采油工程课程设计指导书中国石油大学（北京）石油天然气工程学院2013.3.5本次采油工程课程设计的主要内容是进行有杆抽油生产系统设计，通过设计计算，让学生了解有杆抽油生产系统的组成、设计原理及设计思路。

1．有杆泵抽油生产系统设计 1．1有杆抽油生产系统设计原理有杆抽油系统包括油层，井筒流体、泵、油管、抽油杆、抽油机、电动机、地面出油管线直到油气分离器。

有杆抽油系统设计就是选择合理的机，杆，泵，管以及相应的抽汲参数，目的是挖掘油井潜力，使生产压差合理，抽油设备工作安全、高效及达到较好的经济效益。

在生产过程中，井口回压h p 基本保持不变，可取为常数。

它与出油管线的长度、分离器的入口压力有关，此处取MPa p h 0.1 。

抽油井井底流压为wf p 向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力(或吸入口压力)n p ,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至z p ,称为泵的排出口压力.在向上,为抽油杆油管间的环空流动.至井口,压力降至井口回压h p 。

(1)设计内容对刚转为有杆泵抽油的井和少量需调整抽油机机型的有杆抽油井可初选抽油机机型。

对大部分有杆抽油油井。

抽油机不变，为己知。

对于某一抽油机型号，设计内容有：泵径、冲程、冲次、泵深及相应的泵径、杆长，并求载荷、应力、扭矩、功率、产量等技术指标。

(2)需要数据井：井深，套管直径，油层静压，油层温度 混合物：油、气、水比重，饱和压力生产数据：含水率，套压，油压，生产气油比，原产量，原流压（或原动液面）。

(3)设计方法这里介绍给定配产时有杆抽油系统的设计方法。

首先需要获得油层的IPR 曲线。

若没有井底流压的测试值，可根据测试液面和套压计算得井底流压，从而计算出采液指数及IPR 曲线。

1）根据测试液面计算测试点流压从井口到井底可分为三段。

从井口到动液面为气柱段，若忽略气柱压力，则动液面顶端压力仍为套压。

从动液面到吸入口为纯油柱段，可以将这一段分为许多小段，采用迭代压力方法可求出每小段油的密度，最后求出吸口处的压力。

从吸入至油层中部分多相管流段。

通过分小段计算多相管流压力分布，可求得测试点流压。

2）根据测试点流压和产量计算IPR 曲线3）给定配产量时有杆泵油井设计步骤（简化设计方法） a ．利用IPR 曲线，由给定产量'Q 计算流压。

b ．按'Q 由流压向上进行多相管流计算，得不同深度处的压力分布。

一般分若干小段进行压力分布计算。

为了计算简便，此处可按深度增量迭代方法分两段计算。

若井底流压wf p 高于饱和压力b p ，则以饱和压力点b p 为分界线分为两段，wf p 从 到b p 为一段，从b p 到零为一段。

若井底流压wf p 低于饱和压力b p ，则以2/wf p 为分界线分为两段，从wf p 到2/wf p 为一段，从2/wf p 到零为一段。

c ．根据泵沉没压力内插确定泵深；d ．初选杆、管直径，按'Q 由井口向下进行杆、管环空压力分布计算，得不同深度处的压力分布，为了简化计算，给定压力分布；e ．对某一抽汲参数组合：泵径、冲程、冲次、泵沉没压力，计算液柱载荷，设计抽油杆柱；f ．计算扭矩和需要电机功率等校核抽油机：g ．计算泵效：从而计算出产量"Qh ．判断ε<-''''Q Q Q 。

若不成立，则换另一组抽汲参数，转第e 步；若成立转第i 步。

i ．计算举升效率。

j ．通过计算多组抽汲参数的产量，最后得到产量比配产高但最接近且经济、技术指标较好的抽汲参数组合。

1.2 油井流入动态计算油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油的能力，从单井来讲，IPR 曲线表示了油层工作特性。

因而，它既是确定油井合理工作方式的依据，也是分析油井动态的基础。

本次设计油井流入动态计算采用Petrobras 方法。

Petrobras 方法计算综合IPR 曲线的实质是按含水率取纯油IPR 曲线和水IPR 曲线的加权平均值。

当已知测试点计算采液指数时，按产量加权平均。

⑴采液指数计算已知一个测试点；wftest p 、txst q 和饱和压力b p 及油藏压力p 。

①如果b wftest p p ≥则1nestwftestq J p p =- （1）②如果b wftest p p < 采液指数 ()()wftestw b b w testp p f A p p p f q J -+⎪⎭⎫⎝⎛+--=118.11 （2）式中，2)(8.0)(2.01bwftets bwftest p p p p A --=test q — 对应流压wfxets p 时总产液量； w f — 含水率，小数：omzx q — 油 IPR 曲线的最大产油量。

⑵某一产量 t q 下的流压wf p 计算()t b t q J p p =- （3） 1.8bomzx b Jp q q =+（4） ① 若t q q <<10则1twf q p p J=-（5） ② 若omzx t q q q <<1则按流压加权平均进行推导得；11()0.125(1)[1wf w w b q p f p f p J =-+-- （6）③ 若1q q omzx <，则综合IPR 曲线的斜率可近似常数。

11()(89)()omzx omzxw wf w q q q f p f p J J--=-+ （7）1．3 流体物性参数计算方法 (1) 原油密度计算31000( 1.20610)o s g o oR B γγρ-+⨯⋅=（8）式中，o ρ—在压力P 及温度t 下的原油密度，3m kg ；o γ—地面条件下的原油相对密度； g γ—地面条件下的气体相对密度；s R —在压力p 及温度下的溶解油汽比，33m m ； o B —在压力p 及温度T 下的原油体积系数。

(2) 原油的API 度141.5131.5API oy γ=- （9）式中，API y —原油的API 度。

(3) 原油体积系数的计算175.1000147.0972.0F B o ⨯+= （10）式中， 5.615 2.2540F R t =+ (4) 溶解油气比的计算①当15<API y 时，使用standing 的相关式1.20480.17812(8.055810)A S g R p γ=⨯⨯⨯ （11） 式中，)328.1(00091.00125.0+⨯-⨯=t y A API t —温度，℃；p —泡点压力（在多相管流中取计算段的平均压力p ），Pa 。

②当15>API y 时，使用Lastater 的相关式236501ngoS o ngy R m y γ=⨯⨯- （12）式中，o m —地面脱气原油的有效分子量； ng y —天然气的摩尔分数。

其中，o m 和ng y 可以通过差图来获得。

为便于计算，可以采用以下公式计算o m 和ng y 。

o m 的计算当3.38>API o 时 2.113460.6631()010API ln y m -⨯= （13）当3.38<API o 时 0943.0933.61APIo y m -=（14）ng y 的计算；首先计算泡点压力系数；58.055810(273.15)g g p x t γ⨯⨯=⨯+ （15）当448.3>g x 时 0.35310.5967g ng x y ln=⨯ （16）当448.37.0<<g x 时 0.24010.27g ng x y ln=⨯ （17）当7.0<g x 时 1223.0ln 1236.0g ng x y ⨯= （17-1）如果计算出来的溶解油气比大于生产油气比，则等于生产油气比。

(5) 油水混合液体的密度(1)l o w w w f f ρρρ=⋅--⨯ （18） 式中，w f —体积含水，小数。

(6) 液体粘度 ①原油粘度“死油”（脱气油）粘度：1000110-=x odμ （19） 1.163(32 1.8)x y t -=⨯+式中，10Z y =3.03240.02023API z y =-“活油”（饱和油）粘度：(1000)1000B OD O A μμ⨯⨯=（20）式中，515.0)100615.5(715.10-+⨯=S R A 338.0)150615.5(44.5-+⨯=S R BO OD μμ,—原油死油与活油粘度，s Pa ⋅。

②水的粘度2521.0031.47910(32 1.8) 1.98210(32 1.8)1000t t w e μ---⨯++⨯⨯+=（21）式中，w μ—水的粘度，s Pa ⋅。

③液体的粘度(1)l o w w w f f μμμ=⋅-+⨯(7) 油、天然气的表面张力 71.01510[42.40.047(1.832)0.267()]1000PAPI og t y eσ--⨯-+-⨯=（22）式中，og σ—油、气的表面张力，mN；P —压力,Pa 。

(8) 水、天然气的表面张力 (23.33)137.78(137.78)248 1.8{[]}206wg tσσσσ-=-+ （23） 其中10007671062575.3)33.23(pe⨯⨯--=σ1000107018.85.527)78.137(p ⨯⨯-=-σ式中，wg σ—温度为t ℃时水、气的表面张力，m N ；P —压力,Pa 。

(9) 油水混合物和天然气的表面张力(1)l og w wg w f f σσσ=⋅-+⨯(10) 天然气的压缩因子Z92.22176.67c g T γ=+()()7.039.088.4106≥-⨯=gg c P γγ ()()7.025.078.4106<-⨯=gg c P γγ273.15r ctT T +=r cP P P =0.27rR rP P ZT =（迭代-1） 2231.04670.57830.0230.68151(0.31506)(0.5353)1.55 1.55 1.55 1.553RR R Z P P P ---=++++++ （迭代-2） 此处迭代过程Z 取初值1，迭代1次。

式中，P —压力,Pa 。

(11)天然气的密度33.484410(273.15)g g PZ t γρ-=⨯⨯+ 3/Kg m ;式中，P —压力Pa 。

(12) 天然气的粘度天然气粘度取s mPa ⋅⨯=μ-21022.1g 1．4井筒温度场计算根据经验公式计算沿井筒的温度分布： [])(1L H B ATA ATA or o ATA e L B HB t t t t -⨯--+⨯⨯⨯-+= （24）)1(2W PATA F G K B +⨯⨯=π10004246.51573.11G P eK -⨯+=241000⨯=L Q G 式中，L Q —油井产液量，t/d ；w F —质量含水率，小数，体积含水率与质量含水率的换算公式为：)1(w o w w ww w f f f F -+=ρρρo t —恒温层温度，℃；r t —油层温度，℃；H —油层中部深度，m ；L —井筒中任意点深度，m 。