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1、采油工程课程设计指导书榆林学院抽油井系统设计是将抽油井从油层到地面看作是一种完整的系统，通过有关理论知识0学习和运用，掌握抽油井系统选择设计措施。详细讲就是学习和掌握油井产能计算措施、抽油设备的选择措施及抽油杆柱设计措施。抽油井系统设计的目的是让学生通过自选一组基础数据，运用所学过的专业知识，在指导教师的指导下独立地完毕并提交整个抽油井系统附设计方案，从而掌握抽油井系统中各个环节0选择设计措施，将理论知识运用到处理实际问题中去，从而通过该专题设计的训练，加强学生理论适应运用能力、掌握有关学科知识的综合能力以及处理实际问题的工程应用能力。设计内容与环节1、根据原始生产动态数据和设计内容作IPR曲
2、线；2、由设计数据和IPR曲线计算井底流压和动液面;3、作充斥程度与下泵深度（沉没度）关系曲线；4、初选下泵深度；5、由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径；6、确定冲程和冲次；7、抽油杆柱设计；8、校核；9、计算泵效；10、确定机杆泵及其工作参数。1 .有杆泵抽油生产系统设计1.1 有杆抽油生产系统设计原理有杆抽油系统包括油层，井筒流体、油管、抽油杆、泵、抽油机、电动机、地面出油管线直到油气分离器。有杆抽油系统设计就是选择合理的机，杆，泵，管以及对应时抽汲参数，目的是挖掘油井潜力，使生产压力差合理，抽油设备工作安全、高效及到达很好的经济效益。在生产过程中，井口回压P1,基本保持不变，可取为常数。
3、它与出油管线的长度、分离器的入口压力有关，此处取=1.OM/%。抽油井井底流压为小炉向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力(或吸入口压力)Pn,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至P,，称为泵的排出口压力.在向上,为抽油杆油管间的环空流动.至井口，压力降至井口回压外。(1)设计内容对刚转为有杆泵抽油0井和少许需调整抽油机机型的有杆抽油井可初选抽油机机型，对大部分有杆抽油油井。抽油机不变，为己知。对于某一抽油机型号，设计内容有:泵径、冲程、冲次、泵深及对应的杆径、杆长，并求载荷、应力、扭矩、功率、产量等技术指标。(2)需要数据井：井深，套管直径，油层静压，油层温度混合物：油、气、水比重，油饱和
4、压力生产数据：含水率，套压，油压，生产气油比，原产量，原流压(或原动液面)。(3)设计措施这里简介给定配产时有杆抽油系统的设计措施。首先需要获得油层的IPR曲线。若没有井底流压B测试值，可根据测试液面和套压计算得井底流压，从而计算出采液指数及IPR曲线。1.2 油井流入动态计算油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系，它反应了油藏向该井供油的能力，从单井来讲，IPR曲线表达了油层工作特性。因而，他既是确定油井合理工作方式0根据，也是分析油井动态的基础。本次设计油井流入动态计算采用Petrobras措施。PetrObraS措施计算综合IPR曲线日勺实质是按含水率取纯油IPR曲线和水IPR曲线
5、B加权平均值。当已知测试点计算采液指数时，是按产量加权平均；当预测产量或流压加权平均。(1)采液指数计算已知一种测试点；Pm1Qg.和饱和压力Pb及油藏压力p。假如PMEPb则九=_ChW(1)PrPnfiest假如PMeJPb采液指数JL=畦(2)(Io(2-必+总A)+fwpr-Pnftext)1.02式中，A=I-0.2()0.8(PMQL)PbPbCfuest对应流压PgerS时总产液量；A-含水率，小数；%max油IPR曲线的I最大产油量;qb一原油饱和压力Pb下的产液量。(2)某一产量九下欧J流压P必Qb=JAPt-Pb)(3)L1 .o若0%则PM=Wr-牛(5)JI.若%g则按
6、流压加权平均进行推导得；Ph/=(-)0i25(l-A.)p81-80()-1(6)J1V%max-%若心心%，则综合IPR曲线日勺斜率可近似常数。Pwf=LCpr-?)-(9-84)闻)(7)JLJL1. 3计算动液面和井底流压(1)按流压加底流压权，由测试得到的Jr则由式得出井底流压。(2)流动压力可近似表达为：PL(H-皿g+%Pog+P,1.=HP，HP为下泵深度，m，hs为沉没度，m，PC为套压，MPa;由于产生重力分异2g=0.921g/cm给定时油相对密度、套压、井底流压1.4沉没度计算假设沉没度为hs=x,(200X400),则由上式求得动液面高度和下泵深度沉没度：泵下入动液面
7、如下的深度；沉没度=泵挂深度一动液面深度2.4计算沉没压力，得出充斥程度与沉没度的关系曲线。运用充斥系数和沉没压力的关系式确定沉没度9.81k(p+1)(1+S)=0.25(VaP)F+P+1其中：T7-充满系数，小数-天然气溶解系数，/H3/(w3MPa)弹性变形的影响初选0.12P-吸入口压力，MPa8-余隙百分数0.1尸，=+上,天然气进泵系数AeAe-A1R即-地面气油比AP-泵径面积,加小AC-套管面积,/mi-4-油管外圆面积,而小天然溶解系数HS=O.02124/p0176875yJ).OO1638TgLT：井口温度Pr将计算出的数据入充斥系数的公式中得到:(9)吸入口压力P=P
8、OghS+P,由假设沉没度计算得出充斥系数下表，并作出沉没度与充斥系数的关系曲线表3沉没度与充斥系数的关系沉没度hjm充斥系数/%1.4初选下泵深度由初选下泵深度HP及产液量初选Y型抽油机，进而确定出泵径及抽油杆组合，初选定为40碳钢（性质可参照采油工程Plo4）。1.5初步确定抽汲参数。由产液量，初选的抽油机冲程S,C（加速度因子）=0.225确定最大冲次。2加速度因子C二包-,C满足C0.2251790最大冲次IIWI=J（IO）取S=SmaX,9!=J-，求的3 maxmaxVmaX1.6抽油杆柱设计抽油杆柱设计的一般措施见采油工程设计与原理。之因此设计措施较复杂，原因之一是由于杆柱0最
9、大、最小载荷与杆长不是线性关系。例如在考虑抽油杆弹性时0悬点载荷、在考虑杆柱摩擦时的悬点载荷公式与杆长不是线性关系。原因之二是由于杆、管环空中的压力分布取决于杆径，而杆柱的设计有用到杆、管环空中的压力分布。由于综合课程设计时间较少，因此这里提供一种简化杆柱设计措施。暂将杆、管环空中的压力分布给定（按油水两相、不考虑摩擦时的压力分布），杆柱的最大、最小载荷公式采用与杆长成线性关系的下面公式。它是针对液体粘度较低、直井、游梁抽油机的杆柱载荷公式。悬点最大、最小载荷的计算公式:Rw = (f%+%)(i +SN21790(11)(12)W；=fp(P,-PN)(13)式中：q第i级杆每米杆在空气中的
10、质量，KgmLri第i级杆杆长，m；-抽油杆级数，从下向上计数;Pz泵排出口压力，Pa；Pn泵的沉没压力，Pa；N冲次，rpm;S光杆冲程，m；fp活塞截面积，in?；g重力加速度，ms2;Pmin =K-7=SN21790(14)(15)(16)-=-(-.)y=i式中：令fr()=0Pj第j级抽油杆底部断面处压力,Pa：Pj=Pl+Po(1-)+Ph(-)r=lPt井口压力，可取Pl=Io6pa;地面油密度，kgm3;fw体积含水率，小数；校核措施一：运用折算应力强度条件（采油工程P104）校核措施二：修正GOodman应力图应力范围比PL计算公式：(17)(18)-_max-mincal
11、l-minPmaxPminmax=min=frfr抽油杆柱0许用最大应力0计算公式：8=（+0.5625CFmin）后式中：cll抽油杆许用最大应力，Pa；T抽油杆最小抗张强度，对C级杆，T=6.3*108pa,对D级杆T=8.1*108pa;min抽油杆最小应力，Pa；SF使用系数，考虑到流体腐蚀性等原因而附加的系数（不不小于或等于1.0）,使用时可用下表来选值。表抽油杆的使用系数使用介质APID级杆APIC级杆无腐蚀性1.001.00矿化水0.900.65含硫化氢0.700.50若抽油杆的应力范围比不不小于区则认为抽油杆满足强度规定，此时杆组长度可根据区直接推导出杆柱长度B显示公式。对于液
12、体粘度低0油井可不考虑采用加重杆，抽油杆自下而上依次增粗，因此应先给定最小杆径（19mm）然后自下而上依次设计。有应力范围比的计算公式即给定时应力范围比（应=0.85）计算第一级杆长Ll,若Ll不小于等于泵深L,则抽油杆为单级杆，杆长为L,并计算对应的应力范围比，若Ll不不小于泵深L,则由应力范围比B计算公式及给定时应力范围比计算第二级杆长L2,若L2不小于等于（L-LI）,则第二级杆长为L2,并计算对应的应力范围比，若L2不不小于（L-LI）,则同理进行设计。在设计中若杆径为25mm仍不能满足强度规定，则需变化抽汲参数。在设计中若杆径不不小于或等于25mm并满足强度规定，则杆柱设计结束。此为
13、杆柱非等强度设计措施。若采用等强度设计措施，则需减少应重新设计杆的长度。为了减小计算工作量，在本次课程设计中杆柱设计简化处理，采用单级杆设计（19mm）O1.7抽油机校核1）最大扭矩计算公式MmaX=1800S+0.2025（匕11一扁）（19）式中：Mmax最大扭矩，Nm;Pmax悬点最大载荷，N;Pmin悬点最小载荷，N;S冲程，m。2）电动机功率计算N=IoOM=x（20）14388式中：Nt需要日勺电动机功率，W；n冲数，rpm；假如计算时最大扭矩超过抽油机所配减速箱容许的最大扭矩或计算电动机功率超过电动机额定功率则需变化抽油参数（fp，S,N及L）重行进行设计计算。1.8泵效计算（1
14、）泵效及其影响原因在抽油井生产过程中，实际产量Q一般都比理论产量Qt要低，两者的比值叫泵效,表达，7=（21）Qr（2）产量计算根据影响泵效的三方面的原因，实际产量的计算公式为Q=Q-9（22）,SB1B1式中：Q实际产量，m3d;Qt理论产量，m3d;Sp柱塞冲程，m；S光杆冲程，m；Sp/S抽油杆柱和油管柱弹性伸缩引起冲程损失系数；Bl泵内液体的体积系数；B泵的充斥系数；qeak检泵初期的J漏失量，m3d;1）理论排量计算(23)Q1=440fpSN式中：Qt泵肚1理论产量，m3d;2)冲程损失系数SJS的计算根据静载荷和惯性载荷对光杆冲程的影响计算9当油管未锚定期；-=(1-(4l+4l
15、+4)(24)S2Efnfr2fr3ft，当油管锚定期：*=(1+%齐(25)式中：u=La曲柄角速度，rad/s；=11N/30;a声波在抽油杆柱中的传播速度，5100ms;Wl,考虑沉没度影响后的液柱载荷为上下冲程中静载荷之差，N;W；=(Pz-PGfp=PIXLfgfP(26)Pz泵排出口压力，Pa；Pin泵内压力，Pa；当液体粘度较低时，可忽视泵吸入口压力，故思Pn;PN泵的沉没压力，Pa；fp、fr、ft一一活塞、抽油杆及油管金属截面积，m2；1.抽油杆柱总长度，m；液体密度，kgm3;E钢的弹性模数，2.0610,Pa;1.f-动液面深度，m；1.、L2、L3每级抽油杆的I长度，m
16、；frHfr2、fr3每级抽油杆B截面积，m23)泵内液体的体积系数BlBl=Bo(DBw+fwBO(I-/J+fw(27)式中：B、B”,泵内油和水B体积系数4)漏失量的计算检泵初期时漏失量为DeyPqleak=2m(-DeVp)(28)6wI式中：qeak检泵初期日勺漏失量，m3d;D泵径，m；液体动力粘度；Pa-s；1 柱塞长度，m；P柱塞两端的液柱压差，APPzPn，Pa；g重力加速度，ms2e径向间隙，m；Vp柱塞平均速度，Vp=*,m/s;S冲程，m；N冲次，rpm；1 .9举升效率计算光杆功率：P光=叱SN/60(29)水力功率：P水力=Q实际(Pz-Pn)/86.4(30)井下
17、效率：n井卜=P水力/P光(31)地面效率：Tl地=P光/P电机(32)(33)系统效率：n总=n地Xn井下(34)确定抽油机，抽油泵，油管，抽油杆及工作参数规定:写出计算环节及成果（不容许计算机打印汇报，一律手写）。包括油层和流体B基础数据；机、杆、泵型号及以参数；计算出B压力、产量、载荷、应力、扭矩、功率及举升效率等指标。规定统一用A4纸左装订，有封面，写上课程名称、姓名、班级、学号、完毕日期。采油工程课程设计计算环节及规定本次采油工程设计最终得分由两部分构成：设计计算环节和设计计算成果。设计计算环节占60%,设计计算成果占40%o1.设计计算环节：（I）根据测试点数据计算并画出IPR曲线
18、；（20分）1）采油指数计算；2）计算某一产量对应的井底流压，画出IPR曲线；3）运用IPR曲线，由给定日勺配产量计算对应的井底流压。（2）沉没度及沉没压力计算（20分）设计内容包括原油物性参数、下泵深度、沉没压力、沉没度。（3）悬点载荷及抽油杆柱设计计算（20分）重要包括悬点最大、最小载荷计算、杆应力范围比等计算，。（4）抽油机校核计算（10分）重要包括最大扭矩计算、需要电机功率计算。（5）泵效计算（15分）重要包括泵理论排量、冲程损失系数、泵充斥系数、漏失量及实际泵产量和泵效计算。（6）举升效率计算（15分）重要包括液柱载荷、光杆功率、水力功率、地面效率、井下效率及系统总效率的计算。2 .设计计算总成果规定列出设计成果表。基础数据设升成第班级配产量班级内序号采油指数井深井底流压含水率下泵深度套压悬点最大载荷油压悬点最小载荷生产气油比液柱载荷抽油机型号泵效泵径最大扭矩冲程光杆功率冲次系统效率
