油氣開采新技術(shù)-經(jīng)典

油氣開采新技術(shù)-經(jīng)典第一頁，共266頁。油氣開采新技術(shù)該課程是石油工程專業(yè)主干課《采油工程的擴(kuò)展和補(bǔ)充，目的是使學(xué)生在掌握了常規(guī)的油氣開采方法和技術(shù)后，對油氣開采技術(shù)的新方法和新發(fā)展有初步的全面的了解。該課程的主要內(nèi)容包括：高能氣體壓裂技術(shù)、現(xiàn)代射孔完井工程、重復(fù)壓裂壓裂技術(shù)、采油工程方案編制方法、微生物（細(xì)菌）采油技術(shù)、新型無傷害地層處理技術(shù)和有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計與診斷技術(shù)。第二頁，共266頁。目錄第一章高能氣體壓裂技術(shù)1.1高能氣體壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展方向1.2高能氣體壓裂的基本原理及特點(diǎn)1.3高能氣體壓裂選井選層的原則1.4高能氣體壓裂的幾項工藝技術(shù)1.4.1封堵技術(shù)1.4.2測試技術(shù)1.4.3高能氣體壓裂效果分析1.5火藥燃燒特性1.6HEGF壓力設(shè)計計算理論基礎(chǔ)1.7高能氣體壓裂工藝設(shè)計內(nèi)容1.8現(xiàn)場試驗第三頁，共266頁。第二章現(xiàn)代射孔完井工程2.1總論2.2完井方法2.2.1完井方法的基本要求2.2.2完井方法分類2.2.3水平井完井方法2.3射孔完井技術(shù)2.3.1射孔器簡介2.3.2聚能效應(yīng)與成孔影響聚能彈穿深的因素2.3.3射孔工藝射孔參數(shù)與油井產(chǎn)能規(guī)律研究2.3.4射孔數(shù)學(xué)模擬與電模擬結(jié)果第四頁，共266頁。2.3.5射孔參數(shù)對油井產(chǎn)能的影響分析2.3.6射孔完井優(yōu)化設(shè)計方法2.4保護(hù)儲層的分層測射聯(lián)作工藝技術(shù)簡2.4.1分層測射聯(lián)作的基礎(chǔ)理論2.4.2測射聯(lián)作工藝設(shè)計2.4.3測射聯(lián)作工藝優(yōu)化設(shè)計軟件2.4.4研究總體技術(shù)思路及特點(diǎn)2.4.5測射聯(lián)作對裂縫孔隙油藏的傷害析及對策2.4.6裂縫孔隙性油藏射孔完井產(chǎn)能的數(shù)學(xué)模型2.4.7確定完井測試工作制度的方法研究2.4.8測射聯(lián)作工藝技術(shù)可靠性分析第五頁，共266頁。第三章重復(fù)壓裂壓裂技術(shù)3.1重復(fù)壓裂方式3.2原裂縫失效原因3.3重復(fù)壓裂機(jī)制3.4重復(fù)壓裂前評估3.4.1壓前評估的目的3.4.2單井狀況評估3.4.3裂縫當(dāng)前狀況診斷3.4.4原來壓裂工藝措施評價3.4.5壓裂材料評價3.4.6壓后壓力分析3.4.7選井(層)原則第六頁，共266頁。3.5重復(fù)壓裂時機(jī)3.6重復(fù)壓裂模擬研究3.6.1二維二相油藏椓遜煜低臣蚪3.6.2乾安實(shí)例3.7重復(fù)壓裂技術(shù)3.7.1控縫高壓裂（人工隔層）技術(shù)3.7.2端部脫砂技術(shù)3.7.3高砂比壓裂3.7.4強(qiáng)制裂縫閉合技術(shù)3.7.5增能壓裂（助排）技術(shù)3.8裂縫延伸的數(shù)值模擬3.8.1連續(xù)性方程3.8.2流體流動壓降方程3.8.3裂縫寬度方程

3.8.4裂縫高度方程3.8.5裂縫延伸算法第七頁，共266頁。3.9溫度場分析3.10壓裂液體系的發(fā)展3.10.1中低溫硼酸鹽延遲交聯(lián)水基壓裂液3.10.2高溫地層有機(jī)復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)液3.10.3延遲釋放破膠劑3.10.4交聯(lián)的甲醇壓裂液3.10.5壓裂液性能測量3.11支撐劑3.11.1樹脂包層支撐劑3.11.2影響導(dǎo)流能力的因素3.12壓裂工藝技術(shù)3.12.1(蠟球)封堵分層壓裂技術(shù)3.12.2分層壓裂技術(shù)3.13其它壓裂技術(shù)3.13.1水平井壓裂3.13.2煤層氣壓裂第八頁，共266頁。第四章微生物(細(xì)菌)采油技術(shù)4.1微生物(細(xì)菌)采油技術(shù)發(fā)展概況4.2微生物(細(xì)菌)采油機(jī)理4.3微生物(細(xì)菌)采油處理方式4.4微生物(細(xì)菌)采油實(shí)驗4.5微生物(細(xì)菌)菌種篩選方法4.6微生物(細(xì)菌)采油試驗4.6.1勝利油田4.6.2大港港西四區(qū)先導(dǎo)試驗第九頁，共266頁。第五章新型無傷害地層處理技術(shù)5.1地層處理的物理方法5.1.1負(fù)壓脈沖技術(shù)5.1.2超聲波地層處理技術(shù)5.1.3水力脈沖振蕩技術(shù)5.1.4電動液壓及爆炸法5.1.5電磁波超聲波綜合處理技術(shù)5.2地層處理的化學(xué)方法5.2.1井底自生泡沫脈沖法5.2.2熱氣化學(xué)作用法

5.2.3瀝青膠質(zhì)有機(jī)沉積物消除方法第十頁，共266頁。第六章采油工程方案編制6.1方案編制遵循的原則6.2采油工程方案編制的主要內(nèi)容6.2.1儲層保護(hù)系統(tǒng)工程研究6.2.2地應(yīng)力研究6.2.3完井工程設(shè)計

6.2.4采油方式選擇6.2.5注水工藝方案設(shè)計6.2.6油藏改造技術(shù)研究6.2.7油水井動態(tài)監(jiān)測技術(shù)6.2.8堵水調(diào)剖工藝技術(shù)6.2.9防砂清蠟工藝技術(shù)6.2.10井下作業(yè)與后勤廠站配套建設(shè)方案采油工程經(jīng)濟(jì)評價第十一頁，共266頁。

第七章抽油井計算機(jī)診斷技術(shù)7.1概

述7.2波

動

方

程7.3邊

界

條

件

7.4梯形數(shù)值積分確定付氏系數(shù)解析求解7.5分離變量法7.5.1差分方程的建立（顯式）7.5.2偏導(dǎo)數(shù)差商公式（離散化）7.5.3基本差分方程

第十二頁，共266頁。7.6阻尼系數(shù)7.6.1等效粘滯阻尼系數(shù)7.6.2層流狀態(tài)阻尼公式 7.6.4張琪公式7.6.5Gibbs阻尼系數(shù)計算步驟7.6.6診斷技術(shù)的應(yīng)用7.7示例第十三頁，共266頁。第八章有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計8.1概

述8.1.1選擇抽油設(shè)備的基本原則8.1.2設(shè)計選擇方法及特點(diǎn)8.2確定下泵深度8.2.1泵充滿系數(shù)8.2.2沉沒壓力8.2.3泵深設(shè)計限制條件8.3選

泵第十四頁，共266頁。8.3.1沖次8.3.2泵效8.3.3沖程8.3.4泵經(jīng)選擇限制條件

8.3.5桿柱載荷計算

8.3.5.1簡化公式8.3.5.2（美）API圖解法8.3.5.3（蘇）維爾諾夫斯基公式8.3.5.4張琪公式8.3.5.5選用意見8.4桿柱設(shè)計8.4.1解析求解8.4.2計算步驟第十五頁，共266頁。

高能氣體壓裂技術(shù)(HighEnergyGasFracturing)主講：

陳冀嵋

副教授

(0817)2224433-2925第十六頁，共266頁。1.1高能氣體壓裂技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展方向

1.1.1國外高能氣體壓裂技術(shù)發(fā)展歷程

1.1978年以前,實(shí)驗室試驗階段2.1978~1981年,現(xiàn)場模擬試驗階段3.1982~1985年,礦場試驗應(yīng)用階段4.1986年至今,擴(kuò)大和深化試驗階段第十七頁，共266頁。1.1.2國外高能氣體壓裂技術(shù)研究的主要成果

1.裸眼井和套管井都可以進(jìn)行多方位壓裂,適應(yīng)油藏范圍寬;

2.發(fā)現(xiàn)了裂縫產(chǎn)生的增壓速率原理,確定了產(chǎn)生徑向裂縫的增壓時間

3.建立了選定產(chǎn)生多方位裂縫所需壓力脈沖特征值(tmpm)的方法和計算推進(jìn)劑混合比的方法

第十八頁，共266頁。4.試驗證明,產(chǎn)生的多方位裂縫形態(tài)開始與射孔孔眼方向一致,然后趨向主應(yīng)力方向;

5.井筒充滿液體后,增壓時間減少,峰值壓力下降,建立了充滿液體后增壓時間的關(guān)系；6.研制出一套用于高能氣體壓裂工具及施工方法；7.解決了推進(jìn)劑在井下燃燒的壓力--時間過程的測試方法；8.采用計算機(jī)模擬實(shí)驗室及現(xiàn)場過程；第十九頁，共266頁。1.1.3我國高能氣體壓裂技術(shù)現(xiàn)狀1.發(fā)展歷程

2.機(jī)理研究3.高能氣體壓裂彈的研究

第二十頁，共266頁。點(diǎn)火線點(diǎn)火藥固體推進(jìn)劑堵頭彈殼圖1-1.一次性壓裂彈示意圖零線

?）裸眼井高能氣體壓裂彈:第二十一頁，共266頁。（2）重復(fù)使用高能氣體壓裂彈第二十二頁，共266頁。4.現(xiàn)場試驗

第二十三頁，共266頁。第二十四頁，共266頁。表4.各油田高能氣體壓裂成功率對比表第二十五頁，共266頁。表5.不同井深高能氣體壓裂有效率統(tǒng)計表1.2高能氣體壓裂的基本原理及特點(diǎn)第二十六頁，共266頁。幾種壓裂的特點(diǎn):第二十七頁，共266頁。第二十八頁，共266頁。第二十九頁，共266頁。三種壓裂壓力上升速度對比:

第三十頁，共266頁。選井選層原則:

1.3高能氣體壓裂選井選層的原則1.4高能氣體壓裂的幾項工藝技術(shù)1.封堵技術(shù)第三十一頁，共266頁。(1)水泥塞封堵技術(shù)第一種:處理層段在井底附近第二種:處理層段在井筒中部第三十二頁，共266頁。第三十三頁，共266頁。(2)液壓封堵技術(shù)

第三十四頁，共266頁。(3)復(fù)合封堵技術(shù)第三十五頁，共266頁。(1)單層處理的壓裂管柱2.壓裂管柱結(jié)構(gòu)第三十六頁，共266頁。第三十七頁，共266頁。(2)分層處理的壓裂管柱主要用于分層作業(yè)，分層壓裂。第三十八頁，共266頁。高能氣體壓裂管柱的作用:防止壓裂過程中油管及工具產(chǎn)生彎曲和變形;回收壓裂彈泄壓孔封堵材料;能進(jìn)行壓井,洗井和氣舉等作業(yè);能滿足單層,分層壓裂要求;3.測試技術(shù)

(1)銅柱測壓法(2)有線壓力傳感器(3)測壓彈第三十九頁，共266頁。4.高能氣體壓裂效果分析直接求產(chǎn)對比法

試井方法1.5火藥燃燒特性

1.5.1火藥類型

固體推進(jìn)劑液體推進(jìn)劑燃燒氧化劑第四十頁，共266頁。第四十一頁，共266頁。第四十二頁，共266頁。第四十三頁，共266頁。第四十四頁，共266頁。1.5.2火藥燃燒特性火藥燃燒的三個階段:點(diǎn)火引燃燃燒

1.火藥燃燒速度及直線燃燒距離火藥燃燒速度：單位時間內(nèi)火藥直線燃燒的距離。2.火藥燃燒形狀函數(shù)第四十五頁，共266頁。1.6HEGF壓力設(shè)計計算理論基礎(chǔ)

1.6.1基本假設(shè)1.7高能氣體壓裂工藝設(shè)計內(nèi)容1.7.1選井選層

1.7.2修井設(shè)計1.7.3工藝設(shè)計第四十六頁，共266頁?，F(xiàn)代射孔完井工程TheAdvancedWell

PerforatingCompletionEngineering主講：李海濤副教授(0817)2224433-2830第四十七頁，共266頁。第一章總論

(BRIEFINTRODUCTION)完井工程定義(DEFINITION)完井工程基礎(chǔ)(THEORETICALFOUNDATION)完井工程研究內(nèi)容(CONTENTS)完井工程研究思路(COMPREHENSIVESTUDYINGSTRATEGY)第四十八頁，共266頁。完井工程研究思路

COMPREHENSIVESTUDYINGSTRATEGY完井要求第四十九頁，共266頁。第二章完井方法完井方法的基本要求完井方法分類水平井完井方法采油操作對完井設(shè)計的要求第五十頁，共266頁。1.完井方法的基本要求油氣層和井筒之間的連通條件最佳,油氣層受的傷害最小;油氣層和井筒之間的滲流面積盡可能大,油氣流入的阻力最小;能有效封隔油氣水層，防止層間干擾；能控制油層出砂，防止井壁坍塌，確保長期生產(chǎn)；應(yīng)能滿足分層注水.注氣.壓裂.酸化.人工舉升等井下作業(yè)要求；稠油開采能達(dá)到注蒸汽熱采的要求；油田開發(fā)后期具備側(cè)鉆的條件；工藝簡便，成本低廉。第五十一頁，共266頁。2.

完井方法分類裸眼

完井先期裸眼完井后期裸眼完井?裸眼礫石充填完井套管礫石充填完井預(yù)充填礫石繞絲篩管第五十二頁，共266頁。示例裸眼完井方式先期裸眼完井油層套管水泥環(huán)表層套管后期裸眼完井優(yōu)點(diǎn)：施工方便，成本低，流通面積大。缺點(diǎn)；產(chǎn)層易坍塌，無法分層開采適用：無需分層開采的井，巖層堅硬致密。Openholecompletions第五十三頁，共266頁。3.

水平井完井方法分類第五十四頁，共266頁。采油操作對完井設(shè)計的要求工作程序自噴井油管及生產(chǎn)套管尺寸的確定人工舉升井油管及生產(chǎn)套管尺寸的確定增產(chǎn)措施對油套管尺寸的要求稠油及高凝油開采井對對油套管尺寸的要求第五十五頁，共266頁。工作程序采油

傳統(tǒng)工作方法采油工程只能在限制的井身結(jié)構(gòu)下確定油管尺寸和采油方式，也限制了一些好的新工藝技術(shù)的應(yīng)用，許多油井在高含水期無法滿足高產(chǎn)液量的要求。新工作程序因井身結(jié)構(gòu)一旦確定，生產(chǎn)套管就不可能更換，在完井選擇套管尺寸時就必須盡量能考慮不同生產(chǎn)時期不同采油方法的要求以及特殊作業(yè)和非常規(guī)采油作業(yè)的需要。第五十六頁，共266頁。第三章射孔完井技術(shù)射孔器射孔工藝射孔參數(shù)與油井產(chǎn)能的規(guī)律研究射孔完井優(yōu)化設(shè)計方法第五十七頁，共266頁。1射孔器簡介

聚能射孔彈的結(jié)構(gòu)射孔彈的安裝方式聚能彈聚能效應(yīng)與成孔過程影響聚能彈穿深的因素第五十八頁，共266頁。1.1

射孔彈的安裝方式說明：射孔彈由導(dǎo)爆索串聯(lián)在一起，其彈頭有一定方向性，彈與彈之間的夾角有0o30o45o90o

120o和180o等。相位：相鄰彈與彈之間在平面上投影的夾角。排列方式：平面布孔交錯布孔螺旋布孔第五十九頁，共266頁。1.2聚能彈聚能效應(yīng)與成孔利用爆炸時具有方向性的特點(diǎn)，將炸藥作成凹槽狀，爆炸是迅速的物理化學(xué)熱反應(yīng)，溫度高達(dá)2000o~5000o。由于溫度極高，產(chǎn)生了極熱的氣態(tài)物質(zhì)，該物質(zhì)迅速膨脹到原體積２００～９００倍，將處于強(qiáng)烈壓縮狀態(tài)的勢能瞬間變成動能該動能沖擊波的速度可達(dá)200M~800M/S，使爆炸點(diǎn)周圍壓力急劇升高，可達(dá)幾萬～幾時萬個大氣壓，由于錐形凹槽的聚焦作用，在焦點(diǎn)上聚能射流具有最大的密度和最大的穿透能力，很容易穿透套管、水泥環(huán)，并在地層中形成孔眼。射孔完成后，射孔孔道中將會填有彈藥碎屑、巖屑、水泥你碎屑等殘留物，同時會形成一個低滲透損害帶。第六十頁，共266頁。1.3影響聚能彈穿深的因素炸高槍和套管間的間歇及射孔液的密度環(huán)境溫度井筒壓力套管和水泥環(huán)性能地質(zhì)應(yīng)力和巖石力學(xué)性質(zhì)現(xiàn)場射孔彈導(dǎo)爆索存放條件第六十一頁，共266頁。2射孔工藝電纜輸送套管槍射孔工藝油管輸送射孔工藝油管輸送射孔聯(lián)作工藝電纜輸送過油管射孔工藝高壓噴射和噴砂射孔工藝超高壓正壓射孔工藝第六十二頁，共266頁。說明1電纜輸送套管槍射孔工藝WirelineCasingGunPerforating常規(guī)電纜套管槍正壓射孔工序：射孔前用射孔液造成正壓環(huán)境，用電纜下套管槍，磁性定位器校深，對準(zhǔn)層位電引爆射孔。取出射孔槍，下油管裝井口試油。特點(diǎn)：具有施工簡單，成本低和高孔密，要求使用優(yōu)質(zhì)射孔液。電纜套管槍負(fù)壓射孔工序：射孔前用射孔液造成負(fù)壓環(huán)境，其余同前。特點(diǎn)：具有施工簡單，成本低和高孔密，主要適用于低壓油層，射開厚度大時需多次下槍，第六十三頁，共266頁。說明2高壓噴射和噴砂射孔工藝

HighPressureJetPenetratingTechnique

(1)高壓液體射流射孔利用高壓液體配合機(jī)械打孔裝置在套管上鉆孔，并以高壓射流穿透地層，噴嘴邊噴邊前進(jìn)，射孔后收回?？讖娇蛇_(dá)14~25mm，孔深達(dá)3m(1989首次由美國PenetratorsCo.研制)。(2)水力噴砂射孔高壓液體攜砂，攜砂濃度約5%左右，并以高壓噴砂液射流穿透套管和地層。該方法一般用于特殊井。第六十四頁，共266頁。說明3定方位射孔工藝技術(shù)

OrientedPerforatingTechnique1）地層裂縫或主應(yīng)力方位的確定2）定方位射孔工具-地面方向控制方法-井底信號傳輸-地面采集與處理3）設(shè)計方法4）應(yīng)用領(lǐng)域-裂縫性油藏射孔-水平井射孔-欲壓裂井射孔第六十五頁，共266頁。說明4

超高壓正壓射孔工藝

ExtremeOverbalancePerforating

技術(shù)背景概念與機(jī)理理論設(shè)計現(xiàn)場工藝應(yīng)用范圍第六十六頁，共266頁。說明5

工藝應(yīng)用范圍1）中低滲油藏的壓裂施工相位120或180，低孔密。2）中高滲油藏解堵高孔密，低相位（45，60）。3）碳酸巖油藏：添加酸液。4）天然裂縫性油藏：高孔密，相位不限。5）非均質(zhì)嚴(yán)重油藏。6）已射孔井的高壓沖擊解堵。第六十七頁，共266頁。3

射孔參數(shù)與油井

產(chǎn)能規(guī)律研究第六十八頁，共266頁。3.1

射孔數(shù)學(xué)模擬與電模擬結(jié)果PR1002003004005000.20.40.60.81.01.2鉆井污染深度=165mmKSKM=16Shots/mKJ=9.5mmPHASE=90WC=0.525WH=0.225mmYH=12.5mm簡單布孔格式電模擬有限元模擬第六十九頁，共266頁。3.2

射孔參數(shù)對油井產(chǎn)能的影響(2)孔深與孔密的影響(3)相位角的影響(4)射孔壓實(shí)厚度和程度的影響(5)鉆井污染程度和深度的影響(6)地層非均質(zhì)程度的影響(7)孔徑的影響(8)布孔格式的影響(9)重要度排序(1)影響因素

射孔:孔深孔徑孔密相位布孔格式地層:滲透率非均質(zhì)程度井半徑污染:鉆井污染深度和程度射孔壓實(shí)厚度和程度

第七十頁，共266頁。3.3

射孔完井優(yōu)化設(shè)計方法(1)儲層特征分析(2)鉆井傷害評價(3)射孔參數(shù)優(yōu)化(4)射孔負(fù)壓差設(shè)計(5)射孔液選擇(6)射孔工藝選擇(7)射孔方案與產(chǎn)能預(yù)測(8)系統(tǒng)分析與鉆井完井建議第七十一頁，共266頁。第四章

保護(hù)儲層的分層測射

聯(lián)作工藝技術(shù)簡介分層測射聯(lián)作的基礎(chǔ)理論測射聯(lián)作工藝設(shè)計測射聯(lián)作工藝優(yōu)化設(shè)計軟件第七十二頁，共266頁。1.研究總體技術(shù)思路及特點(diǎn)

研究總體技術(shù)思路項目研究技術(shù)特點(diǎn)

第七十三頁，共266頁。1.1

項目研究技術(shù)特點(diǎn)

通過測射環(huán)節(jié)儲層傷害因素的系統(tǒng)分析,明確了測試工藝儲層系統(tǒng)保護(hù)的研究方向。采用有限元法對存在裂縫特殊情形的射孔?井問題進(jìn)行有效模擬，為獲得射孔參數(shù)與?井產(chǎn)能的數(shù)學(xué)規(guī)律奠定了良好技術(shù)基礎(chǔ)。通過測試工作制度對試井解釋模型診斷與?數(shù)估計的影響分析，建立了以獲得理想測?結(jié)果為優(yōu)化目標(biāo)的測試模擬器，提出了非?質(zhì)地層完井測試分析新方法，為科學(xué)合理確定測試工作制度提供了理論基礎(chǔ)。

第七十四頁，共266頁。1

項目研究技術(shù)特點(diǎn)對孔隙裂縫性油藏測射聯(lián)作安全測射壓差?行了系統(tǒng)分析，充分考慮了有效性測試、?化射孔、孔眼穩(wěn)定、管柱設(shè)備安全對測射?差的要求。提出了綜合利用非達(dá)西滲流模?和應(yīng)力應(yīng)變力學(xué)模型以確定最大允許負(fù)壓敵路椒ā建立測射聯(lián)作工藝可靠性分析評價模型，?出了用故障樹法來分析預(yù)測聯(lián)作系統(tǒng)的薄?環(huán)節(jié)，有利于提高測射聯(lián)作的成功率。將形成一套系統(tǒng)的測射聯(lián)作優(yōu)化設(shè)計軟件。第七十五頁，共266頁。2測射聯(lián)作工藝環(huán)節(jié)對裂縫孔

隙油藏的傷害分析及對策

研究對象儲層性質(zhì)鉆井傷害壓井液導(dǎo)致的傷害聚能射孔彈對儲層造成的傷害射孔中局部不完善導(dǎo)致的儲層傷害射孔測試壓差射孔方式可能導(dǎo)致的地層傷害測試準(zhǔn)備與測試方法可能導(dǎo)致的地層傷害第七十六頁，共266頁。3裂縫孔隙性油藏射孔完

井產(chǎn)能的數(shù)學(xué)模型研究

油藏的裂縫特征描述裂縫孔隙性油藏射孔完井的有限元數(shù)學(xué)模型研究裂縫孔隙性油藏射孔完井三維滲流物理模型及其有限元求解方法裂縫孔隙性油藏射孔完井產(chǎn)能影響的初步分析第七十七頁，共266頁。4確定完井測試工作制度的方法研究裂縫孔隙性油藏完井測試不穩(wěn)定滲流機(jī)理與數(shù)學(xué)模型裂縫孔隙性油藏測試工作制度對試井解釋的影響分析測試設(shè)計初步方案確定完井測試模擬器研究完井測試雙孔模型模擬器研究測試設(shè)計的限制因素研究安全測射壓差確定方法研究第七十八頁，共266頁。5測射聯(lián)作工藝技術(shù)可靠性分析可靠性方法研究測射聯(lián)作工藝可靠性分析模型評價方法與可靠度預(yù)測測射聯(lián)作工藝中存在的問題提高工藝可靠性的對策第七十九頁，共266頁。重復(fù)壓裂壓裂技術(shù)(HydraulicRe-fracturing)

主講：

西南石油學(xué)院采油教研室胡永全

副教授(0817)2224433-2808第八十頁，共266頁。1重復(fù)壓裂方式.繼續(xù)延伸老裂縫.層內(nèi)壓出新裂縫.改向壓裂第八十一頁，共266頁。2.原裂縫失效原因

油層傷害越來越明顯

微粒運(yùn)移嚴(yán)重化學(xué)結(jié)垢裂縫閉合油井結(jié)蠟嚴(yán)重壓裂早期脫砂第八十二頁，共266頁。3.重復(fù)壓裂機(jī)制水力壓裂誘導(dǎo)應(yīng)力場地層孔隙壓力應(yīng)力場地層溫度誘導(dǎo)應(yīng)力場室內(nèi)數(shù)值模擬技術(shù)現(xiàn)場試驗研究第八十三頁，共266頁。4.重復(fù)壓裂前評估4.1壓前評估的目的考察初次壓裂后的生產(chǎn)史,確定油層能力及可采儲量；評估前次壓裂有效程度及失效原因；評估原來工藝措施水平。第八十四頁，共266頁。4.2單井狀況評估井的剩余可采儲量井的地層能量4.3裂縫當(dāng)前狀況診斷不穩(wěn)定試井分析裂縫模擬和生產(chǎn)動態(tài)分析第八十五頁，共266頁。4.4原來壓裂工藝措施評價砂比高低加砂程序頂替液第八十六頁，共266頁。4.5壓裂材料評價

原有壓裂液評價:蘭州砂在30MPa下乾安油田Frcd=7.5D-cm;153C,Pc=40Mpa時唐山陶粒軟化.

原有支撐劑評價:田菁液粘彈性差,脆性大;有機(jī)鋯壓裂液粘度低,破膠性能差.第八十七頁，共266頁。4.6壓后壓力分析濾失系數(shù)裂縫長度平均縫寬閉合時間第八十八頁，共266頁。4.7選井(層)原則足夠的能量與儲量前次施工失敗井前次改造力度不夠井支撐劑破碎井改造污染井第八十九頁，共266頁。5.重復(fù)壓裂時機(jī)低含水期壓主力層效果明顯中含水期是最佳重復(fù)壓裂時期高含水期是重復(fù)壓裂非主力油層與接替油層的最佳時期,使含水率平穩(wěn)甚至下降第九十頁，共266頁。6重復(fù)壓裂模擬研究裂縫方位不利時,增加縫長降低掃油效率;裂縫方位有利且不含水時,增加縫長和導(dǎo)能力利于增產(chǎn),但在中高含水期可能有下列三種情況;(a)qo比qw增加快(b)qo比qw增加小(c)qo下降qw增加第九十一頁，共266頁。6.1二維二相油藏裂縫系統(tǒng)假設(shè)數(shù)學(xué)模型邊界條件初始條件差分方程求解方法第九十二頁，共266頁。6.2乾安實(shí)例當(dāng)Lf增加到一定程度后，累計產(chǎn)油量和累計產(chǎn)水量增加趨于平穩(wěn)，Lfopt=50-100m陶粒作支撐劑（FRCD高）較蘭州砂的增產(chǎn)幅度高，在裂縫方位有利時提高FRCD不會使fw急劇增加.重復(fù)壓裂qo增加，qw增加，但qo增加快第九十三頁，共266頁。7重復(fù)壓裂技術(shù)7.1控縫高壓裂(人工隔層技術(shù))導(dǎo)向劑類型導(dǎo)向劑攜帶液類型人工隔層形成時機(jī)第九十四頁，共266頁。7.2端部脫砂技術(shù)機(jī)理設(shè)計要點(diǎn)應(yīng)用范圍存在問題第九十五頁，共266頁。7.3高砂比壓裂與端部脫砂壓裂的區(qū)別優(yōu)越性現(xiàn)場應(yīng)用第九十六頁，共266頁。?7.4強(qiáng)制裂縫閉合技術(shù)有效阻止支撐劑回流產(chǎn)層內(nèi)得到較大量充填降低前置液用量節(jié)省降濾劑費(fèi)用第九十七頁，共266頁。7.5增能壓裂助排技術(shù)壓裂液+二氧化碳機(jī)理：混合范圍：懸砂能力第九十八頁，共266頁。

7.5增能壓裂(助排)技術(shù)壓裂液+氮?dú)鈾C(jī)理混合范圍懸砂能力第九十九頁，共266頁。8裂縫延伸的數(shù)值模擬

年代

二維

擬三維

全三維80年代80%20%研究中90年代初10%80%10%第一百頁，共266頁。

8.1連續(xù)性方程注入壓裂液量=裂縫體積+濾失液量

8.2流體流動壓降方程平行板流流動壓降方程圓管中流動壓降方程裂縫中流動壓降方程第一百零一頁，共266頁。8.3裂縫寬度方程England&Green公式應(yīng)力分解積分求和第一百零二頁，共266頁。8.4裂縫高度方程斷裂力學(xué)靜態(tài)延伸準(zhǔn)則裂縫高度控制方程8.5裂縫延伸算法第一百零三頁，共266頁。8.6影響裂縫延伸的因素分析地層最小水平主應(yīng)力差彈性模量與泊松比壓裂液濾失系數(shù)壓裂液稠度系數(shù)壓裂液流動指數(shù)施工排量施工規(guī)模第一百零四頁，共266頁。9.溫度場分析溫度分析在壓裂的意義

井筒溫度分析油管注液套管注液混合注液

裂縫溫度分析第一百零五頁，共266頁。10壓裂液體系的發(fā)展80年代前場:硼酸鹽交聯(lián)為代表的中低溫水基壓裂液;80年代:鈦鋯有機(jī)金屬交聯(lián)液滿足了高溫地層改造要求,但傷害高達(dá)80%目前主要發(fā)展低傷害壓裂液體系第一百零六頁，共266頁。10.1中低溫硼酸鹽延遲交聯(lián)水壓裂液機(jī)理:固體顆粒緩慢溶解特點(diǎn):易破膠,瞬時交聯(lián),抗剪切差控制PH值實(shí)現(xiàn)延遲交聯(lián)典型配方:成膠劑濃度4.79Kg/m^3;

交聯(lián)劑濃度0.44%;延遲釋放破膠劑濃度0,012-.06Kg/m^3;PH=11-13;交聯(lián)時間2?7技術(shù)水平第一百零七頁，共266頁。10.2高溫地層有機(jī)復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)液機(jī)理:復(fù)合配位體覆蓋堿性控制結(jié)合力---控制交聯(lián)時間氧化降解技術(shù)水平:有機(jī)復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)劑耐溫150C有機(jī)復(fù)合硼酸鹽交聯(lián)液在250度不破膠時傷害<15%第一百零八頁，共266頁。10.3延遲釋放破膠劑

微膠囊包裹破膠劑酶破膠劑:70-125C;高溫氧化破膠劑:130-200F;有機(jī)酸縮合破膠劑起破膠作用防濾失第一百零九頁，共266頁。10.4交聯(lián)的甲醇壓裂液表面張力低粘度性能好防濾失性好砂比可達(dá)0.4

第一百一十頁，共266頁。10.5壓裂液性能測量旋轉(zhuǎn)粘度計管式粘度計

小直徑管道

盤管粘度計擺動式流變儀

第一百一十一頁，共266頁。11支撐劑典型支撐劑性能蘭州砂唐山陶粒成都陶粒宜興陶粒第一百一十二頁，共266頁。11.2樹脂包層支撐劑優(yōu)點(diǎn):增加了粒間接觸面積;減少了顆粒破碎后微粒運(yùn)移與堵塞;總體積密度略低.形式:固化砂--在地層溫度下膠結(jié)預(yù)固化砂--地面形成樹脂薄膜包裹支撐劑第一百一十三頁，共266頁。11.2樹脂包層支撐劑工藝雙涂層技術(shù):內(nèi)層為預(yù)固化樹脂薄膜,滿足強(qiáng)度;外層在一定條件下固化的樹脂薄膜,顆粒粘結(jié);部分固化技術(shù):減小固化劑用量控制固化程度阻止顧化砂在井筒膠結(jié).呋喃樹脂包層支撐劑:提高了高溫穩(wěn)定性第一百一十四頁，共266頁。11.3影響導(dǎo)流能力的因素

承壓時間增加,導(dǎo)流能力降低20/40目陶粒20/40目蘭州砂20/40目混合砂非達(dá)西流動影響第一百一十五頁，共266頁。11.3影響導(dǎo)流能力的因素環(huán)境與流動的影響

顆粒越小,溫度影響越小

低溫測定Pc-K曲線與一般測定無區(qū)別

同一閉合應(yīng)力下鹽水K低

氧化鋁支撐劑(121C):

玻璃珠支撐劑(121C):寶破碎壓力明顯降低第一百一十六頁，共266頁。12壓裂工藝技術(shù)12.1(蠟球)封堵分層壓裂技術(shù)優(yōu)點(diǎn):省時省錢效果好堵球:高比重,低比重要求:能座封于射孔孔眼

堵住孔眼

壓后脫落第一百一十七頁，共266頁。12壓裂工藝技術(shù)

12.2分層壓裂技術(shù)

用途:多層且有破裂壓力差特點(diǎn):按壓裂要求設(shè)計射孔方案關(guān)鍵:孔眼摩阻計算第一百一十八頁，共266頁。14其它壓裂技術(shù)(水平井壓裂)應(yīng)力場分析選井(層)原則

裂縫最佳條數(shù)

地層破裂壓力

壓裂液與支撐劑

同時壓裂技術(shù)

隔離技術(shù)第一百一十九頁，共266頁。14.2其它壓裂技術(shù)(煤層氣壓裂)開采現(xiàn)狀與常規(guī)氣藏開采的區(qū)別煤層氣壓裂第一百二十頁，共266頁。微生物(細(xì)菌)采油技術(shù)(MicrobailEnhancedOilRecovery)主講：

西南石油學(xué)院采油教研室胡永全

副教授(0817)2224433-2808第一百二十一頁，共266頁。1.發(fā)展概況

1926Beckman提出建議1940Zobell開始系統(tǒng)室內(nèi)試驗研究1943申請專利1954礦場試驗成功50-70前蘇聯(lián),東歐,加拿大,澳大利亞1975微生物在采油中的作用討論會1982世界微生物采油會議(34國)1986創(chuàng)辦<世界微生物采油>雜志1991列為第四類EOR技術(shù)第一百二十二頁，共266頁。2采油機(jī)理

代謝生成酶類,裂解重質(zhì)成分

產(chǎn)生氣體利于保壓

產(chǎn)生聚合物控制高滲帶流度比

與重金屬形成沉淀物,高效堵水

粘附巖石表面釋放油

近井地帶降粘第一百二十三頁，共266頁。

3處理方式

井筒處理

底層處理

壓裂處理

微生物驅(qū)第一百二十四頁，共266頁。4實(shí)驗儀器

電子天平,顯微鏡

厭氧裝置,厭氧操作箱

高中溫培養(yǎng)箱,

恒溫振蕩箱

氣相色譜儀,液相色譜儀

旋轉(zhuǎn)流變儀第一百二十五頁，共266頁。5菌種篩選方法

含菌樣品

富集培養(yǎng)

單種菌分離,純化

生化代謝產(chǎn)物測試

組合篩選與物模篩選

確定菌種組合第一百二十六頁，共266頁。6勝利油田成果:菌種性能

產(chǎn)生有機(jī)酸

產(chǎn)生表面活性劑

產(chǎn)生有機(jī)醇

產(chǎn)生氣體(甲醇)第一百二十七頁，共266頁。7勝利油田成果:適應(yīng)地層條件

地層滲透率:>30達(dá)西

地層礦化度:<150000PPM

地層溫度:<120C第一百二十八頁，共266頁。8勝利油田成果:現(xiàn)場應(yīng)用

選井條件

施工方式與周期

現(xiàn)象

典型井例第一百二十九頁，共266頁。9勝利油田成果:認(rèn)識

工藝簡單,操作方便,安全可靠

成本底,見效快,效益高

施工周期4-6月

油藏適應(yīng)性第一百三十頁，共266頁。10大港港西四區(qū)先導(dǎo)試驗10.1基本情況與地質(zhì)特點(diǎn)10.2微生物作用效果

聚合物粘度降低27.3%--44.8%PH值降低

產(chǎn)生氣體

降低界面張力第一百三十一頁，共266頁。10.3微生物作用影響因素

作用時間長,降粘效果提高不同培養(yǎng)基微生物濃度礦化度第一百三十二頁，共266頁。10.4礦場試驗:方案

段

塞

試驗菌

原菌液量

配制液量

關(guān)井

菌液前緣BB100%6方6方3D

菌液主體BB1.0%54方5400方

菌液后尾BB1.5%6方400方

頂替液7D第一百三十三頁，共266頁。

10.5礦場試驗:效果

注入壓力下降

原油產(chǎn)量上升,含水下降

產(chǎn)出液菌濃度增加

原油物理性質(zhì)變化

井底流壓或動液面上升第一百三十四頁，共266頁。10.6先導(dǎo)試驗結(jié)論

增油降水,提高采收率

機(jī)理:降低表面張力和粘度

效果:進(jìn)一步驗證

第一百三十五頁，共266頁。新型無傷害地層處理技術(shù)(Non-DamageFormationTreatment)主講：

西南石油學(xué)院采油教研室胡永全

副教授(0817)2224433-2808第一百三十六頁，共266頁。1.地層處理的物理方法

負(fù)壓脈沖技術(shù)

超聲波地層處理技術(shù)

水力脈沖振蕩技術(shù)

電動液壓及爆炸法

電磁波超聲波綜合處理技術(shù)第一百三十七頁，共266頁。2.地層處理的化學(xué)方法

井底自生泡沫脈沖法

熱氣化學(xué)作用法

瀝青膠質(zhì)有機(jī)沉積物消除方法第一百三十八頁，共266頁。采油工程方案編制方法(OilProductionProject)主講：

西南石油學(xué)院采油教研室胡永全

副教授(0817)2224433-2808第一百三十九頁，共266頁。1.方案編制遵循的原則編制方法的科學(xué)性編制內(nèi)容的全面性工藝技術(shù)的先進(jìn)性工程方案的最優(yōu)化方案實(shí)施的可操作性方案實(shí)施的高效性第一百四十頁，共266頁。2.采油工程方案編制的主要內(nèi)容概念設(shè)計與內(nèi)容.油田地應(yīng)力研究.試井解釋研究.油層保護(hù)研究

.完井研究.采油方式初步選擇.油層改造可行性分析第一百四十一頁，共266頁。2.1儲層保護(hù)系統(tǒng)工程研究油層損害的原因油層損害的實(shí)質(zhì)油層損害的程度油層保護(hù)的目的第一百四十二頁，共266頁。2.1.1油層損害機(jī)理入井流體與儲層巖石礦物不配伍入井流體與儲層流體不配伍毛細(xì)現(xiàn)象固相顆粒堵塞第一百四十三頁，共266頁。1.2油藏特征與潛在損害因素(一)砂巖油藏四種孔隙類型:

粒間孔,溶蝕孔,微孔隙砂巖油藏四種孔隙喉道:

孔隙縮小部分,可變斷面收縮部分

片狀和彎狀,管束狀碳酸鹽巖油藏

粘土礦物:高嶺石,蒙脫石,綠泥石

非粘土礦物:鐵方解石,鐵白云石,菱鐵礦,赤鐵礦第一百四十四頁，共266頁。1.2油藏特征與潛在損害因素(二)巖石表面性質(zhì):比面,潤濕性儲層流體性質(zhì):地層水--礦化度

原油--含硫含蠟,膠質(zhì)瀝青,粘度

天然氣--硫化氫,二氧化碳儲層敏感性評價:速敏,水敏,鹽敏,酸敏,堿敏第一百四十五頁，共266頁。2.1.3油層與入井流體配伍性物理傷害:堵塞;水化膨脹,分散,收縮,運(yùn)移化學(xué)傷害:新生礦物,長鏈高分子聚合物,

礦物垢流體--地層巖石不配伍流體--地層流體不配伍固相堵塞第一百四十六頁，共266頁。2.地應(yīng)力研究

理論研究方法:遙感,地震,巖心實(shí)驗,

數(shù)值模擬測試技術(shù):測井資料,巖心試驗,

古地磁,現(xiàn)場測試作用:設(shè)計合理的泥漿密度

選擇合理的注水壓力

協(xié)調(diào)注采井方向第一百四十七頁，共266頁。2.3完井工程設(shè)計

2.3.1完井工程設(shè)計基礎(chǔ)研究評價井

開發(fā)早期介入取心及錄井資料

油田開發(fā)方案巖心分析

敏感性評價

節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析

建

議

建

議鉆

固

完

測

投

套

井

完

射

管

投井

井

井

井

產(chǎn)?

管

身

井

孔

柱

產(chǎn)第一百四十八頁，共266頁。2.3.2完井方式的選擇依據(jù):油藏類型,油層物性,

開采方式和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考慮:采油,修井,產(chǎn)能和油層改造要求完井類型:裸眼完井,射孔完井井身結(jié)構(gòu)與套管程序:射孔方案優(yōu)化設(shè)計:投產(chǎn)措施設(shè)計:第一百四十九頁，共266頁。2.4采油方式選擇--方法

油藏地質(zhì),油藏工程,地面條件區(qū)塊層位,油井產(chǎn)能,綜合分析不同采油方式生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測采油方式對完井的適應(yīng)性經(jīng)濟(jì)評價綜合評價決策第一百五十頁，共266頁。

2.4采油方式選擇--產(chǎn)能預(yù)測采油指數(shù)法Vogel法水平井斜井第一百五十一頁，共266頁。2.4采油方式選擇--生產(chǎn)動態(tài)研究穩(wěn)定生產(chǎn)

自噴井:改變油咀直徑來控制調(diào)節(jié)

人工舉升:改變工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)方法:節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析模擬

分析比較

推薦方案第一百五十二頁，共266頁。2.4采油方式選擇充分發(fā)揮油井產(chǎn)能,滿足開發(fā)方案要求采油方式可靠,對井況適應(yīng)性強(qiáng)舉升設(shè)備效率高,維修管理方便適合野外環(huán)境和動力供應(yīng)投資少,效益高第一百五十三頁，共266頁。2.5注水工藝方案設(shè)計提出對注水工藝的要求注水開發(fā)可行性研究注水工藝參數(shù)設(shè)計注水管柱設(shè)計第一百五十四頁，共266頁。2.6油藏改造技術(shù)研究2.6.1油藏改造可行性研究

能量與儲量

地層系數(shù)與滲透率

壓力恢復(fù)資料

裂縫延伸要求第一百五十五頁，共266頁。2.6.2油藏改造優(yōu)化設(shè)計酸化:排量,泵壓,前置液量,酸流量

酸蝕縫長和平均縫寬

施工管柱與施工程序壓裂:造縫能力,鋪砂濃度,加砂方案

裂縫幾何尺寸

施工管柱與施工程序第一百五十六頁，共266頁。2.6.3現(xiàn)場實(shí)施

精心組織,嚴(yán)格質(zhì)檢

嚴(yán)格參數(shù)復(fù)核

取全取準(zhǔn)資料

投入產(chǎn)出初步分析第一百五十七頁，共266頁。結(jié)論與建議改造可行性研究是重要內(nèi)容加強(qiáng)改造的物理模擬重視配伍性研究現(xiàn)場實(shí)施必須強(qiáng)化組織管理必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價研第一百五十八頁，共266頁。2.7油水井動態(tài)監(jiān)測技術(shù)2.8堵水調(diào)剖工藝技術(shù)2.9防砂清蠟工藝技術(shù)2.10井下作業(yè)與后勤廠站配套建設(shè)方案2.11采油工程經(jīng)濟(jì)評價第一百五十九頁，共266頁。抽油井計算機(jī)診斷技術(shù)概述波動方程邊界條件解析求解差分求解阻尼系數(shù)應(yīng)用 石油工程系李穎川

1997.11160第一百六十頁，共266頁。概述有桿抽油是我國原油生產(chǎn)最主要的采油方式。目前國內(nèi)有桿抽油井已超過六萬口，井?dāng)?shù)約占全國油井總數(shù)的94%，產(chǎn)量約占原油總產(chǎn)量的87%。深井泵的工況十分復(fù)雜，井下工作環(huán)境惡劣，不但受“機(jī)、桿、泵”抽油設(shè)備的影響，而且直接受到“砂、蠟、氣、水”的影響。及時準(zhǔn)確地了解有桿抽油系統(tǒng)（包括地面設(shè)備、井下設(shè)備和油井本身）工作狀況，明確油井生產(chǎn)存在的問題，為制定合理的技術(shù)措施提供技術(shù)依據(jù)

。

11/18/2022161第一百六十一頁，共266頁。發(fā)展過程初級階段：“五指法”靠感覺淺井1927年發(fā)明地面光桿動力儀提供了手段30年代發(fā)明井下動力儀工藝復(fù)雜，未推廣50年代APIRP11L60～70年代美Gibbs采用數(shù)學(xué)方法定量解釋整個抽油系統(tǒng)工況－“診斷技術(shù)”新發(fā)展：模式識別技術(shù)識別井下示功圖（AI）專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)診斷人工智能化11/18/2022162第一百六十二頁，共266頁。主要參考文獻(xiàn)1Gibbs.JPT1973Nov.數(shù)學(xué)原理p1742張琪、吳曉東：抽油井計算機(jī)診斷技術(shù)及其應(yīng)用，華東石油學(xué)院學(xué)報，19843SPE19394提供37個標(biāo)準(zhǔn)示功圖4SPE22441高國華等，有桿泵示功的幾何特征分析法。5崔振華等，《有桿抽油系統(tǒng)》，石油工業(yè)出版社11/18/2022163第一百六十三頁，共266頁。波動方程

桿柱縱振、帶粘滯阻尼假設(shè)：桿柱為等截面均勻桿線性彈性材料隔離物體法：FT─作用于單元體上部向上張力FB─作用于單元體下部向上張力FW─單元桿柱的重力（空重）FD─作用于單元體的粘滯阻力，其方向與位移u方向相反。11/18/2022164第一百六十四頁，共266頁。作用于單元體的外力之和其中：慣性力：11/18/2022165第一百六十五頁，共266頁。自重(方向與坐標(biāo)正向一致)粘滯阻力

C─等效視粘滯阻尼系數(shù)[1/t]，單位1/s11/18/2022166第一百六十六頁，共266頁。張力HookeLaw:11/18/2022167第一百六十七頁，共266頁。

波動方程(帶粘滯阻尼)其中聲速:11/18/2022168第一百六十八頁，共266頁。邊界條件

實(shí)測光桿示功圖光桿載荷P與位移U關(guān)系曲線(P~U)

光桿總載荷=動載荷+桿靜載 P(t)=D(t)+Wr

動載: D(t)=P(t)-Wr

11/18/2022169第一百六十九頁，共266頁。D和U展成付氏級數(shù)式中：n為截付氏級數(shù)項數(shù)

w為曲柄角速度，弧度/st為時間，0t<T11/18/2022170第一百七十頁，共266頁。付氏系數(shù)U(t),D(t)是實(shí)測數(shù)據(jù)點(diǎn)11/18/2022171第一百七十一頁，共266頁。梯形數(shù)值積分確定付氏系數(shù)將抽吸周期T等分為m個區(qū)間，取時間步長分點(diǎn)坐標(biāo)，ti=iDt相應(yīng)位移U（ti）=Ui;動載D(ti）=Di11/18/2022172第一百七十二頁，共266頁。解析求解（級數(shù)解）

泛定方程（不含桿自重）

邊界條件11/18/2022173第一百七十三頁，共266頁。分離變量法桿柱任意深度X處的位移變化：由虎克定律：桿柱任意深度X處的動載變化：11/18/2022174第一百七十四頁，共266頁。級數(shù)解計算步驟1輸入數(shù)據(jù)

rf=852.2kg/m3rr=8455.7kg/m3 T=8.8sC=0.11/m E=2e11PaD=44mm d1=0.011125md2=0.009525m L1=758.74mL2=430.15m光桿示功圖載荷與位移數(shù)據(jù)(Pi~Ui)11/18/2022175第一百七十五頁，共266頁。.2 由地面測得的動載~時間和位移~時間序列數(shù)據(jù)

計算付立葉系數(shù)3計算阻尼系數(shù)C 可給常數(shù)(如0.11/m) 在后面介紹幾個常用算法

11/18/2022176第一百七十六頁，共266頁。4計算特殊函數(shù)

11/18/2022177第一百七十七頁，共266頁。5計算O(x),P(x)函數(shù)和O’,P’11/18/2022178第一百七十八頁，共266頁。6計算位移函數(shù)載荷函數(shù)11/18/2022179第一百七十九頁，共266頁。

7計算下一級桿柱

由力的連續(xù)性原理：以第一級下端付氏系數(shù)表示第二級（i=2）桿上端付氏系數(shù)，由此計算第二級桿下端Xi處的位移和載荷函數(shù)U（Xi，t）、F（Xi，t）。并依次推算直到底級桿下端，即泵示功圖。

11/18/2022180第一百八十頁，共266頁。差分求解波動方程：邊界條件：11/18/2022181第一百八十一頁，共266頁。差分方程的建立（顯式）

離散化（網(wǎng)格劃分）

將空間x和時間t分割為若干小區(qū)間（矩形網(wǎng)格）

11/18/2022182第一百八十二頁，共266頁。偏導(dǎo)數(shù)差商公式（離散化）11/18/2022183第一百八十三頁，共266頁。基本差分方程

11/18/2022184第一百八十四頁，共266頁。I=1第二層由第二邊界條件： 由虎克定律：故：11/18/2022185第一百八十五頁，共266頁。I=>3第三層以下11/18/2022186第一百八十六頁，共266頁。第一級桿柱下部動載荷采用二次一階向后差商11/18/2022187第一百八十七頁，共266頁。多級桿柱

對于多級桿柱，應(yīng)將上一級桿下部位移和載荷作為下一級桿柱的邊界條件，用上述方法類推，可求得各級桿柱斷面和泵處示功圖。

11/18/2022188第一百八十八頁，共266頁。差分格式穩(wěn)定條件原則：保證足夠精度的前提下要求提高計算速度穩(wěn)定條件：實(shí)際應(yīng)用：

11/18/2022189第一百八十九頁，共266頁。差分求解步驟i=0第一層（光桿位置）根據(jù)周期性：建議：

11/18/2022190第一百九十頁，共266頁。阻尼系數(shù)

阻尼系數(shù)反映桿柱所承受的多項阻尼力的綜合影響，主要包括：桿柱、接箍與井液之間的粘滯阻尼力；桿柱及接箍與油管之間的非粘滯摩擦力；光桿與盤根之間的摩擦力；泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失；泵閥和閥座內(nèi)孔的流體壓力損失；桿柱材料的遲滯損失等。11/18/2022191第一百九十一頁，共266頁。等效粘滯阻尼系數(shù)井筒內(nèi)存在相對運(yùn)動的部位必然存在阻尼力，而阻尼力的大小隨時間發(fā)生變化，十分復(fù)雜，很難描述。等效粘滯阻尼系數(shù)其等效原則是：在一循環(huán)同期內(nèi)，該等效粘滯阻尼在抽油桿系統(tǒng)中消耗的能量同實(shí)際阻力所消耗的能量相等。11/18/2022192第一百九十二頁，共266頁。計算公式

Gibbs公式根據(jù)現(xiàn)場測試得到的簡化公式根據(jù)光桿功率與水力功率的計算公式原蘇聯(lián)A.M.皮爾維爾江公式（Re<2300）石油大學(xué)張琪等摩擦功公式M.J.Bastian(1989)根據(jù)地面示功圖估算方法11/18/2022193第一百九十三頁，共266頁。主要參考文獻(xiàn)S.G.Gibbs.MethodofDeterminingSuckerRodPumpPerformance.U.S.Patens3343409,Sept26,1967.T.A.EventandJ.W.Jennings.SPE18189.A.M.皮爾維爾江,專著《抽油泵流體力學(xué)》張琪、吳曉東：抽油井計算機(jī)診斷技術(shù)及其應(yīng)用，華東石油學(xué)院學(xué)學(xué)報，1984年。崔振華等，《有桿抽油系統(tǒng)》，石油工業(yè)出版社，P30011/18/2022194第一百九十四頁，共266頁。層流狀態(tài)阻尼公式原蘇學(xué)者A.M.皮爾維爾江在不可壓縮流體處于層流狀態(tài)(Re<2300)的假設(shè)條件得出了等效粘滯阻尼系數(shù)公式：式中：C---阻尼系數(shù)，s-1；m---井液粘度，mPa

rr---桿材密度，kg/m3；

fr---桿截面積，m2

Rr---桿半徑，m；RT---油管半徑，m 11/18/2022195第一百九十五頁，共266頁。張琪公式石油大學(xué)張琪在A.M.皮爾維爾江的阻尼公式的基礎(chǔ),根據(jù)桿柱在一個循環(huán)中的等效粘滯摩擦功原理,導(dǎo)出下式阻尼系數(shù)：式中：11/18/2022196第一百九十六頁，共266頁。Gibbs阻尼公式根據(jù)光桿功率與水力功率計算阻尼系數(shù)[1]式中：Ph─

光桿功率，kW Pr─

水功率，kW QP─

產(chǎn)液量，m3/d L─下泵深度，m

r

f─井液密度，kg/m3；

m─桿級數(shù)

ri─

i級桿材密度，kg/m3

Ai─

i級桿截面積，m2xi─

i級桿長度，kg/m11/18/2022197第一百九十七頁，共266頁。Gibbs阻尼系數(shù)計算步驟1先假設(shè)泵有沖程是光桿沖程的某一百分?jǐn)?shù),計算出C的初值;2由初值C計算泵示功圖,從而確定泵的有效沖程;3由泵的有效沖程重新算C,再計算新的泵示功圖,重新確定泵有效沖程。經(jīng)兩次迭代后便可收斂泵有效沖程。然后由Sp繼續(xù)迭代計算C。4由Sp重新計算C;5用新C值計算泵功圖;6由泵功圖計算泵功率Ppump;11/18/2022198第一百九十八頁，共266頁。7判斷泵功率與水力功率的誤差是否在允許范圍。式中e為允許誤差（如：0.01kW），如果上式滿足，則認(rèn)為阻尼系數(shù)收斂。否則

式中C*為前一次迭代值，繼續(xù)迭代直至滿足要求為止。一般最多4~5次迭代即可滿足收斂要求。11/18/2022199第一百九十九頁，共266頁。診斷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)就近幾年來應(yīng)用較為成熟的方法，按泵、桿、機(jī)順序介紹：1泵況診斷定性分析影響深井泵工作的各種因素計算活塞沖程和有效排出沖程計算泵排量、油井產(chǎn)量和油管漏失量11/18/2022200第二百頁，共266頁。2確定泵吸入口壓力為了確定井底流壓，進(jìn)而計算出油井的流入動態(tài)和動井潛能。目前測定泵吸入口壓力的方法：直接法 ─在套管環(huán)空下入壓力傳感器，通過電纜將井下數(shù)據(jù)傳送到地面，可獲得準(zhǔn)確的壓力數(shù)據(jù)，但工藝復(fù)雜，使用電纜。間接法 ─目前廣泛應(yīng)用回聲儀測量環(huán)空的液面深度，根據(jù)環(huán)空液全的有效梯度來計算壓力，但環(huán)空面積太小或井中下有封隔器時，環(huán)空測量液面比較困難，此外，環(huán)空油氣界面不易測準(zhǔn)。─用計算機(jī)診斷技術(shù)估算泵吸入口壓力，它不受環(huán)空面積影響，不下電纜，因為所有油井?dāng)?shù)據(jù)均通過抽油桿傳送上來。11/18/2022201第二百零一頁，共266頁。計算公式式中：Pi棻夢肟諮沽?Pa Wf

?柱塞以上液柱載荷，N;由泵示功圖獲得Po棻玫吶懦鲅沽Γ琍a。影響準(zhǔn)確性的主要因素Ap椫孛婊琺2 Wf/Ap?泵兩端壓差，Pa11/18/2022202第二百零二頁，共266頁。若含氣很少式中：GP?油管內(nèi)壓力梯度，Pa/mL?泵深，m PB椌諮沽Γ琍a含氣較多，按氣液兩相垂直管流方法計算11/18/2022203第二百零三頁，共266頁。示例某油井桿柱為25mm×450m＋22mm×350m＋19mm×165m，采用F38泵，Ap=1.14×104m3。圖中I為地面示功圖，II為25與22mm桿接頭處的示功圖（井下450m），III為22與19mm桿接頭處的示功圖（井下953m），Ⅳ為泵的示功圖（井下2598m）。從泵的示功圖可以確定液體載荷Wf=14.23KN泵兩端壓力差Wf/Ap=12.4MPa根據(jù)壓力梯度確定泵的排出壓力Po=17.2MPa根據(jù)上述公式計算泵吸入口壓力Pi=4.8MPa桿柱浮力Fb=6.2KN11/18/2022204第二百零四頁，共266頁。應(yīng)用時應(yīng)注意診斷技術(shù)的數(shù)學(xué)模型中未考慮井下非粘滯機(jī)械摩擦因素（如柱塞和襯套、桿與管，以及井口光桿與盤根盒等的摩擦），故應(yīng)對根據(jù)泵的示功圖確定的Wf作適當(dāng)修正，特別對于井斜較大或油管發(fā)生彎曲的井。對于漏失比較嚴(yán)重的井，根據(jù)泵的示功圖也難確定比較準(zhǔn)確的Wf值。如果井下非粘滯性摩擦很大，也可以由泵的示功圖上加以判斷，從而可以找到Pi明顯偏低的原因。通常直接用油管內(nèi)液體密度計算壓力梯度后求得的Pi值為其上限值。

11/18/2022205第二百零五頁，共266頁。桿柱應(yīng)力分析1各級桿柱頂部的最大與最小應(yīng)力smax、smin根據(jù)各級桿柱頂部示功圖可得出各級桿柱承受的最大載荷Wmax和最小載荷Wmin,算出各級桿的最大與最小應(yīng)力。11/18/2022206第二百零六頁，共266頁。2修正“古德曼”應(yīng)力圖應(yīng)用“古德曼”應(yīng)力圖評價最大應(yīng)力和應(yīng)力范圍，修正“古德曼”許用應(yīng)力為式中：T---桿的最小抗拉強(qiáng)度，查《采油技術(shù)手冊》 SF---建議的抽油桿使用系數(shù)11/18/2022207第二百零七頁，共266頁。2抽油桿應(yīng)力利用率

桿柱最大應(yīng)力允許范圍為最大應(yīng)力與最小應(yīng)力差，要小于最大大允許應(yīng)力范圍，即桿的應(yīng)力利用率為11/18/2022208第二百零八頁，共266頁。示例以上圖為例進(jìn)行分析，各級桿的最大與最小載荷可以從示功圖得到，其計算結(jié)果列入下表。選用D級桿，其最小抗拉強(qiáng)度T=793MPa從表中可以看出，各級桿最大應(yīng)力基本上相等，但應(yīng)力利用率比較低，67.6~82.2%11/18/2022209第二百零九頁，共266頁。地面設(shè)備分析獲得速箱曲柄軸扭矩曲線，檢查判別：扭矩峰值是否Mmax

>[Mmax]抽油機(jī)的平衡狀況獲得電機(jī)功率和功率利用等統(tǒng)計指標(biāo)。11/18/2022210第二百一十頁，共266頁。曲柄軸扭矩計算

式中：Mp─懸點(diǎn)載荷扭矩，NmWp─懸點(diǎn)載荷，N（由地面示功圖數(shù)據(jù)得到，Wp~t）Bu─抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡重，KgTF─扭矩因數(shù)，m11/18/2022211第二百一十一頁，共266頁。扭矩因數(shù)表示懸點(diǎn)載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點(diǎn)載荷的比值，物理意義為懸點(diǎn)位移隨曲輛軸轉(zhuǎn)角j的變化率。光桿位移可用截層付立葉級數(shù)表示對上式求導(dǎo)，即11/18/2022212第二百一十二頁，共266頁。平衡扭矩

式中：Mc─曲柄平衡扭矩，NmWb─每塊曲柄平衡重質(zhì)量，KgRb─目前曲柄平衡半徑，mX─平衡重塊數(shù)Wc─每個曲柄自重，KgRc─曲柄重點(diǎn)半徑，m

j─曲柄轉(zhuǎn)角，rad

i─曲柄平衡相11/18/2022213第二百一十三頁，共266頁。凈扭矩M=Mp－Mc式中：M─凈扭矩，Nm。

Mc─平衡扭矩，NmMp─懸點(diǎn)載荷扭矩，Nm11/18/2022214第二百一十四頁，共266頁。扭矩曲線的繪

根據(jù)抽汲同期內(nèi)等時間間隔的測試時間序列計算相應(yīng)曲柄轉(zhuǎn)角j的扭矩因素，相應(yīng)各點(diǎn)的懸點(diǎn)測試載荷值計算各點(diǎn)的載荷扭矩Mp；計算各點(diǎn)曲柄平衡扭矩Mc；求出各點(diǎn)凈扭矩M；以橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)為扭矩，繪制出扭矩曲線。11/18/2022215第二百一十五頁，共266頁。平衡判斷及計算

抽油機(jī)平衡是為了使電機(jī)的負(fù)載盡可能達(dá)到均勻。在檢驗平衡和進(jìn)行調(diào)整平衡的計算時，通常是以上、下沖程峰值扭矩相等為標(biāo)準(zhǔn)，即Mumax=Mdmax若Mumax<Mdmax則上重下輕，平衡不夠，需加大平衡扭矩若Mumax>Mdmax平衡過重，需減小平衡扭矩11/18/2022216第二百一十六頁，共266頁。移動曲柄平衡重，使上、下沖程峰扭矩相等，其移動矩離為式中DR>0，平衡塊由原處外移；

DR<0，平衡塊由原處內(nèi)移；Mumax、Mdmax─上、下沖程峰值扭矩，Nm

qu、qd─Mumax、Mdmax對應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角，rad11/18/2022217第二百一十七頁，共266頁。

2載荷利用率

式中：Nm─載荷利用率，%。一般控制在 50~100%范圍內(nèi)。Mmax─最大載荷，N [M]─抽油機(jī)額定載荷，N11/18/2022218第二百一十八頁，共266頁。3平均扭矩4等值扭矩

11/18/2022219第二百一十九頁，共266頁。5光桿功率式中：Q検導(dǎo)什毫?kg/dLfc椪鬯愣好?m6有效（水力）功率11/18/2022220第二百二十頁，共266頁。7系統(tǒng)效率 式中：He椀緇淙牘β?，kW8地面系統(tǒng)效率9井下系統(tǒng)效率11/18/2022221第二百二十一頁，共266頁。10需要電機(jī)提供的功率式中：n棾迨琺in-1

hm棿剩話閎?.8~0.911/18/2022222第二百二十二頁，共266頁。

有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計

概述確定下泵深度選泵桿柱設(shè)計選抽油機(jī)抽油參數(shù)優(yōu)選石油工程系李潁川綜合算例

1997.11

李一:李一:第二百二十三頁，共266頁。概述

當(dāng)一口油井確定采用有桿泵方式采油后（新井上抽、自噴轉(zhuǎn)抽、其它舉升方式改抽），首先要根據(jù)該井條件和油層產(chǎn)能選擇一套合理的桿－泵－桿組合，并確定其工作參數(shù)，即：確定應(yīng)使用的機(jī)型、D、桿柱各級直徑和長度，并定出S、n的組合。第二百二十四頁，共266頁。選擇抽油設(shè)備的基本原則

1符合油層及油井的工作條件2能充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力3設(shè)備利用率較高又能滿足安全生產(chǎn)需要4有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益第二百二十五頁，共266頁。設(shè)計選擇方法及特點(diǎn)

1

圖表法

由產(chǎn)液量和____抽油機(jī)臨_____機(jī)型下泵深度界特性圖泵徑_____桿柱選擇____dI圖表LI