稳态重油井泵举升案例手册
同一重油井基准上，对比自然流动与井底泵举升（定压升为主，性能曲线补充），展示泵如何把液量从约 2000 抬升到约 4500–4700 STB/d。
产品模块：管网求解 / 黑油 / 泵支路
流体：API 20 · 含水 40% · GOR 80 · 重油
目标液量：自然 ~2000 STB/d · 泵举 ~5000 STB/d（±10%）
版本基准：2026-08
1. 概述
本案例描述一口重油高含水井在井底加泵（ESP 类定压升）后的稳态生产变化。管段中段采用约 8000 ft 垂深的举升表表征井筒压降，地面有短水平外输管与定压汇口。
- 公共基准：同一油藏、IPR、井筒举升表、节流与外输，只改变“是否有泵 / 泵如何定规格”。
- 主方案：泵定压升 ΔP = 9.2 MPa，液量约 4533 STB/d。
- 补充方案：按设计点匹配的 H–η 性能曲线泵，液量约 4698 STB/d。
- 对照：无泵自然流动液量约 2003 STB/d。
2. 流程拓扑
红圆 = 节点绿菱 = IPR橙矩 = 泵
蓝矩 = 举升表 / 地面管黄沙漏 = 节流灰块 = 定压汇口
2.1 自然流动（对照）
油藏 → IPR → 井筒举升表 → 节流 → 地面管 → 定压汇口。
图 1 自然流动（无人工举升）
2.2 泵举升（主方案 / 性能曲线方案同拓扑）
在 IPR 与井筒举升表之间插入泵支路：油藏 → IPR → 泵 → 井筒举升表 → 节流 → 地面管 → 定压汇口。
图 2 泵举升（定压升与性能曲线泵共用此拓扑）
3. 案例设置
3.1 流体与油藏
| 项目 | 数值 | 说明 |
|---|
| 原油 API 重度 | 20 | 重油 |
| 含水（体积） | 40% | 高含水 |
| 溶解气油比 GOR | 80 | 案例标定条件 |
| 标准气体相对密度 | 0.70 | — |
| 油藏温度 | 350 K | 约 77 °C |
| 油藏压力 | 18.0 MPa | 定压油藏边界 |
| 产能指数 PI | 6.7×10⁻⁷ | 质量 PI，kg/(s·Pa) |
3.2 井筒、地面与边界
| 项目 | 数值 | 说明 |
|---|
| 井筒垂深（合成举升表） | 约 8000 ft（2438 m） | 中间举升表表征井筒压降 |
| 地面外输管内径 | 8 in | 短水平管 |
| 地面管长 | 50 m | 水平，无爬升 |
| 井口节流压降 | 0 kPa | 全开节流对照 |
| 汇口（外输）压力 | 2 atm（约 202.65 kPa） | 定压汇口 |
3.3 泵规格（主方案：定压升）
| 项目 | 数值 | 说明 |
|---|
| 模型类型 | 定压升（Fixed ΔP） | 不随排量变化的固定压升 |
| 泵压升 | 9.2 MPa | 按约 5000 STB/d 液量目标标定 |
| 安装位置 | IPR 下游 / 井筒举升表上游 | 井底增压后再进入举升表 |
性能曲线方案在相同位置使用 H(Q)–η(Q) 图版，标定使设计点扬程×密度≈9.2 MPa 定压升。见第 5 节。
4. 结果对比
三案均在同一求解框架下稳态收敛。下表给出生产液量（储罐液体）、IPR 质量流量与井底相关压力（节点解）。
| 方案 |
液体产量 (STB/d) |
相对自然流 |
油量约值 (STB/d) |
IPR 质量流量 (kg/s) |
IPR 出口井底压 (MPa) |
| 自然流动（对照） |
2002.7 | 1.00× | ~1202 |
3.69 | 12.50 |
| 定压升泵（主） |
4533.3 | 2.26× | ~2720 |
8.35 | 5.54 |
| 性能曲线泵（补充） |
4697.8 | 2.35× | ~2819 |
8.65 | 5.09 |
油量按含水 40% 由液体产量估算。目标人工举升液量 5000 STB/d，允许 ±10%（4500–5500）。
判定：定压升泵液量 4533 STB/d、性能曲线泵 4698 STB/d 均落在目标 ±10% 带内；相对自然流增产约 2.3 倍。泵把井底抽吸压力压低、IPR 驱动压差增大，是产量上升的主因。
4.1 液量对比图
图 3 三案储罐液体产量（绿虚线为设计目标 5000 STB/d）
4.2 井筒压力剖面（原型）：吸入口 → 排出口 → 井口
本案例中泵位于举升表井段底部（IPR 之后）。与气举“改变梯度”不同：同密度下井筒梯度大致不变，泵在定深处提供水平 ΔP（右移）。下图用三点折线表达：
- 吸入口（泵前）：P ≈ 5.54 MPa，TVD = 2438 m
- 排出口（泵后 /举升表底）：P ≈ 14.74 MPa（ΔP ≈ 9.2 MPa）
- 井口：P ≈ 0.21 MPa
图 4 原型：泵在井底定深处将压力向右平移 ΔP；上段（排出口→井口）与自然流斜率同量级（同密度）
读图：气举改的是梯度（斜率）；泵改的是定深处的压力跳变。若仅对举升表做端点线性连线（排出口→井口），会把跳变“平均掉”，看不到吸入口。实测排量更高时上段梯度会因摩阻稍壮（本案约 5041 → 5960 Pa/m）。
5. 性能曲线泵（补充）
在需要表达“泵扬程随排量变化、效率呈钟形”时，可采用性能曲线模型，替代常数 ΔP。本案例在设计点附近将曲线标定到与 9.2 MPa 定压升一致。
| 运行点指标 | 数值 |
|---|
| 运行压升 ΔP | 9.86 MPa |
| 计算扬程 | 1490 m |
| 有效密度 | 675 kg/m³ |
| 液体产量 | 4698 STB/d |
图 4 性能曲线泵扬程示意（完整图版见附录工程报告）
6. 建模与操作要点
- 先建对照井。锁定油藏、IPR、井筒举升表与汇口压力，跑通自然流动，确认约 2000 STB/d 量级。
- 插入泵支路。位置在 IPR 之后、井筒举升段之前；主方案选定压升并设定 ΔP。
- 标定 ΔP。提高泵压升会降低井底流压、增加 IPR 产量；本案例 9.2 MPa 对应约 4500+ STB/d。
- 可选曲线模型。若有泵厂 H–η 曲线，可切换为性能曲线并在设计点与定压升对齐。
- 边界与节流。本案例节流全开、汇口 2 atm；改边界会显著改变所需泵压升。
附录
A. 求解状态摘要
| 方案 | 收敛码 | 残差范数 |F| |
|---|
| 自然流动 | 0 | 2.2×10⁻⁷ |
| 定压升泵 | 0 | 9.7×10⁻⁷ |
| 性能曲线泵 | 0 | 4.6×10⁻⁶ |
B. 相关图表报告（工程详图）
- 泵性能曲线：tests/.../ArtificialLift/Reports/artificial_lift_pump_curve.html
- 井筒压力剖面：tests/.../ArtificialLift/Reports/artificial_lift_wellbore_pressure_profile.html
本手册面向最终用户与案例演示。数值来自当前版本稳态验收解，后续标定若变应重跑对照。