課程設(shè)計-- 井筒壓力分布計算

1、<p><b>　　xx課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程 石油工程課程設(shè)計 </p><p>　　題目 井筒壓力分布計算 </p><p>　　

2、主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等</p><p><b>　　設(shè)計主要內(nèi)容：</b></p><p>　　根據(jù)已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識，完成自噴井系統(tǒng)從井口到井底的所有相關(guān)參數(shù)的計算，最終計算井筒內(nèi)的壓力分布。</p><p>　?、?計算出油井溫度分布； ② 確定平均溫度壓力條件下的參數(shù)；</p>&

3、lt;p>　?、?確定出摩擦阻力系數(shù)； ④ 確定井筒內(nèi)的壓力分布；</p><p>　　2. 設(shè)計基本要求：</p><p>　　要求學(xué)生選擇一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在教師的指導(dǎo)下獨立地完成設(shè)計任務(wù)，最終以設(shè)計報告的形式完成本專題設(shè)計，設(shè)計報告的具體內(nèi)容如下：</p><p>　?、?概述； ② 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； ③ 能量方程理論； ④氣液多相垂直管

4、流壓力梯度的摩擦損失系數(shù)法； ⑤ 設(shè)計框圖及結(jié)果； ⑥ 結(jié)束語； ⑦ 參考文獻(xiàn)。</p><p>　　設(shè)計報告采用統(tǒng)一格式打印，要求圖表清晰、語言流暢、書寫規(guī)范，論據(jù)充分、說服力強(qiáng)，達(dá)到工程設(shè)計的基本要求。</p><p>　　3. 主要參考資料：</p><p>　　王鴻勛，張琪等，《采油工藝原理》，石油工業(yè)出版社，1997</p><p

5、>　　陳濤平等，《石油工程》，石油工業(yè)出版社，2000</p><p>　　萬仁溥等，《采油技術(shù)手冊第四分冊－機(jī)械采油技術(shù)》，石油工業(yè)出版社，1993</p><p>　　2013年6月25日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 概 述1</p><p&g

6、t;　　1.1 設(shè)計的目的和意義1</p><p>　　1.2 設(shè)計的主要內(nèi)容1</p><p>　　第2章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2</p><p>　　第3章 能量方程理論3</p><p>　　3.1 能量方程的推導(dǎo)3</p><p>　　3.2多相垂直管流壓力分布計算步驟6</p><p>

7、;　　第4章 氣液多相垂直管流壓力梯度的摩擦損失系數(shù)法8</p><p>　　4.1 基本壓力方程8</p><p>　　4.2 平均密度平均流速的確定方法8</p><p>　　4.3 摩擦損失系數(shù)的確定11</p><p>　　4.4 油氣水高壓物性參數(shù)的計算方法12</p><p>　　4.5 井溫分布

8、的的計算方法16</p><p>　　4.6 實例計算17</p><p>　　第5章 設(shè)計框圖及結(jié)果21</p><p>　　5.1 設(shè)計框圖21</p><p>　　5.2 設(shè)計結(jié)果22</p><p><b>　　結(jié)束語29</b></p><p><

9、;b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　附 錄31</b></p><p><b>　　第1章 概 述</b></p><p>　　1.1 設(shè)計的目的和意義</p><p>　　目的：確定井筒內(nèi)沿程壓力損失的流動規(guī)律，完成自噴井系統(tǒng)從井口到井底的所有相關(guān)參

10、數(shù)的計算，運用深度迭代方法計算多相垂直管流的壓力分布。</p><p>　　意義：利用所學(xué)的專業(yè)知識，結(jié)合已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終計算井筒內(nèi)的壓力分布。對于油氣井的優(yōu)化設(shè)計、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)及測試技術(shù)的預(yù)測性與精確性具有重要的現(xiàn)實意義。</p><p>　　1.2 設(shè)計的主要內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識，完成自噴井系統(tǒng)從井口到井底的所有相關(guān)參

11、數(shù)的計算，最終計算井筒內(nèi)的壓力分布。</p><p>　?、?計算出油井溫度分布； ② 確定平均溫度壓力條件下的參數(shù)；</p><p>　　③ 確定出摩擦阻力系數(shù)； ④ 確定井筒內(nèi)的壓力分布； </p><p><b>　　詳見第四章。</b></p><p><b>　　第2

12、章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)表見下表（表2-1）</p><p>　　表2-1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表</p><p>　　第3章 能量方程理論</p><p>　　3.1 能量方程的推導(dǎo)</p><p>　　流體流動系統(tǒng)都可根據(jù)能量守恒定律寫出兩個流動斷面間的能量平衡關(guān)系：</p>&

13、lt;p>　　︱進(jìn)入斷面1的流體能量︱+︱在斷面1和2之間對流體額外所做的功︱-︱在斷面1和2之間耗失的能量︱=︱從斷面2流出的流體的能量︱</p><p>　　根據(jù)流體力學(xué)及熱力學(xué),對質(zhì)量為m的任何流動的流體，在某一狀態(tài)參數(shù)下（P、T）和某一位置上所具有的能量包括：內(nèi)能U；位能mgh；動能；壓縮或膨脹能。</p><p>　　據(jù)此，就可以寫出多相管流通過斷面1和斷面2的流體的能量平

14、衡關(guān)系。為了得到各種管流能量平衡的普遍關(guān)系，選用傾斜管流。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 —流體質(zhì)量，公斤；</p><p><b>　　—流體體積，；</b></p><p><b>　　—壓力，帕；</b></p>

15、<p><b>　　—重力加速度， ；</b></p><p>　　—管子中心線與參考水平面之間的夾角，度；</p><p>　　— 液流斷面沿管子中心線到參考水平面的距離，，米； </p><p>　　圖1-1 流體流動示意圖</p><p>　　—流體的內(nèi)能，包括分子運動所具有

16、的內(nèi)部動能及分子間引力引起的內(nèi)部位能以及化學(xué)能、電能等，焦?fàn)枺?lt;/p><p>　　—流體通過斷面的平均流速，米/秒。</p><p>　?。?-1）式中，除了內(nèi)能外，其他參數(shù)可用測量的辦法求得。內(nèi)能雖然不能直接測量和計算其絕對值，但可求得兩種狀態(tài)下的相對變化。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，對于可逆過程：</p><p><b>　　或</b></

17、p><p>　　式中 dq為系統(tǒng)與外界交換的熱量；</p><p>　　dU和pdV分別為系統(tǒng)進(jìn)行熱交換時，在系統(tǒng)內(nèi)所引起的流體內(nèi)能的變化和由于流體體積改變dV后克服外部壓力所做的功。</p><p>　　對于像我們這里所研究的這種不可逆過程來講：</p><p>　　式中 dqr—摩擦產(chǎn)生的熱量。</p><p>　　若

18、以dlw表示摩擦消耗的功，，則由上式可得：</p><p>　　或 （3-2）</p><p>　　改寫（3-1）式，可得到兩個流動斷面之間的能量平衡方程：</p><p><b>　?。?-1a）</b></p><p>　　將（3-1a）式寫成微分形式：</p><p>

19、<b>　?。?-1b）</b></p><p>　　將（3-2）式代入（3-1b）式，并簡化后得：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　積分上式我們就可得到壓力為P1和P2兩個流動斷面的能量平衡方程：</p><p><b>　?。?-3a）</b&

20、gt;</p><p>　　取單位質(zhì)量的流體m=1，將代入（3-3）式后得：</p><p><b>　?。?-3b）</b></p><p>　　式中 ρ—流體密度，。</p><p>　　用壓力梯度表示，則可寫為：</p><p><b>　?。?-4）</b></

21、p><p>　　由此可得： </p><p>　　式中 ——單位管長上的總壓力損失（總壓力降）；</p><p>　　——由于動能變化而損失的壓力或稱加速度引起的壓力損失；</p><p>　　——克服流體重力所消耗的壓力；</p><p>　　——克服各種摩擦阻力而消耗的壓力。</p>&

22、lt;p>　　令 </p><p>　　則 </p><p>　　根據(jù)流體力學(xué)管流計算公式</p><p>　　式中 f——摩擦阻力系數(shù)；</p><p><b>　　d——管徑，米。</b></p><p>　　在Z的

23、方向為由下而上的坐標(biāo)系中為負(fù)值，如果我們?nèi)檎?，則</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　?。?-5）式是適合于各種管流的通用壓力梯度方程。</p><p>　　對于水平管流，因θ=0，。若用x表示水平流動方向的坐標(biāo)，則 （3-6）&

24、lt;/p><p>　　對于垂直管流，,sinθ=1 ，若以h表示高度，則</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　為了強(qiáng)調(diào)多相混合物流動，將方程中的各項流動參數(shù)加下角標(biāo)“m”,則</p><p>　　式中 ρm——多相混合物的密度；</p><p>　　vm——多相混合

25、物的流速；</p><p>　　fm——多相混合物流動時的摩擦阻力系數(shù)。</p><p>　　單相垂直管液流的；單相水平管液流的及均為零。對于氣-液多相管流，如果流速不大，則很小，可以忽略不計。</p><p>　　只要求得ρm、vm及fm就可計算出壓力梯度。但是，如前所述，多相管流中這些參數(shù)沿程是變化的，而且在不同流動型態(tài)下的變化規(guī)律也各不相同。所以，研究這些參數(shù)

26、在流動過程中的變化規(guī)律及計算方法是多相管流研究的中心問題。不同研究者通過實驗研究提出了各自計算這些參數(shù)的方法。</p><p>　　3.2 多相垂直管流壓力分布計算步驟</p><p>　　按氣液兩相管流的壓力梯度公式計算沿程壓力分布時，影響流體流動規(guī)律的各相物理參數(shù)(密度、粘度等)及混合物的密度、流速都隨壓力和溫度而變，而沿程壓力梯并不是常數(shù)，因此氣液兩相管流要分段計算以提高計算精度。同

27、時計算壓力分布時要先給出相應(yīng)管段的流體物性參數(shù)，而這些參數(shù)又是壓力和溫度的函數(shù)，壓力卻又是計算中要求的未知數(shù)。因此，通常每一管段的壓力梯度均需采用迭代法進(jìn)行。有兩種迭代方法：用壓差分段、按長度增量迭代和用長度分段、按壓力增量迭代。</p><p>　　用壓差分段、按長度增量迭代的步驟是：</p><p>　　1) 已知任一點(井口或井底)的壓力作為起點，任選一個合適的壓力降作為計算的壓

28、力間隔；</p><p>　　2) 估計一個對應(yīng)的長度增量,以便根據(jù)溫度梯度估算該段下端的溫度；</p><p>　　3) 計算該管段的平均溫度及平均壓力，并確定在該和下的全部流體性質(zhì)參數(shù)；</p><p>　　4) 計算該管段的壓力梯度</p><p>　　5) 計算對應(yīng)于的該段管長 </p><p><b&

29、gt;　?。华?lt;/b></p><p>　　6) 將第5)步計算得的與第2)步估計的進(jìn)行比較，兩者之差超過允許范圍，則以計算的作為估計值，重復(fù)2)～5)的計算，直至兩者之差在允許范圍內(nèi)為止；</p><p>　　7) 計算該管段下端對應(yīng)的長度及壓力</p><p>　　=,(i=1,2,3,…,n)</p><p>　　8)

30、 以處的壓力為起點，重復(fù)第2)～7)步，計算下一管段的長度和壓力，直到各段的累加長度等于或大于管長(≥L)時為止。</p><p>　　氣液多相垂直管流壓力梯度的摩擦損失系數(shù)法</p><p>　　4.1 基本壓力方程</p><p>　　摩擦損失系數(shù)法計算壓力梯度的基本方程：</p><p>　　式中　——計算段的混合物平均密度，kg/m

31、3；</p><p>　　——計算段的混合物平均流速，m/s；</p><p>　　——計算段的摩擦損失系數(shù)，無因次；</p><p><b>　　D——管徑，m；</b></p><p>　　g——重力加速度，9.807m/s2；</p><p>　　——計算管段的平均壓力梯度，Pa/m。<

32、;/p><p>　　如果用混合物流量表示流速，則上式可寫成：</p><p>　　式中　q0——地面脫氣原油的產(chǎn)量，m3/s；</p><p>　　Wt——隨1 m3地面脫氣原油同時產(chǎn)出的油、水、氣混合物的總質(zhì)量，Kg/m3；其他符號及單位同前。</p><p>　　4.2平均密度、平均流速的確定方法</p><p>　　

33、自噴井沿井筒自下而上各個流過斷面處油、氣、水混合物質(zhì)量是始終不變的，而體積流量Qmt和平均流速逐漸增大，所以油、氣、水混合物的重度逐漸減小。但是，油井穩(wěn)定生產(chǎn)時，單位時間內(nèi)生產(chǎn)的地面（脫氣）原油體積是不變的，并從生產(chǎn)日報表中直接查到。為了找出油、氣、水混合物的體積流量Qmt沿井筒的變化規(guī)律，取固定值1m3地面脫氣原油的體積，作為研究混合液流的參考值，則有：</p><p>　　式中 q0——產(chǎn)油量，m3/s；&l

34、t;/p><p>　　Vt——在某壓力和溫度下，伴隨每生產(chǎn)1m3地面脫氣原油的油、水、氣總體積m3，/m3,即：</p><p>　　地面每生產(chǎn)1m3脫氣原油，在壓力P和溫度T下油應(yīng)具有的體積，等于1m3脫氣原油乘以該壓力、溫度條件下的體積系數(shù)。Bo隨壓力P和溫度T的變化關(guān)系，可由高壓物性資料得出。</p><p>　　當(dāng)?shù)孛婷可a(chǎn)1m3脫氣原油時，在壓力P和溫度T下，

35、水應(yīng)具有的體積可通過生產(chǎn)油水比Vw來表示。生產(chǎn)油水比等于產(chǎn)油量比產(chǎn)油量，單位為m3/ m3。由于水壓縮性很小，可以認(rèn)為井筒內(nèi)各流過斷面處水的體積是不變的。</p><p>　　當(dāng)?shù)孛婷可a(chǎn)1m3脫氣原油時，在壓力P和溫度T下天然氣應(yīng)具有的體積Vg可作如下分析，并通過氣體狀態(tài)方程式求得。</p><p>　　設(shè)Rp生產(chǎn)油氣比，等于產(chǎn)氣量比產(chǎn)油量，m3/ m3；Rs溶解油氣比，m3/ m3。即

36、在壓力P和溫度T下，溶解在相當(dāng)于1m3地面脫氣原油中的天然氣量。</p><p>　　所以原來在壓力P和溫度T時，伴隨每生產(chǎn)1m3地面脫氣原油的天然在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所占有的體積為：</p><p>　　但是，還需要氣休狀態(tài)方程式將Vg0換算到某壓力P與溫度T下的體積。根據(jù)氣體狀態(tài)方程式，知：</p><p>　　式中 P0——標(biāo)況壓力（絕對），100KPa；</p

37、><p>　　T0——標(biāo)況溫度，293K；</p><p>　　Vg0——在標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下的天然氣的體積，m3；</p><p>　　P——壓力（絕對），Pa；</p><p><b>　　T——溫度，K；</b></p><p>　　Vg——在壓力P和溫度T下的天然氣的體積，m3；</p&g

38、t;<p>　　Z0、Z——氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與某壓力、溫度下的壓縮因子、無因次。</p><p>　　所以，當(dāng)Z0=1時，由上式可整理得：</p><p>　　由上面兩式可得出當(dāng)?shù)孛婷可a(chǎn)1m3脫氣原油時，在壓力P和溫度T下，天然氣（自由氣）應(yīng)具有的體積為：</p><p>　　綜合以上的分析，當(dāng)?shù)孛婷可a(chǎn)1m3脫氣時，在某流過斷面處油、氣、水混合物在壓

39、力P和溫度T下的體積為：</p><p>　　當(dāng)P1和P2相差不大時，可以用上式來計算某壓力（P1和P2）和溫度（T1和T2）范圍內(nèi)Vt的平均值。只是上式中P應(yīng)該采用P1和P2的平均值Pavg，T應(yīng)該采用該溫度范圍的平均值Tavg。其它隨壓力和溫度而變化的各值如Bo、Z、Rs等也應(yīng)該采用Pavg和Tavg下的值。于是得：</p><p><b>　　平均密度為：</b>

40、;</p><p>　　式中 ——在平均壓力和平均溫度下，油、氣、水混合物的密度，Kg/m3；</p><p>　　Wt——與1m3地面脫氣原油同時產(chǎn)出的油、氣、水混合物總質(zhì)量，Kg/m3；</p><p>　　——與1m3地面脫氣原油同時產(chǎn)出的油、氣、水混合物在平均壓力和平均溫度下的總體積，m3/ m3。</p><p><b>

41、　　總質(zhì)量Wt為：</b></p><p>　　式中 ρo——地面脫氣原油密度，Kg/m3；</p><p>　　ρg——天然氣密度（標(biāo)準(zhǔn)條件下），Kg/m3；</p><p>　　ρw——水的密度，Kg/m3；</p><p>　　Vw——水油比，m3/ m3。</p><p><b>　　混合

42、物平均流速：</b></p><p>　　式中 ——在平均壓力和溫度下（即計算管段）油、氣、水混合物的平均流速，m/s。</p><p>　　4.3摩擦損失系數(shù)的確定</p><p>　　摩擦損失系數(shù)是利用由礦場資料相關(guān)的~關(guān)系確定。</p><p>　　兩相雷諾數(shù)與單相雷諾數(shù)的關(guān)系為： </p><p&g

43、t;<b>　　=</b></p><p>　　式中 ——氣相雷諾數(shù)（純氣體流動的雷諾數(shù)）</p><p>　　——液相雷諾數(shù)（純液體流動的雷諾數(shù)）</p><p>　　——平均溫度和平均壓力下氣體的粘度，Pa·s；</p><p>　　——平均溫度和平均壓力下液體的粘度，Pa·s；</p&g

44、t;<p>　　——與氣液質(zhì)量比有關(guān)的常數(shù)。</p><p>　　油、水、氣三相混合物的液相粘度在未發(fā)生乳化的情況下，可根據(jù)相應(yīng)條件下油的粘度。和水的粘度按體積加權(quán)平均求得，</p><p>　　式中　——含水（體積比），小數(shù)；</p><p>　　常數(shù)a和b的選取，應(yīng)當(dāng)使兩相流在任一極端情況下，即只單相流時，兩相雷諾數(shù)也應(yīng)隨著成為相應(yīng)的單相雷諾數(shù)，一

45、般取a、b為：</p><p>　　式中　K——氣、液質(zhì)量比，無因次； </p><p>　　——根據(jù)礦場資料繪制~相關(guān)曲線時選定的常數(shù)。</p><p>　　利用大慶油田自噴井資料做的~曲線，在取=10、=1時有較好的相關(guān)性。則兩相雷諾數(shù)為：</p><p>　　再利用下式求取摩擦損失系數(shù)</p><p><b

46、>　　其中：</b></p><p>　　4.4油氣水高壓物性參數(shù)的計算方法</p><p>　　4.4.1 溶解油氣比</p><p>　　需要先計算天然氣在689.5kPa表壓下的相對密度：</p><p>　　式中，——689.5kPa表壓下的天然氣相對密度，無因次；</p><p>　　——壓

47、力（絕對）和溫度下的天然氣相對密度，無因次；</p><p><b>　　——溫度，℃；</b></p><p>　　——壓力（絕對），kPa；</p><p>　　——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，原油的相對密度，無因次。</p><p>　　求得天然氣的在689.5kPa表壓下的相對密度后，再利用下式即可求得溶解油氣比：</p&

48、gt;<p>　　式中　C1、C2、C3——系數(shù)，其值見表；</p><p>　　P ——壓力（絕對），kPa。</p><p>　　4.4.2 原油體積系數(shù)</p><p><b>　　1、當(dāng)時</b></p><p>　　系數(shù)C1、C2、C3的值如下表所示：</p><p>&l

49、t;b>　　2、當(dāng)時</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　式中 ——泡點壓力下的原油體積系數(shù)，m3/m3；</p><p>　　a1=-1433.0；a2=5.0；a3=17.2；a4=-1180.0；a5=12.61；a6=105。</p><p>　　4.4.3

50、 天然氣壓縮系數(shù)</p><p>　　當(dāng)天然氣的壓力低于35MPa時，它的壓縮系數(shù)可以按下式計算：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　式中 Z——天然氣的壓縮系數(shù)，無因次；</p><p>　　——對比溫度，無因次；</p><p><b>　　T——溫度

51、，K；</b></p><p>　　——天然氣的假臨界溫度，K</p><p>　　——天然氣的對比度，無因次；</p><p>　　——天然氣的對比壓力，無因次；</p><p>　　——天然氣的假臨界壓力，kPa。</p><p>　　天然氣的假臨界溫度和假臨界壓力，可以根據(jù)不同情況按下列公式計算：&l

52、t;/p><p><b>　　1、富氣</b></p><p>　　當(dāng)天然氣的相對密度（空氣為1）時</p><p><b>　　當(dāng)時</b></p><p><b>　　2、貧氣</b></p><p><b>　　當(dāng)時</b><

53、;/p><p><b>　　當(dāng)時</b></p><p>　　按上式計算Z值時，需要使用迭代法。一般從設(shè)Z=1開始，迭代五次即可。</p><p>　　4.4.4 原油粘度</p><p>　　1、地面脫氣原油的粘度</p><p><b>　　其中</b></p>

54、<p><b>　　2、飽和原油的粘度</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　4.4.5 天然氣的粘度</p><p><b>　　其中</b></p><p>　　式中，——管道條件下天然氣的黏度，mPa·s；</p

55、><p>　　——管道條件下天然氣的密度，103 Kg /m3。</p><p>　　4.4.6 水的粘度</p><p>　　式中　——水的粘度，mPa.s</p><p>　　4.5 井溫分布計算方法</p><p>　　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100m地層溫度的升高值。而在井

56、筒中，由于地層流體不斷地向上流動，地層流體便作為熱載體將熱量也不斷地攜帶上來。通過套管、水泥環(huán)向地層傳導(dǎo)。因此，井溫總是比地溫要高。</p><p>　　流體的物性參數(shù)隨溫度變化，因此，計算應(yīng)采用井溫來進(jìn)行流體參數(shù)計算。</p><p>　　計算常規(guī)采油和井筒加熱時沿井深溫度分布的基本方程為：</p><p>　　對于常規(guī)采油來說，可取</p><

57、;p>　　式中　——油管中L位置處原油的溫度，℃；</p><p>　　——總傳熱系數(shù)，W/(m?℃)；</p><p>　　——井底原油溫度，℃；</p><p>　　——地層溫度梯度，℃/m；</p><p>　　——重力加速度，m/s2；</p><p>　　——內(nèi)熱源，W/m；</p>&l

58、t;p>　　——計算段起點高度(井底為0)，m；</p><p>　　——水當(dāng)量，W/℃。</p><p><b>　　水當(dāng)量可如下計算：</b></p><p>　　式中　——原油的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　——水的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　——井筒中氣體質(zhì)

59、量流量，kg/s；</p><p>　　——產(chǎn)出原油的比熱，J/(kg?℃)；</p><p>　　——產(chǎn)出水的比熱，J/(kg?℃)；</p><p>　　——產(chǎn)出天然氣的比熱，J/(kg?℃)。</p><p>　　在同一口油井，地溫梯度m和井底溫度都是不變的，傳熱系數(shù)則受地層物性和地層熱阻、油管環(huán)形空間介質(zhì)及其物性和油井的產(chǎn)量等多種因素

60、的影響，而產(chǎn)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(rèn)為為一常數(shù)。這樣，整個井筒的溫度分布就只受與油井產(chǎn)量有關(guān)的水當(dāng)量W和距井底的距離L的影響。</p><p><b>　　4.6 實例計算</b></p><p>　　某含水自噴井產(chǎn)油量,產(chǎn)氣量，油壓，內(nèi)徑D=62mm，油井深1082m，試求井底壓力。</p><p>　　解

61、：用深度增量迭代方法計算。</p><p>　　1.選取壓力間隔=500KPa，假設(shè)對應(yīng)的深度增量=50m,</p><p>　　2.從井口起計算第一段的平均壓力及溫度：</p><p><b>　　平均壓力</b></p><p>　　根據(jù)井口溫度、地溫梯度及假定的Δh1算得的平均溫度=302.49K</p>

62、;<p>　　(即29.34℃)。</p><p>　　3.確定下的流體性質(zhì)參數(shù)：</p><p>　　溶解油氣比Rs=3.607m3/m3，天然氣粘度μg=0.010984mPa?s,氣體壓縮因子Z=0.9733，原油體積系數(shù)Bo=1.0256，原油粘度μo=20.945mPa?s,原油密度ρo=841Kg/m3, ρg=0.929 Kg/m3水的粘度μw=0.8968mP

63、a?s</p><p>　　4.計算混合物平均密度計總質(zhì)量Wt </p><p>　?。?）下的氣體體積Vg</p><p>　　生產(chǎn)油氣比 m3/m3</p><p>　　P0=100KPa,T0=20℃</p><p>　?。?）下的混合物總體積Vt</p><p>　　（3）混合物的總

64、質(zhì)量Wt</p><p>　　計算混合物的平均密度</p><p>　　5.計算摩擦損失系數(shù)λ′</p><p><b>　　（1）氣相雷諾數(shù)</b></p><p><b>　?。?）液相雷諾數(shù)</b></p><p><b>　　（3）氣、液質(zhì)量比</b&

65、gt;</p><p><b>　?。?）兩相雷諾數(shù)</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　6.計算壓力梯度及深度增量</p><p>　　7.比較深度增量的假設(shè)值和計算值</p><p>　　如果取=0.01m，則</p>&

66、lt;p>　　所以，將135.41作為新的假設(shè)值，從第2步重新開始計算，即第二次迭代，直到滿足要求后再開始計算第二段。</p><p>　　第5章 設(shè)計框圖及結(jié)果</p><p><b>　　5.1 設(shè)計框圖</b></p><p><b>　　5.2 運行界面</b></p><p>　　5

67、.2.1 程序進(jìn)入主界面</p><p><b>　　.</b></p><p>　　5.2.2 程序運行主界面</p><p>　　5.2.3 數(shù)據(jù)計算結(jié)果顯示界面</p><p><b>　　5.3 設(shè)計結(jié)果</b></p><p>　　表5-3-1 計算結(jié)果數(shù)據(jù)表<

68、;/p><p><b>　　續(xù)表</b></p><p><b>　　續(xù)表</b></p><p><b>　　5.4 結(jié)果圖表</b></p><p><b>　　壓力—井深曲線：</b></p><p>　　圖5-4-1壓力-井深曲

69、線</p><p>　　壓力—井深曲線表現(xiàn)為一段初始階段向上凹其最終接近于一條直線的曲線段，這說明總體上壓力隨井深的增加而增加，但是壓力梯度是不一樣的，在井深小于800m時，壓力梯度隨井深的增加而增加，而當(dāng)井深大于800m時，壓力梯度幾乎不隨井深的變化而變化。</p><p>　　這是由于混合物平均密井深小于800m時，平均密度逐隨井深的增加而增大，而油管內(nèi)壓力梯度與混合物的密度成正比，所

70、以在井深小于800m時，曲線的斜率隨井深的增大而增大；當(dāng)井深大于800m時，曲線的斜率幾乎不變，曲線接近于一條直線。</p><p>　?。?）溫度—井深曲線</p><p>　　圖5-4-2 溫度-井深曲線</p><p>　　由井溫曲線分布圖可看出隨著井深增加井溫變化斜率逐漸減小，并在井底處斜率趨近于零。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

71、度每增加100m地層溫度的升高值。而在井筒中，由于地層流體不斷地向上流動，地層流體便作為熱載體將熱量也不斷地攜帶上來。通過套管、水泥環(huán)向地層傳導(dǎo)。因此，井溫總是比地溫要高。由于井底壓力等于油層壓力，而井口油管流體溫度大于地面溫度，所以油管內(nèi)溫度梯度小于地層地溫梯度。所以油管內(nèi)液體隨著流體的不斷向上流動溫度降低速率小于地層溫度降低速率，管內(nèi)溫度與地層溫度差在井底處為0，并隨著井深的減小不斷增加，管內(nèi)流體與地層的傳熱量逐漸增加，所以管內(nèi)流體

72、溫度降低的速率逐漸增大，即表現(xiàn)為井溫分布曲線圖中隨著井深增加，曲線斜率逐漸減小，并在接近井底處曲線斜率趨近于零。</p><p>　　（3）混合物平均密度——井深曲線：</p><p>　　圖5-4-3 密度--井深曲線</p><p>　　由密度——井深曲線可知，當(dāng)井深小于1000m時，密度隨著井深的增加而增加，當(dāng)井深大于1000m時，混合物的平均密度變化幅度比較

73、小。</p><p>　　由壓力與深度曲線可知，隨著井深增加管內(nèi)壓力增大。井深小于1000m時，隨著井深增加，溶解油氣比逐漸增加，直至等于生產(chǎn)油氣比，即天然氣全部溶于原油中。而氣液混合物平均密度（其中 為原油密度，為天然氣在標(biāo)況下的密度， 為水的密度，Rp為生產(chǎn)油氣比，Rs為溶解油氣比，Bo為原油體積系數(shù)， Vw為水油比），可知隨著井深增大，（?Rp-Rs）逐漸減小，混合物平均密度隨之增大，即表現(xiàn)為密度曲線圖中斜

74、率逐漸增大。</p><p>　　井深達(dá)到1000m時，隨著井深增加，溶解油氣比不再發(fā)生變化，恒等于生產(chǎn)油氣比。這時由氣液混合物平均密度公式可知氣液混合物平均密度只與生產(chǎn)油氣比有關(guān)，而生產(chǎn)油氣比隨井深增加變化不大，所以混合物平均密度隨井深增加變化不大，即表現(xiàn)為混合物平均密度曲線中曲線斜率變化較小。</p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p>&

75、lt;p>　　進(jìn)入卓越工們程師班，我覺得收獲頗多。在這三周里，雖然比較辛苦，但是我學(xué)到了許許多多課堂上學(xué)不到的東西。</p><p>　　首先，我在C語言的基礎(chǔ)上，有學(xué)習(xí)了一種新的語言，經(jīng)過使用這兩種語言，發(fā)現(xiàn)它們各有特色，C語言由于指針的存在而特別靈活，但是VB卻有比較好的界面，更方便我們編制小軟件，通俗易懂。</p><p>　　另外，VB看似簡單，但是有許多技巧可言，在這幾周里

76、，在張文老師的指導(dǎo)下，學(xué)到了非常多的知識，實際在編寫代碼和運行程序的過程中會出現(xiàn)各種各樣的問題，需要把各個窗體、模塊聯(lián)系起來，稍有差錯，就不會得到正確的結(jié)果。</p><p>　　此外，在張老師的指導(dǎo)下，學(xué)會了導(dǎo)出數(shù)據(jù)、畫圖表，雖然說EXCEL可能也會做成這些事，但是，它又有自己獨特的功能。通過這次課程設(shè)計，對我來說是一次能力的提升，綜合的挑戰(zhàn)。</p><p>　　與此同時，我也掌握了相

77、關(guān)的主要內(nèi)容，如：油氣物性參數(shù)的計算、能量方程的推導(dǎo)、按深度增量迭代的步驟方法等等。切實體會到了把課堂所學(xué)的知識應(yīng)用于實際資料來解決實際問題，從而把理論與實踐有機(jī)結(jié)合起來。在這一段時間里，同學(xué)之間也是不斷探討、搜集相關(guān)信息、上網(wǎng)查閱資料，經(jīng)歷一翻波折終于完成了這次課程設(shè)計。</p><p>　　但是在本次課程設(shè)計中我也暴露出來了一些問題，比如說VB使用還不夠靈活，這也許是自己剛剛接觸VB，練得還是不夠的緣故。&l

78、t;/p><p>　　最后，真誠地感謝xx老師以及所有對同學(xué)們的知道，在今后的學(xué)習(xí)生活中，我一定會更加注重專業(yè)素養(yǎng)的提高，為祖國石油事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王鴻勛，張琪. 采油工藝原理[M]. 石油工業(yè)出版社，北京，2000，74-85.</p><p>

79、;　　[2] 衣治安，吳雅娟主編. 實用計算機(jī)基礎(chǔ)教程[M]. 石油工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[3] 陳濤平等. 石油工程[M]. 石油工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[4] 蔣加伏，張林峰.Visual Basic程序設(shè)計教程. 北京郵電大學(xué)出版社，2009.</p><p><b>　　附錄</b></p

80、><p><b>　　程序內(nèi)容：</b></p><p><b>　　. 模塊中的程序：</b></p><p>　　Public jinghao As String '井號</p><p>　　Public H As Single '井深</p>

81、<p>　　Public d As Single '油管內(nèi)徑</p><p>　　Public Pwh As Single '油壓</p><p>　　Public qo As Single '日產(chǎn)油量</p><p>　　Public qg As Single &#

82、39;日產(chǎn)氣量</p><p>　　Public miduo As Single '地面脫氣原油密度</p><p>　　Public midug As Single '天然氣密度</p><p>　　Public miduw As Single '水密度</p><p>

83、;　　Public miduor As Single '地面脫氣原油相對密度</p><p>　　Public midugr As Single '天然氣相對密度</p><p>　　Public miduwr As Single '水相對密度</p><p>　　Public WO As Si

84、ngle '水油比</p><p>　　Public gt As Single '井口溫度</p><p>　　Public gr As Single '地溫梯度</p><p>　　Public gC As Single '傳熱系數(shù)</p&

85、gt;<p>　　Public Pb As Single '飽和壓力</p><p>　　Public Co As Single '原油比熱</p><p>　　Public Cw As Single '地層水比熱</p><p>　　Public Cg A

86、s Single '天然氣比熱</p><p>　　Public Flag As Integer '天然氣分類 富氣賦值為1 貧氣賦值為0</p><p>　　Public fw As Single '含水率 不變量在調(diào)用時需賦值</p><

87、p>　　Public Wt As Single '1m3地面脫氣原油同時產(chǎn)出的油、水、氣混合物的總質(zhì)量 Kg/m3</p><p>　　Public Vt As Single '井筒條件下產(chǎn)出Wt油氣水混合物所對應(yīng)的體積</p><p>　　Public dgr689 As Single '689.5kPa表壓下的天然

88、氣相對密度</p><p>　　Public tpb As Single '飽合壓力對應(yīng)的溫度</p><p>　　Public p0 As Single '標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力KPa 常量在調(diào)用時需賦值</p><p>　　Public gd0 As Single '空氣密度K

89、g/m3 常量在調(diào)用時需賦值</p><p>　　Public t0 As Single '標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度℃ 常量在調(diào)用時需賦值</p><p>　　Public g As Single '重力加速度m/s2 常量在調(diào)用時需賦值</p><p>　　Public Rp A

90、s Single '生產(chǎn)油氣比 不變量在調(diào)用時需賦值</p><p>　　Public AP As Single '油管截面積m2 不變量在調(diào)用時需賦值</p><p>　　Public NN As Single '計算點的個數(shù)</p>

91、<p><b>　　'數(shù)組的定義</b></p><p>　　Public SHUZUH(2000) As Single '計算點深度m</p><p>　　Public SHUZUP(2000) As Single '計算點壓力MPa</p><p

92、>　　Public SHUZUT(2000) As Single '計算點溫度℃</p><p>　　Public SHUZUd(2000) As Single '計算點混合物平均密度Kg/m3</p><p>　　Public SHUZUuo(2000) As Single

93、 '計算點原油粘度mPas</p><p>　　Public SHUZURs(2000) As Single '計算溶解油氣比</p><p>　　Public SHUZUBo(2000) As Single '計算點原油體積系數(shù)</p><p>　　Public SHUZUZ(20

94、00) As Single '計算點天然氣壓縮系數(shù)</p><p>　　Public SHUZUug(2000) As Single '計算點天然氣粘度mPas</p><p>　　Public SHUZUuw(2000) As Single '水的粘度mPas</p&

95、gt;<p>　　'求溶解油氣比Rs（p,t)函數(shù)</p><p>　　Public Function Rs(P As Single, t As Single) As Single</p><p>　　Dim c1 As Single, c2 As Single</p><p>　　If miduor >= 0.8762 Then<

96、/p><p>　　c1 = 0.0362: c2 = 1.0937: c3 = 25.724</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　c1 = 0.0178: c2 = 1.187: c3 = 23.931</p><p><b>　　End If</b></p>

97、<p>　　Rs = 0.1781 * c1 * dgr689 * (0.145 * P) ^ (c2) * Exp(c3 * ((141.5 - 131.5 * miduor) / (miduor * (1.8 * t + 492))))</p><p>　　If Rs > Rp Then Rs = Rp</p><p>　　End Function</p>

98、<p>　　'求原油體積系數(shù)Bo(p,t)函數(shù)</p><p>　　Public Function Bo(P As Single, t As Single) As Single</p><p>　　Dim Bob As Double, c1 As Single, c2 As Single, c3 As Single</p><p>　　Dim

99、a1 As Single, a2 As Single, a3 As Single, a4 As Single, a5 As Single, a6 As Single</p><p>　　Dim c0 As Single</p><p>　　If P <= Pb Then</p><p>　　If miduor >= 0.8762 Then</p&g

100、t;<p>　　c1 = 4.677 * 10 ^ (-4): c2 = 1.751 * 10 ^ (-5): c3 = -1.811 * 10 ^ (-8)</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　c1 = 4.67 * 10 ^ (-4): c2 = 1.1 * 10 ^ (-5): c3 = 1.337 * 10 ^ (-

101、9)</p><p><b>　　End If</b></p><p>　　Bo = 1 + 5.615 * c1 * Rs(P, t) + c2 * (1.8 * t - 28) * ((141.5 - 131.5 * miduor) / (miduor * dgr689)) + 5.615 * c3 * Rs(P, t) * (1.8 * t - 28) * ((

102、141.5 - 131.5 * miduor) / (miduor * dgr689))</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Bob = Bo(Pb, tpb)</p><p>　　a1 = -1433: a2 = 5: a3 = 17.2: a4 = -1180: a5 = 12.61: a6 = 10 ^ 5&

103、lt;/p><p>　　c0 = 6.895 * (a1 + 5.615 * a2 * Rs(P, t) + a3 * (1.8 * t + 32) + a4 * dgr689 + a5 * (141.5 - 131.5 * miduor) / miduor) / (a6 * P)</p><p>　　Bo = Bob * Exp(-c0 * (P - Pb))</p><

104、p><b>　　End If</b></p><p>　　End Function</p><p>　　'求天然氣壓縮系數(shù)Z(p,t)函數(shù)</p><p>　　'富氣為1,貧氣為0</p><p>　　Public Function Z(P As Single, t As Single) As Si

105、ngle</p><p>　　Dim Tc As Single, Pc As Single</p><p>　　Dim Tr As Single, Pr As Single, dr As Single '（dr為天然氣的對比度）</p><p>　　Dim i As Integer</p><p>　　If Flag = 1

106、Then</p><p>　　If midugr >= 0.7 Then</p><p>　　Tc = 132 + 116.67 * midugr</p><p>　　Pc = 5102 - 689.48 * midugr</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　T

107、c = 106 + 152.22 * midugr</p><p>　　Pc = 4778 - 248.21 * midugr</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Else</b></p><p>　　If midugr >= 0.7 Then<

108、/p><p>　　Tc = 92 + 176.67 * midugr</p><p>　　Pc = 4881 - 386.11 * midugr</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Tc = 92 + 176.67 * midugr</p><p>　　Pc = 4778

109、 - 249.21 * midugr</p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　End If</b></p><p><b>　　Z = 1</b></p><p>　　Tr = (273 + t) / Tc: Pr = P / Pc<

110、/p><p>　　For i = 1 To 5</p><p>　　dr = 0.27 * Pr / (Z * Tr)</p><p>　　Z = 1 + (0.31506 - 1.0467 / Tr - 0.5783 / Tr ^ 3) * dr + (0.5353 - 0.6123 / Tr + 0.6315 / Tr ^ 3) * dr ^ 2</p>

111、<p><b>　　Next i</b></p><p>　　End Function</p><p>　　'求原油粘度uo函數(shù)</p><p>　　Public Function uo(P As Single, t As Single) As Single</p><p>　　Dim uon As

112、 Single</p><p>　　Dim x As Single, y As Single, zz As Single, a As Single, b As Single</p><p>　　zz = 3.0324 - 0.02023 * ((141.5 - 131.5 * miduor) / miduor): y = 10 ^ zz: x = y * (1.8 * 20 + 32) ^

113、 (-1.163) '地面脫氣原油溫度取15℃ ，對結(jié)果影響較大</p><p>　　uon = 10 ^ x - 1</p><p>　　a = 10.715 * (5.615 * Rs(P, t) + 100) ^ (-0.515)</p><p>　　b = 5.44 * (5.615 * Rs(P, t) + 150) ^ (-0.338

114、)</p><p>　　uo = a * uon ^ b</p><p>　　End Function</p><p>　　'求管道條件下天然氣密度dg(p,t)函數(shù)</p><p>　　Public Function dg(P As Single, t As Single) As Single</p><p>

115、;　　dg = midug * P * (273.15 + t0) / (Z(P, t) * p0 * (273.15 + t)) '根據(jù)氣體狀態(tài)方程推導(dǎo),地面標(biāo)準(zhǔn)條件下Z=1</p><p>　　End Function</p><p>　　'求管道條件下天然氣相對密度dgr(p,t)函數(shù)</p><p>　　Public Function

116、dgr(P As Single, t As Single) As Single</p><p>　　dgr = dg(P, t) / gd0</p><p>　　End Function</p><p>　　'求天然氣粘度ug(t)函數(shù)</p><p>　　Public Function ug(P As Single, t As Si

117、ngle) As Single</p><p>　　Dim x As Single, y As Single, c As Single</p><p>　　x = 3.5 + 548 / (t + 273.15) + 0.29 * midugr</p><p>　　y = 2.4 - 0.2 * x</p><p>　　c = (1.26 +

118、 0.078 * midugr) * (273 + t) ^ 1.5 / (116 + 306 * midugr + (273 + t))</p><p>　　ug = c * 10 ^ (-3) * Exp(x * (dg(P, t) * 10 ^ (-3)) ^ y)</p><p>　　End Function</p><p>　　'求水粘度uw(t)

119、函數(shù)</p><p>　　Public Function uw(t As Single) As Single</p><p>　　uw = Exp(1.003 - (1.479 * 10 ^ (-2) * (1.8 * t + 32)) + (1.982 * 10 ^ (-5) * (1.8 * t + 32) ^ 2))</p><p>　　End Functio

120、n</p><p>　　'求以10為底的對數(shù)log10(x)的函數(shù)</p><p>　　Public Function Log10(x As Single) As Single</p><p>　　Log10 = Log(x) / Log(10)</p><p>　　End Function</p><p>　

121、　'求混合物的密度dm(p,t)函數(shù)</p><p>　　Public Function dm(P As Single, t As Single) As Single</p><p>　　Vt = Bo(P, t) + WO + Z(P, t) * p0 * (273 + t) / (P * (273 + t0)) * Abs(Rp - Rs(P, t))</p>&

122、lt;p>　　dm = Wt / Vt '混合物的平均密度</p><p>　　End Function</p><p><b>　　'求壓力梯度函數(shù)</b></p><p>　　Public Function r(P As Single, t As Single) As Single</p><p&g

123、t;　　Dim m As Integer, n As Integer</p><p>　　Dim K As Single, a As Single, b As Single</p><p>　　Dim a0 As Single, a1 As Single, a2 As Single</p><p>　　Dim Reg As Single, Rel As Single

124、, Re2 As Single</p><p>　　Dim f As Single '摩擦阻力損失系數(shù)</p><p>　　Dim ul As Single '平均溫度和平均壓力下的液體粘度</p><p>　　Dim AP As Sing

125、le</p><p>　　'求氣相、液相雷諾數(shù)</p><p>　　ul = uo(P, t) * (1 - fw) + uw(t) * fw</p><p>　　AP = 3.14 * d ^ 2 / 4</p><p>　　Reg = d * qo * Abs(Rp - Rs(P, t)) * midug / AP / (ug(P