中国石油大学采油工程课程设计

年4月19日中国石油大学采油工程课程设计文档仅供参考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：12月25号目录3.1完井工程设计 23.1.1油层及油井数据 23.1.2射孔参数设计优化 23.1.3计算油井产量 33.1.4生产管柱尺寸选择 33.1.5射孔负压设计 33.1.6射孔投资成本计算 43.2有杆泵抽油系统设计 53.2.1基础数据 53.2.2绘制IPR曲线 53.2.3根据配产量确定井底流压 73.2.4井筒压力分布计算 73.2.5确定动液面的深度 213.2.6抽油杆柱设计 243.2.7校核抽油机 253.2.8计算泵效，产量以及举升效率 263.3防砂工艺设计 313.3.1防砂工艺选择 323.3.2地层砂粒度分析方法 323.3.3砾石尺寸选择方法 333.3.4支持砾石层的机械筛管规格及缝宽设计。 333.3.5管外地层充填砾石量估算。 333.3.6管内充填砾石量估算 333.3.7携砂液用量及施工时间估算 343.3.8防砂工艺方案施工参数设计表 343.4总结 353.1完井工程设计3.1.1油层及油井数据表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所对应的相关参数序号射孔枪孔相位角井深地温地层压力197324120280095℃29Mpa表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0.027，有效孔隙度0.13，泥岩声波时差为3.30，原油粘度8.7Mpa/s,原油相对密度为0.8，体积系数为1.15。3.1.2射孔参数设计优化（1）计算射孔表皮系数和产能比根据《石油工程综合设计》书中图3-1-10和图3-1-11得=2.1，=22，=0.34。（2）计算，，，PR1=-0.1+0.0008213PA+0.0093DEN+0.01994PD+0.00428PHA-0.001427+0.20232-0.1147CZH+0.5592ZC-0.0000214PHA2=0.59248PR1=,得=5.03018因为S1=Sdp+Sp,因此Sdp=S1-Sp=5.03018-2.1=2.93018因为St=Sdp+Sp+Sd,因此Sd=St-Sdp-Sp=22-2.93018-2.1=16.969823.1.3计算油井产量q理论===231.73cm3/s=20.02m3/d q实际=q理论*PR=20.02*0.34=6.81m3/d3.1.4生产管柱尺寸选择(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=得D=0.057m=57.82mm查表3-1-1.因此选用70mm管式泵，油管外径88.9mm,套管尺寸为。3.1.5射孔负压设计（1）利用美国conoco公司计算方法最小有效负压差值的确定=6.414Mpa最大有效压值的确定=10.952Mpa射孔有校负压差的确定因为，同时不考虑产层出砂，因此=0.2*6.414+0.8*10.952=10.00Mpa3.1.6射孔投资成本计算Y=1700*10+13*24*10=0元将计算结果汇总，如下表3-4所示表3-4完井设计汇总表序号PRStSpPR1S1SdpSdq理论190.34222.10.592485.030182.9301816.9698220.02m3/dq实际fwDpDtDc6.8068m3/d85%60%70mm88.9mm10.9526.41410.0443.2有杆泵抽油系统设计3.2.1基础数据地层中深：2800m，油层温度：95℃，油层压力：28Mpa;油管外径：139mm,套管内径：124mm，油管外径：89mm，油管内径：76mm;地表恒温层温度：16℃，原油密度：850kg/m，水密度：1g/cm3,气体相对密度：0.65;原油饱和压力：3Mpa,体积含水率：40%;井口套压：1.2Mpa，井口油压：1Mpa，生产气油比：20m3/m3;原产液量：30t/d，原生产压差：6Mpa;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;可选泵径：44mm、56mm，可选杆：19mm、22mm、25mm;杆级别：D级，杆强度：810Mpa;电机额定功率：37kw,最小沉没压力：2.5Mpa。3.2.2绘制IPR曲线已知测绘点井底流压，Pb=3Mpa,fw=40%,qtest=30t/d.采油指数J1的计算因为Pwftest>Pb因此最大总产量qtmax则质量含水率=0.44因此CD===0.11886=133.998t/d2）已知产量qt,计算井底流压取qt=130t/d,则qb<qt<qmax=1.892Mpa因此=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3.2.3根据配产量确定井底流压配产量50t/d<qb=125t/d则3.2.4井筒压力分布计算（1）第一段由井底流压Pwf向上计算到熔点压力处（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:泡点压力处井的深度L=2800-1682=1118m井筒温度场计算=69.16℃因此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原油体积系数的计算该段井筒中的压力高于泡点压力，因此没有气体析出，则溶解气油比为，=0.65，=0.85。=322.88=1.1024原油密度=785.27kg/m3c.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=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：因此垂直管段的压力梯度：=8528pa/m因此。相对误差，符合要求。则泡点压力深度：。（2）第二段从泡点压力Pb=3Mpa到泵吸入压力Pin=2.5Mpa,进行计算由此能够估算下泵深度。泡点压力处井的深度：L=2800-1682=1118m1）井筒温度场计算=62.52℃因此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溶解气油比泡点压力系数=0.425<0.7=0.15因此因此b.原油体积系数的计算=251.87=1.0702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=3.0324-0.02023*34.471=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=0.0688N/m=0.0501N/m=0.062N/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因此能够得到因此。h.天然气密度i.天然气的粘度=5.3143=123.8842因此=0.0127mpa.s3）计算压力梯度气体的体积流量=28t/d气体的质量流量C.液体的体积流量=d.液体的质量流量=0.5826kg/se.总体积流量f.总质量流量=0.5847kg/sg.判断流型因此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一般取。气相存容比：=0.0297液相真实速度：

=0.0565m/s平均密度：雷诺数：=3998.14相对粗糙度：则摩擦阻力系数：则摩擦压力损失：=0.454pa/m=8674.2pa/m则=57.6m相对误差，符合要求。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，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℃因此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<<3.448因此因此因此取，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=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.混合液的粘度计算压力梯度a.液体的体积流量==0.156m/s雷诺数：=4720相对粗糙度：则摩擦阻力系数：因此垂直管流的压降梯度为：=8673.76pa/m则=8.53Mpa相对误差，符合要求。因此泵的排出口压力为3.2.5确定动液面的深度由泵的吸入压力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，因此能够用泵吸入口处的流体性质来近似求解。取溶解气油比Rs泡点压力系数:=0.39<0.7因为0.7<<3.448因此=0.1433由于因此因此（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℃

=61.85℃ 因此平均温度为该井段的平均压力为因此。计算标况下的天然气密度：气柱压力分布：解方程组因此因此动液面深度为827.4m。3.2.6抽油杆柱设计（1）选择抽汲参数组合泵径D=56mm，冲程s=4.8m,冲次n=5每分钟，，，，d1=19mm,qr1=2.3kg/m,(2)悬点最大载荷：=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可得=1490>H=983.5m,因此只取一级杆，杆长为983.5m。3.2.7校核抽油机（1）抽油机型号：CYJ12-4.8-70HB,电机的额定功率为【p】=37kw，减速箱最大扭矩【M】=70KN.m。电动机功率计算3.2.8计算泵效，产量以及举升效率（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：

=0.937。c.充满系数的计算，，此时。=207.0355因此能够得到。因此。泵内气液比：泵的充满系数：=0.76

d.泵内液体的体积系数：

=1.034e.漏失量的计算：求动力液的粘度：i.死油粘度Z=3.0324-0.02023=3.0324-0.02023*34.471=2.325=0.5867ii.活油的粘度：=0.759=0.8773iii.水的粘度因此能够得到动力液粘度为：柱泵初期的漏失量为：

则实际产量：

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：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/℃95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/℃162.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.工艺设计参数抽油机型号CYJ312-4.8-70HB泵径/m0.056冲程/m4.8冲次/min-15下泵深度/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悬点最大载荷/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地面效率/%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m,采用177.8mm套管射孔完井。油管内径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：为该井选择合适的防砂工艺并说明依据；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；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/%0.2850.0210.0210.2129.7099.730.17510.820.530.10718.2738.80.05416.4255.220.032215.0670.280.02597.2477.520.010114.5892.10.0027.4499.543.3.1防砂工艺选择由题可知，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进井底流动结构；（4）成本相对较高。施工过程相对复杂。3.3.2地层砂粒度分析方法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，（mm） 粒度中值分选系数均匀系数C5<=C<=10,因此为不均匀砂。3.3.3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，标准筛目40~50，砾石直径0.30~0.42mm，粒度中值0.36mm,渗透率66.3.3.4支持砾石层的机械筛管规格及缝宽设计。套管直径177.8mm，径向厚度不低于40mm,则由《绕丝筛管