東北石油大學
課程設計
2023年 07月18日
東北石油大學課程設計任務書
主要內容、基本要求、主要參考資料等
根據已有的基礎資料，利用所學的專業知識，通過程式設計，完成抽油井系統從油層到地面的所有相關引數的計算,最終選出三抽裝置—抽油幫浦、抽油杆、抽油機。
1. 設計主要內容：
1 計算出油井溫度分布；
2 通過回歸分析確定**粘溫關係表示式；
3 確定出油井的合理下幫浦深度；
4 確定合適的衝程、衝次；
5 選擇合適的抽油幫浦；
6 確定抽油杆直徑及組合；
7 計算出懸點的最大、最小載荷；
8 選出合適的抽油機。
2. 設計基本要求：
要求學生選擇一組基礎資料，在教師的指導下獨立地完成設計任務，最終以設計報告的形式完成本專題設計，設計報告的具體內容如下：
① 前言； ② 基礎資料； ③ 基本理論； ④ 設計框圖和電腦程式；
⑤ 設計結果及結果分析； ⑥ 認識和結論； ⑦ 參考文獻。
設計報告採用統一格式列印，要求圖表清晰、語言流暢、書寫規範，論據充分、說服力強，達到工程設計的基本要求。
3. 主要參考資料：
王常斌等. 石油工程設計. 大慶石油學院校內自編教材
陳濤平等. 石油工程. 石油工業出版社，2000
萬仁溥等. 採油技術手冊第四分冊－機械採油技術. 石油工業出版社，1993
完成期限 2014.6.30~2014.7.18
指導教師
專業負責人
2023年6月30日
通過一組基礎資料，利用利用所學過的專業知識，在指導教師的指導下獨立地完成並提交整個抽油井系統的設計方案，從而掌握抽油井系統中各個環節的選擇設計方法，將理論知識運用到解決實際問題中去。通過該專題設計的訓練，加強學生理論知識的運用能力，掌握相關學科知識的綜合能力，計算機技術應用技能，以及解決實際問題的工程應用能力。
根據已有的基礎資料，利用所學的專業知識，通過程式設計，完成抽油井系統從油層到地面的所有相關引數的計算，最終選出三抽裝置——抽油幫浦、抽油杆、抽油機。
1) 設計主要內容如下：
2) 計算出油井溫度分布；
3) 通過回歸分析確定**粘溫關係表示式；
4) 確定出油井的合理下幫浦深度；
5) 確定合適的衝程、衝次；
6) 選擇合適的抽油幫浦；
7) 確定抽油杆直徑及組合；
8) 計算出懸點的最大、最小載荷；
9) 選出合適的抽油機。
所謂油井產能，是指油井的生產能力，常用採油指數來衡量。採油指數是指油井產量隨流壓的變化率，用公式表示為：
3-1）
採油指數大小，反映了油層物性、流體引數、洩油面積以及完井條件對油井產量的綜合影響。
（1） 對於單相滲流（），由於各引數隨壓力變化很小，可忽略這種變化，流入動態曲線則呈現線性關係，即：
3-2）
（2） 對於兩相滲流（），流入動態曲線則呈非線性關係，可由沃格爾方程來描述，即：
3-3）
（3) 對於單相與兩相組合型（），則流入動態方程為一分段函式，可由如下一組方程表達：
（3-4）
（3-5）
3-6）
3-7）
其中是通過試油來確定的：
①若pwf>pb,則3-8）
②若pwf根據以上相應的產能計算公式，便可繪製出油井的流入動態曲線。利用該曲
線，便可確定出設計排量（開發方案或調整方案中給出）所對應的井底流壓pwf值，以便進一步根據油井條件確定沉沒度，最終確定下幫浦深度。
當設計排量未知時，可根據油井條件和現場實際，確定出設計排量大小。確定時，應注意使q0/q0max的值具有乙個合理水平。其值越大，油井產量就越高，但井底壓力過低將增加舉公升的難度；反之，液面過高而產量過小，將不能充分發揮出油井產量的作用。
由地面到油層溫度是按地溫梯度逐漸增加的。所謂地溫梯度，即深度每增加100公尺地層溫度的公升高值。而在井筒中，由於地層流體不斷地向上流動，地層流體便作為熱載體將熱量不斷地攜帶上來，通過套管、水泥環向地層傳導。
因此，井溫總是比地溫要高。
**的粘度隨溫度變化非常敏感，即表現為公升溫降粘特性。實際中，應採用井溫而不應採用地溫來進行系統設計。對於稀油井，由於摩擦載荷很小，用地溫代替井溫對設計結果不會產生較大誤差；但對於稠油井來說，必須採用井溫而不能用地溫。
地溫的計算公式為：
3-10）
井溫的計算公式為：
3-11）
式中 θ——油管中距井底l位置處**溫度，℃；
k1——總傳熱系數，w/(m·℃)；
to』——井底**溫度，℃；
m——地層溫度梯度，℃/m；
q1——內熱源，w/m。
在同一口井中，地溫梯度m和井底溫度都是不變的，傳熱系數k1則受地層物性和地層熱阻、油管環形空間介質及其物性和油井的產量等多種因素的影響，而產量對的影響較小。故在一定的地層條件及井筒狀況下，也可近似地認為k1為一常數。這樣，整個井筒的溫度分布就只受與油井產量有關的水當量w和距井底的距離l的影響。
水當量可如下計算：
w = mo co + mw cw3-12）
式中 mo：地層油的質量流量，kg/s；
mw：地層水的質量流量，kg/s；
co：地層油的比熱，w/（g·℃）；
cw：地層水的比熱，w/（g·℃）；
將已知資料代入方程，可計算出任意深度所對應的油井溫度，由此溫度便可以計算出處於該深度處**的粘度，從而可以進一步計算摩擦載荷、選擇抽油裝置。
根據上式可以計算出任一深度處的井溫和地溫值，然後繪製出井溫地溫分布曲線。
將現場實測**粘溫資料通過回歸分析，發現**粘度隨溫度的變化服從指數規律，可用下式表達：
3-13）
式中 μ — **的動力粘度，mpa·s；
t — **的溫度，℃；
a — 係數常數；
b — 溫度指數。
對於不同區塊**，a、b的取值不同。
幫浦吸入口壓力是確定下幫浦深度的重要引數，主要根據設計沉沒度來估算。
沉沒段油、水混合液的平均密度為：
3-14）
幫浦吸入口壓力3-15）
下幫浦深度是抽油井系統設計的重要資料，它決定了抽油杆的總長度，並且影響著懸點載荷、衝程損失以及幫浦效。
下幫浦深度主要是根據井底流壓與幫浦吸入口壓力的差值，應用相應的方法來確定，確定方法主要有三類：
⑴ 將油、氣、水看成是三相，應用相應的相關式來計算；
⑵ 將油、水處理成液相，這樣便應用氣、液兩相垂直管流理論來計算；
⑶ 是對於象稠油井氣體較少,從而可不考慮氣體,只考慮單相液體進行估算。
這裡採用單相估算法。
衝程和衝次是確定抽油幫浦直徑、計算懸點載荷的前提，選擇原則為：
1) 一般情況下應採用大衝程較小幫浦徑的工作方式。這樣，即可以減小氣體對幫浦效的影響，也可以降低液柱載荷，從而減小衝程損失。
2) 如**比較稠，一般選用大幫浦徑、大衝程和低衝次的工作方式。
抽油井系統設計報告
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