中国石油大学采油工程课程设计.docx
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中国石油大学采油工程课程设计
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
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。
335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
3.1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
10m
0.5
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
I射
「孔
枪
孔
相位角
井深
地温
地层压力
19
73
24
120
2800
:
95C
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
10
200
13
1700
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3.30
s/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
36.8
2
18.38min=2.1，St=22，Pr=0.34。
a）PR1=-0.1+0.0008213PA+0.0093DEN+0.01994PD+0.00428PHA-0.00142
K/k
7+0.20232zr-0.1147CZH+0.5592ZC-0.0000214PHA2
=0.59248
c）因为S仁Sdp+Sp所以Sdp=S1-Sp=5.03018-2.仁2.93018
d）因为St=Sdp+Sp+Sd所以Sd=St-Sdp-Sp=22-2.93018-2.仁16.96982
q理论=2kh（pePwf）
oB°ln（Re/Rw）
=23.140.02710100（16565）
=0.2*6.414+0.8*10.952
=10.00Mpa
Y=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
序号
PR
St
Sp
PR1
S1
Sdp
Sd
q理论
19
0.34
22
2.1
0.5924
8
5.0301
8
2.9301
8
16.969
82
20.02m3/d
q实际
fw
Dp
Dt
Dc
6.8068
m3/d
85%
60%
70mm
88.9mm
10.952
6.414
10.044
3.2有杆泵抽油系统设计
A.地层中深：
2800m油层温度：
95r，油层压力：
28Mpa;
B.油管外径：
139mm套管内径：
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：
44mm56mm可选杆：
19mm22mm25mm;
I.杆级别：
D级，杆强度：
810Mpa;
J.电机额定功率：
37kw,最小沉没压力：
2.5Mpa。
1）已知测绘点井底流压PwftestPrp28622Mpa
Pb=3Mpa,fw=40%,qtest=30t/d.
a.采油指数J1的计算
因为Pwftest>Pb
所以j1305t/（d*Mpa）
PrPwftest2822
b.最大总产量qtmax
则质量含水率
=0.44
Fw（
所以CD=
0.00叽
J
、.8180（
=0.11886
=133.998t/d
2）已知产量qt,计算井底流压
取qt=130t/d,贝Uqbvqtvqmax
=1.892Mpa
所以Pwf（1fw）1.8920.442
=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则PwfPr虫285018Mpa
J15
（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H:
泡点压力处井的深度
L=2800-1682=1118m
1）井筒温度场计算
=69.16C
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.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
33
油比为艮Rp20/m/m，心=0.65，ro=0.85。
=322.88
=1.1024
b.原油密度
=785.27kg/m3
c.油水混合物密度
=871.16kg/m3
d.粘度计算
i.原油粘度：
=34.971pa*s
Z=3.0324-0.02023API
=3.0324-0.02023*34.471
=2.325=0.5044
死油的粘度：
活油的粘度：
=0.6786
=0.828
ii.水的粘度
iii.混合液的粘度
3）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=p（183）1061578.9m。
计算dp8578
dh
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,进行计算由此可以估算H56m
下泵深度HpH1758.956985.1m。
泡点压力处井的深度：
L=2800-1682=1118m
1）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（61.93334.97）285.9
0.0943
rr
所以Rs23560「12.98m3/m3
Mo1rng
b.原油体积系数的计算
=251.87
=1.0702
c.原油密度
=807.14kg/m3
d.油水混合物密度
=883.82kg/m3
e.粘度计算
i.原油粘度：
Z=3.0324-0.02023
API
=3.0324-0.02023*34.471
=2.325
=0.6538
死油的粘度：
活油的粘度：
=0.7554
=0.8765
ii.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/m
ii.水，天然气的表面张力
=0.0688N/m
=0.0501N/m
=0.062N/m
iii.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Z0.958。
h.天然气密度
i.天然气的粘度
=5.3143
=123.8842
因此
=0.0127mpa.s
3）计算压力梯度
a.气体的体积流量
=28t/d
b.气体的质量流量
C.液体的体积流量
QqL【B°（1fw）Bwfw]=
L86400[ro（1fw）rwfw]=
d.液体的质量流量
=0.5826kg/s
e.总体积流量
f.总质量流量
=0.5847kg/s
g.判断流型
所以该段流动型态为泡流。
h.有关泡流的计算
0.244m/s
由实验可得泡状流的滑脱速度的平均值为
通常取vs0.244m/s。
气相存容比：
=0.0297
液相真实速度：
Vh
6.61410
AP（1Hg）0.01207（10.0297）
=0.0565m/s
平均密度：
雷诺数：
=3998.14
相对粗糙度：
则摩擦阻力系数：
则摩擦压力损失：
=0.454pa/m
=8674.2pa/m
=57.6m
57656
相对误差|5|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p9Mpa，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所以
所以Mo
（61.93334.97）“c
285.9
0.0943
所以Rs
23560og63.12m3/m320
Mo1rng
取Rs20，则该段不出气
b.原油体积系数的计算
=257.44
=1.0723
c.原油密度
=807.34kg/m3
d.油水混合物密度
=884.34kg/m3
e.粘度计算
i.原油粘度：
Z=3.0324-0.02023API
=3.0324-0.02023*34.471
=2.325
=0.7476
死油的粘度：
活油的粘度：
=0.6786=0.8280
ii.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
qL[Bo（1fw）Bwfw]Ql=
86400[r°（1fw）rwfw]
=0.156m/s
雷诺数：
=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/m
dp6
则pH—8673.76983.510
dh
=8.53Mpa
相对误差|8.539|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T62.52c,p2.5Mpa
（1）溶解气油比Rs泡点压力系数：
=0.39<0.7
因为0.7所以
=0.1433
由于「API
34.970638.3
所以Mo
（61.93334.97）
285.9
0.0943
所以尺
23560rorng
-8.6m3/m3
Mo1rn（
g
（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°C
t983.5t。
[BaTaL1eBATA（HL）]
Batah
=61.85C
所以平均温度为该井段的平均压力为
所以Z0.978。
计算标况下的天然气密度：
气柱压力分布：
解方程组怖1.28.39710-5x
因此hf824818.76100%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，pn2.5Mpa,pout
fD—D—0.05622.46210m2,d仁19mm,qr1=2.3kg/m44
（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SF0.85
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,减速箱最大扭矩【Ml=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：
ft-（0.08920.0762）1.684103m2
=0.937。
c.充满系数的计算
Pin2.5Mpa,t62.52c,此时艮8.6m3/m3。
=207.0355
所以可以得到Z（0）1,R（0）0.0902。
所以Z0.958。
泵内气液比：
R（Rp艮）（1fw）PoTinZ0.279
（Pin10）To
=3.0324-0.02023*34.471
=2.325
=0.5867
ii.活油的粘度：
=0.759
=0.8773
iii.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：
qleak21600（
D^p）
〜3
则实际产量:
Spqleak
QQt—g—s1B
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：
2014年12月30号
1.油井基本数据
油井深度/m
2800
油层压力
/Mpa
28
油层温度/r
95
套管内径/m
0.124
地面脱气原油密度
/kg/m3
850
天然气相对密度
0.65
水密度
/kg/m3
1000
原油饱和压
力/Mpa
3
生产气油比
/m3/m3
20
体积含水率
/%
40
地表恒温层温度/r
16
2.原生产数据
抽油机型号
CYJ312-4.8-70HB
产液量/t/d
50
产油量/t/d
44.689
井底流压
/Mpa
18
油压/Mpa
1
套压/Mpa
1.2
3.工艺设计参数
抽油机型号
CYJ312-4.8-70HB
泵径/m
0.056
冲程/m
4.8
冲次/min-1
5
下泵深度/m
1697.14
动液面深度
/m
1545.21
产液量/t/d
50
产油量/t/d
25.972
泵效/%
65.95
柱塞冲程/m
4.2
泵充满度/%
82.28
泵漏失系数
/%
98.78
悬点取大载
荷/kn
40.87
悬点最小载
荷/kn
37.49
减速箱最大
扭矩/kn.m
10.44
系统效率/%
25.5
地面效率/%
59.56
井下效率/%
42.83
抽油杆径/mm
25
22
19
抽油杆长/m
0
1697
0
抽油杆顶部压力最大、最小/Mpa
Max=107.56
Min=98.627
3.3防砂工艺设计
题干：
某疏松砂岩油藏，井深2000m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：
（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/%
0.285
0.021
0.021
0.212
9.709
9.73
0.175
10.8
20.53
0.107
18.27
38.8
0.054
16.42
55.22
0.0322
15.06
70.28
0.0259
7.24
77.52
0.0101
14.58
92.1
0.002
7.44
99.54
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d250.1600,d400.1000,d500.0669，
d750.0284,d900.0150（mrh
（1）
粒度中值d500.0669mm
（2）
分选系数Fd25,0.16002.374
Yd75V0.0284
（3）
均匀系数C
5<=C<=10所以为不均匀砂。
333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：
40~50,砾石直径0.30~0.42mm，
根据《砾石粒径工业标准》选择，标准筛目粒度中值0.36mm渗透率66m2.
套管直径177.8mm径向厚度不低于40mm则由《绕丝筛管与套管配合表》查得筛管直径为87mm
12
缝宽w（一:
）Dgmin0.15:
0.20mm
23
选择0.20mm系列缝宽。
（1）lg取2.0,g取1.0，rw0.244mm
管外充填半径为
（2）防砂层厚度h8.55.53m
管外充填砾石量
防砂层往下界延伸0.5m后主体筛管长度Ls8.50.59.0m
井筒环空充填砾石量：
取砂比20%排量2.0m3/min
（1）顶替液用量
（2）注入时间
表3-8筛管砾石充填防砂施工参数
地层砂粒度中值
d50/mm
0.0669
分选系数F
2.374
均匀系数C
6.667
砾石粒度中值
D50/mm
0.3345
砾石直径
/mm
0.30~0.42
绕丝筛管
缝宽/mm
0.2
管外砾石
充填量/m3
6.0
管内砾石
充填量/m3
0.126
砂比/%
20
排量
/m3/min
2.0
顶替度/m3
30.63
施工时间
/min
18.38
3.4总结
本次采油方向的课程设计不仅使我对相关的理论知识有了一个更加全面和深刻地理解和掌握，同时对实际生产工作的相关工艺过程和设计流程也有了一定的了解，提高了我们理论与实践相结合的能力，使我们从实践的角度认识到专业课的重要性，为以后的学习和工作打下了良好的基础。
当然设计中不免有一些困难和挫折，例如理论知识系统掌握的不完整，不牢固等，但课程设计本身就是一个发现问题并解决问题的过程，值得庆幸的是，我们并没有因困难和挫折而止步不前，而是通过同学之间的交流和学习，老师的指导从而认识问题进而解决问题。
其中也包括由于自身的特殊性，在俄罗斯交流学习，不能和同学们面对面地进行交流与合作，这不免有些遗憾，但却也通过对相应理论知识和文章的研读，老师们的指导，同学们的交流与合作等，使本次课程设计能够圆满完成，使遗憾之余也增添了一丝欣慰。
当然最后，还是要感谢老师们和同学们的悉心指导和热情帮助。
8.71.15ln（150/0.1）
=231.73cm3/s
=20.02m3/d
q实际=q理论*PR
=20.02*0.34
=6.81m3/d
（1）高含水期的日产液量QL
QL=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—D*12210
4
得D=0.057m
=57.82mm
查表3-1-1.所以选用70mn管式泵，油管外径88.9mm套管尺寸为5-in。
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
=6.414Mpa
b）最大有效压值的确定
=10.952Mpa
c）射孔有校负压差的确定
因为PmaxPmin，同时不考虑产层出砂，
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