油杆19mm利用压力增量迭代。1)井筒温度场计算L=983.5m=65.92 C所以该井段平均温度为该井段的平均压力为2)计算此段流体的物性参数a.溶解气油比泡点压力系数=0.382因为 0.7< Xg <3.448所以所以Mo(61.933 34.97)0.09432

16、85.9所以 R 23560 里 - 63.12m3/m3 20Mo 1 Png取Rs 20,则该段不出气b.原油体积系数的计算=257.44=1.0723c.原油密度=807.34kg/m3d. 油水混合物密度=884.34kg/m3e.粘度计算i .原油粘度：Z=3.0324-0.02023 API=3.0324-0.02023*34.471=2.325=0.7476死油的粘度：活油的粘度：=0.6786=0.8280ii .水的粘度iii .混合液的粘度3)计算压力梯度a.液体的体积流量qLBo(1 fw) Bwfw _Ql :86400r0(1 fw) rwfw=0.156m/s雷诺数

17、：=4720相对粗糙度：则摩擦阻力系数：所以垂直管流的压降梯度为：=8673.76pa/mdp6则 p H 8673.76 983.5 10dh=8.53Mpa相对误差|8.53 9| 100%=5.5%<10%,符合要求。8.53所以泵的排出口压力为由泵的吸入压力2.5Mpa,pc=1.2Mpa,估算动液面到泵口的距离为160m在该段 距离内由于液体的性质变化不大，所以可以用泵吸入口处的流体性质来近似求 解。取T 62.52 c, p 2.5Mpa(1)溶解气油比Rs 泡点压力系数：=0.39<0.7因为 0.7< Xg <3.448所以=0.1433由于 rAPI

18、34.9706 38.3所以Mo(61) 285.9所以 Rs 23560 工g 8.6m3/m3 M o 1 rng(2)原油体积系数的计算=222.90=1.0564(3)原油密度=805.25kg/m3=164.74m估算动液面深度：=818.76m动液面处的压力为：=1199962pa=1.2Mpa(4)井筒温度：To=40.47 Ct983.5 t。 BATAL 1 e BATA(H L) BATAH=61.85 C所以平均温度为该井段的平均压力为所以 Z 0.978。计算标况下的天然气密度：气柱压力分布：解方程组,phf 1.2 8.397 10-5x因此 袅4 818.76 &#

19、169;% 1.05%818.76所以动液面深度为827.4m。(1)选择抽汲参数组合9.63Mpa ,泵径 D=56mm冲程 s=4.8m,冲次 n=5每分钟，pin 2.5Mpa , pout2_2fD -D2 0.056244(2)悬点最大载荷：322.462 10 m , d1=19mm,qr1=2.3kg/m,=17554.06N(3)抽油杆底部断面处的压力(4)悬点最小载荷(5)抽油杆最大许用应力取 SF 0.85可得 Lri=1490>H=983.5m,因此只取一级杆，杆长为983.5m。(1)抽油机型号：CYJ12-4.8-70HB,电机的额定功率为p =37kw, 减速

20、箱最大扭矩【M =70KN.m(2)电动机功率计算(1)泵效的计算a. 理论排量b.冲程损失系数计算 =17554.06N油管未锚定：2 _23 2ft - (0.0892 0.0762) 1.684 103m2=0.937。c.充满系数的计算pin 2.5Mpa , t 62.52 c,止匕时 R 8.6m3/m3。=207.0355所以可以得到Z(o)1, r(o) 0.0902。所以 Z 0.958。泵内气液比：R (Rp R)(1 fw)PoTinZ 0.279 (Pin 105)To公渔，物 1 kR 1 0.1 0.279 八泵的充酒系数： =0.761 R 1 0.279d.泵内

21、液体的体积系数：BlBo(1 fw) Bw fw 1.0564 (1 0.4) 1 0.4=1.034e.漏失量的计算：求动力液的粘度：i .死油粘度Z=3.0324-0.02023API=3.0324-0.02023*34.471=2.325=0.5867ii .活油的粘度：=0.759=0.8773iii .水的粘度所以可以得到动力液粘度为：柱泵初期的漏失量为：qleak 21600 ( 6 e gLDeV p )则实际产量：Q Qt 电 g- qeaks 14存在很大的差距。泵效：(2)举升效率的计算：1 )光杆功率：2 )水力功率：折算液面：=1522.05kw.举升效率：3)地面举升

22、效率的计算：地面效率：泵的漏失系数：表3-6有杆抽油泵生产系统设计报告表设计人：魏征设计日期：2014年12月30号1.油井基本数据油井深度/m2800油层压力/Mpa28油层温度/c95套管内径/m0.124地面脱气原 油密度/kg/m3850天然气相对 密度0.65水密度/kg/m31000原油饱和压力/Mpa3生产气油比 /m3/m320体积含水率/%40地表恒温层 温度/ C162.原生产数据抽油机型号CYJ312-4.8-70HB产液量/t/d50产油量/t/d44.689井底流压/Mpa18油压/Mpa1套压/Mpa1.23.工艺设方惨数抽油机型号CYJ312-4.8-70HB泵径

23、/m0.056冲程/m4.8冲次/min-15卜宗深度/m1697.14动液面深度/m1545.21产液量/t/d50产油量/t/d25.972泵效/%65.95柱塞冲程/m4.2泵充满度/%82.28泵漏失系数/%98.78悬点取大载荷/kn40.87悬点最小载荷/kn37.49减速箱最大扭矩/kn.m10.44系统效率/%25.5地卸效率/%59.56井下效率/%42.83抽油杆径/mm252219抽油杆长/m016970抽油杆顶部压力最大、最小/MpaMax=107.56Min=98.6273.3防砂工艺设计题干：某疏松砂岩油藏，井深2000m，采用177.8mmg管射孔完井。油管内径

24、56mm日平均产液量50t/d,含水率为30%该井生产厚度为8.5m,其中隔层厚度 合计为5.5m,地层泥质含量为11%该井生产过程中出砂严重，必须进行防砂作 业，对井口冲出的地层砂进行粒度分析。可得如表 3-7所示的数据。该井采取防沙工艺，请完成以下设计工作：(1)为该井选择合适的防砂工艺并说明依据；(2)对选定的防砂工艺设计主要的施工参数，要求有详细的设计分析步骤和依据；(3)编写防砂方案优化和施工参数的设计报告。表4-7某井井口冲出砂筛析数据粒径/mm质量分数/%累计质量分数/%0.2850.0210.0210.2129.7099.730.17510.820.530.10718.2738

25、.80.05416.4255.220.032215.0670.280.02597.2477.520.010114.5892.10.0027.4499.54由题可知，该井出砂严重，不进行防砂作业无法进行进一步的生产，因此， 选择筛管砾石充填防砂的方法。工艺特点：(1)持砂效果好，有效期长；(2)适用范围广，适应于出砂严重的井，细砂防砂井和高产井防砂；(3)管外挤压充填有利于改善井底流动结构；(4)成本相对较高。施工过程相对复杂。由井口冲出砂筛析数据表计算出相应的累计质量分数，得到地层砂半对数的 累计分布曲线，如图3-1 :查图 3-1 ,读取 d25 0.1600, d40 0.1000, d50 0.0669 ,d75 0.0284, d90 0.0150(mm(1)(2)(3)5<=C<=10所以为不均匀砂。粒度中值d50 0.0669mm分选系数F一怎2.374 d75 0.0284均匀系数C3.3.3砾石尺寸选择方法因为C>1.5,不满足相应模型。选择sauder方法。确定砾石粒度中值：根据砾石粒径工业标准选择，标