西安石油大学采油工程课程设计标准版.docx

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1、 西安石油大学采油工程课程设计采油工程课程设计 题目：采油工程课程设计 有杆泵抽油系统设计 班级：石工1009姓名： 学号：201004010 2012年7月采油工程课程设计任务书题 目有杆泵抽油系统设计小组成员石工1009 设计内容与要求1. 原始数据（1）基础数据 井深2146m，地层压力17MPa，油藏温度70，饱和压力12MPa，内径140mm，油管内径62mm，油管外径73mm，地面原油相对密度0.856，地面产出水相套管对密度1，标况下天然气相对密度0.7（2）生产动态数据 体积含水20%，井底流压6.26MPa，产油量6t/d。2. 设计任务（1）设计基础数据 体积含水25%，产

2、油量4t/d，生产气油比87m3/t，油压0.8MPa，套压0.2MPa。（2）任务 确定泵效最大的机杆泵及其工作参数。3. 设计要求（1）通过文献查阅，进一步完善确定机杆泵及其工作参数的理论依据；（2）设计成果用A4纸打印。起止时间 2012年7月 2日至2012年7月13日指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名 年 月 日目录序言1第一章 流入动态预测21.1 根据原始生产动态数据和设计数据作IPR曲线2第二章 垂直多相管流 42.1 计算充满程度、下泵深度、动液面深度与沉没度的关系52.2 作充满程度、下泵深度、动液面深度与沉没度关系曲线92.3 初选下泵深度11第

3、三章 杆泵及其工作参数113.1 由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径113.2 确定冲程和冲次133.3 抽油杆柱设计（采用近似等强度组合设计方法）143.4 计算泵效183.5 产量校核19 3.6 抽油机校核19 3.7 曲柄轴扭矩计算21 第四章 设计结果214.1 作下泵深度与泵效曲线214.2 各种功率的计算224.3 确定平衡半径234.4 确定泵型及间隙等级25 参考文献26 序言采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏（或井筒）采取的各项工程技术措施的总称。它是油田开发方案的一个重要组成部分和方案实施的核心。其任务是通过产油井和注入井采取一系列工程技术措施作

4、用于油藏，使油气畅流入井，并举升到地面进行分离和计量；其主要目标是经济、有效地提高油井产量和原油采收率。采油方式的选择是采油工程的重要部分，采油方式有分为自喷气举采油、有杆泵采油和无干泵采油。本次设计所选择的方式是有杆泵采油，有杆抽油系统设计是选择机、杆、泵、管以及抽油机的运行参数，从而使整个系统各部分相互匹配。有杆泵采油设计的主要思路是在满足生产工艺和设备的条件下,以有杆泵采油井系统效率最高为目标函数的优化设计,是提高有杆泵采油系统效率行之有效的方法。通过对管柱组合和抽汲参数的优化,得到了合理的生产参数,提高了系统效率。24第一章 流入动态预测1.1 根据原始数据和设计数据作综合IPR曲线（

5、1）基础数据：井深2146m，地层压力17Mpa，油藏温度70，油藏饱和压力12Mpa，套管内径140mm，油管内径62mm，油管外径73mm，地层原油相对密度0.856，地面产出水相对密度为1。标准状况下天然气的相对密度0.7。 生产动态数据：含水率20，井底流压6.26 Mpa，产油量6t/d。 设计数据：含水率25，产油量4t/d，生产气油比87m/t，油压0.8 Mpa，套管压力0.2 Mpa。 由上述数据可知Pwf(test)=6.26MPaPb=12MPa Pr=17MPa， 所以该井中的流体为油、气、水三相流动。(2) 按产量加权平均,求解采液指数：Pwf(test)=6.26M

6、PPb=12MPa,体积含水率20,产油量,则 (1-1) （3）生产时含水率为25%，产液指数不变，按流压加权平均： (1-2) (1-3) （4）总液量与井底流压的关系 当时，此时产液表达式 当时，由式（1-2）和（1-3）可求出此时产液表达式： 其中: 采液指数, 纯油产量, 纯水产量, 含水率,小数-由IPR曲线的最大产油量,对应流压的总产液量, 饱和压力下的产液量,(5)由总产液量与流压的关系绘制综合IPR曲线：表1-1 井底流压与总产液量(Mpa)02468101214161711.710.9610.078.977.686.184.492.690.900 IPR曲线如下： 图1-1

7、 油井流入动态曲线第二章 多相垂直管流2.1 计算充满程度、下泵深度动液面深度和沉没度的关系（1） 由设计数据（2） 计算井筒温度分布 图2-1 井筒温度分布图 (2-1) (2-2) (2-3) (2-4) 则式(2-1)、 (2-2)、 (2-3) 及(2-4)得井筒温度分布计算式如下:（3） 充满程度和沉没度的关系由采油工程手册得1）原油中溶解气油比 则原油中溶解气油比：又 则有 若有余隙影响，则由采油工程原理与设计知： （2-5） （2-6） 充满程度，小数；余隙比，取0.1；泵内气液比，m3/m3地面生产气油比，m3/m3泵内溶解气油比，Rs=Pi, m3/m3溶解气系数m3/(m3

8、MPa);沉没压力，MPa；体积含水率则由式（2-6）得泵内气液比 又 充满程度和沉没度的关系式如下 （2-7）（4）计算下泵深度与沉没度关系 由井底流动压力的计算中油水由于密度差而发生重力分异，使泵吸入口以上的环形空间的液体不含水，吸入口以下的为油水混合物，因此，井底流动压力近似如下： （2-8） 即： （2-9）其中： 流压，Mpa； 油层中部深度，m； Lp 泵挂深度，m 沉没度，m； 重力加速度，； 井内气液平均密度，； 井内溶有气体密度会小于0.892 则取 吸入口以上环形空间油柱平均密度，； 套压，Mpa注： 1）忽略气柱重量，动液面处压力等于套压；2）此时流体在套管内流动。部分参

9、数的计算： ，把吸入口以上环形空间油柱平均密度看成是纯油的密度；把井内混合物平均密度代入数据化简式（2-9）可得下泵深度与沉没度的关系： （2-10） （5） 动液面深度与沉没度关系 (2-11)2.2 作充满程度、下泵深度动液面深度与沉没度关系曲线 由式（2-7）、(2-10)及（2-11)可得出充满程度、下泵深度、动液面深度和沉没度的曲线关系如下： 表2-1 充满程度、下泵深度、动液面深度和沉没度关系沉没度m充满程度下泵深度m动液面深度m1000.068344902111510152000.196901084121210123000.308952765130910094000.407486

10、588140610065000.494809575150310036000.572732036160010007000.6426944216979978000.70585718317949949000.763165665189199110000.815397731198898811000.863199279208598512000.9071110952182982 图2-3 充满程度与沉没度关系曲线 图2-4 下泵深度、动液面深度与沉没度曲线2.3 初选下泵深度根据以上充满程度、下泵深度、动液面深度和沉没度关系曲线选取在井深范围内，初选充满程度最大的沉没度=909m, 下泵深度 =1900m,

11、 动液面深度=991m。第三章 杆泵及其工作参数3.1 由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径（1）在油梁式抽油机（中冲程中）选择图解中由 得交点在IV区域，其所在区域选用油梁式抽油机型号为：CYJ7-2.1-26F。 图3-1 选泵图（2）选择抽油杆和油管尺寸及钢材牌号由CYJ7-2.1-26F，查采油工程手册可知泵径Dp=28mm，可选抽油杆尺寸为，油管尺寸为73mm。表3-1 根据抽油机、抽油泵选择抽油杆、油管尺寸 国产游梁式抽油机技术规范及基本参数表：表3-2 机型及参数抽油机型号悬点最大载荷悬点最大冲次悬点最大冲程减速器额定扭矩 CYJ7-2.1-26FP=70KNS=2.1mM=26k

12、N.m3.2 确定冲程和冲次选择抽油机的抽汲工作参数：选最大冲程S=2.1m作为初选冲程，则：因此，求得的正常抽汲方式的工作参数选用Dp=28mm,s=2.1m, .3.3 抽油杆柱设计（采用近似等强度组合设计方法）所对应的抽油杆直径为221916。在采油工程（第二版）中推荐：合金钢抽油杆比例为1387。另外，最大悬点载荷为70KN,光杆最大冲程为2.1m,最大冲次12,减速箱曲柄轴最大允许扭矩为26KNm.在设计抽油杆柱时必须满足： （1）抽油杆应具有足够的抗疲劳强度的能力；（2）抽油杆的重量应尽量小。由采油工程手册（上册）P436查得，抽油杆柱有关参数：表3-3 每米抽油杆的质量直径（mm

13、）杆柱截面积（cm）单位长度的重量（kg/m）162.01 1.67192.842.35223.803.14根据前面推荐的比例并经过计算，可得： 直径为22mm杆柱的长度为281m，直径为19mm的杆柱长度为330m，直径为16的杆柱长度为1289m各级抽油杆柱在空气中的质量： 在计算时，选择经验公式： （3-1）（因为它可用于中深低速的油井，而且考虑了液柱的动载）对于第一个截面：380杆柱自重 =21117.30+7445.79+8462.79=37025.88N液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16 cm):=6.160.000119009.8892=10231.17(N) （3-2）

14、=(37025.88+10231.17) (1+2.16/137) =51603.32(N) （3-3）=(2.001289+2.85330+3.8281) (7.85-0.892) 9.810.1-(37025.882.160.75)/1790=30132（N) （3-4） （3-5）循环应力的应力幅： （3-6）折算应力： （3-7） 因此，它满足工程要求。对于第二个截面：284杆柱自重 =21117.30+7445.79=28563.09 (N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为):=6.160.000119009.8892=10231(N) =(28563+10231) (1+2.16

15、.4/137) =42599(N)=(2.85330+2.001289)(7.85-0.892) 9.810.1-(28563.092.16.00.75)/1790 =23112(N)循环应力的应力幅： 折算应力： 90因此，它满足工程要求。对于第三个截面：201杆柱自重 =21117N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16):=6.160.000119009.8892=10231N) =(21117+10231) (1+2.16.0/137) =34231(N)=(2.001289)(7.85-0.892) 9.810.1-(211172.16.00.75)/1790 =16928(N

16、) 循环应力的应力幅： 折算应力： 90因此，它满足工程要求。 由于所用的抽油杆柱设计结果： 表3-4 抽油杆柱设计结果直径（mm）许用应力KMPa杆柱截面积（cm）单位长度的重量（kg/m）段长m材质16902.011.671289普通钢材19902.842.35330普通钢材22903.803.14281普通钢材 3.4 计算泵效 泵效的一般表达式为： （3-8） 式中：杆、管弹性伸缩对泵效的影响； 泵的充满系数； 泵漏失对泵效影响的漏失系数，此处取1.0;为吸入条件下抽汲液体的体积系数，查地层油体积系数图版可得：=1.2(1-0.25)+10.25=1.251 关于上式中参数的确定：冲程

17、损失 （3-9）=0.26 即 =1.84/2.10.7711（11.251）=54.00%因为设计的井为直井，泵挂深度为1900米，根据国家抽油泵的选择标准选取的泵为底部固定的定井筒杆式泵，其型号为：CYB28RHBC-4.5-0.6-0.3。一般情况下，此型号的泵的理论排量为5m/d至62m/d. 因此，它能满足生产要求。3.5产量校核理论产液量: （3-10）实际产量： （3-11） 误差：因此，它能满足工程要求3.6抽油机校核（最大载荷、扭矩） 上、下冲程作用在悬点的抽油杆柱载荷： （3-12） （3-13） 上冲程作用在柱塞上的液柱载荷 （3-14） 上、下冲程中抽油杆柱引起的悬点最

18、大惯性载荷为： （3-15） （3-16） 抽油杆在上下往返运动中所受最大载荷，最小载荷为： （3-17） （3-18）抽油杆顶部最大应力最小应力分别为 （3-19） （3-20）根据修正古德曼图，抽油杆柱的许用最大应力的计算公式为： （3-21） 显然，抽油杆的最大应力不超过计算出的许用最大应力，所以抽油杆不会发生疲劳破坏。3.7曲柄轴扭矩计算因 ，故最大扭矩 （3-22） 一般抽油机扭矩利用率在40%-80%之间。实际扭矩利用率为第四章 设计结果4.1 作下泵深度与泵效曲线并优选下泵深度表4-1 小组设计结果组员马文清李晓鹏韩黎光王鹏何正雄下泵深度，m1700180019001950200

19、0泵效，%45.6750.6354.0054.1757.05图4-1 下泵深度与泵效关系根据图4-1知最优的下泵深度为2000m,此时的泵效达最大值，最大泵效为57.05%。4.2 各种功率的计算(1). 计算有效（水力）功率： （4-1）有效提升高度：(2). 计算光杆功率光杆功率 （4-2） (3). 计算井下效率 （4-3）(4). 计算电动机输出的实际功率 一般情况下抽油机的效率为80%（除严重的低负荷运转外）。实际输出功率 由采油工程原理与设计132页（3-78）式计算需要电动机的功率，得由采油技术手册（上册）434页表5-34，选用电机型号为YCCH180，其主要性能参数如表4-2

20、所示。表4-2 YCCH180电机主要性能参数转矩形式满载容量kVA满载转速r/min转速变化%堵转转矩Nm输出功率KWMM10.2834372126.24.3 确定平衡半径（平衡重） 平衡扭矩计算式： （4-4）（摘自采油机械的设计计算）式中 平衡重所储存的能量； 抽油杆柱在油中的重量，N； 油井中动液面以上，断面积等于柱塞全面积的油柱重，N； S驴头悬点的冲程长度，m。 （4-5）=37499N （4-6）=5111N （4-7） =(37499+5111/2)1.8由抽油机型号CYJ7-2.1-26F可知 表4-3抽油机型号CYJ7-2.1-26F平衡参数a/mm2100b/mm1780

21、c/mm3500r/mm1650结构不平衡重/kN1.2曲柄重心Rc/mm400单块平衡块质量/kg曲柄500、游梁40单块曲柄质量/kg522.5平衡块数量曲柄4、游梁10/kg10251.45kg, /kg23544/kg3924曲柄平衡块重心到曲柄轴的距离；曲柄平衡块重；曲柄本身的重心到曲柄之距离；曲柄自重(两块)；曲柄销至曲柄轴心之距离,称曲柄半径,;抽油机本身的不平衡值,；游梁平衡重,40kg。 （4-8 ） 4.4 确定泵型及其间隙等级 我国标准抽油泵的技术条件规定，柱塞和衬套的配合间隙分为三个等级，如表所示， 计算时我们取三个配合等级的平均间隙值，即取间隙的平均值0.095作依据标准抽油泵的柱塞和衬套的配合间隙等级表表4-4 选自采油机械的设计计算间隙登记间隙值（mm）0.02-0.070.07-0.120.12-0.17表4-5设计结果抽油机型号CYJ7-2.1-26F冲程2.1m冲次6min-1最大载荷54.672kN最小载荷32.547kN扭矩13.17KN泵效0.5705井下泵效0.3009产液量6.23m3/d泵径28mm柱塞与衬管的配合间隙0.05mm参考文献 1万仁溥.采油工程手册（上册）. 北京:石油工业出版社,2000 2万仁溥.采油技术手册（第四分册）. 北京：石油工业出版社，1993 3张琪.采油工程原理与设计.东营：石油大学出版社,2000