采油工程课程设计1.doc

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1、目录1 计算采液指数绘制综合IPR曲线21.1 根据静态数据及生产动态数据计算采液指数21.2 绘制油气水三相IPR曲线22 计算井底流压估算动液面52.1 计算某一产量下的井底流压52.2 确定沉没度和泵充满程度关系52.3 初选下泵深度和动液面83 抽油机选型及杆柱设计、校核103.1 抽油机选型103.2 抽油杆柱设计113.3 计算泵效133.4产量校核144 优选抽油机选型及杆柱设计、校核154.1作泵效下泵深度曲线，优选下泵深度154.2抽油机选型及冲程164.3 抽油杆柱设计184.4 产量校核205 电机选型、确定泵型、间隙等级及平衡半径255.1 计算拖动装置功率，选择电机型

2、号和功率255.2确定平衡半径265.3 确定泵型及其间隙等级276 结 论297 参考文献291 计算采液指数绘制综合IPR曲线1.1 根据静态数据及生产动态数据计算采液指数 油井体积含水,油井含水；井底流压 ，油井含气。由此分析为油、气、水三相流入动态。根据Petrobras方法计算采液指数1.计算产液量（1-1）2.计算采液指数（1-2）（1-3）1.2 绘制油气水三相IPR曲线已知一个测试点的、饱和压力及油藏压力。1.当时：（1-4）2.当时：（1-6）（1-5） 故(1-7)= =0.897(17-Pwf)=15.249-0.897PwfJ1-采液指数, m3/（dMPa）qo-纯油

3、产量, m3/dqw-纯水产量, m3/dfw-含水率,小数qomax-由IPR曲线的最大产油量,m3/dqt-对应流压的总产液量, m3/dqb-饱和压力下的产液量, m3/d生产时含水率为25%，可求出此时产液表达式：（1-8） 11.661-0.299Pwf-0.0249Pwf2当时，由上述公式计算不同流压下的产油量、产水量及产液量，计算结果见表11。表11 不同流压下的产油量、产水量及产液量Pwf (MPa)Qo (m3/d)Qw (m3/d)Ql (m3/d)010.46515.24911.661110.3321114.35211.3371210.1327813.45510.9634

4、39.86712.55810.539949.53477811.66110.066659.13611110.7649.543568.6719.8678.970678.1394448.978.347987.5414448.0737.675496.8777.1766.9531106.1461116.2796.181115.3487785.3825.3591124.4854.4854.4874133.5547783.5883.5659142.5581112.6912.5946151.4951.7941.5735 由上表中的计算数据可以绘制油气水三相IPR曲线，如图11。图11 油气水三相IPR曲线2

5、计算井底流压估算动液面 2.1 计算某一产量下的井底流压（2-1）由基本数据可知需要计算时的井底流压。（2-2）（2-3） 因，于是有2.2 确定沉没度和泵充满程度关系利用充满系数和沉没压力的关系式确立沉没压力(采油工程手册上册)， （2-4）式中： 充满系数，小数； k 弹性变形的影响，初选为0.1； 余隙百分数，初选为0.1； 沉没压力，MPa； 地面气油比，； 天然气溶解系数，； 天然气进泵系数； 泵径面积，； 套管面积，； 油管外圆面积，.部分参数的确定：套管内圆面积油管外圆面积油管内圆面积油管泵面积天然气进泵系数=(2-5)地面气油比（2-6）溶解气油比 （2-7）华氏温度：其中：

6、(2-8)原油API重度：（2-9）溶解系数：泵内溶解汽油比：（2-10）（2-11） 把计算出的数值代入（2-4）式中整理，得：（2-12） 其中沉没压力： 由以上公式计算沉没度和充满系数的关系如表21，制沉没度和充满系数的关系曲线如图21。表21 沉没度和充满系数关系沉没度充满系数1000.6020412000.7105313000.7884454000.8471145000.8928836000.929587图22 沉没度和充满系数关系曲线图2.3 初选下泵深度和动液面 假设沉没度=400m 则有（注：（1）：忽略气柱重量，动液面处压力等于套压。（2）：此时流体在套管中流动。） 可以求出

7、沉没压力p=3.56Mpa,将p=3.56MP代入式（2-12）可得=84.7%.各个变量之间的关系如下图所示： 图2-2 含水井的油水界面由井底流动压力 （2-3-1）得： （2-3-2）其中:（）流压，MPa;油层中部深度,m; 泵挂深度,m; 沉没度,m; 重力加速度, ; 井内混合物平均密度,kg/m; 吸入口以上环形空间油柱平均密度, kg/m; 套压,MPa.部分参数的计算： ，把吸入口以上环形空间油柱平均密度看成是纯油的密度； =0.856*75%+1*25%=0.892g/=892把井内混合物平均密度看成是含水率为25%的油水合物的密度。将已知条件代入（2-8）式中，得：L=1

8、418(m)动液面深度动液面高度3 抽油机选型及抽油杆柱设计 3.1 抽油机选型根据以上计算数据，由采油工程手册 上册449页图567查得：图3-1 选取抽油杆、油管对应的尺寸图根据以上图表，从横坐标1418m处向上引垂线，纵坐标6.23m/d处向右引水平线，两线的交点确定的区域所对应的抽油机为：CYJ5-1.8-18F,泵径为28mm，从交点向上延长上述横坐标的垂线，和最大排量曲线相交于一点，此点所对应的为最大排量（7.5m/d）.所对应的抽油杆直径为2219。在采油工程（第二版）中推荐：普通碳钢（C级）比例为2872。另外，最大悬点载荷为50KN,光杆最大冲程为1.8m,最大冲次12,减速

9、箱曲柄轴最大允许扭矩为18KNm.冲程：S=1.2m，冲次：n=9次/min满足要求3.2 抽油杆柱设计由采油工程手册 上册450页表538查得其推荐抽油杆柱组合如表31。表31抽油杆柱组合及参数直径（m）杆柱截面积（cm）单位长度的重量（kg/m）抽油杆长度m占抽油杆长度百分比192.842.35120172%223.803.1439728%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：杆柱自重=(2.351021+3.14397)9.81=35766.57(N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16 cm):=6.160.0001

10、14189.81892=7643.47(N) =(35766.57+7643.47) (1+1.29/137) =46832.15 (N) =(2.841021+3.80397) (7.85-0.892) 9.81 0.1-(35766.571.20.75)/1790=28633.12 (N) =123.24()()循环应力的应力幅： =23.94()折算应力：得出C级抽油杆的许用应力为80。80 因此，它满足工程要求。 由于所用的油杆的钢级符合设计的要求，不需要加上加重杆。 经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研 究结与油田实际数据对比得出C级抽油杆的许用应力为80。80

11、因此，它满足工程要求。对于第二个截面：杆柱自重=(2.351021)9.81=23537.62(N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16):=6.160.000114189.81892=7643.47(N) =(23537.62+7643.47) (1+1.29/137) =33639.17(N)=(2.841021)(7.85-0.892) 9.810.1-(23537.621.290.75)/1790 =18833.76(N) 循环应力的应力幅：=26.07()折算应力：经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研究结果与油田实际数据对比得出C级抽油杆的许用应力为80。

12、80因此，它满足工程要求。由于所用的油杆的钢级符合设计的要求，不需要加上加重杆。3.3 计算泵效 泵效的一般表达式为： （3-2） 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：=1.216（） （油层物理） 冲程损失： 即 因为设计的井为直井，泵挂深度在1300米和1700米之间，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。3.4产量校核

13、理论产液量:实际产量： 误差：10%因此，它能满足工程要求 ，泵初选冲程和冲次满足要求。4优选下泵深度 4.1作泵效下泵深度曲线，优选下泵深度本组张旭东、高腾飞、高云、峁向涛四人的泵效与下泵深度见下表，并作出泵效与下泵深度曲线如下图所示： 表2-3 泵效与下泵深度表下泵深度(m)泵效13580.665014180.686915130.698716080.6846(1510.0.699)图4-1 泵效与下泵深度曲线图由上图可以优选出最优下泵深度是1510m，最优泵效是69.9%。由井底流动压力 得： 将L=1510m，H=2146m，=0.2MPa, =856 kg/, =892kg/代入上式得

14、到沉没度=498m根据以上图2-3，从横坐标1500m处向上引垂线，纵坐标6.23m/d处向右引水平线，两线的交点确定的区域所对应的抽油机为：CYJ5-1.8-18F,泵径为28mm，从交点向上延长上述横坐标的垂线，和最大排量曲线相交于一点，此点所对应的为最大排量（15m/d）.所对应的抽油杆直径为2219。在采油工程（第二版）中推荐：合金钢（D级）比例为2773。另外，最大悬点载荷为50KN,光杆最大冲程为1.8m,最大冲次12,减速箱曲柄轴最大允许扭矩为18kNm。4.2 抽油机选型及冲程根据以上计算数据，由采油工和冲次程手册 上册449页图567查得图4-1 选取抽油杆、油管对应的尺寸图

15、根据以上图表，从横坐标1609m处向上引垂线，纵坐标6.23m/d处向右引水平线，两线的交点确定的区域所对应的抽油机为：CYJ5-1.8-18F,泵径为28mm，从交点向上延长上述横坐标的垂线，和最大排量曲线相交于一点，此点所对应的为最大排量（7.5m/d）.所对应的抽油杆直径为2219。在采油工程（第二版）中推荐：普通碳钢（C级）比例为2872。另外，最大悬点载荷为50KN,光杆最大冲程为1.8m,最大冲次12,减速箱曲柄轴最大允许扭矩为18KNm.由可得，在抽油机工作过程中有下列关系： （4-2-2） 由前面知，,当时，故选：冲次，冲程4.3 抽油杆柱设计 在设计抽油杆柱时必须满足： （1

16、）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。杆柱有关参数如下表4-3（采油工程手册（精要本）：表4-3 每米抽油杆的质量直径m杆柱截面积cm单位长度的重量kg/m占抽油杆长度百分比192.842.3573223.803.1427根据前面推荐的比例并经过计算，得：直径为22mm杆柱的长度为408m，直径为19mm的杆柱长度为1102 m在计算时，选择经验公式 （2-13）（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：杆柱自重=(2.351102+3.14408)9.8=37934(N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16 cm):=6.160.0

17、00115009.8892=8139 (N) =(37934+8139) (1+1.86/137) =49705(N)=(2.841102+3.80408) (7.85-0.892) 9.80.1-(379341.860.75)/1790=30915(N) =130.8()()循环应力的应力幅： =24.7()折算应力：经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研究结与油田实际数据对比得出D级抽油杆的许用应力为110。110因此，它满足工程要求。对于第二个截面：杆柱自重=(2.3511029.81=25405(N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16):=6.160.000

18、115109.81892=8139(N) =(25405+8139) (1+1.86/137) =36188(N)=(2.841102)(7.85-0.892) 9.810.1-(254051.860.75)/1790 =20673(N) 循环应力的应力幅：=27.3()折算应力：经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研究结果与油田实际数据对比得出D级抽油杆的许用应力为110。110因此，它满足工程要求。由于所用的油杆的钢级符合设计的要求，不需要加上加重杆。4.4 产量校核理论产液量:实际产量： 误差：10%因此，它能满足工程要求4.5抽油机校核（最大扭矩、最大载荷）4.5.

19、1 计算泵筒与柱塞间半干摩擦力 =386.4NDP抽油杆直径，m;-柱塞与衬套间的空隙，由采油技术手册查得=0.02-0.074.5.2 计算液体通过排出阀的水力阻力所产生的对柱塞底部的向上推力计算雷诺数= =9165.3式中，do排出阀座孔直径，m.(可由采油手册查得，do= DP /3)； 抽吸液体动力粘度，取5mpas求流量系数Re3104时，=0.28=0.00932=6.8410-5m2目前现场所用的抽油泵中游动阀1个或2个，此处选=1排出阀数目，此处取1个。Ao - 排出阀座孔面积, m2Ap - 抽油泵柱塞截面积, m24.5.3 计算作用于抽油杆柱底部液体上浮力 = (0.01

20、9)215009.81 =3746.3N4.5.4 计算下行程时抽油杆柱底部所受的总下行阻力=386.4+3746.3+0.1170=4132.8N4.5.5求抽油杆柱按长度加权平均截面积。4.5.6 计算油管柱金属部分横截面积。4.5.7 计算抽油杆柱在液体中的重力。 r-抽油杆材料的密度,g/ cm3l-抽汲液体的密度,g/ cm34.5.8 计算作用在抽油泵柱塞上的液体载荷忽略井口回压：柱塞的截面积，(可由采油手册查得，28mm的柱塞截面是；4.5.9 计算抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕时（初变形期）悬点位移。 （油管锚定）E钢的弹性模量，Pa（油管未锚定）由于，所以油管无需锚定4

21、.5.10 计算抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕时（初变形期）曲柄转角。 rad4.4.4.11 计算变形分布系数644.5.12 计算悬点最大载荷、最小载荷应力波在抽油杆柱中的传播速度，=4968 m/s C-下冲程动载荷修正系数,一般C=0.850.94.5.13 计算曲柄轴最大扭矩抽油机CYJ5-1.8-18F的悬点额定载荷为50kN，减速箱曲柄轴额定扭矩为18kNm。由于=49.62kNP额=50kN=9.9kNm18kNm且利用率为58.3%，均满足要求。5电机选型、确定泵型、间隙等级及平衡半径5.1 计算拖动装置功率，选择电机型号和功率（6-1）1、水力功率：有效提升高度： 由

22、前知，=L-=1510-498=1014m=1082.57m2、光杆功率：（6-2） 3、井下效率井下效率为 则电动机实际输出功率：（6-4）由采油技术手册 上册434页表534，选用电机型号为YCCH180，其主要性能参数如表所示51。表51 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KWHM14843303008.55.2 确定平衡半径 平衡扭矩计算式：（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。 CYJ51.818

23、F型抽油机的主要参数如表52。表52 CYJ51.818F型抽油机的主要参数a/mm2100b/mm1780c/mm3500r/mm400结构不平衡重/KN1.2曲柄重心/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 N -平衡半径, mm;-曲柄平衡块总重, N;-曲柄本身的重心到曲柄之距离, mm；-曲柄自重（两块）, N；r-曲柄半径, mm；-抽油机本身的不平衡值，是折算到游梁平衡块重心位置的附加平衡力，可查生产厂提供的说明书, KN;-游梁平衡块重。5.3 确定泵型及其间隙等级 (1)泵筒与柱塞间半干摩擦力: 我国标准抽油泵

24、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6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-衬套副配合间隙等级表（选自采油机械的设计算）间隙等级间隙值（mm）0.020.070.070.120.120.17表6-3 有杆泵抽油设计结果抽油机型号CYJ8-1.8-18F冲程1.8m冲次6 最大载荷49.62kN最小载荷31.31kN泵效69.9%泵径28mm产液量6.236 结 论根据前面的计算来最终确定机，杆，泵及工作参数，做出如下的选择： (1)选取游梁式抽油机，其型号为CYJ5-1.8-18F; (2)选取抽油杆的钢级为D级合金

25、钢：）；(3)选取抽油泵为底部固定的定井筒杆式泵，其型号为：CYB28RHBC-4.5-0.6-0.3 ；(4)选取工作参数：冲程，冲次，悬点最大载荷为49.62kN, 曲柄轴最大扭矩为9.9；(5)生产动态参数：下泵深度为1510m, 沉没度为498m, 实际产液量为6.23,泵效为69.9%. 参考文献1张泰绣，陈一主编 .采油工程（第二版）.北京：石油工业出版社, 1996.32万仁溥.采油工程手册（上册）. 北京:石油工业出版社,2000.83万仁溥.采油工程手册（精要本）.北京：石油工业出版社,2003.34万仁溥.采油技术手册（上册）.北京：石油工业出版社,2005.35张琪.采油

26、工程原理与设计.山东东营：中国石油大学出版社,2006.7 7沈秀通，罗英俊编.采油工程师实用简明手册.北京：石油工业出版社，1992.28杨玲，马建国等编.采油（气）工程课程设计指导书.西安：西安石油大学出版，1999.4 结束语通过两周的查资料和老师的精心指导及同组成员的专研，使我们能通过正确的方法去完成课程设计。但在这其中也遇到了很多的困难，比如动液面的确定、充满程度与沉没度的关系、和下泵深度的确定，如果这些做的不合适还要返回去继续的进行从新的选取。最后通过我们的一起的努力、共同的讨论，把这些东西都基本得到解决，我们从中也学会了很多好的学习的方法和一些关于采油的专业知识。通过这次课程设计对自己这一段时间对采油工程学习做出的总结,同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的学习生活打下一个良好的基础。总的说来,虽然在这次设计中自己学到了很多的东西,取得一定的成绩,但同时也存在一定的不足和缺陷,请老师批评指正。以后的日子以后我将会更加努力认真,以认真踏实的态度去学习，把这些再用到今后的工作中去。