1、西安石油大學海洋采油工程課程設計目錄1.前言12.設計內容與步驟22.1采液指數與流壓關系22.1.1計算采液指數22.1.2由各關系式作IPR曲線32.2計算井底的流動壓力42.3做充滿程度與沉沒壓力的關系曲線42.4初選下泵深度和動液面62.5初選抽油機和泵徑72.6確定沖程和沖次92.7 抽油桿柱設計92.8計算泵效122.9 產量校核122.10作泵效下泵深度曲線，優選下泵深度132.11抽油機校核（最大扭矩、最大載荷）132.11.1計算泵筒與柱塞間半干摩擦力132.11.2 計算液體通過排出閥的水力阻力所產生的對柱塞底部的向上推力142.11.3 計算作用于抽油桿柱底部液體上浮力1

2、42.11.4 計算下行程時抽油桿柱底部所受的總下行阻力152.11.5求抽油桿柱按長度加權平均截面積152.11.6計算油管柱金屬部分橫截面積152.11.7 計算抽油桿柱在液體中的重力152.11.8 計算作用在抽油泵柱塞上的液體載荷152.11.9 計算抽油機從上沖程開始到液柱載荷加載完畢時（初變形期）懸點位移162.11.10 計算抽油機從上沖程開始到液柱載荷加載完畢時（初變形期）曲柄轉角162.11.11 計算變形分布系數162.11.12計算懸點最大載荷、最小載荷162.11.13 計算曲柄軸最大扭矩172.12各種功率的計算172.12.1計算有效（水力）功率172.12.2計算

3、光桿功率172.12.3 計算井下效率182.12.4 計算電動機輸出的平均功率182.13 確定平衡半徑182.14確定泵型及其間隙等級202.14.1泵筒與柱塞間半干摩擦力202.14.2泵型的確定和參數203設計結果204.參考文獻211.前言為適應我國石油工業發展和石油工程專業的學習計劃，石油高等院校本科學習階段必須完成一定的設計內容，培養已學完基礎知識理論和專業課程的學生利用已獲得的知識去分析、解決工程實際問題的能力，即根據一口井的有關數據資料和技術要求，能夠完成一口井的采油工程設計。其目的是為了提高學生的實際分析能力和自主設計能力，為現實的工程設計打好基礎，為將來的油田工作做好準備

4、。油田開發是一項龐大而復雜的系統工程，其對油田以后的發展有著重要的意義。在油田正式開發之前，必須編制油田開發總體建設方案，作為油田開發工作的指導性文件。采油工程方案是油田開發方案的一個重要組成部分和方案實施的核心。采油工程的任務是通過對產油井和注入井采取一系列工程技術措施作用于油藏，使油氣暢流入井，并舉升到地面進行分離和計量；其主要目標是經濟有效的提高油井產量和原油采收率。采油方式的選擇是采油工程設計的重要部分。目前，采油方式分為自噴氣舉采油、有桿泵采油和無桿泵采油，而有桿泵采油方式占主導地位，約占人工舉升井數的90，所以，有桿泵抽油系統的設計是采油工程設計方案中的重要一部分；通過對有桿泵抽油

5、系統的設計，可以對抽油機進行選擇，從而使泵效較高來提高采收率，并且按照設計來選擇最佳的泵型、泵徑、沖程、沖次和泵深等，用最經濟的設備獲得最好的產量。因此，對有桿泵抽油系統的設計是必要的，也是相當重要地的。本設計就是對有桿泵抽油系統的設計，為給定的某一口井選擇合理的機、桿、泵組合，并確定其工作參數，以便進行正常的油氣生產，從而經濟有效的提高油井產量和原油采收率。2.設計內容與步驟2.1采液指數與流壓關系 2.1.1計算采液指數由生產數據知，(test)=6.26MPa=12MPa，故為油氣水三相流動。產液量： (2-1)采液指數： (2-2)其中則 (2-3) (2-4) (2-5)式中：J1-

6、采液指數, ；-純油產量, m3/d；-純水產量, m3/d；-含水率,小數；-由IPR曲線的最大產油量,m3/d；qt-對應流壓的總產液量, m3/d；-飽和壓力下的產液量, m3/d。生產時含水率為25%當時，此時產液表達式： 當時，由式（1-2）和（1-3）可求出此時產液表達式： (2-6)2.1.2由各關系式作IPR曲線表2-1 流壓與流量關系表(Mpa)02468101214161711.710.9610.078.977.686.184.492.690.900圖2-1 IPR曲線圖2.2計算井底的流動壓力在設計數據中，產液量： (2-7)根據IPR曲線，代入（2-6）式計算可得: 井

7、底的流動壓力=9.94MPa2.3做充滿程度與沉沒壓力的關系曲線利用充滿系數和沉沒壓力的關系式確立沉沒壓力(采油工程手冊上冊)， (2-8)式中： 充滿系數，小數； k 彈性變形的影響，初選為0.1； 余隙百分數，初選為0.1； P沉沒壓力，MPa； 地面氣油比，； 天然氣溶解系數，； 天然氣進泵系數； 泵徑面積，； 套管面積，； 油管外圓面積，。部分參數的確定：套管內圓面積油管外圓面積油管內圓面積天然氣進泵系數地面氣油比 (2-9)溶解氣油比 其中： 把計算出的數值代入(2-8)式中整理，得： (2-10)或 圖2-2 充滿程度與沉沒壓力的關系曲線2.4初選下泵深度和動液面 假設沉沒度=40

8、0m各個變量之間的關系如下圖所示： 圖2-3 含水井的油水界面由井底流動壓力 (2-11)得：其中：（）流壓，MPa；油層中部深度,m； 泵掛深度,m； 沉沒度,m； 重力加速度, ； 井內混合物平均密度,kg/m³； 吸入口以上環形空間油柱平均密度, kg/m³； 套壓,MPa。部分參數的計算： ，把吸入口以上環形空間油柱平均密度看成是純油的密度； =0.85675%+125%=0.892g/=892把井內混合物平均密度看成是含水率為25%的油水合物的密度。將已知條件代入(2-13)式中，得下泵深度：L =1416m。動液面深度動液面高度2.5初選抽油機和泵徑 由前面知，

9、下泵深度為1416m，產液量為6.23m³/d。采油工程手冊（上）中的圖表如下圖所示：圖2-4 選取抽油機的示意圖圖2-5 選取抽油桿、油管對應的尺寸圖當下泵深度為1416m時，根據圖2-4，從橫坐標1416m處向上引垂線，縱坐標6.23m³/d處向右引水平線，兩線的交點確定的區域所對應的抽油機為：CYJ5-1.8-18F，泵徑為28mm，從交點向上延長上述橫坐標的垂線，和最大排量曲線相交于一點，此點所對應的為最大排量16.5m³/d。所對應的抽油桿直徑為22×19mm在采油工程（第二版）中推薦：合金鋼抽油桿（D級）比例為27×73。另外，最大

10、懸點載荷為50kN,光桿最大沖程為1.8m,最大沖次12,減速箱曲柄軸最大允許扭矩為18kN·m。2.6確定沖程和沖次由可得在抽油機工作過程中有下列關系： (2-12) 由前面知， 當時，由于故選：沖次，沖程2.7 抽油桿柱設計在設計抽油桿柱時必須滿足： （1）抽油桿應具有足夠的抗疲勞強度的能力；（2）抽油桿的重量應盡量小。桿柱有關參數如下表2-4（采油工程原理與設計）：表2-4 每米抽油桿的質量直徑（m）桿柱截面積（cm²）單位長度的重量（kg/m）192.852.30223.803.07根據前面推薦的比例并經過計算，得：直徑為22mm桿柱的長度為382m，直徑為19mm

11、的桿柱長度為1034m。在計算時，選擇經驗公式 (2-13)（因為它可用于中深低速的油井，而且考慮了液柱的動載）對于第一個截面：桿柱自重=(2.30×1034+3.07×382)×9.81=34835N液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為6.16 cm²):=6.16×0.0001×1416×9.81×892=7633N = (34835+7633) ×(1+1.8×6/137) =45816N= (2.85×1034+3.80×382)×(7.85-0.892) &

12、#215;9.81×0.1-(34835×1.8×6²×0.75)/1790=29077N =120.6循環應力的應力幅： =22.1折算應力：經對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結與油田實際數據對比得出D級抽油桿的許用應力為70。<70因此，它滿足工程要求。對于第二個截面：桿柱自重=(2.30×1034)×9.81=23330N液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為6.16):=6.16×0.0001×1416×9.81×892=7633N = (23330+7633)

13、×(1+1.8×6/137) =33404N=(2.85×1034)×(7.85-0.892)×9.81×0.1-(23330×1.8×6²×0.75)/1790 =19482N 循環應力的應力幅：=24.4折算應力：經所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結果與油田實際數據對比得出D級抽油桿的許用應力為70。<70因此，它滿足工程要求。由于所用的油桿的鋼級符合設計的要求，不需要加上加重桿。2.8計算泵效 泵效的一般表達式為： (2-14) 式中：桿、管彈性伸縮對泵效的影響； 泵的

14、充滿系數； 泵漏失對泵效影響的漏失系數，此處取1.0；為吸入條件下抽汲液體的體積系數，查地層油體積系數圖版可得：=1.216（油層物理）。 沖程損失： (2-15) (2-16)即=62.3%因為設計的井為直井，泵掛深度在1300m和1700m之間，根據國家抽油泵的選擇標準選取的泵為底部固定的定井筒桿式泵，其型號為：CYB28RHBC-4.5-0.6-0.3。一般情況下，此型號的泵的理論排量為5m³/d至62m³/d。因此，它能滿足生產要求。2.9 產量校核理論產液量:實際產量： 誤差：<10%因此，它能滿足工程要求2.10作泵效下泵深度曲線，優選下泵深度本組所做的數

15、據，泵效與下泵深度見下表，并作出泵效與下泵深度關系曲線圖如下。表2-3 泵效與下泵深度表下泵深度（m）泵效12250.45313200.51814160.62315130.52816080.386圖2-6 泵效與下泵深度曲線由上圖可以優選出最優下泵深度為本人所選的L=1416m,泵效=62.3%。2.11抽油機校核（最大扭矩、最大載荷）2.11.1計算泵筒與柱塞間半干摩擦力 (2-17)式中：DP泵徑，mm；柱塞與襯套間的空隙，由采油工程手冊查得=0.02-0.07，這里取=0.05。2.11.2 計算液體通過排出閥的水力阻力所產生的對柱塞底部的向上推力計算雷諾 (2-18) 式中：排出閥座孔

16、直徑，m，(可由采油手冊查得，= DP /3)； 抽吸液體動力粘度，取5mPa.s。求流量系數Re3104時，=0.28=0.00932=6.7910-5m2目前現場所用的抽油泵中游動閥1個或2個，此處選=1 (2-19)式中：排出閥數目，此處取1個；Ao 排出閥座孔面積, m2 ； 抽油泵柱塞截面積, m2。2.11.3 計算作用于抽油桿柱底部液體上浮力2.11.4 計算下行程時抽油桿柱底部所受的總下行阻力2.11.5求抽油桿柱按長度加權平均截面積 (2-20)2.11.6計算油管柱金屬部分橫截面積2.11.7 計算抽油桿柱在液體中的重力 式中：-抽油桿材料的密度，g/ cm3；-抽汲液體的

17、密度，g/ cm3。2.11.8 計算作用在抽油泵柱塞上的液體載荷式中：柱塞的截面積，； L下泵深度，m； hs沉沒度，m； po油壓，MPa。2.11.9 計算抽油機從上沖程開始到液柱載荷加載完畢時（初變形期）懸點位移 （油管錨定）E鋼的彈性模量，Pa（油管未錨定）由于，所以油管無需錨定2.11.10 計算抽油機從上沖程開始到液柱載荷加載完畢時（初變形期）曲柄轉角2.11.11 計算變形分布系數2.11.12計算懸點最大載荷、最小載荷式中應力波在抽油桿柱中的傳播速度，=4968 m/s式中C下沖程動載荷修正系數,一般C=0.850.92.11.13 計算曲柄軸最大扭矩抽油機CYJ5-1.8-

18、18F的懸點最大載荷為50kN，減速箱曲柄軸最大允許扭矩為18kN·m。由于=45.352kN<50kN，=8.908kN·m<18kN·m，均滿足要求。2.12各種功率的計算2.12.1計算有效（水力）功率有效提升高度： 由前知，=L-=1416-400=1016m所以2.12.2計算光桿功率 光桿功率 2.12.3 計算井下效率井下效率為 2.12.4 計算電動機輸出的平均功率 一般情況下抽油機的效率為80%（除嚴重的低負荷運轉外）。 平均輸出功率 2.13 確定平衡半徑 平衡扭矩計算式：式中：平衡重所儲存的能量； 抽油桿柱在油中的重量，N； 油井中動液面以上，斷面積等于柱塞全面積的油柱重，N； S驢頭懸點的沖程長度，m。由抽油機型號CYJ5-1.8-18F可知，表2-5 CYJ5-1.8-18F參數表結構不平衡重曲柄重心單塊平衡塊質量W/kg平衡塊數量單塊曲柄質量/kg21001780350016501.2400曲柄500游梁40曲柄4 ，游梁10522.5 N 式中：；曲柄平衡塊總重N；曲柄重心與曲柄之間的距離mm；曲柄自重N；曲柄半徑mm；游梁平衡塊重mm。2.14確定泵型及其間隙等級 2.14.1泵筒與柱塞間半干摩擦