长江大学考研采油工程复习资料

一、名词解释

1. 向井流动态曲线 2. 流动效率

3. 持液率（液相存容比） 4. 持气率（气相存容比）

5. 节点系统分析方法：应用系统工程原理，把整个油井生产系统分成若干字系统，研

究各子系统间的相互关系及其对整个系统工作的影响，为系统优化运行及参数调控提供依据。

6.光杆马力（功率） 7.油井负荷扭矩 8.扭矩因素 9.等值扭矩

10.注水井吸水指数 11.视吸水指数 12.注水井调剖 13.裂缝导流能力 14.压裂铺砂浓度 15.酸液有效作用距离 二、Vogel、Standing方程

完善井组合型IPR曲线 利用单项液体渗流与沃格尔方程进行组合 1.已知某井pr?16MPa,pb?13MPa当pwf?15MPa,产量为q0?25m3d,试计算: ①J ②qb ③qmax ④pwf=10Mpa时的产量. 解: ①当pwf=15MPa＞pb时,q=25m3d ∴J=q/(pr-pwf)=25/(16-15)=25md?MPa ②qb=J(pr-pb)=25(16-13)=75md ③qc=JPb1.8=25?131.8=180.6md

333qmax=qb+qc=75+180.6=255.6m3d

④当pwf=10Mpa时

q0=qb+qc[1?0.2(pwfpb)?0.8(pwfpb)2]

=75+180.6[1?0.2(=142.3m3d

1010)?0.8()2] 13132.已知某井pr?16MPa,pb?13MPa当pwf?8MPa,产量为q0?80m3d,试计算: ①J ②qb ③qmax ④pwf=15Mpa时和pwf=6Mpa时的产量. 解: ①当pwf=8MPa＜pb时,q=80m3d J=q0/{(pr-pb)+=80/{(16-13)+

pwfpwf2pb[1?0.2()?0.8()]} 1.8pbpb13882 [1?0.2()?0.8()]} 1.81313=11.2m3d?MPa

②qb=J(pr-pb)=11.2(16-13)=33.6m3d ③qc=JPb1.8=11.2?131.8=80.9md

3qmax=qb+qc=33.6+80.9=114.5m3d

④当pwf=15Mpa＞pb时

q0=J(pr-pwf)=11.2(16-15)=11.2m3d

当pwf=6Mpa时

q0=qb+qc[1?0.2(pwfpb)?0.8(pwfpb)2]

=33.6+80.9[1?0.2(=93.2md

366)?0.8()2] 1313油井中可能出现的流型自下而上依次为：纯油流、泡流、段塞流、环流和雾流。

泡流特点：气体是分散相，液体是连续相；存在滑脱，滑脱损失最大；摩擦损失小。

段塞流特点：气体是分散相，液体是连续相；存在滑脱，但滑脱损失小；举油效率高，压降小。

环流/过渡流特点：气液均为连续相；滑脱很小；举油主要靠摩擦携带，摩擦损失大。

雾流特点：液体为分散相，气体为连续相；混合物速度很高，无滑脱；摩擦损失最大。 自喷井基本过程（能量损失、协调原理） （1） 地层中的渗流：10-15% （2） 井筒中的流动：30-80% （3） 嘴流：5-30%

（4） 地面管线流动：5-10%

节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展

自喷井节点分析（基本概念、基本思想、节点设置、求解方法、应用） 井底为求解点

节点（井底）流入曲线：油藏中流动的IPR曲线；

节点（井底）流出曲线：以分离器压力为起点通过水平或倾斜管流计算得井口油压，再通过井筒多相流计算得油管入口压力与流量的关系曲线。 选取井底为求解点的目的：

② 测油藏压力降低后的未来油井产量

②研究油井由于污染或采取增产措施对完善性的影响

井口为求解点

流入曲线：油藏压力为起点计算不同流量下的井口压力，即油管及油藏的动态曲线。 流出曲线：以分离器压力为起点计算水平管流动态曲线。

临界流动：流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。

气液混合物通过嘴流的流动规律

临界状态：油气混合物的流速达到压力波在该介质中的传播速度（声速）时的流动状态。 在临界状态下：下游压力（嘴后压力）的波动不会影响上游压力（嘴前压力）；油井产量只取决于嘴前压力。

要求：油气混合物通过油嘴时必须达到临界状态。 嘴流公式：

气举采油原理（气举方法及适用条件、与自喷的异同点、气举凡尔的作用）

气举定义： 利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。 连续气举： 适用条件： 间歇气举： 适用条件：

与自喷的异同点：

气举凡尔的作用：

连续气举设计（注气点深度、注气量或产量的确定） 气举设计

在给定产量和井口压力下确定注气点深度和注气量

1) 根据要求的产量Qo由IPR曲线确定相应的井底流压pwf。

2) 根据产量Qo、油层气液比RP等以pwf为起点，按多相垂直管流向上计算注气点以下的压力分布曲线A。

3) 由工作压力pso计算环形空间气柱压力曲线B。此线与注气点以下的压力分布曲线A的交点即为平衡点。

4) 由平衡点沿注气点以下的压力分布曲线上移⊿p(平衡点气体压力与注气点油管内压力之差，一般取0.5～0.7Mpa)所得的点即为注气点。

对应的深度和压力即为注气点深度L和工作阀所在位置的油管压力。

5) 注气点以上的总气液比为油层生产气液比与注入气液比之和。假设一组总气液比，对每一个总气液比都以注气点油管压力为起点，利用多相管流向上计算油管压力分布曲线D1、D2…及确定井口油管压力。

6) 绘制总气液比与井口压力关系曲线，找出与规定井口油管压力相对应的总气液比TGLR 。 7) 总气液比减去油层生产气液比得到注入气液比。根据注入气液比和规定的产量计算需要的注入气量。

8) 根据最后确定的气液比TGLR和其它已知数据计算注气点以上的油管压力分布曲线，可用它来确定启动阀的安装位置。

定井口压力和限定注气量的条件下确定注气点深度和产量

1) 假定一组产量，根据提供的注气量和地层生产气液比计算出每个产量所对应的总气液比TGLR;

2) 根据地面注入压力pso计算环形空间气柱压力分布线B，用注入压力减⊿p作B线的平行线，即为注气点深度线。

3) 以定井口压力为起点，计算每个产量下的油管压力分布曲线D1、D2、D3…。它们与注气点深度线的交点，即为各个产量所对应的注气点a1、a2、a3…和注气深度L1、L2、L3…。 4) 计算每个产量对应的注气点以下的压力分布曲线A1、A2、A3…及井底流压pwf1、pwf2、pwf3…

5) 绘制油管工作曲线，与IPR曲线的交点为协调产量和流压。根据给定的注气量和协调产量Q，计算出相应的注入气液比，总气液比TGLR

6) 注气点以下的压力分布曲线A，与注气点深度线C的交点a，即为可能获得的最大产量的注气点，其深度L即为工作阀的安装深度。

7) 根据最后确定的产量Q和总气液比TGLR，计算注气点以上的油管压力分布曲线D。它可用来确定启动阀的位置。

抽油装置及泵的工作原理（三抽设备、抽汲过程、理论排量）

抽油泵：工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)

1)上冲程：抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。泵内吸入液体、井口排出液体。泵吸入的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。

2)下冲程：柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。 光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。

悬点运动规律及悬点载荷（简谐运动、曲柄滑块运动、悬点最大载荷计算与分析）

最大载荷发生在上冲程最小载荷发生在下冲程其值为： Pmax?Wr?Wl?Iu?Phu?Fu?Pv?Pi

Pmin?Wr??Id?Phd?Fd?Pv

在下泵深度及沉没度不很大、井口回压及冲数不高的稀油直井内，在计算最大和最小载荷时，通常可以忽略Pv、F、Pi、Ph及液柱惯性载荷

计算悬点最大载荷的其他公式（分析：悬点运动规律、考虑的载荷）

平衡、扭矩与功率（平衡原理、方式与检验方法；扭矩曲线分析与应用；各种功率的基本概念）

抽油机平衡检验方法

1)测量驴头上、下冲程的时间

平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。 如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。 2)测量上、下冲程中的电流

平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。

如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。 扭矩曲线的应用

1.检查是否超扭矩及判断是否发生“背面冲突” 2.判断及计算平衡 3.功率分析

水力功率：在一定时间内将一定量的液体提升一定距离所需要的功率。 光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。

曲柄轴扭矩计算及分析

不同平衡方式的抽油机扭矩精确计算相关式： 复合平衡抽油机：

曲柄平衡抽油机：

油梁平衡抽油机：

重点：推导曲柄平衡扭矩计算

泵效（影响泵效的因素及提高泵效的措施） 影响泵效的因素

(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 (2) 气体和充不满的影响 (3) 漏失影响

(4) 体积系数的影响 提高泵效的措施

(1)选择合理的工作方式 (2)确定合理沉没度。

(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能 (4)使用油管锚减少冲程损失

(5)合理利用气体能量及减少气体影响

有杆抽油系统设计（杆柱强度计算与校核）： 修正古德曼图

抽油杆柱设计方法：等强度原则设计步骤（P146-147）

有杆抽油系统工况分析（地面理论示功图、典型示功图分析、诊断技术的应用） 常规抽油机井充不满、气体影响下的典型示功图：绘制、分析及相关参数的确定 示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。 地面示功图或光杆示功图：悬点载荷与位移关系的示功图。

充不满影响的示功图

图3-31 充不满的示功图

气体影响示功图

图3-30 有气体影响的示功图

相关参数 充满系数

下泵深度、泵沉没度和动液面深度的确定（例题）

3. 某井下泵深度L=1200m，抽油杆34,冲程长度s=2.1m，冲次n=6次分。油管212 (无锚)，d泵?56mm,?o?0.9.试计算理论泵效.

解:这里计算理论泵高也就是只考虑静载荷对该塞冲程的影响,而降低了泵高的数值。 从已知条件可知：

对于d泵?56mm ，则知fp?24.63cm 对于抽油杆34 ，fr?2.85cm2 对于油管212 ，ft?11.9cm2

而E=2.06?1011Pa，所以由于静载引起的冲程损失为：

2????fp?lL2g11??(?)

Efrft24.63?900?12002?9.8111(?)?0.661(m) ?112.8511.92.06?10由惯性载荷引起的冲程增加为：

?i?Wrsn2L/1790frE

所以活塞冲程为：

Wrsn2L?2Sp?S????i?S(1?)???S(1?)??

1790frE2而???La??n30?2L??61200???0.148 a305100所以Sp?S(1??故理论泵高为：

0.14822)???2.1?(1?)?0.661?1.462(m)

2??SpS?100%?1.462?100%?69.6% 2.1常用的水质处理措施（沉淀、过滤、杀菌、脱氧、曝晒） 注水井吸水能力（指标、影响因素）

注水井指示曲线：稳定流动条件下，注入压力与注水量之间的关系曲线。

吸水指数：单位注水压差下的日注水量。

比吸水指数或每米吸水指数：地层吸水指数除以地层有效厚度所得的数值。 视吸水指数：日注水量除以井口压力。 相关

影响吸水能力的因素

(1) 与注水井井下作业及注水井管理操作等有关的因素 (2) 与水质有关的因素

(3) 组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀 (4) 注水井地层压力上升

注水井指示曲线的分析与应用（典型曲线分析、井下工具工况判断）

利用分层指示曲线和嘴损曲线进行水嘴调配（例题）

水力压裂概述（定义、增产增注原理、裂缝形态）

定义：利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。 增产增注的原理:

(1) 改变流体的渗流状态：使原来径向流动改变为油层与裂缝近似的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节流损失，降低了能量消耗。

(2) 降低了井底附近地层中流体的渗流阻力：裂缝内流体流动阻力小。 裂缝形态：

形成垂直裂缝的条件：

当井壁上存在的周向应力超过井壁岩石的水平方向的抗拉强度时，岩石将在垂直于水平应力

的方向上产生脆性破裂，即在与周向应力相垂直的方向上产生垂直裂缝。 形成水平裂缝的条件：

当井壁上存在的垂向应力超过井壁岩石的垂向的抗张强度时，岩石将在垂直于垂向应力的方向上产生脆性破裂，即在与垂向应力相垂直的方向上产生水平裂缝

造缝机理（地应力、井壁上周向应力、形成垂直缝和水平缝破裂压力计算、施工曲线分析与应用、破裂压力梯度的应用）

破裂梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。

4.某油田有口油井欲进行压裂，已知该区块破裂梯度0.179kgfcm2?m,压裂层段3197～3435m，油层压力260kgfcm2,油层岩石泊松比0.24。上覆岩层平均比重2.4。试求该油井的破裂梯度？（不考虑压裂液渗滤）

解：根据该压块破裂梯度值（0.179kgfcm2?m）可知：该区块出现垂直裂缝的几率大。现欲压裂层段3197～3435m，取其平均值为H=3316m. 现假定?x??y.且?th?0 所以由已知条件知：

?z??s?H10?2.4H?0.24H(kgfcm2) 10因此该井的破裂梯度（不考虑压裂液渗滤）为：

???2?1?3?Ps?zH? 1??1??H2?0.241?3?0.24260?0.24??

1?0.241?0.243316?0.18047(kgfcm2?m)

5. 某浅井油层深950m.上覆岩层平均比重2.3。岩石抗张强度30kgfcm，据该地区统计破裂压力梯度为0.25kgfcm?m,试求该井破裂压力梯度？

解：根据统计的?值0.25kgfcm?m可知，该地区发生水平裂缝的可能性大。 假定压裂液不滤失，则

222?z??z?Ps?0.23H?Ps

所以PF?PS??Z??t?0.23H??t 因此该井的破裂压力梯度为：

vv?tvPF30???0.23??0.23??0.2616(kgfcm2?H)

HH950

压裂液（施工过程的分类、滤失性、流变性）

前置液：破裂地层、造缝、降温作用。一般用未交联的溶胶。

携砂液: 携带支撑剂、充填裂缝、造缝及冷却地层作用。必须使用交联的压裂液(如冻胶等) 顶替液: 中间顶替液：携砂液、防砂卡；末尾顶替液：替液入缝，提高携砂液效率和防止井筒沉砂。

压裂液的性能要求：

①滤失少 ②悬砂能力强：③摩阻低：④稳定性好：⑤配伍性好：⑥低残渣：⑦易返排： ⑧货源广、便于配制、价钱便宜。 压裂液滤失到地层受三种机理控制：

压裂液的粘度、油藏岩石和流体的压缩性、压裂液的造壁性 6. 某油层深1500m ，地层渗透率50md,孔隙度25%，地层原油粘度2cp，地层流体压缩系数7?10?41at，该区块地层破裂压力梯度0.20kgfcm2?m，目前油层压力160at，若用在地层条件下粘度为50cp的压裂液。试求综合压裂液滤失系数。(由实验得出该压裂液的C3?5?10m?4min)

解Ⅰ:假定形成垂直裂缝,且忽略

?th,?x??y??min1(PF?PS) 2

则有:PF?PS?2?y ∴?y? ∴?min??y??y?PS? ∴PE??min?1(PF?PS)?PS 21(PF?PS)?PS 21 故?P?PE?PS?(PF?PS)

2 由题知PF??H ∴?P?11(?H?PS)?(0.20?1500?160)?70kgfcm2?7000kpa 22 ⑴受压裂液粘度控制的C1为: C1?5.4?10(?3k?P??a)

212式中k?50md?0.05?m,??25%?0.25 ?a?50cp?50mPa?s,?P?7000kPa

0.05?7000?0.252 ∴C1?5.4?10()?7.144?10?3(m50?31min)

⑵受地层流体压缩性控制的C2为:

C2?4.3?10?P(?3kCf??)

1120.05?7?10?6?0.252 =4.3?10?7000()?6.296?10?3(m2?3min)

式中Cf?7?101at?7?101kPa, ??2cp?2mPa?s ⑶具有选壁性的压裂液的C3为:

?4?6C3?5?10?4mmin

⑷综合滤失系数为: C?1?4.35?10?4(m111??C1C2C3min)

解Ⅱ: 由题知: PF??H=0.20×1500=300(at)

∴?P?PE?PS?(PF?PS)?300?160?140at?14000(kPa) ∴C1?5.4?10?3(k?P??a)

1120.05?14000?0.252 ?5.4?10?3()?10.1?10?3(m50min)

C2?4.3?10?P(?3kCf??)

1120.05?7?10?6?0.252?3 =4.3?10?14000()?12.592?10?3(m2min)

C3?5?10?4m综合滤失系数为: C?min

1?4.59?10?4(m111??C1C2C3min)

支撑剂（分类、性能、分布、选择）

分类：

支撑剂的性能要求 (1)粒径均匀，密度小 (2)强度大，破碎率小 (3)园度和球度高 (4)杂质含量少 (5)来源广，价廉

压裂设计（麦克奎尔-西克拉增长倍数曲线的分析与应用、压裂效果预测）

低渗油藏 增加裂缝长度比增加裂缝导流能力对增产更有利 高渗油藏 应以增加导流能力为主

对一定的裂缝长度，存在一个最佳的裂缝导流能力

碳酸盐岩地层的盐酸处理（原理、反应过程、酸岩反应速度及影响因素、菲克定律、提高酸处理效果的方法） 酸化原理：

通过酸液对岩石胶结物或地层孔隙(裂缝)内堵塞物等的溶解和溶蚀作用，恢复或提高地层孔隙和裂缝的渗透性。 酸岩复相反应过程：

①酸液中的H+传递到碳酸盐岩表面； ②H+在岩面与碳酸盐进行反应；

③反应生成物Ca2+、Mg2+和CO2气泡离开岩面。 提高酸化效果的措施： 降低面容比，提高酸液流速，使用稠化盐酸、高浓度盐酸和多组分酸，以及降低井底温度等。 酸压（酸岩复相反应有效作用距离及提高的途径、前置液酸压与普通酸压的区别、前置液酸压与水力压裂的异同点）

酸化压裂：用酸液作为压裂液，不加支撑剂的压裂。 酸化压裂作用原理

(1) 靠水力作用形成裂缝；

(2) 靠酸液的溶蚀作用把裂缝的壁面溶蚀成凹凸不平的表面，停泵卸压后，裂缝壁面不能完全闭合，具有较高的导流能力，可达到提高地层渗透性的目的。

残酸：当酸浓度降低到一定浓度时，酸液基本上失去溶蚀能力。

活性酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的距离。 增加酸液有效作用距离的方法或措施： (1) 在地层中产生较宽的裂缝 (2) 较低的氢离子有效传质系数

(3) 采用较高的排量 (4) 尽可能降低滤失速度

矿场措施：(1) 采用泡沫酸、乳化酸或胶化酸等以减少氢离子传质系数 (2) 采用前置液酸压的方法以增加裂缝宽度

(3) 适当提高排量及添加防滤失剂以增加有效酸液深入缝中的能力

砂岩地层的土酸处理（处理原理、提高土酸处理效果的方法、土酸处理前预处理的必要性）

酸处理工艺（井层选择、酸处理方式）

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