油井方案优化设计

摘 要：油井方案优化设计的目的就是要选择与油井特性相适应的抽汲设备和参数，按选定方案施工，以便充分发挥油层和抽汲设备的潜力，使油井在高产量、高效益下安全生产。本文介绍了“油井方案优化设计”软件的编制与应用方法，展示了优化设计软件的应用前景。

关键词：油井;方案;供排协调;优化设计

1 引言

影响油井开采效果的因素是多方面的，其中与油井的采油工艺设计水平有很大关系。设计不合理，作业实施后，就不能确保油井合理正常的生产，不但不能充分发挥油层或抽吸设备的潜力，而且还会影响检泵周期。因而做好设计意义重大。传统的凭经验出设计的方法，人为因素多、误差大，容易造成一些不必要的损失。为提高油井采油工艺设计水平，我们开发了这套油井方案优化设计软件，主要包括：电泵井、抽油机井、抽稠泵井、混合杆柱井等生产系统方案的优化设计软件，这些软件都不同程度的在胜利油田投入了实际应用，不仅提高了采油工艺方案设计水平，同时为实现油井管理由经验型向科学管理型的转变，提供了一种有效的手段。

2 技术理论与数学模型

油井方案优化设计是以油井生产系统为研究对象，以油井供排能力（IPR曲线）为依据，以整个系统的协调为基础，采用节点系统分析的方法，在充分研究油层、井筒、排出系统工作规律、相互作用和其对油井生产动态影响的基础上进行设计的，各部分都采用了较为先进的数学模型与计算方法。

2．1流入动态计算

准确预测油井的产能是油井生产系统优化设计的前题。该系统中采用的产能预测方法是以广义IPR方法为基础，同时充分考虑到现场中的使用条件，并根据能录取到的油井资料情况，采用多种方式来预测油井的产能，其数学关系可表示为：

Q=F（Pwf）

式中：Ｑ——油层的产液量

Ｐwf——井底流压

2．2压力分布计算

流体在井筒中的流动以及在油管中的流动为多相垂直管流（有杆泵泵上油管中的流动为多相垂直环空流），其压力分布采用目前被广泛应用且较为精确的orkiszewki方法进行计算。其基本压降公式为：

2．3排出动态及供排协调

各种机械采油方式的井其排出动态关系，均可用下式表示：

q＝ f（PN，SB，CS） （3）

式中：q——泵所排出的液量

PN——泵吸入口压力，它反映油层的供液状态

SB——抽汲设备、抽汲参数的影响因素

CS——流体物性参数的影响因素

由于泵吸入口压力与井底流压之间存在着——一对应的关系，这样就可以把油层的供液能力曲线（IPR曲线），以及泵的排出动态曲线（式（3）所表示的曲线）画在同一个坐标平面上（见图1），其交点M（Q，Pwf）就为油井生产过程中的供排协调点。供排协调点的计算是油井优化设计的基础。

图一 供、排协调示意图

各优化设计软件在描述与计算流体在油层中的流动以及在井筒或油管中的流动是一致的或相似的，主要的不同之处是排出动态规律有差异。

(1)电泵井的排出动态规律的描述与计算，主要依据Ｋ.Ｅ.BROWN主编的《升举法采油工艺》卷二＜下＞中的理论与计算。

该模块包括两个程序，可用两种方式进行设计。一种为常规的设计方式（确定级数法），其核心内容为：人们根据油层的供液能力，确定泵型、泵深及油井的产液量，由计算机计算出所需的泵叶轮级数；另一种为方案预测法，即：人们根据预测的油井产能情况，输给计算机一个完整的设计方案，由计算机预测出这一方案的结果，由此来判断这一方案是否可行。

(2)在抽油机井方案优化设计软件中，对抽油杆柱上下冲程所承受的应力都进行了精确的计算；杆柱强度的校核采用的是古德曼应力图法；即可对杆柱进行等强度设计，也可进行非等强度设计；即可用C级杆进行设计，又可用D级杆及高强度杆进行设计。

(3)混合杆柱优化设计软件，实质上是有杆泵井的方案预测软件，可人为的任意组合杆柱，由计算机预测设计方案的结果，由此判断方案设计是否可行。该软件可对各种杆质的抽油杆（常规抽油杆、玻璃钢抽油杆、高强度杆、加重杆等）进行设计。

(4)液力反馈式抽稠泵与常规抽油泵的结构不同，工作规律差异也较大。其特点是在下冲程时，液柱能施加给活塞一个向下的作用力（液柱反馈力），辅助抽油杆下行，克服困粘度摩擦太大，抽油杆下行滞后的现象，并且改善了抽油机及杆柱的受力状况。

(5)螺杆泵是一种容积式泵，靠抽油杆的旋转带动泵工作，其工作原理与常规往复式抽油泵的工作原理是不同的，杆柱的受力状况也不一致，杆柱的受力分析、杆柱强度的计算效核是该软件的关键。

3 系统特点

该系统比较适合现场应用。一方面，该软件的各部分都采用了较为先进的数学模型与计算方法，以保证较高的计算精度，理论上具有一定的先进性；另一方面，该软件在Windows 环境下运行，操作十分方便，用该软件可十分轻松、方便的出设计，特别是对设计管住、施工预算、施工技术要求等部分都进行了很好的处理。

该软件采用多种方式预测油井的产能。设计过程中需输入到计算机的油井基础数据，在现场都比较容易采集。对在现场难于采集到的静压资料，要求的并不是十分苛刻。同时，软件保留了传统的设计方法（人为预测产能，直接对排出系统进行设计）。基本上绝大多数井都能够用该软件进行设计。

有杆泵的杆柱设计有两种方式：一种是由计算机自动进行杆柱设计（抽油机井优化设计软件）；另一种是人为的任意给定杆柱组合（混合杆柱优化设计软件），计算机预测结果，从而判别给定的杆柱组合是否合适。这在实际应用中是十分有利的。如：原井的杆柱组合是否合适，是否需要变动，也可用该软件进行判断。该软件既可对常规抽油杆柱进行设计、又可对高强度杆、玻璃钢杆、加重杆等进行设计。

4 结束语

使用“油井方案优化设计”软件，对油井生产系统进行优化设计，是实现油井管理由经验型向科学管理型转变的一种重要手段，其突出的特点是投入少、收效大。随着油田改革的不断深入、经营机制的转换，其作用将会越来越大。

参考文献

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[3]张海潘，《软件工程导论》[M]，清华大学出版社，1994.

[4]〖美〗K·E布朗主编，《升举法采油工艺》[M]，卷二

[5]侯雪萍，Visual Basic 开发人员指南[M]，电子工业出版社，1997.