東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)課程石油工程課程設(shè)計(jì)題目抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)院系石油工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)石油工程學(xué)生姓名XX學(xué)生學(xué)號(hào)13XXXXX指導(dǎo)教師XXXXXX2021年6月20日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程石油工程課程設(shè)計(jì)題目抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)石油工程姓名XX學(xué)號(hào)13XXXXXXXXXX主要內(nèi)容、根本要求、主要參考資料等設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：根據(jù)已有的根底數(shù)據(jù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，完成抽油井系統(tǒng)從油層到地面的所有相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，最終選出抽油泵、抽油桿、抽油機(jī)。①計(jì)算出油井溫度分布；②通過回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達(dá)式；

③確定井底流壓；④確定出油井的合理下泵深度；

⑤確定適宜的沖程、沖次；⑥選擇適宜的抽油泵；

⑦確定抽油桿直徑及組合；⑧計(jì)算出懸點(diǎn)的最大、最小載荷；

⑨選出適宜的抽油機(jī)；⑩編制實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容的計(jì)算機(jī)程序程序。2.設(shè)計(jì)根本要求：要求學(xué)生選擇一組根底數(shù)據(jù)，在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，最終以設(shè)計(jì)報(bào)告的形式完本錢專題設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)報(bào)告的具體內(nèi)容如下：①概述；②根底數(shù)據(jù)；③根本理論；④設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序；⑤設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析；⑥結(jié)束語；⑦參考文獻(xiàn)。設(shè)計(jì)報(bào)告采用統(tǒng)一格式打印，要求圖表清晰、語言流暢、書寫標(biāo)準(zhǔn)，論據(jù)充分、說服力強(qiáng)，到達(dá)工程設(shè)計(jì)的根本要求。3.主要參考資料：李子豐著．油氣井桿管柱力學(xué)．北京：石油工業(yè)出版社，1996葛家理主編．油氣層滲流力學(xué)．北京：石油工業(yè)出版社，1982陳濤平等．石油工程.石油工業(yè)出版社，2000完成期限2021.6.20~2021.7.08指導(dǎo)教師XXXXX專業(yè)負(fù)責(zé)人XXX2021年6月20日

目錄22856第1章概述 1224411.1設(shè)計(jì)的目的意義 1286331.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 23648第2章根底數(shù)據(jù) 3233852.1抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)根本數(shù)據(jù) 391062.2原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù) 37842.3抽油桿根本參數(shù) 4102462.4抽油機(jī)根本參數(shù) 427394第3章根底理論 7225043.1井溫分布計(jì)算 7197953.2原油粘溫關(guān)系 8244923.3井底流壓 871753.4泵吸入口壓力 9274463.5下泵深度 1055243.6確定沖程和沖次 1083593.7確定泵徑 10110333.8懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核方法 11271883.9確定抽油桿直徑及組合 13115783.10計(jì)算與校核載荷 14205003.11計(jì)算與校核扭矩 1474083.12計(jì)算需要的電機(jī)功率 1527278第4章設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序 16101934.1設(shè)計(jì)框圖 16301124.2計(jì)算機(jī)程序 1621402第5章設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析 1968875.1井溫分布 19151045.2原油粘溫關(guān)系 19275585.3井底流壓 2136035.4泵吸入口壓力 22232275.5下泵深度 22231925.6沖程和沖次 2315575.7選擇抽油泵 23204325.8抽油桿直徑及組合 23260415.9懸點(diǎn)最大和最小載荷 239285.10計(jì)算并校核減速箱扭矩 2482415.11計(jì)算電機(jī)功率并選擇電機(jī) 24266545.12選擇出適宜的抽油機(jī) 24302495.13程序運(yùn)行界面 247815結(jié)束語 2525119參考文獻(xiàn) 261200附錄1 2710913附錄2 27第1章概述1.1設(shè)計(jì)的目的意義在油田開發(fā)中，采油方法可分為自噴采油和人工舉升采油。當(dāng)?shù)貙訅毫^高時(shí)可采用自噴采油，但隨著壓力的衰減油井產(chǎn)量迅速下降，此時(shí)就需要進(jìn)行人工舉升的方法進(jìn)行機(jī)械采油，機(jī)械采油就要利用各種抽油機(jī)進(jìn)行工作。抽油機(jī)按是否有梁，可將其分為游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)。游梁式抽油機(jī)按結(jié)構(gòu)不同可將其分為常規(guī)型和前置型兩類。常規(guī)型抽油機(jī)是目前礦場(chǎng)上使用最為普遍的抽油機(jī)，其特點(diǎn)是：支架在驢頭和曲柄之間，上下沖程時(shí)間相等。游梁式抽油機(jī)抽油系統(tǒng)由抽油泵、抽油桿和抽油機(jī)〔以下簡稱“三抽〞〕設(shè)備組成?！叭楱曉O(shè)備相互協(xié)助完成將地下原油抽提至地面的整個(gè)過程。因此“三抽〞設(shè)備的各自設(shè)備對(duì)整個(gè)系統(tǒng)都至關(guān)重要，任一設(shè)備出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)受到影響。各自的抽油設(shè)備都有具體的型號(hào)，以適用不同的使用環(huán)境。由于地下環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，這就要求抽油系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備要針對(duì)不同的地下環(huán)境制定相對(duì)應(yīng)的型號(hào)以協(xié)調(diào)工作。一旦型號(hào)選取的不合理，輕者浪費(fèi)生產(chǎn)資源，重那么發(fā)生生產(chǎn)事故延誤生產(chǎn)。油井的產(chǎn)量與地層的壓力和滲流能力有關(guān)，通常地層壓力與井底壓差越大，地層滲流能力越強(qiáng)產(chǎn)量越大，與產(chǎn)量有關(guān)的既有抽油泵的泵徑，也有地面抽油機(jī)的抽提沖程及沖次。井深越深相應(yīng)需要更多的抽油桿來連接地面與地下設(shè)備，也就相應(yīng)增加的地面抽油機(jī)的載荷，此外還要考慮地層原油在抽提過程對(duì)抽油桿的摩擦等因素。綜合以上各種情況，設(shè)計(jì)一口合理的抽油井系統(tǒng)，不僅要對(duì)設(shè)備有所了解，還要對(duì)地下條件及原油物性有所掌握。抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以“三抽〞設(shè)備作為一個(gè)整體，通過理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，進(jìn)而掌握抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。具體是根據(jù)油層參數(shù)，了解地下、井筒及地面條件，通過計(jì)算算出井底流壓，確定下泵深度，制定合理的抽油泵參數(shù)、抽油桿的配套組合及地面抽油機(jī)具體型號(hào)參數(shù)，最后利用地溫梯度和原油粘度與溫度關(guān)系，考慮不同溫度下原油對(duì)抽油桿的抽提阻力及抽油桿自重情況，對(duì)抽油桿組合方案及地面抽油機(jī)載荷進(jìn)行核算驗(yàn)證。通過該專題課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，將使學(xué)生熟悉抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，為進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，今后走向工作崗位以及從事科研工作打好堅(jiān)實(shí)的根底。1.2設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容根據(jù)已有的根底數(shù)據(jù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，通過編程，完成抽油井系統(tǒng)從油層到地面的所有相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，最終選出三抽設(shè)備——抽油泵、抽油桿、抽油機(jī)。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：計(jì)算出油井溫度分布；通過回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達(dá)式；確定井底流壓；確定出油井的合理下泵深度；確定適宜的沖程、沖次；選擇適宜的抽油泵；確定抽油桿直徑及組合；計(jì)算出懸點(diǎn)的最大、最小載荷；選出適宜的抽油機(jī)；編制實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容的計(jì)算機(jī)程序程序。第2章根底數(shù)據(jù)抽油井系統(tǒng)桿柱設(shè)計(jì)所必須的根底數(shù)據(jù)主要有根底生產(chǎn)數(shù)據(jù)、原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)、抽油機(jī)型參數(shù)、抽油桿參數(shù)、抽油泵參數(shù)。其中，抽油機(jī)型、抽油泵這三方面的參數(shù)、抽油桿參數(shù)、抽油泵參數(shù)。其中，抽油機(jī)型、抽油桿、抽油泵這三方面的參數(shù)均可由?采油技術(shù)手冊(cè)?〔修訂本四〕查得。2.1抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)根本數(shù)據(jù)根底生產(chǎn)數(shù)據(jù)是進(jìn)行抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本條件，它包括油井井身結(jié)構(gòu)、油層物性、流體〔油、氣、水〕物性、油井條件，傳熱性質(zhì)以及與油井產(chǎn)能有關(guān)的試井參數(shù)等，詳見表2-1。表2-1抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)根本數(shù)據(jù)井號(hào)cy0020油層深度1595油管內(nèi)徑88.9套管直徑190地溫梯度3.29井底溫度81.8地層壓力11.09飽和壓力10.6傳熱系數(shù)2.93試井產(chǎn)液28.1試井流壓4.88體積含水率19.5原油密度960.05地層水密度1000原油比熱2303.49地層水比熱4327.77設(shè)計(jì)漂浮度204.23設(shè)計(jì)排量27.12.2原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù)原油粘度是影響摩擦載荷的主要因素，因此原油粘度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度是影響設(shè)計(jì)結(jié)果合理性的重要參數(shù)。原油粘度隨溫度變化非常敏感，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，可以得到原油粘度隨溫度變化的關(guān)系式。這樣，不僅可以提高抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確度，而且還易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的程序化?，F(xiàn)場(chǎng)可以提供的原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)，如表2-2所示。表2-2原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)原油溫度40455055606570758085粘度19691203775520362259190142109842.3抽油桿根本參數(shù)表2-3抽油桿根本參數(shù)許用應(yīng)力(N/mm2)桿直徑(mm)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)五級(jí)90161922252910016192225291201619222529150161922252918016192225292.4抽油機(jī)根本參數(shù)抽油機(jī)參數(shù)是指常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的型號(hào)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、可以提供的沖程沖次大小。目前已有93種不同型號(hào)的常規(guī)型抽油機(jī)，其型號(hào)意義如下：不同型號(hào)抽油機(jī)的參數(shù)可見?采油技術(shù)手冊(cè)?〔修訂本四〕。這里，以寶雞產(chǎn)CYJ10-3-48HB型抽油機(jī)為例，其有關(guān)參數(shù)見表2-4。表2-4抽油機(jī)參數(shù)游梁前臂(mm)游梁后臂(mm)連桿長度(mm)曲柄半徑/沖程(mm/m)沖次(1/min)300020003330570/1.80,745/2.40,895/36.0,9.0,12.0 表2-5抽油機(jī)型號(hào)及參數(shù)序號(hào)抽油機(jī)型號(hào)生產(chǎn)廠家最大載荷(KN)最大扭矩游梁前臂(mm)游梁后臂(mm)連桿長度(mm)曲柄半徑/沖程(mm/m)沖次(1/min)55-1.8-13HF玉門5013210017802100380/0.90,500/1.20,620/1.50,740/1.806,9,12105-2.7-26HB大安5026321021002137380/1.10,500/1.50,620/1.90,740/2.30,860/2.706,9,12166-2.5-26HB江漢6026250024003200670/1.80,990/2.20,1150/2.506,9,12208-3-48B三機(jī)8048300025003200858/2.10,1013/2.50,1200/36,9,12268-3-53HB大安8053345025803160670/1.80,810/2.20,950/2.60,1090/36,9,123510-3-48HB寶雞10048300020003330570/1.80,745/2.40,895/36,9,123710-3-53HB三機(jī)10053300025003200858/2.10,1013/2.50,1200/36,9,1247Y10-3-53HB大安10053345025803380640/1.80,765/2.20,890/2.60,1015/36,9,1253Y10-3-53HB蘭通10053300022003200755/2.10,885/2.50,1045/36,9,125911-2.1-26B寶雞11026282028203026780/1.58,922/1.88,1064/2.186,8,1261Q12-3.6-53B寶雞120537925655342951074/2.85,1227/3.25,1380/3.668,1269Y12-4.8-73HB二機(jī)12073480028404200800/2.80,1060/3.80,1209/4.806,8,1078Y12-5-74HB大安120745600400046401000/3,1200/3.60,1400/4.30,1600/53,4,683Y14-4.8-73HB江漢14073480030483770990/3.60,1100/4.20,1200/4.806,8,1087Q14-5-73HQ煙采14073715031005780970/4,1060/54,5,69416-30大安16030012008002100600/2,700/2.50,800/36,9,12 第3章根底理論抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是根據(jù)油井條件，選擇適宜的抽油設(shè)備〔抽油泵、抽油桿、抽油機(jī)及減速箱和電動(dòng)機(jī)〕，油井產(chǎn)量和下泵深度是選擇抽油設(shè)備的根本依據(jù)，而油井產(chǎn)能和下泵深度決定于油井產(chǎn)能。因此要對(duì)抽油井進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，應(yīng)將油層到地面看作統(tǒng)一的整體來進(jìn)行。3.1井溫分布計(jì)算由地面到油層溫度是按地溫梯度逐漸增加的。所謂地溫梯度，即深度每增加100米地層溫度的升高值。而在井筒中，由于地層流體不斷地向上流動(dòng)，地層流體便作為熱載體將熱量不斷地?cái)y帶上來，通過套管、水泥環(huán)向地層傳導(dǎo)。因此，井溫總是比地溫要高。原油粘度對(duì)溫度的變化非常敏感，表現(xiàn)為升溫降粘特性。原油越稠，原油隨井溫變化越顯著。稀油井，原油粘度很小，摩擦載荷很小，用地溫代替井溫對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果影響不大；而稠油井，由于摩擦載荷很大，不能用地溫代替井溫，因此井溫分布計(jì)算對(duì)抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。地溫的計(jì)算公式為：〔3-1〕井筒能量方程為：〔3-2〕式中：——油管中距井底位置處原油溫度，；——總傳熱系數(shù)，；——井底原油溫度，；——地層溫度梯度，/m；——內(nèi)熱源，。在同一口井中，地溫梯度和井底溫度都是不變的，傳熱系數(shù)那么受地層物性和地層熱阻、油管環(huán)形空間介質(zhì)及其物性和油井的產(chǎn)量等多種因素的影響，而產(chǎn)量對(duì)的影響較小。故在一定的地層條件及井筒狀況下，也可近似地認(rèn)為一常數(shù)。這樣，整個(gè)井筒的溫度分布就只受與油井產(chǎn)量有關(guān)的水當(dāng)量和距井底的距離的影響。水當(dāng)量可如下計(jì)算：〔3-3〕式中：——地層油的質(zhì)量流量，；——地層水的質(zhì)量流量，；——地層油的比熱，；——地層水的比熱，。將數(shù)據(jù)代入方程，可計(jì)算出任意深度所對(duì)應(yīng)的油井溫度，由此溫度便可以計(jì)算出處于該深度處原油的粘度，從而可以進(jìn)一步計(jì)算摩擦載荷、選擇抽油設(shè)備。根據(jù)上式可以計(jì)算出任一深度處的井溫和地溫值，然后繪制出井溫地溫分布曲線。3.2原油粘溫關(guān)系將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)原油粘溫?cái)?shù)據(jù)通過回歸分析，發(fā)現(xiàn)原油粘度隨溫度的變化服從指數(shù)規(guī)律，可用下式表達(dá)：〔3-4〕式中：——原油的動(dòng)力粘度，；——原油的溫度，；——系數(shù)常數(shù)；——溫度指數(shù)。對(duì)于不同區(qū)塊原油，，的取值不同。3.3井底流壓所謂油井產(chǎn)能，是指油井的生產(chǎn)能力，常用采油指數(shù)來衡量。采油指數(shù)是指油井產(chǎn)量隨流壓的變化率，用公式表示為：〔3-5〕采油指數(shù)大小，反映了油層物性、流體參數(shù)、泄油面積以及完井條件對(duì)油井產(chǎn)量的綜合影響?！?〕對(duì)于單相滲流，由于各參數(shù)隨壓力變化很小，可忽略這種變化，流入動(dòng)態(tài)曲線那么呈現(xiàn)線性關(guān)系，即：〔3-6〕〔2〕對(duì)于兩相滲流〔〕，流入動(dòng)態(tài)曲線那么呈非線性關(guān)系，可由沃格爾方程來描述，即：〔3-7〕〔3)對(duì)于單相與兩相組合型〔〕，那么流入動(dòng)態(tài)方程為一分段函數(shù)，可由如下一組方程表達(dá)：〔3-8〕〔3-9〕〔3-10〕〔3-11〕其中是通過試油來確定的：假設(shè)，那么：〔3-12〕假設(shè)，那么：〔3-13〕根據(jù)以上相應(yīng)的產(chǎn)能計(jì)算公式，便可繪制出油井的流入動(dòng)態(tài)曲線。利用該曲線，便可確定出設(shè)計(jì)排量〔開發(fā)方案或調(diào)整方案中給出〕所對(duì)應(yīng)的井底流壓值，以便進(jìn)一步根據(jù)油井條件確定漂浮度，最終確定下泵深度。當(dāng)設(shè)計(jì)排量未知時(shí)，可根據(jù)油井條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，確定出設(shè)計(jì)排量大小。確定時(shí)，應(yīng)注意使的值具有一個(gè)合理水平。其值越大，油井產(chǎn)量就越高，但井底壓力過低將增加舉升的難度；反之，液面過高而產(chǎn)量過小，將不能充分發(fā)揮出油井產(chǎn)量的作用。3.4泵吸入口壓力泵吸入口壓力是確定下泵深度的重要參數(shù)，主要根據(jù)設(shè)計(jì)漂浮度來估算。漂浮段油、水混合液的平均密度為：〔3-14〕泵吸入口壓力：〔3-15〕3.5下泵深度下泵深度是抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù)，它決定了抽油桿的總長度，并且影響著懸點(diǎn)載荷、沖程損失以及泵效。下泵深度主要是根據(jù)井底流壓與泵吸入口壓力的差值，應(yīng)用相應(yīng)的方法來確定，確定方法主要有三類：將油、氣、水看成是三相，應(yīng)用相應(yīng)的相關(guān)式來計(jì)算；將油、水處理成液相，這樣便應(yīng)用氣、液兩相垂直管流理論來計(jì)算；是對(duì)于象稠油井氣體較少，從而可不考慮氣體，只考慮單相液體進(jìn)行估算。3.6確定沖程和沖次沖程和沖次是確定抽油泵直徑、計(jì)算懸點(diǎn)載荷的前提，選擇原那么為：一般情況下應(yīng)采用大沖程較小泵徑的工作方式。這樣，即可以減小氣體對(duì)泵效的影響，也可以降低液柱載荷，從而減小沖程損失。如原油比擬稠，一般選用大泵徑、大沖程和低沖次的工作方式。對(duì)于連抽帶噴的井，那么選用高沖次快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。深井抽汲時(shí)，要充分注意振動(dòng)載荷影響的和配合不利區(qū)。所選擇的沖程和沖次應(yīng)屬于抽油機(jī)提供的選擇范圍之內(nèi)。所選擇的沖程和沖次，應(yīng)與下面的泵徑相互配合，滿足設(shè)計(jì)排量的要求。3.7確定泵徑根據(jù)設(shè)計(jì)排量，及上一步確定的沖程、沖次，按照泵的實(shí)際排量公式來確定?！?-16〕式中：——泵的實(shí)際排量，；——泵徑，；——光桿沖程，；——沖次，；——泵效，小數(shù)，取0.7。表3-1抽油泵根本參數(shù)表根本泵徑泵的直徑柱塞長度系列(m)加長短節(jié)長度(m)聯(lián)接油管外徑(mm)柱塞沖程長度范圍(m)理論排量(m3/d)聯(lián)接抽油桿螺紋直徑(mm)公稱直徑(mm)根本直徑(mm)桿式泵3231.80.60.91.21.51.82.10.30.60.948.3,60.31.2~614~6923.8133238.160.3,73.01.2~620~11226.9684444.573.01.2~627~13826.9685150.873.01.2~635~17326.9685757.288.91.2~644~22026.9686363.588.91.2~654~25930.163管式泵3231.80.60.91.21.50.30.60.960.3,73.00.6~67~6923.8133838.160.3,73.00.6~610~11226.9884444.560.3,73.00.6~614~13826.9884445.25757.273.00.6~622~22026.9887069.988.90.6~633~32830.1636383101.60.6~693~46730.1639595114.30.6~6122~61334.925323260.3,73.00.6~67~6923.813383860.3,73.00.6~610~12826.988444473.00.6~613~12826.988565673.00.6~621~22026.988707088.90.6~633~32830.1633.8懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核方法(1)懸點(diǎn)載荷計(jì)算在下泵深度及漂浮度不是很大，井口回壓及沖次不是很高的油井內(nèi)，在計(jì)算最大和最小載荷時(shí)，通常可以忽略振動(dòng)、漂浮壓力、井口回壓、液柱慣性產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷，此時(shí)，懸點(diǎn)最大和最小載荷可表示為：〔3-17〕〔3-18〕式中：、——懸點(diǎn)承受的最大和最小載荷，；——上沖程中抽油桿柱所受的重力與浮力之差產(chǎn)生的載荷，；——下沖程中液柱的重力與對(duì)抽油桿的浮力產(chǎn)生的載荷，；、——上、下沖程中抽油桿產(chǎn)生的最大慣性載荷，；、——上、下沖程中的最大摩擦載荷，。其中：〔3-19〕〔3-20〕〔3-21〕〔3-22〕〔3-23〕〔3-24〕式中：——抽油桿長度，；——抽油桿材料的密度，；——抽汲液的密度，；——抽油桿截面積，；——抽油泵活塞截面積，；——游動(dòng)凡爾孔截面積，；——抽油機(jī)曲柄盤旋半徑，；——抽油機(jī)連桿長度，；——抽油桿與液柱之間的摩擦力，；——凡爾流量流數(shù)，。其中：〔3-25〕式中：——井內(nèi)液體的動(dòng)力粘度，；——油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比，；——油管內(nèi)徑，； ——抽油桿直徑，；——抽油桿柱最大下行速度，?？砂磻尹c(diǎn)最大運(yùn)動(dòng)速度來計(jì)算，當(dāng)采用簡諧運(yùn)動(dòng)模型時(shí)，其值為：〔3-26〕(2)抽油桿強(qiáng)度校核抽油桿柱在工作時(shí)承受著交變負(fù)荷，因此，抽油桿受到非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的作用。其強(qiáng)度條件為：〔3-27〕式中：——抽油桿的折算應(yīng)力；——非對(duì)稱循環(huán)疲勞極限應(yīng)力，與抽油桿的材質(zhì)有關(guān)。其中：〔3-28〕〔3-29〕式中：——循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅值。3.9確定抽油桿直徑及組合當(dāng)下泵深度確定后，抽油桿的總長度便確定下來。下面將進(jìn)一步確定抽油桿的直徑及組合。抽油桿的直徑及組合是抽油井系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，確定的具體步驟如下：假定一個(gè)液柱載荷(初值)；以抽油泵處為起點(diǎn)。其高度為：，給定最下一級(jí)抽油桿直徑(最小直徑)；設(shè)計(jì)算段長度，那么該計(jì)算段的起點(diǎn)高度為，末點(diǎn)高度為：〔3-30〕如果時(shí)，那么令，該段的長度應(yīng)為：〔3-31〕該計(jì)算段的平均高度為，計(jì)算該點(diǎn)的溫度和混合物的粘度。分別計(jì)算該計(jì)算段的最大載荷與最小載荷。分別計(jì)算累積最大和最小載荷：,〔3-32〕計(jì)算抽油桿的折算應(yīng)力，進(jìn)行該段抽油桿強(qiáng)度校核；如不滿足強(qiáng)度要求，那么換次一級(jí)抽油桿直徑，返回到步驟重新計(jì)算；如滿足強(qiáng)度要求，那么以作為下一計(jì)算段的起點(diǎn)，進(jìn)行下一段計(jì)算；當(dāng)時(shí)那么結(jié)束，否那么返回到步驟繼續(xù)計(jì)算，直到為止；校核液柱載荷。如果計(jì)算值與假設(shè)值的誤差到達(dá)精度要求，那么計(jì)算結(jié)束，如果未到達(dá)精度要求，那么以計(jì)算值作為新的假設(shè)值，重新計(jì)算。3.10計(jì)算與校核載荷在進(jìn)行抽油桿直徑及組合確定計(jì)算結(jié)束時(shí)，便可得到懸點(diǎn)的最大載荷和最小載荷。再和該抽油機(jī)的許用載荷比擬，看是否滿足載荷要求。3.11計(jì)算與校核扭矩曲柄軸處的最大扭矩可采用如下公式計(jì)算：〔3-33〕〔3-34〕〔3-35〕式中：——曲柄軸最大扭矩，；——光桿沖程，；——懸點(diǎn)最大載荷，；——懸點(diǎn)最小載荷，。3.12計(jì)算需要的電機(jī)功率電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率可如下計(jì)算： 〔3-36〕式中：——電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率，；——曲柄軸最大扭矩，；——光桿沖程，；——沖次，；——傳動(dòng)效率，取。第4章設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序新投產(chǎn)或轉(zhuǎn)抽的油井，需要合理的選擇抽油設(shè)備。油井投產(chǎn)后，還必須檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。當(dāng)設(shè)備的工作狀況和油層工作狀況發(fā)生變化時(shí)，還需要對(duì)原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行有桿泵采油井的系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原那么是：符合油井及油層的工作條件、充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率較高、有較長的免修期，以及有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。這些設(shè)備相互之間不是孤立的，而是作為整個(gè)有桿泵抽油系統(tǒng)相互聯(lián)系和制約的。因此，應(yīng)將有桿泵系統(tǒng)從油層到地面，作為統(tǒng)一的系統(tǒng)來進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，其步驟如下：〔1〕根據(jù)油井產(chǎn)能跟設(shè)計(jì)排量確定井底流壓；〔2〕根據(jù)油井條件確定漂浮度、漂浮壓力；〔3〕應(yīng)用多相垂直管流理論或相關(guān)式確定下泵高度和下泵深度；〔4〕根據(jù)油井條件和設(shè)備性能確定沖程和沖次；〔5〕根據(jù)設(shè)計(jì)排量、沖程和沖次，以及油井條件選擇抽油泵；〔6〕選擇抽油桿，確定抽油桿柱的組合；〔7〕選擇抽油機(jī)、減速箱、電動(dòng)機(jī)及其他輔助設(shè)備。4.1設(shè)計(jì)框圖抽油機(jī)井系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖抽油機(jī)井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框圖如圖4-1。抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖如圖4-2。4.2計(jì)算機(jī)程序計(jì)算機(jī)程序見附錄2。輸入根底數(shù)據(jù)輸入根底數(shù)據(jù)計(jì)算溫度場(chǎng)分布計(jì)算溫度場(chǎng)分布確定井底流壓確定井底流壓根據(jù)漂浮度，確定漂浮壓力根據(jù)漂浮度，確定漂浮壓力確定泵徑確定泵徑確定下泵深度初選抽油機(jī)、確定沖程沖次選擇抽油桿及組合校核抽油機(jī)校核減速箱扭矩校核電機(jī)功率校核抽油機(jī)校核減速箱扭矩校核電機(jī)功率打印結(jié)果打印結(jié)果YNYN結(jié)束結(jié)束圖4-1抽油機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖假設(shè)假設(shè)Wl0HH0=Hp,H1=0給dr()賦值Pmax=Pmax=Wl0+上沖程常量Pmin=下沖程常量給定Δ給定ΔHjj=0LL(j)=0dr=dr(j)H0+ΔH>HH0+ΔH>HΔΔH=H-H0L(L(j)=0dr=dr(j)H1H1=H0+ΔH=H0+ΔH/2jj=j+1計(jì)算計(jì)算dPmaxdPmax=dWr+dIru+dFudPmin=dWr`-dIrd-dFdPmax=Pmax+dPmaxPmin=Pmin+dPminPmax=Pmax―dPmaxPmin=Pmin―dPminLL(j)=H1―H0―ΔHNNH0=HH0=H1H1≥H計(jì)算計(jì)算WlNWl0=〔NWl0=〔Wl0+Wl〕/2NY≤Y〔Wl―Wl0〕≤ε〔Wl―Wl0〕≤εYYNYY進(jìn)行下步計(jì)算進(jìn)行下步計(jì)算圖4-2抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖第5章設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析5.1井溫分布該井的井溫度分布如圖5-1所示。由圖可知：對(duì)于1595m井深，井底溫度為81.8℃時(shí)，井口溫度為39℃。而按地溫計(jì)算，井口溫度那么為29.49℃。井口處的井溫大于地溫9.51℃，因此地溫代替井溫，將會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來很大的誤差。如下圖，也可見兩條曲線相距一定距離，故地溫與井溫有硬頂差距。圖5-1井溫曲線5.2原油粘溫關(guān)系原油粘溫關(guān)系附合：經(jīng)確定：,。原油粘溫關(guān)系曲線如圖5-2所示。由圖象可知，原油的粘度是隨溫度的升高而下降，表現(xiàn)為升溫降粘的特性，而且原油的粘度越高，其隨溫度升高而下降的幅度就越來越大。從粘溫關(guān)系曲線可以看出，井筒中任一點(diǎn)處的溫度都不相同，將使原油及混合物的粘度變化很大，從而使得各段桿柱的摩擦載荷大不相同。為了使抽油桿柱設(shè)計(jì)結(jié)果更加符合實(shí)際，應(yīng)充分考慮井液粘度的變化情況。圖5-2原油粘溫關(guān)系圖5-3原油粘溫關(guān)系處理數(shù)據(jù)圖5.3井底流壓根據(jù)數(shù)據(jù)：地層壓力飽和壓力試井流壓試井產(chǎn)液將數(shù)據(jù)代人采油指數(shù)公式得：設(shè)計(jì)排量由：可得：由上式還可以算出各產(chǎn)量下所對(duì)應(yīng)的井底流壓〔數(shù)據(jù)見運(yùn)行結(jié)果〕，從而繪制IPR曲線如圖5-4所示。表5-1井底流壓與產(chǎn)量計(jì)算表Pwf〔MPa〕109876〔m3/d)6.611.416.520.624.2Pwf〔MPa〕43210〔m3/d)30.3932.8834.6236.136.9 圖5-4IPR曲線5.4泵吸入口壓力代入數(shù)據(jù)的：。再根據(jù)漂浮度，可求得泵吸入口壓力5.5下泵深度這里采用單相估算法。自油層中部到泵吸入口之間的壓差：根據(jù)靜液柱估算，該壓差對(duì)應(yīng)的高度。因此，下泵深度那么為：。5.6沖程和沖次因?yàn)樾枰x擇大沖程、低沖次的抽油機(jī)，故抽油機(jī)的沖程，和沖次為：所以初選寶雞10-3-48HB型抽油機(jī)。5.7選擇抽油泵由因此按照油井條件試選擇泵徑為44mm的桿式抽油泵。5.8抽油桿直徑及組合由cy0020井號(hào)運(yùn)行程序可確定的抽油桿直徑及組合如下表：表5-2抽油桿組合項(xiàng)目一級(jí)桿二級(jí)桿三級(jí)桿直徑mm16.0019.0022.00長度m622.64594.4533.675.9懸點(diǎn)最大和最小載荷；計(jì)算的懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷分別為：計(jì)算懸點(diǎn)載荷時(shí)，抽油桿柱與液柱之間的摩擦發(fā)生在下沖程，其摩擦力的方向向上，是稠油井內(nèi)抽油桿柱下行遇阻的主要原因。并且在高粘度大產(chǎn)量油井內(nèi)，液體通過游動(dòng)閥產(chǎn)生的阻力往往是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因，對(duì)懸點(diǎn)載荷也會(huì)造成不可忽略的影響。5.10計(jì)算并校核減速箱扭矩曲柄軸處的最大扭矩可采用如下任一公式計(jì)算：；；用第三個(gè)公式計(jì)算得：由于該抽油機(jī)的許用扭矩為，故，因此滿足扭矩要求。隨著井溫的增大，最大載荷減小，最小載荷增加，扭矩增加。5.11計(jì)算電機(jī)功率并選擇電機(jī)電機(jī)實(shí)際的最大功率可如下計(jì)算：由程序計(jì)算得電機(jī)最大功率為實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)選擇功率稍大于計(jì)算值的電機(jī)。5.12選擇出適宜的抽油機(jī)由計(jì)算出的最大扭矩以及最大載荷查抽油機(jī)根本參數(shù)表，選擇寶雞10-3-48HB型抽油機(jī)較為適宜。5.13程序運(yùn)行界面課程設(shè)計(jì)程序運(yùn)行界面：見附錄1。結(jié)束語這次抽油機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)共歷時(shí)三周，第一周我主要進(jìn)行的工作是強(qiáng)化設(shè)計(jì)所必須的理論根底知識(shí)，知道了設(shè)計(jì)要求及目的，結(jié)合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書進(jìn)行相關(guān)的根底數(shù)據(jù)計(jì)算，和對(duì)根底數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用excel進(jìn)行圖表的繪制。計(jì)算的過程并不復(fù)雜，在自身所學(xué)的知識(shí)的根底上合理的利用公式，在用excel里面進(jìn)行制圖時(shí)也運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)的根底知識(shí)：通過第一周的根底計(jì)算，對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)有了大概的了解，要設(shè)計(jì)符合油層及油井工作條件的抽油系統(tǒng)，充分發(fā)揮油層產(chǎn)能，設(shè)備利用效率較高且有較長的免修期，并且具有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。第二周是，針對(duì)自己的數(shù)據(jù)特點(diǎn)〔如多相流，高粘中深井〕抓住主要矛盾，勾勒出了設(shè)計(jì)框圖和關(guān)鍵環(huán)節(jié)編程草稿，整體分析設(shè)計(jì)過程中可能遇到的困難及防止程序中不必要的錯(cuò)誤，以最大程度上接近最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。最后一步是將設(shè)計(jì)以程序的方式呈現(xiàn)出來，第三周，由于不熟悉編程語言，在同學(xué)及老師的建議下，選擇C語言作為編程語言。在網(wǎng)上查找相關(guān)信息，在同學(xué)，指導(dǎo)教師的幫助與指導(dǎo)下，讓我從宏觀上把握了抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原理與技巧，再通過編寫設(shè)計(jì)報(bào)告，整個(gè)課程設(shè)計(jì)的流程又走了一遍，讓我對(duì)這期間所掌握的知識(shí)有了更深刻的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)，讓我知道一個(gè)工程的完成不僅需要耐心，細(xì)心和相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，更離不開老師的悉心指導(dǎo)，在我完成設(shè)計(jì)之后，在這里特別感謝XX老師和XXX老師的悉心指導(dǎo)！參考文獻(xiàn)[1]王鴻勛，張琪．采油工藝原理[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1989．[2]王常斌，鄭俊德，陳濤平．機(jī)械采油工藝原理[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1998．[3]李子豐．油氣井桿管柱力學(xué)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1996．[4]胡常忠．稠油開采技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1998．[5]蔣漢青，趙子剛．采油工藝實(shí)踐[M]．哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1993．[6]葛家理．油氣層滲流力學(xué)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1982．[7]〔美〕K．E．布朗．升舉法采油工藝〔卷一，卷二〕[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1987．附錄1課程設(shè)計(jì)程序運(yùn)行界面附錄2課程設(shè)計(jì)〔抽油系統(tǒng)組合設(shè)計(jì)〕程序：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<math.h>#definePI3.1415926#defineg9.8floatH=1595; //H:油層深度floatDo=0.0889; //Do:油管內(nèi)徑floatDt=0.19; //Dt:套管直徑floatO=0.0329; //O:地溫梯度floatt0=81.8; //t0:井底溫度floatPh=11.09; //Ph:地層壓力floatPb=10.6; //Pb:飽和壓力floatK1=2.93; //K1:傳熱系數(shù)floatQ=28.1; //Q:試井產(chǎn)液floatPwf=4.88; //Pwf:試井流壓floatfw=0.195; //fw:體積含水率floatZo=960.05; //Zo:原油密度floatZw=1000; //Zw:水的密度floatCo=2303.49; //Co:原油比熱floatCw=4327.77; //Cw:地層水比熱floatHs=204.23; //Hs:設(shè)計(jì)漂浮度floatQs=27.1; //Qs:設(shè)計(jì)排量floats=3; //s:抽油機(jī)沖程floatn=6; //n:抽油機(jī)沖次floatAb=0.7;//Ab:抽油機(jī)泵效floata=9.99,b=4.18; //excel回歸得a,b的值floatwendu(floatL);floatniandu(floatT);floatliuya();floatpingjunmidu();floatbengya(floatZp);floatbengshen(floatPwfo,floatPs,floatZp);floatbengjing();floatchouyougan(floatLp,floatZp);floatjiaohe();main(void){floatPwfo,Ps,Zp,Lp,Dp;//設(shè)計(jì)排量下的井底流壓，泵口吸入壓力，抽汲液平均密度，泵下入深度，泵的直徑 Pwfo=liuya(); Zp=pingjunmidu();Ps=bengya(Zp);Lp=bengshen(Pwfo,Ps,Zp);Dp=bengjing();chouyougan(Lp,Zp); jiaohe();}floatwendu(floatL){ floatT,q1=0,W,fz; fz=1*Zw*fw/(1*Zw*fw+(1-fw)*Zo); W=(fz*Cw+(1-fz)*Co)*((Q*fz*Zw+(1-fz)*Q*Zo)/(24*60*60)); T=(W*O+q1)/K1*(1-exp(-K1/W*L))+t0-O*L; return(T);}floatniandu(floatT){ floatu; //原油動(dòng)力粘度 u=pow(10,a)/pow(T,b); //粘度公式 return(u);}floatliuya(){ floatqmax,Pwfo; qmax=Q/(1-0.2*Pwf/Ph-0.8*pow(Pwf/Ph,2)); printf("最大排量:%fm3/d\n",qmax); Pwfo=(-0.2/Ph+pow((pow(0.2/Ph,2)-(4*0.8)/pow(Ph,2)*(Qs/qmax-1)),0.5))/2/0.8*pow(Ph,2); printf("設(shè)計(jì)排量下的井底流壓：%fMPa\n",Pwfo); return(Pwfo);}floatpingjunmidu(){floatZp;Zp=Zo*(1-fw)+Zw*fw;return(Zp);}floatbengya(floatZp){floatPs;Ps=Zp*g*Hs/pow(10,6);printf("泵吸入口壓力:%fMPa\n",Ps); return(Ps);}floatbengshen(floatPwfo,floatPs,floatZp){floatLp;Lp=H-(Pwfo-Ps)*pow(10,6)/g/Zp;printf("下泵深度:%fm\n",Lp); return(Lp);}//確定泵徑floatbengjing(){floatDp;Dp=pow(Qs/(360*PI*s*n*Ab),0.5);printf("泵徑:%fm\n",Dp); return(Dp);}//懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核floatchouyougan(floatLp,floatZp){ inti,j; floatW1,W10,H0,H1,dH,Have,Flv,L[5],t,u,dWr,dIru,dWrd;//井內(nèi)液體的動(dòng)力粘度 floatPmax,Pmin,dPmax,dPmin,dFu,dIrd,dFd,dFrl; //Pmax,Pmin：最大最小載荷，dIru，dIrd：上下沖程中的最大慣性載荷的增量 //dFu，dFd：上下沖程中的最大摩擦載荷的增量,dFrl:抽油桿住與液柱之間的摩擦力的增量 //Wr1：上沖程中抽油桿所受的的重力所產(chǎn)生的載荷， //Wl1：下沖程中液柱的重力與對(duì)抽油桿的浮力產(chǎn)生的載荷， floatZrod=7850,r=0.895,l=3.33,uf=0.2; //Zrod:抽油桿的密度，r:曲柄半徑,l:連桿長度,uf:凡爾流動(dòng)系數(shù) floatfp=PI*0.044*0.044/4;floatfo=PI*0.02*0.02/4; //fp：抽油泵活塞橫截面積，fo:凡爾孔截面積 floatdr[5]={0.016,0.019,0.022,0.025,0.029};//dt:油管內(nèi)徑,dr:1-5級(jí)油管直徑 floatfr[5]={PI*dr[0]*dr[0]/4,PI*dr[1]*dr[1]/4,PI*dr[2]*dr[2]/4,PI*dr[3]*dr[3]/4,PI*dr[4]*dr[4]/4}; //1-5級(jí)抽油桿的橫截面積 floatVmax=0.942,m; //Vmax:抽油桿住最大下行速度 floatSigmac,Sigmaa,Sigma1[5]={90000000,100000000,120000000,150000000,180000000}; //Sigmac:抽油桿的折算應(yīng)力,Sigmaa:循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅值,抽油桿材質(zhì)循環(huán)疲勞極限應(yīng)力 //摩擦載荷之一 W10=(fp-fr[2])*g*Lp*Zp; //P297公式12-23 while(1) { W1=0; H1=0; H0=H-Lp; Pmax=W10+1717; //1717fromP3004.2 Flv=(Zp*fp*fp*fp*s*s*n*n)/(729*uf*uf*fo*fo);//P30112-43 Pmin=-1717-Flv; dH=0.01; j=0; L[j]=0; while(1) { if((H0+dH)>H) { dH=H-H0; } H1=H0+dH; Have=H0+dH/2; t=wendu(Have); u=niandu(t); dWr=Zrod*g*fr[j]*dH;//P29712-21 dIru=dWr*s*n*n*(1+r/l)/1790;//12-48 dIrd=dWr*s*n*n*(1-r/l)/1790;//12-49 dWrd=dWr-Zp*g*fr[j]*dH;////12-22 m=Do/dr[j]; dFrl=2*