【正文】 東北石油大學 課程設計任務書 課程 石油工程課程設計 題目 井筒壓力分布計算 專業(yè) 石油工程 姓名 趙二猛 學號 100302240115 主要內容、基本要求、主要參考資料等 1. 設計主要內容： 根據(jù)已有的基礎數(shù)據(jù)，利用所學的專業(yè)知識，完成 自噴井 系統(tǒng)從 井口 到 井底 的所有相關參數(shù)的計算，最終 計算井筒內的 壓力分布 。 ① 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) ； ③ 確定出 摩擦阻力系數(shù) ； ④ 確定井筒內的壓力分布 ； 2. 設計基本要求： 要求學生選擇一組基礎數(shù)據(jù)，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 概述 ； ② 基礎數(shù)據(jù)； ③ 能量方程 理論； ④ 氣液多相垂直管流壓力梯度的摩擦損失系數(shù)法 ； ⑤ 設計 框圖及結果 ； ⑥ 結束語； ⑦ 參考文獻。 設計報告采用統(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，達到工程設計的基本要求。 3. 主要參考資料： 王鴻勛，張琪 等，《 采油工藝原理 》，石油工業(yè)出版社 ， 1997 陳濤平等，《石油工程》，石油工業(yè)出版社， 2020 萬仁溥等 ， 《采油技術手冊第四分冊－機械采油技術》，石油工業(yè)出版社， 1993 完成期限 2020 年 7 月 1 日 —2020 年 7 月 20 日 指導教師 張文 專業(yè)負責人 王立軍 2020 年 6 月 25 日東北石油大學石油工程課程設計（報告） I 目 錄 第 1 章 概 述 ...............................................................................................................I 設計的目的和意義 .......................................................................................... 1 設計的主要內容 .............................................................................................. 1 第 2 章 基礎數(shù)據(jù) .......................................................................................................... 2 第 3 章 能量方程理論 .................................................................................................. 3 能量方程的推導 .............................................................................................. 3 多相垂直管流壓力分布計算步驟 ................................................................... 6 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 基本壓力方程 .................................................................................................. 8 平均密度平均流速的確定方法 ...................................................................... 8 摩擦損失系數(shù)的確定 .................................................................................... 11 油氣水高壓物性參數(shù)的計算方法 ................................................................ 12 井溫分布的 的計算方法 ................................................................................ 16 實例計算 ........................................................................................................ 17 第 5 章 設計框圖及結果 ............................................................................................ 21 設計框圖 ........................................................................................................ 21 設計結 果 ........................................................................................................ 22 結束語 .......................................................................................................................... 29 參考文獻 ...................................................................................................................... 30 附 錄 ............................................................................................................................ 31 東北石油大學石油工程課程設計（報告） 1 第 1 章 概 述 設計的目的和意義 目的：確定井筒內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 的所有相關參數(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。 意義： 利用所學的專業(yè)知識， 結合 已有的基礎數(shù)據(jù)，最終 計算井筒內的壓力分布 。對 于 油氣 井的優(yōu)化設計、穩(wěn)產高產及測試技術的 預測性與 精確性具有重要的現(xiàn)實意義。 設計的主要內容 根據(jù)已有的基礎數(shù)據(jù)，利用所學的專業(yè)知識，完成 自噴井 系統(tǒng)從 井口 到 井底 的所有相關參數(shù)的計算，最終 計算井筒內的壓力分布 。 ① 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) ； ③ 確定出 摩擦阻力系數(shù) ； ④ 確定井筒內的壓力分布 ； 詳見第四章。 東北石油大學石油工程課程設計（報告） 2 第 2 章 基礎數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)表見下表（表 21） 表 21 基礎數(shù)據(jù)表 地面脫氣原油密度 （ kg/m3） 841 地層水比熱 （ J/kg℃ ） 4400 天然氣密度 （ kg/m3） 天然氣比熱 （ J/kg℃ ） 2227 水密度 （ kg/m3） 1000 天然氣分類 （貧氣或富氣） 富氣 水油比 （ m3/m3） 井號 B1112P56 井口溫度 （ ℃ ） 15 井深 （ m） 1082 地溫梯度 （ ℃ /100m） 油管內徑 （ mm） 62 傳熱系數(shù) （ W/m℃ ） 油壓 （ MPa） 飽和壓力 （ MPa） 日產油量 （ t/d） 原油比熱 （ J/kg℃ ） 2200 日產氣量 （ m3/d） 東北石油大學石油工程課程設計（報告） 3 第 3 章 能量方程理論 能量方程的推導 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系 ： ︱進入斷面 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︱ 根據(jù)流體力學及熱力學 ,對質量為 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：內能 U；位能 mgh；動能 22mv ；壓縮或膨脹能 PV 。 據(jù)此，就可以寫出多相管流通過斷面 1 和斷面 2 的流體的能量平衡關系。為了得到各種管流能量平衡的普遍關系，選用傾斜管流。 22121 1 1 1 2 2 2 2m v m vU m Z P V q U m Z P V??+ g s i n + + = + g s i n + + （ 31） 式中 m — 流體質量，公斤； V — 流體體積， 3米 ； P — 壓力，帕； g — 重力加速度， 2米 秒 ； ? — 管子中心線與參考水平面之間 的夾角，度； Z — 液流斷面沿管子中心線到參考水平面的距離， hZ?? sin ，米； 圖 11 流體流動示意圖 U — 流體的內能，包括分子運動所具有的內部動能及分子間引力引起的內部位能以及化學能、電能等，焦爾； v — 流體通過斷面的平均流速， 米 /秒 。 （ 31）式中，除了內能外，其他參數(shù)可用測量的辦法求得。內能雖然不能直接測量和東北石油大學石油工程課程設計（報告） 4 計算其絕對值，但可求得兩種狀態(tài)下的相對變化。根據(jù)熱力學第一定律，對于可逆過程： d d dq U p V?? 或 d d dU q p V?? 式中 dq 為系統(tǒng)與外界交換的熱量； dU 和 pdV 分別為系統(tǒng)進行熱交換時，在系統(tǒng)內所引起的流體內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。 對于像我們這 里所研究的這種不可逆過程來講： rd d d dq q U p V? ? ? 式中 dqr—摩擦產生的熱量。 若以 dlw 表示摩擦消耗的功， rwddql? ，則由上式可得： d d d d wq U p V l? ? ?或 d d d d wU q p V l? ? ? （ 32） 改寫（ 31）式，可得到兩個流動斷面之間的能量平衡方程： 2( s in ) ( ) 02mvU m g Z P V q? ??? ? ? ? ? ? ? ? ????? （ 31a） 將（ 31a）式寫成微分形式： d d si n d ( ) d 0U m v v m g Z P V q?? ? ? ? ? ? （ 31b） 將（ 32）式代入（ 31b）式，并簡化后得： d d si n d d 0wV p m v v m g Z l?? ? ? ? （ 33） 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： ? ?212wd s in 02PPmvV p m g Z L???? ? ? ? ? ?????? （ 33a） 取單 位質量的流體 m=1，將 1V??代入（ 33）式后得： w1 d d s in d d 0p v v g Z l?? ? ? ? ? （ 33b） 式中 ρ—流體密度， 3公 斤 米 。 用壓力梯度表示，則可寫為： 東北石油大學石油工程課程設計（報告） 5 39。wddd s in 0d d dIpvvgZ Z Z? 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