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1、常规油井采油设计目录第1章 前言11.1 设计的目的及意义11.2 目前国外的发展趋势11.3 设计的主要容3第2章 抽油泵的选择42.1 油井产能计算42.1.1 单相液体渗流时的流入动态42.1.2 油气两相渗流时的流入动态42.1.3 组合型流入动态52.1.4 油、气、水三相流入动态62.2 冲程及冲次的选择原则72.3 泵径的计算82.4 泵使用类型的确定82.5 活塞与衬套间配合间隙的确定9第3章 抽油杆的选择103.1 抽油杆柱使用长度的确定103.2 悬点载荷的计算103.3 抽油杆强度校核123.4 抽油杆组合的确定13第4章 抽油机的选择154.1 抽油的作用及选择原则15
2、4.2 减速箱作用及计算校核减速箱扭矩154.3 计算出电动机功率并选电机16第5章 实例分析18参考文献21第1章 前言1.1设计的目的及意义当油气井完井以后,经过诱导油气流,油气就会在油气藏压力的作用下流入井底。当油气层自身的能量能够使油气通过井筒喷到地面时,称为自喷采油。而当油气层能量较低,不足以使油气自喷到地面时,则需要人工将气体压入井,或将有杆泵、电泵、水力泵等下入井,靠气体或泵的作用将原油举升到地面。有杆泵采油包括游梁式有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油两种方法。其中,游梁式有杆泵采油方法以其结构简单、适应性强和寿命长等特点,成为目前最主要的机械采油方法之一。1.2 目前国外的发展趋势
3、1国抽油机的发展趋势20世纪90年代以来,我国东部各主要油田相继进入中高含水开发期17。为确保高效生产,对抽油机的要求呈现两个特点：一是急需采用长冲程抽油机,以增加油井的产液量；二是为了降低油井的单位生产成本,对抽油机的节能性提出了更高的要求。其次就目前抽油机耗电量大,工作效率、能量利用率低这一现状仍是我国抽油机研究的重点之一,在抽油机效率和节能方面,还有很大的提升空间,具有非常诱人的前景。长冲程抽油机的研制应用能力不足一直是我国抽油机发展的瓶颈,长冲程抽油机具有减小冲程损失、提高系统效率、延长机杆泵的使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点。因此,发展长冲程抽油机对当前我国老油田高含水井后
4、期开采,减缓产量递减速度,开采稠油、低渗透油田以及沙漠油田深井及超深井的机械开采,都具有重要的现实意义。游梁式抽油机的局限性十分突出,多方面事实说明,长冲程、低冲次、低功耗的无游梁式抽油机是今后抽油机发展的主要方向22。为适应油田采油需要,在适当发展游梁式长冲程抽油机的同时,应加速开发各类无游梁式长冲程抽油机。开发无游梁曲柄摇杆轮式斜井抽油机和大型斜直井抽油机将对我国油气资源开采有重要意义。根据我国实际情况,发展无游梁大冲程、低能耗、具有高适应性的直井抽油机和斜井抽油机,将是我国今后抽油机发展的主要方向。近年来,变频技术在抽油机上得到了广泛应用。利用变频控制系统实时调整工作参数,提高电机功率因
5、数,减小供电电流,还可以实现电机的软起动,减小冲击,并可根据油井供液能力实时调整冲次频率,实现增产节能效果；另外,研究开发机电一体化抽油装置,根据抽油机井特性实时控制和改变抽油状态,实现高效智能化采油。如美国NSCO公司智能抽油机,采用微处理器和自适应电子控制器进行控制与监测,具有功能多、抽油效率高、自动化程度高、经济性好、安全可靠、适应性强等优点。研发大型、高适应性的丛式井抽油机,随着世界油气资源的不断开发,油层开采深度逐年加大,油田含水量的增多,大泵提液采油工艺和稠油开采等都要求采用大型抽油机。现代大型抽油机应具备有高适应性,以适应多种恶劣环境和地层油层的变化,如开发一种机型能适应不同自然
6、气候与地貌环境的差异、地层油层的迁移改变、冲程冲次的改变、油气层性状的改变、连续与间歇抽油的调整等。另外,由于现代大型抽油机的结构和控制的复杂性,体积的庞大,其工作面积也相应增大,同一抽油机可以对多口相邻油井同时抽油作业,采用综合平衡方式和节能方式,达到最好的作业效果。2国外抽油机的发展趋势如前所述,世界围抽油机技术发展的总趋势是向着多样化、超大载荷、长冲程、节能型、无游梁式和自动化、智能化方向发展。朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发,开采油层深度逐年增加,石油含水量也在不断增多,采用大泵提液采油工艺和开采稠油等,都要求采用大型抽油机,所以近年来,国外出现了许多大载荷抽油机,如前置式
7、气平衡抽油机最大载荷213kN,气囊平衡抽油机最大载荷227kN等。还会出现更大载荷新型抽油机。采用长冲程抽油方式,抽油效率高,抽油机寿命长,动载荷小,排量稳定,具有较好的采油经济效益,所以近年来国外出现了许多长冲程抽油机,如法国Mape公司抽油机,最大冲程10m；美国WGCO公司抽油机最大冲程24.38m,NSCO公司抽油机最大冲程27.48m；原联钢带式超长冲程抽油机最大冲程1500m。长冲程抽油机全部采用低冲次抽油方式,Mape公司抽油机最大冲次5min,GDCO公司抽油机最大冲次为3min。朝着低能耗方向发展为了减少能耗,提高采油经济效益,近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。例如异
8、相型抽油机节电15%35%；前置式抽油机节电36.8%；前置式气平衡抽油机节电35%；轮式抽油机节电50%80%；大圈式抽油机节电30%；自动平衡抽油机节电30%50%；低矮型抽油机节电5%20%；ROTAFLEX抽油机节电25%；智能抽油机节电17.4%；螺杆泵采油系统节电40%50%。朝着精确平衡方向发展近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果,使抽油机得到更精确平衡。例如变平衡力矩抽油机,可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩。前置式气平衡抽油机,由于可在动态下调节气平衡,平衡效果较好。气囊平衡抽油机有90%以上载荷得到平衡。双井抽油机可利用两口油井抽油杆柱合理设计得到更精确的平衡。自动平衡
9、抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到较精确的平衡效果。朝着高适应性方向发展现代抽油机应具有较高的适应性,以便拓宽使用围。例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成分石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽油需要；适应长冲程抽油的需要；适应节电的需要；适应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽油的需要；适应优化抽油的需要等。朝着长冲程无游梁方向发展近年来国外研制与应用了多种类型长冲程抽油机,其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机；实践与理论分析表明,增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向；增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向；长
10、冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向。朝着自动化和智能化方向发展近年来抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。美国Baker提升系统公司、Delta-X公司、APS公司等均研制了自动化抽油机,具有保护和报警功能,实时测得油井运行参数,及时显示与记录并通过计算机进行综合计算分析,推出最优工况参数,进一步指导抽油机以最优工况抽油。美国NSCO公司智能抽油机,采用微处理机和自适应电子控制器进行控制与监测,具有抽油效率高、节电、功能多、安全可靠、自动化程度高、经济性好、适应性强等优点。1.3 设计的主要容本课题的主要设计容包括：1抽油泵的选择；2抽油杆的选择；3抽油机的选择；4实例分析。第2章
11、抽油泵的选择抽油泵是有杆泵抽油系统中的是主要设备,主要由工作筒外筒和衬套、活柱塞及阀游动阀和固定阀组成,游动阀又称为排出阀,固定阀又称为吸入阀。抽油泵按其结构不同可分为管式泵和杆式泵。由于井液性质的复杂性,对泵往往有特殊要求,因此从用途上又可将抽油泵常规泵和特种泵。特种泵主要有防砂泵、防气泵、抽稠泵、分抽混出泵和双作用泵以及各种组合泵等。2.1 油井产能计算2.1.1 单相液体渗流时的流入动态 1符合线性渗流规律时的流入动态 2-1式中 油井产量地面,m3/s；平均地层压力,Pa；井底流动压力,Pa；采油指数,是一个表示油井产能大小的指标,这一指标综合反映了油层性质、流体性质、完井条件及封闭泄
12、油面积等与油井产量之间的关系。 2符合非线性渗流规律时的流入动态 2-22.1.2 油气两相渗流时的流入动态 2-3式中 实际油井的井底流压；理想完善井的井底流压；流动效率,用以表征油井的完善程度,完善井,非完善井,超完善井。沃格尔型流入动态 2-4斯坦丁流入动态 2-5 2-6哈里森流入动态2.1.3 组合型流入动态当油藏压力高于饱和压力。而流压低于饱和压力时,油藏中将同时存在单相油流与油、气两相流动。在单向油流区域流入动态曲线为一直线；在油、气两相流动区域流入动态曲线可用沃格尔方程描述。图2-1 流动曲线示意图（1） 单向原油流动部分,此时流入动态表示为 2-7当流压等于饱和压力时产量为
13、2-8（2） 油、气两相流动部分,采用2-10、式2-11及式2-13分别求,及。 2求 3计算不同流压下的产量列于表5-1中。表5-1 E井不同流压下的产量流压,MPa1514131197530产量,10203048664.577.788.195.8102.2 4表5-1中的数据绘制出IPR曲线,如图2-1所示。2.油田某抽油井泵径为70mm,冲程s=2.7m,冲次n=9 min,井液密度=960 kg/m。如采用7/8 in、许用应力为90 N/mm的抽油杆,试求其最大下入深度r/l=0.20。解：计算得抽油杆与活塞截面积分别为Ar=387.948mm,Ap=3848.451mm。由基本载
14、荷公式计算得最大载荷和最小载荷分别为：Wmax=66.825LN,Wmin=23.295LN。则： =17.22510LN/mm=5.61010LN/mm=9.83010LN/mmLm计算结果表明：该例抽油杆的最大下入深度为915.52m。如继续增加下入深度,则该直径抽油杆将不能满足强度要求,需要换大直径 抽油杆。这样,既浪费了抽油杆,又增加了悬点载荷。为此,往往采用上粗下细的多级组合抽油杆。3.油田某抽油井：光杆冲程s=1.8m,冲次n=8min,采用2in油管油管径=62mm,外径、in抽油杆单级,并知泵径=56mm,下泵深度=903.8m,抽吸液体密度=934kg/m含水34。试按API
15、 RP 11L 方法计算各项抽吸工况指标。解：计算得。计算基本参数 。因采用单级杆柱,故Fc=1.0,No=No。2计算量纲1的量 3计算抽吸工况指标 查图10-36至图10-42可得=0.85, =0.23=0.03, =0.158 b=6.25, T=0.91,=0.158则各工况指标为 PD=0.1131PPRL=44367NMPRL=13964NPT=SK=15132NmPRHR=CBE=1.06参考文献1.王常斌等.石油工程设计.石油学院自编教材2.涛平等.石油工程.石油工业,20003.万仁薄等.采油技术手册第四分册-机械采油技术.石油工业,19934.颖川.采油工程. 石油工业,2009.2
