抽油井系统设计报告.doc

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1、 目 录1.前言11.1. 设计的目的意义11.2.设计的主要内容12. 基本理论22.1. 油井产能22.2.井温分布计算32.3.原油粘温关系42.4.泵吸入口压力42.5.下泵深度42.6.确定冲程和冲次52.7.确定泵径52.8.悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法52.9.确定抽油杆直径及组合72.10.计算与校核载荷72.11.计算与校核扭矩72.12.计算需要的电机功率83. 设计框图和计算机程序93.1. 设计框图93.1.1. 抽油机井系统设计框图93.1.2抽油杆柱设计框图103.2. 程序截图113.3. 计算机程序134. 设计结果及结果分析144.1基础数据144.1.1

2、. 抽油系统设计基本数据144.1.2. 原油粘度温度关系数据144.1.3. 抽油杆基本参数表144.1.4. 抽油机基本参数154.2.设计结果164.2.1.油井产能164.2.3.原油粘温关系174.2.4.下泵深度184.2.5.确定冲程和冲次184.2.7.确定抽油杆直径及组合184.2.8.计算与校核载荷184.2.9.计算与校核扭矩184.2.10.计算需要的电机功率194.3.结果分析195.认识和结论206.参考文献217.附录22东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 石油工程课程设计 题 目 抽油井系统设计 院 系 石油工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教

3、师 2014年 07月18日东北石油大学课程设计任务书课程石油工程课程设计题目抽油井系统设计专业石油工程姓名学号主要内容、基本要求、主要参考资料等 根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，通过编程，完成抽油井系统从油层到地面的所有相关参数的计算,最终选出三抽设备抽油泵、抽油杆、抽油机。1. 设计主要内容： 计算出油井温度分布； 通过回归分析确定原油粘温关系表达式； 确定出油井的合理下泵深度； 确定合适的冲程、冲次； 选择合适的抽油泵； 确定抽油杆直径及组合； 计算出悬点的最大、最小载荷； 选出合适的抽油机。2. 设计基本要求：要求学生选择一组基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设

4、计报告的形式完成本专题设计，设计报告的具体内容如下： 前言； 基础数据； 基本理论； 设计框图和计算机程序； 设计结果及结果分析； 认识和结论； 参考文献。设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范，论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。3. 主要参考资料：王常斌等. 石油工程设计. 大庆石油学院校内自编教材陈涛平等. 石油工程. 石油工业出版社，2000万仁溥等. 采油技术手册第四分册机械采油技术. 石油工业出版社，1993 完成期限 2014.6.302014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年6月30日目 录1.前言11.1.设计的目的意义11.2.设计的主

5、要内容12.基本理论22.1.油井产能22.2.井温分布计算22.3.原油粘温关系22.4.井底流压22.5.泵吸入口压力22.6.下泵深度22.7.确定冲程和冲次32.8.确定泵径32.9.悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法32.10.确定抽油杆直径及组合32.11.计算与校核载荷32.12.计算与校核扭矩32.13.计算需要的电机功率43.设计框图和计算机程序53.1.设计框图53.2.程序截图53.3.计算机程序54.设计结果及结果分析64.1.基础数据64.2.设计结果84.3.结果分析95.认识和结论106.参考文献117.附录12 1.前言1.1. 设计的目的意义通过一组基础数据，利

6、用利用所学过的专业知识，在指导教师的指导下独立地完成并提交整个抽油井系统的设计方案，从而掌握抽油井系统中各个环节的选择设计方法，将理论知识运用到解决实际问题中去。通过该专题设计的训练，加强学生理论知识的运用能力，掌握相关学科知识的综合能力，计算机技术应用技能，以及解决实际问题的工程应用能力。1.2.设计的主要内容根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，通过编程，完成抽油井系统从油层到地面的所有相关参数的计算，最终选出三抽设备抽油泵、抽油杆、抽油机。1) 设计主要内容如下：2) 计算出油井温度分布；3) 通过回归分析确定原油粘温关系表达式；4) 确定出油井的合理下泵深度；5) 确定合适的冲程、冲

7、次；6) 选择合适的抽油泵；7) 确定抽油杆直径及组合；8) 计算出悬点的最大、最小载荷；9) 选出合适的抽油机。2. 基本理论2.1. 油井产能所谓油井产能，是指油井的生产能力，常用采油指数来衡量。采油指数是指油井产量随流压的变化率，用公式表示为：（3-1）采油指数大小，反映了油层物性、流体参数、泄油面积以及完井条件对油井产量的综合影响。（1） 对于单相渗流（），由于各参数随压力变化很小，可忽略这种变化，流入动态曲线则呈现线性关系，即： （3-2）（2） 对于两相渗流（），流入动态曲线则呈非线性关系，可由沃格尔方程来描述，即： （3-3）（3) 对于单相与两相组合型（），则流入动态方程为一分

8、段函数，可由如下一组方程表达： （3-4）（3-5） （3-6） （3-7）其中是通过试油来确定的：若pwfpb,则 （3-8）若pwf H时，则令H1= H，该段的长度应为： （3-31）该计算段的平均高度为，计算该点的温度和混合物的粘度。 分别计算该计算段的最大载荷Pmax与最小载荷Pmin。 分别计算累积最大和最小载荷：， （3-32） 计算抽油杆的折算应力c，进行该段抽油杆强度校核； 如不满足强度要求，则换次一级抽油杆直径，返回到步骤重新计算； 如满足强度要求，则以 H1作为下一计算段的起点H0，进行下一段计算； 当H0 = H时则结束，否则返回到步骤继续计算，直到H0 = H为止；

9、校核液柱载荷。如果计算值与假设值的误差达到精度要求，则计算结束；如果未达到精度要求，则以计算值作为新的假设值，重新计算。2.10.计算与校核载荷 在进行抽油杆直径及组合确定计算结束时，便可得到悬点的最大载荷和最小载荷。2.11.计算与校核扭矩曲柄轴处的最大扭矩可采用如下任一公式计算： （3-38）式中 曲柄轴最大扭矩，kNm；S 光杆冲程，m； 悬点最大载荷，N； 悬点最小载荷，N。2.12.计算需要的电机功率 电机实际输出的最大功率可如下计算： （3-39） 式中 电机实际输出的最大功率，kW; 曲柄轴最大扭矩，Nm； 冲次，min-1； 传动效率，取0.9。3. 设计框图和计算机程序3.1

10、. 设计框图3.1.1. 抽油机井系统设计框图输入基础数据计算温度场分布确定井底流压确定沉没度、沉没压力确定泵径确定下泵深度初选抽油机、确定冲程冲次选择抽油杆及组合校核抽油机校核减速箱扭矩校核电机功率打印结果YN结束3.1.2抽油杆柱设计框图H0=Hp,H1=0给dr()赋值假设Wl0Pmax= Wl0+上冲程常量Pmin=下冲程常量给定Hj=1L(j)=0dr= dr(j)H1= H0+H= H0+H/2计算dPmax=dWr+dIru+dFudPmin=dWr-dIrd-dFdPmax= Pmax+dPmaxPmin= Pmin+dPminH1H计算Wl进行下步计算H0= H1L(j)=

11、H1 H0HPmax= PmaxdPmaxPmin= PmindPminj= j+1L(j)=0dr= dr(j)H0+HHH=H- H0（WlWl0）Wl0=（Wl0+ Wl）/2NYYYYNYY3.2. 程序截图3.3. 计算机程序见附录。 4. 设计结果及结果分析4.1基础数据4.1.1. 抽油系统设计基本数据表4-1 抽油系统设计基本数据井号 cy0016油层深度(m) 1575油管内径(mm) 88.9 套管直径(mm) 190 地温梯度(/100m) 3.03井底温度() 81 地层压力(MPa) 12.21 饱和压力(MPa) 11.18 传热系数(W/m) 2.57 试井产液(

12、m3/d) 28.5试井流压(MPa) 4.8体积含水率(%) 17.5原油密度(kg/m3) 980.52 地层水密度(kg/m3) 1000 原油比热(J/kg) 2175.52 地层水比热(J/kg) 4318.58 设计沉没度(m) 224.33 设计排量(m3/d) 27.34.1.2. 原油粘度温度关系数据表4-2 原油粘度温度关系数据原油温度() 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85粘度(mPa.s) 2255 1391 903 611 428 308 227171 131 1034.1.3. 抽油杆基本参数表 表4-3 抽油杆基本参数许用应力(N/mm2)

13、 杆直径(mm) 一级 二级 三级 四级 五级 90 16 19 22 25 29100 16 19 22 25 294.1.4. 抽油机基本参数表4-4 抽油机基本参数序号 抽油机型号 生产厂家 最大载荷(kN) 最大扭矩 游梁前臂(mm) 游梁后臂(mm) 连杆长度(mm) 曲柄半径/冲程(mm/m) 冲次(1/min) 5 5-1.8-13HF 玉门 50 13 2100 1780 2100 380/0.90,500/1.20, 620/1.50,740/1.80 6,9,1210 5-2.7-26HB 大安 50 26 3210 2100 2137 380/1.10,500/1.50,

14、620/1.90, 740/2.30,860/2.70 6,9,1216 6-2.5-26HB 江汉 60 26 2500 2400 3200 670/1.80,990/2.20,1150/2.50 6,9,1220 8-3-48B 三机 80 48 3000 2500 3200 858/2.10,1013/2.50,1200/3 6,9,1226 8-3-53HB 大安 80 53 3450 2580 3160 670/1.80,810/2.20, 950/2.60,1090/3 6,9,1235 10-3-48HB 宝鸡 100 48 3000 2000 3330 570/1.80,745

15、/2.40,895/3 6,9,1237 10-3-53HB 三机 100 53 3000 2500 3200 858/2.10,1013/2.50,1200/3 6,9,1247 Y10-3-53HB 大安 100 53 3450 2580 3380 640/1.80,765/2.20, 890/2.60,1015/3 6,9,1253 Y10-3-53HB 兰通 100 53 3000 2200 3200 755/2.10,885/2.50,1045/3 6,9,1259 11-2.1-26B 宝鸡 110 26 2820 2820 3026 780/1.58,922/1.88,1064/

16、2.18 6,8,1261 Q12-3.6-53B 宝鸡 120 53 7925 6553 4295 1074/2.85,1227/3.25,1380/3.66 8,1269 Y12-4.8-73HB 二机 120 73 4800 2840 4200 800/2.80,1060/3.80,1209/4.80 6,8,1078 Y12-5-74HB 大安 120 74 5600 4000 4640 1000/3,1200/3.60, 1400/4.30,1600/5 3,4,683 Y14-4.8-73HB 江汉 140 73 4800 3048 3770 990/3.60,1100/4.20,

17、1200/4.80 6,8,1087 Q14-5-73HQ 烟采 140 73 7150 3100 5780 970/4,1060/5 4,5,694 16-30 大安 160 300 1200 800 2100 600/2,700/2.50,800/3 6,9,124.2.设计结果4.2.1.油井产能将已知数据代人采油指数公式得：= 4.92(m3/(dMpa)=4.92(12.21-11.18)=5.067 (m3/d)=30.56 (m3/d)设计排量qoqb由：可得：pwf= 5.277(Mpa)由上式还可以算各产量所对应的井底流压（数据见运行结果），来绘制IPR曲线。 IPR曲线如图

18、4-1所示 图4-1 IPR曲线4.2.2.井温分布计算该井的井温度分布如图4-2所示： 图4-2 井温与地温曲线4.2.3.原油粘温关系原油粘温关系附合：经确定,a=8330598912； b=4.100。原油粘温关系曲线如图4-3所示： 图4-3 粘温曲线4.2.4.下泵深度 经确定，泵吸入口压力为2.165MPa，下泵深度Lp= 1252.623 (m)。4.2.5.确定冲程和冲次因为所设计的抽油井系统为稠油井，因此需要选择大冲程、低冲次的抽油机型作为程序设计所用来确定抽油泵径。因此经确定：S=3.66 (m)n=8 (1/min)4.2.6.确定泵径由程序运行结果试选择泵径为34.31

19、8 mm的杆式抽油泵，同时计算的阀孔直径为20.423mm。泵型的选择取决于油井条件，在1000 m以内的油井，含砂量小于0.2%，油井结蜡较严重或油较稠，应采用管式泵；产量较小的中深或深井，可采用杆式泵。4.2.7.确定抽油杆直径及组合由cy0016井号运行程序可确定的抽油杆直径及组合如下表许用应力取 = 90 (N/mm2)项目一级杆二级杆三级杆四级杆五级杆直径,mm16.0019.0022.0025.0029.00长度,m1193.00059.6230.0000.0000.0004.2.8.计算与校核载荷计算的悬点最大载荷和最小载荷分别为：Pmax= 33.45543 (KN)Pmin=

20、 12.42900(KN)4.2.9.计算与校核扭矩 曲柄轴处的最大扭矩可采用如下任一公式计算：；取三者中最大的，由程序运行最大扭矩结果得：= 48.379 ( kNm)由于该抽油机的许用扭矩为=53 (kNm) ，因此满足扭矩要求。4.2.10.计算需要的电机功率电机实际输出的最大功率可如下计算： 由程序计算得电机最大功率为Nmax =20.601 (kW) 实际选择时应选择功率稍大于计算值的电机（如25 kW）。4.3.结果分析由井温与地温曲线可知：对于1575 m井深，井底温度为81时，井口温度为42.04。而按地温计算，井口温度则为33.2775，井口处的井温大于地温8.7625，同时

21、由图也可见两条曲线相距一定距离，故地温与井温有硬顶差距。因此地温代替井温，将会给系统设计带来很大的误差，特别是温度对粘度的影响，进而影响摩擦载荷，影响抽油杆组合与抽油机选择。 由粘温曲线可知，原油的粘度是随温度的升高而下降，表现为升温降粘的特性，而且原油的粘度越高，其随温度升高而下降的幅度就越来越大。同时可以看出，井筒中任一点处的温度都不相同，将使原油及混合物的粘度变化很大，从而使得各段杆柱的摩擦载荷大不相同。为了使抽油杆柱设计结果更加符合实际，应充分考虑井液粘度的变化情况。计算悬点载荷时，抽油杆柱与液柱之间的摩擦发生在下冲程，其摩擦力的方向向上，是稠油井内抽油杆柱下行遇阻的主要原因。并且在高

22、粘度大产量油井内，液体通过游动阀产生的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因，对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。随着井温的增大，最大载荷减小，最小载荷增加 ，扭矩增加。所选抽油机型号与各项参数能很好地适应该井，抽油杆组合也能在经济有效的前提下进行生产。 5.认识和结论 本次抽油机系统优化课程设计共历时三周，在第一周主要强化设计所用的理论基础知识，同时学习C+builder的基础操作知识，明确了设计要求及目的：符合油层及油井工作条件，充分发挥油层产能，设备利用效率较高且有较长的免修期，并且具有较高的系统效率和经济效益。针对数据特点（如高粘原油）等问题，依据指导书的设计框图和关键环节编程草稿，整

23、体分析设计过程中可能遇到的困难，以最大程度上接近最优的设计结果。 在第二、三周的上机编程过程中，每天学习很长时间，我深刻体会到各种成果的来之不易。在编程过程中，我把所知道的程序设计思想与学科实际紧密结合，实现学科交叉，学以致用。同时我体会到，编程需要严密且逻辑性很强的思维，更重要的是分析错误解决问题时的耐心与冷静。虽然做出了小许成果，但背后也有些不尽人意的地方，如抽油杆的确定与组合中循环筛选程序始终存在问题，自己做出来了，运行也对了，但运行次数多了数据就不对了，让我很费解。但是我没有放弃，而是坚持把它搞懂，没课时自己一个人在寝室捣鼓，及时地向老师求教，在老师的耐心指导下，终于改正错误获得成功。

24、在这三周里，我的编程水平得到了巩固，并且学会了C+builder的很多东西，对专业课上涉及到的原先模糊的概念及数据范围有重新的认识，但也暴漏了自己知识的欠缺和和基础的不足，以及忽略细节问题而造成的错误，在未来的学习和工作中，我会认真地更正缺点，努力提高自己的知识水平，争取成为石油工程领域的有用人才！通过此次抽油井系统设计，我有如下认识：对于系统设计是一个较为庞大的工程，对个人能力是个极大的挑战，团队协作才是有效的解决办法，大家互相交流，及时分享并纠正错误，最终按要求完成了此设计。同时还认识到石油工程是一门综合性很强的学科。抽油系统设计不仅要求具有较强的整体认识，还需要对专业知识的细节如公式等较

25、为熟悉，总之完成这次的系统设计之后，确实让我对采油系统甚至石油工程学科有了更加全面系统的认识。在设计过程中我跌倒过，疑惑过，但从未放弃过，懂得了学科交叉应用的作用，真正地实现了学以致用，同时提高自己各方面的能力。 在此，我特别感谢我的指导老师等教授给予的莫大的帮助与鼓励，让我从宏观上把握了抽油井系统设计的基本原理与技巧，还学到了C+builder的基本知识，对此次设计有极大的作用。还要感谢我的同学的倾心帮助，让我不断进步。三周的设计，知识得以巩固，身体得以锻炼，精神得以提升。 6.参考文献1 王常斌等,石油工程设计， 大庆石油学院校内自编教材2 陈涛平、胡靖邦主编，石油工程， 石油工业出版社，

26、2000.3 张琪主编， 采油工程原理与设计，中国石油大学出版社，2000.4 陆卫忠、刘文亮等主编，C+builder6程序设计教程，（第二版），科学出版社，2009.5 刘华蓥主编，计算方法，北京邮电大学出版社 2007.6 衣治安，吴雅娟主编，实用计算机基础教程，石油工业出版社，2002.7 姚春东主编，石油钻采机械，石油工业出版社，1994.8 赵景波主编，C+builder6基础教程，机械工业出版社，2004. 7.附录窗体1：主界面/-#include #pragma hdrstop#include Unit1.h#include Unit2.h#include Unit3.h#i

27、nclude Unit4.h#include Unit5.h#include Unit6.h#include Unit7.h#include Unit8.h#include Unit9.h#include Unit10.h#include Unit11.h#include Unit12.h/-#pragma package(smart_init)#pragma resource *.dfmTForm1 *Form1;/-_fastcall TForm1:TForm1(TComponent* Owner) : TForm(Owner)/-void_fastcall TForm1:N3Click(

28、TObject *Sender)Form2-ShowModal();/-void_fastcall TForm1:N5Click(TObject *Sender) Form3-ShowModal();/-void_fastcall TForm1:N7Click(TObject *Sender) Form4-ShowModal();/-void_fastcall TForm1:N6Click(TObject *Sender) Form5-ShowModal();/-void_fastcall TForm1:N8Click(TObject *Sender) Form6-ShowModal();/-Void_fastcall TForm1:N10Click(TObject *Sender) Form7-ShowModal();/-