人工举升理论3概论
人工举升理论分析PPT学习教案
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射孔的表皮效应
图1-16 射孔表皮计算中所用的井的变量
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射孔的表皮效应
平面流效应sspH、 垂sH向汇sV聚效s应wb sv和井筒效应
swb.。
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p g sin
z 2 l H l g (1 H l )
p z
2
l H l
l (1
H l )g sin
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加速压力梯度
p z 3 /
l
A )
d dz
(Gg /
g
A )
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贝格斯－布里尔方法
dp dz
(G / A)v
1．新完钻的井，根据预测的流入动态曲线，选择完井方式、完井 参数 (如射孔完井的射孔密度)，确定油管尺寸，选择合理生产压差。
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可求解的问题
2．对已投产的生产井系统，找出影响产量 的因素，采取措施使之达到合理利用自身 压力，取得最大产量。
3．改善现有生产井的某些条件，预测产量 变化，例如，更换油嘴、油管后的产量变 化。
以有效 (或相对)渗透率比代 Hawkins可用于这种情况了。
替 K/Ks ，
则
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部分完井和斜井的表皮效应
图1-15 部分完井的斜井构形
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部分完井和斜井的表皮效应
所有引起流线变形的情况都会产生表皮效 应sc。和油气藏高度相比，射孔段越小，完 井的偏心度越大，则表皮效应越大。
Ps
Pwf ,real
人工举升理论第1讲 概论
2
C3 Pwf D Pr
3
C4 Pwf D Pr
（ 1－10）
4
K ro C1 B o o
' 1 K ro 0 2 o Bo
'' 1 K ro 0 4 o Bo
' '' 0
1 K ro '' 1 K ro ''' C3 6 B 6 B o o 0 o o 0 1 K ro ''' C4 24 o Bo 0 K ro 1 K ro ' 1 K ro '' 1 K ro ''' D o Bo 0 2 o Bo 0 6 o Bo 0 24 o Bo 0
第二节 油气两相渗流时的流入动态
沃格尔型流入动态
1968年，Vogel.J.V根据用计算机对若干典型的溶解气驱油藏中油井的流 入动态曲线的计算结果，发表了适用于溶解气驱油藏的无量纲 IPR曲线 及描述该曲线的方程。 沃格尔在计算中假定： 1) 圆形封闭油藏，油井位于中心； 2) 均质地层，含水饱和度恒定； 3) 忽略重力影响； 4) 忽略岩石和水的压缩性；
石油开采系统 有杆抽油系统
无杆泵采油
人工举升理论
第2章 油井流入动态
石油工业概论_理论教学大纲
一、课程目标本课程是为石油大学本科生全面了解石油工业而开设的必修课程。
本课程旨在完整系统地介绍石油工业的工艺流程、技术进步及对社会发展的影响，目的在于要使学生深刻认识石油天然气在国民经济和社会发展中的重要作用，从而牢固树立起“学石油、懂石油、热爱石油事业”和“科学技术是第一生产力”的观念，同时进一步浓厚中国石油大学的石油文化特色。
本课程注重介绍石油基本知识和相关工艺流程。
对于理工专业的学生，应从系统工程的角度对石油的生产过程有全面的了解，明确自己所学专业在石油工业中的地位，了解各有关专业之间的相互关系，有意识地学习更多的石油专业知识；对于文科学生来说，应了解石油天然气及其生产的最基本的知识，提高自身的科学素养，强化石油文化特色。
二、基本要求通过本课程的学习，学生应达到下列基本要求：1．对世界石油工业的发展历程有一个基本的了解；2．对油气及其产品有一个基本的了解；3．对油气地质学、油气勘探工程、油气藏工程、油气井工程、油气开采工程、油气储运工程、油气加工工艺有一个基本的了解。
4．对石油工业经营管理、石油工业的可持续发展有所了解。
5．对中国石油工业的发展有所了解。
三、教学内容与学时分配建议绪论1.石油工业与国家的强大 1学时薪柴时代与中国；第一次工业革命与英国；第二次工业革命与美国；第三次工业革命与石油时代；2.石油工业概论课程体系的建立 1学时建立的出发点；内容体系；特点第一章石油工业发展历程本章重点难点：掌握石油工业的特点；了解石油工业与世界政治、经济、军事的联系1. 薪柴时代的石油手工业 1学时石油名字的由来；从煮卤熬盐谈古代钻采运输业；从战争武器谈古代炼制业2.煤炭时代的石油工业 1学时现代石油工业第一井的诞生；美国现代石油工业的诞生；俄国现代石油工业的诞生；皇家荷兰/壳牌石油公司；英波石油公司3.石油时代的来临 1学时电的发明对石油工业的影响；世界大战对石油工业的推动；美国霸主地位与石油工业4. 石油时代的风云 1学时石油输出国组织；石油危机与国际能源机构的成立；美国石油霸权；俄国兴衰与石油第二章石油天然气及其产品本章重点难点：了解烃的结构；建立石油与精细化工产品的关系。
石油气液两相管流 第一章
第一章概论第一节引言多相流理论多相流体力学理论相相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分由界面隔开多相流动体系两相或两相以上的流体一同参与流动的体系多相管流多相流体在管道中的流动Multiphase Flow多相流动两相或两相以上的流体一同参与的流动油水混合物：从相的角度区分为油相、水相从物质形态看同属液态相物质形态(气态、液态、固态)盐水：从相的角度划分只有液相从组分划分可分为：水和NaCl相组分(指混合物中的各个成分)原油？水-冰液固两相流水-水蒸汽气液两相流泥浆液固两相流油-气气液两相流油-气-水气液液三相流单工质（相同化学成分）多工质（不同化学成分）多相流体流动遵循的规律与单相流体并不相同，需引入新的理论来反映多相流体流动规律。
多相体系：水--冰、水—水蒸汽、泥浆、油气、油气水等多相体系的类型Ø热能工程：锅炉系统、制冷系统、热管Ø航天技术：平衡温差、保护设备Ø核工业：汽液两相流动Ø石油工业：两相渗流计算、井控设计、采油工艺设计、油气集输Ø化工行业：工艺设计Ø其它行业：水利、粉状物管线输送…………多相流应用领域油气是深埋于地下的混合流体矿藏，因此，油气藏的开发与开采离不开流体力学理论及其分枝——多相流理论。
举例来说，渗流理论、油气井压力控制、油气管流计算、举升参数设计、工况分析、集输设计等，都离不开多相流的理论与计算方法。
多相流理论是贯穿于石油开采全过程的基本理论一、多相流理论在石油工业中的地位和作用石油工程(油气井工程和油气田开发工程)以及油气储运工程都与多相流理论有着极为密切的联系。
钻井工程：油气井压力控制(含气泥浆的压降计算)采油工程：采油方式优化设计、采油设备的工况分析（油气混合物在井筒中流动的压降和温度计算）储运工程：油气集输管线的设计（油气混合物在管线中压降和温度的计算）许多工程设计都将计算多相流体在管道中流动的压降和温度。
人工举升理论第15讲 螺杆泵采油
L EF3 E( L x)qt
油管锚定方式及受力分析
模型三：
油管座封时，整个管柱受压，扭力由支承卡瓦承受，作 用在套管上。作用力除油管自重外，在顶部还加一个附 加力F4。管柱在F3、F4的压力下，使管柱产生弯曲。管 柱失稳后产生弯曲，油管弯曲状态(如下图) 失稳计算方法如下：
螺杆泵的容积效率和系统效率
泵的系统效率η 定义为泵的有功功率 (水力 功率)Ph与泵的输入功率Pin之比，即
Ph Pin
Ph HQlg 10-3 Pin 3 10 UI
3
螺杆泵的扭矩
由于螺杆泵的吸大端和排出端存在压差，所以螺杆一衬 套副中的液体将对螺杆施加力的作用。同时，定、转子 间存在过盈量，将会使定、转子间产生摩擦阻力扭矩。
螺杆泵抽油合理工况参数分析
螺杆泵抽油沉没度是螺杆泵抽油系统的 一个重要参数，沉没度过高，影响油井 产量。若控制的过低，影响泵的吸入状 况，使泵效降低。螺杆泵定子橡胶发热， 定、转子间的摩阻增大，使抽油系统工 况变差，螺杆泵定子破坏加快。
合 理 沉 没 度 的 确 定
P沉＝Pc
L沉
100
驱动装置 井口装置 地面动力
中间油管 井下螺杆泵
螺 杆 泵 驱 动
电动 液动 机动
螺 杆 泵 工 作
油杆转动 油 管 输 出
螺杆泵转动
地层流体
螺杆泵采油
地面设备简单、紧凑、占地小、初期 投资少、操作安全可靠、管理和使用方便。 排出流量均匀平稳，调参容易，通过 优 改变地面驱动转速来调整泵的排量。
点
180Ml GI p
（度/米）
Ml (ral) GI p
油管锚定方式及受力分析 模型二：
石油气液两相管流 多相管流理论与计算
“流动保障” 确保油气的无阻塞流动并使系统的运行费用达 到最低。
保温材料
Pipe-in-Pipe
管线管束(flowline bundles)
渤海平均水深 18m,最深83m
黄海平均水深 44m,最深140m
东海平均水 深 370m, 最 深 2719m
南海平均水深 1212m, 最 深 5377m
pwf 井底流压
ptp 两相流压降
pt ph 自喷生产 pt ph 机械采油(人工举升)
气举采油系统示意图
依靠从地面注 入井内的高压气体 与油层产出流体在 井筒中混合，利用 气体的膨胀使井筒 中的混合液密度降 低，将流到井内的 原油举升到地面。
pt pwf ptp
设计的原则： 最大限度地发挥油藏的潜 力和地面设备的能力，获 得最高的产油量。
•80年代中期应用高新技术及仪器进行多相流的模拟试验， 期望深入认识多相流动现象及流动机理，从而改进模型，提 高精度。
核密度计、超声波传感器、电导和光导探针、电容传感器、 激光多普勒测速仪、高速摄像机等。
西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室 • 目前，双流体瞬态模拟方法和精确描述物理现象的稳态机 理模型是多相管流研究的主要方法
举例来说，渗流理论、油气井压力控制、油气管流计算、举升参 数设计、工况分析、集输设计等，都离不开多相流的理论与计算 方法。
多相流理论是贯穿于石油开采全过程的基本理论
一、多相流理论在石油工业中的地位和作用
许多工程设计都将计算多相流体在管道中流动的压降和温度。
钻井工程：油气井压力控制 (含气泥浆的压降计算)
第二节 气液两相管流的基本特征与研究方法
一、基本特征
人工举升理论第17讲 水力活塞泵解读
Q 60 24 F泵 X容 n 1440 F泵 X容 n
井下机组的有效功率N效由下式确定
N 效 油 H 表Q
水力活塞泵装置的总功率N总由下式表示
N总
qp动
地泵
水力活塞泵装置的总效率η
总可由下式计算
N效 N总
油 ( L h沉 h油 h油升 )Q
应用条件： 井数不受限制，油井产液量大 于5t/d，符合质量要求的动力液供给有保证。 优缺点： 优点：动力液质量易保证，系统 可靠性强，操作管理方便；缺点：一次投 资大，建设周期长。
用范围 系统泵站
低含水原油
高含水原油
SLY-2
SLY-3 SLS-1
系统泵站、单井系统、组合式泵站
p4 (1 E / p) p3 E / p( ps G1 H p F1 Fp
对于闭式系统
p4 p3 E / p[ ps (G1 G2 )H p F1 F2 Fp p6 ]
再见，谢谢！
开 式 水 力 活 塞 泵 井 口 装 置
基本参数计算的内容包括以下几项：
当一定工况时，在液动机处和地面动力 泵处所需的动力液压力；
当一定工况时，动力液的流量； 当一定工况时，水力活塞泵的排量； 水力活塞泵装置的功率和效率。
差动式水力活塞泵井下机组的活塞 组上作用力简图 a一下冲程；b－上冲程
当下冲程时活塞组的受力平衡方程式如下
p' 动下 f 杆 L h混 混 p回 f 杆 S下 0
当下冲程时，液动机处动力液压力的计算公式为
p'动下 ( L h混 ) 混 p回
S下 f杆
当上冲程时，活塞组的受力平衡方程式为： p'动上 ( F发 f 杆 ) L h混 混 p回 ( F发 F泵 f 杆 )
石油工程概论考试复习知识点
石油被誉为工业的“血液”、机器的“粮食”。
石油和天然气是优质的能源、润滑油料及化工原料，也是重要的战略物资。
有“国民经济的血液”之称。
欧佩克成员国的石油储量占全球的78.2% ,沙特阿拉伯位列世界石油储量之首。
天然气估算探明储量为173.08万亿立方米,欧佩克成员国的天然气储量约占世界总储量的52％。
俄罗斯位列世界天然气储量之首。
俄罗斯、伊朗和卡塔尔是世界三大资源国，证实储量分别占世界总量的27.2％、15.8％和14.7％。
(我国石油储量)33亿吨，占世界的2.3%，排名第11位；世界人均石油23吨，我们只有2.5吨，占世界人均的11%；(我国天然气储量)3.5万亿立方米，占世界的2.5%，排名第20位；世界人均天然气23200m3，我们只有1080m3，占世界人均的4.6%。
油区：20多个{陆上（如大庆、胜利、辽河、新疆、华北大港、吉林四川、青海、塔里木、克拉玛依、长庆、玉门、中原等）海上（如渤海、东海、南海东部、南海西部等）}“加大石油天然气资源勘探力度。
加强油气资源调查评价，扩大勘探范围，重点开拓海域、主要油气盆地和陆地油气新区，“加快深海海域和塔里木、准噶尔、鄂尔多斯、柴达木、四川盆地等地区的油气资源开发。
“实施…走出去‟的跨国经营战略……”石油的化合物组成烃类化合物（即碳氢化合物）是石油主要成分，约占80％以上。
含有氧、硫、氮的化合物（非烃化合物）有时可达30％。
不利于石油的开采、炼制和加工。
石油的元素组成由碳、氢两种元素组成：碳约占80％一88％；氢约占10％一14％；氧、硫、氮约占0.3％一7％。
石油中若碳、氢元素含量高，且碳／氢值低，则油质好；若氧、硫、氮元素含量高，则油质相对较差石油组分组成：i 油质ii 胶质iii 沥青质iv 碳质石油的物理性质1颜色（石油一般呈棕色、褐色或黑色，也有无色透明的凝析油。
）2密度3粘度（地下采出的石油在提炼前称原油。
地层粘度大于50 mPa·S、密度大于0.92的原油称为稠油。
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vn
2 T
T
U (t) cosntdt
0
n
2 T
T
0
U
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s
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将曲线离散化
n
2 K1
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K
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K1
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c
os
2np
K1
图3－8 光杆位移与θ关系曲线
图3－9 光杆动载荷与θ关系曲线
x 2
v
ux, t
t
定解条件
图3－6 光杆载荷与时间关系曲线
图3－7 光杆位移与时间关系曲线
边界条件数据
Dt
L(t) Wr
0
2
n
n1
cos nt
n
sin nt
U t
v0 2
vn
n1
cos nt
n
sin nt
傅立叶系数
n
2 T
T
D(t) cosntdt
0
n
2 T
T
0
Dtsin ntdt
ui, j1 t
ui,
j
2u t 2
i,
j
ui,
j 1
2ui, j t 2
ui, j1
2u x2
i, j
ui1, j
2ui, j x2
ui1, j
诊断模型的有限差分解
ui1, j
x
2
ct
(1 vt)ui, j1 (2 vt)ui, j
ui, j1
2ui, j
ui1, j
Pn (x) ( n sinh n x n cosh n x) cos n x (n cosh n x vn sinh n x) sin n x
傅氏级数解
F(x,t)
EA
o
2EA
n1
O'n (x) cosnt
P'n (x)sin nt
O'n
(x)
n sinh
EA
nx
( n
抽油泵
图3－3抽油泵结构示意图 ( 管式泵；(b) 杆式泵
抽油机井故障诊断技术
• 当人们认识到地面示功图诊断的缺陷后， 就试图直接或间接绘出抽油泵示功图
• 美国吉而伯特和萨金特于1936年发明井 下动力仪，可以直接获得泵示功图
• 1966年美国S.G.吉布思和A.B.内利研究出 诊断分析技术
波动方程
X (x) n sin n x n cos n x • 式中φn和Θn是复常数
n n in
n n i n
傅氏级数解
• 则方程的解为： •
Z (x, t) x n sin n x n cos n xeint n1
U t n cos nt n sin nt
X '' (x) X (x)
2n
T "(t) vT ' (t) 2nc2T (t) 0
X " (t ) 2n X ( x) 0
傅氏级数解
T (t) : eint
n 2 2eint ivneint 2nc 2eint 0
• 因为 eint 0
2n
n
2 ivn
c2
傅氏级数解
• 令：n n i n
傅氏级数解
• 应用分离变量法，解的乘积形式为
Z(x,t) X (x)T (t)
• Z（x）和T（t）分别仅为x和t的函数
傅氏级数解
T '' (t) vT ' (t) X '' (x) c2T (t) c2T (t) X (x)
T '' (t) c2T (t)
vT ' (t) c2T (t)
1
D(t) EA
n n n n cosnt n n n n sin nt
傅氏级数解
U (x,t)
vo 2
o
2EA
x
[On (x) cos nt
n1
Pn (x) sin nt]
On (x) ( n cosh n x n sinh n x) sin n x (n sinh n x vn cosh n x) cos n x
抽油机
图3－2 常规型游梁式抽油机结构示意图 1一刹车装置；2一动力机；3一减速箱皮带；4一减速箱；5一输入轴；6一中间轴；7一输出轴；8一曲柄；9一连杆轴；10一支架；11一曲柄平衡块；12一连杆；13一
抽油杆
• 普通抽油杆 • 玻璃纤维抽油杆 • 空心抽油杆 • 连续杆 • 钢丝绳杆 • 不锈钢杆 • 非金属带状杆
• S.G.吉布思建立了抽油杆系的一维带阻尼 波动方程，并用分离变量法求得其截断 的付立叶级数近似解
• 边界条件就应用地面示功图的载荷一时 间曲线和位移一时间曲线
• 用该方法可以给出井下任意截面和泵的 示功图
ห้องสมุดไป่ตู้
诊断模型及付氏级数解
• 吉布思建立了带阻尼一维波动方程：
2ux, t
t 2
c2
2ux, t
n
n
c2
1
1 v 2
n
n
n
c2
1
1
v
2
n
傅氏级数解
• 我们称λn为为方程（d）的本征值。当 n=0时，λ0==0，方程成为
T " (t) vT " 0
X "(x) 0
• 解为： T (t) : X (x) : x
傅氏级数解
• X " (t) 2n X (x) 0 的解为谐波方程 ：
2 n
2 n
n
nn n n
EA
2 n
2 n
有限差分解
• 傅氏级数解存在的问题是，由于傅氏系 数数目太低就不能保证精度，因此计算 时间较长。此外，傅氏级数法将使地面 示功图平滑化。
• 可以用台劳级数推导出波动方程的有限 差分解。设驴头下死点为x坐标原点，向 下为正。
有限差分解
u t
i, j
人工举升理论
石油大学 吴晓东
第三讲 有杆泵采油
• 有杆泵采油包括游梁式有杆泵采油和地 面驱动螺杆泵采油两种方法。
• 游梁式有杆泵采油方法以其结构简单、 适应性强和寿命长等特点，成为目前最 主要的机械采油方法。
抽油机井设备
• “三抽”设备： • 抽油机 • 抽油杆 • 抽油泵
图3－1有杆泵采油井的系统组成 1一吸入阀；2一 泵筒；3一活塞；4一排出阀； 5一抽油杆；6一油
边界条件
u1,1 u1; u1,2 u2 ; u1,k uk
u F1 EA x
1,1
EA
u2,1 u1,1 x
F2
EA u x
1,2
EA u2,2 u1,2 x
......
Fk
EA u x
1,k
EA u2,k u1,k x
边界条件
n
vn n
) coshn
x
sin n x
E
n
A
c
os
h
n
x
(vn n
n n
sinh
n
x
cos n x
O'n
(x)
n
EA
c
osh
n
x
(
nn
vn n
) sinh
n
x
cos n
x
E
n
A
sinh
nx
(vn n
n n
) cosh n x sin n x
傅氏级数解
n
n n n n
EA