采油工程课程设计指导书及答案要求Word格式文档下载.docx
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抽油井井底流压为向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力（或吸入口压力）,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至,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。
（1）设计内容
对刚转为有杆泵抽油的井和少量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、泵深及相应的杆径、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）设计方法这里介绍给定配产时有杆抽油系统的设计方法。
首先需要获得油层的IPR曲线。
若没有井底流压的测试值，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，它反映了油藏向该井供油的能力，从单井来讲，IPR曲线表示了油层工作特性。
因而，他既是确定油井合理工作方式的依据，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方法。
Petrobras方法计算综合IPR曲线的实质是按含水率取纯油IPR曲线和水IPR曲线的加权平均值。
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
已知一个测试点；
、和饱和压力及油藏压力。
1如果则
（1）
2如果
采液指数
（2）
式中，
—对应流压时总产液量；
—含水率，小数；
—油IPR曲线的最大产油量；
—原油饱和压力pb下的产液量。
（2）某一产量下的流压
（3）
（4）
①若则
（5）
2若则按流压加权平均进行推导得；
（6）
③若，则综合IPR曲线的斜率可近似常数。
（7）
1．3计算动液面和井底流压
（1）按流压加底流压权，由测试得到的由式得出井底流压。
（2）流动压力可近似表示为：
L=，；
由于产生重力分异，给定的油相对密度、套压、井底流压
1．4沉没度计算
假设沉没度为hs=X,（200<
X<
400），
则由上式求得动液面高度和下泵深度
沉没度：
泵下入动液面以下的深度；
沉没度＝泵挂深度—动液面深度
2.4计算沉没压力，得出充满程度与沉没度的关系曲线。
利用充满系数和沉没压力的关系式确定沉没度
（8）
其中：
T：
井口温度
将计算出的数据入充满系数的公式中得到：
吸入口压力P=（9）
由假设沉没度计算得出充满系数下表，并作出沉没度与充满系数的关系曲线
表3沉没度与充满系数的关系
沉没度/m
充满系数
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（性质可参考采油工程p104）。
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。
加速度因子C=，C满足C
最大冲次（10）
取
1．6抽油杆柱设计
抽油杆柱设计的一般方法见《采油工程设计与原理》。
之所以设计方法较复杂，原因之一是因为杆柱的最大、最小载荷与杆长不是线性关系。
例如在考虑抽油杆弹性时的悬点载荷、在考虑杆柱摩擦时的悬点载荷公式与杆长不是线性关系。
原因之二是因为杆、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，所以这里提供一种简化杆柱设计方法。
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：
（11）
（12）
（13）
式中：
——第i级杆每M杆在空气中的质量，Kg/m
——第i级杆杆长，m；
i——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，m2；
g——重力加速度，m/s2；
（14）
（15）
式中：
令fr0=0
Pj——第j级抽油杆底部断面处压力,Pa：
（16）
Pt——井口压力，可取Pt＝106Pa。
ρ0——地面油密度，kg/m3。
fw——体积含水率，小数；
校核方法一：
利用折算应力强度条件（采油工程P104）
校核方法二：
修正Goodman应力图
应力范围比计算公式：
（17）
（18）
抽油杆柱的许用最大应力的计算公式：
——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。
——抽油杆最小应力，Pa；
——使用系数，考虑到流体腐蚀性等因素而附加的系数（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
1.00
矿化水
0.90
0.65
含硫化氢
0.70
0.50
若抽油杆的应力范围比小于[]则认为抽油杆满足强度要求，此时杆组长度可根据[]直接推导出杆柱长度的显示公式。
对于液体粘度低的油井可不考虑采用加重杆，抽油杆自下而上依次增粗，所以应先给定最小杆径（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的应力范围比（[]＝0.85）计算第一级杆长L1，若L1大于等于泵深L，则抽油杆为单级杆，杆长为L，并计算相应的应力范围比，若L1小于泵深L,则由应力范围比的计算公式及给定的应力范围比计算第二级杆长L2，若L2大于等于（L-L1）,则第二级杆长为L2，并计算相应的应力范围比，若L2小于（L-L1）,则同理进行设计。
在设计中若杆径为25mm仍不能满足强度要求，则需改变抽汲参数。
在设计中若杆径小于或等于25mm并满足强度要求，则杆柱设计结束。
此为杆柱非等强度设计方法。
若采用等强度设计方法，则需降低[]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）。
1．7抽油机校核
1）最大扭矩计算公式
（19）
——最大扭矩，N·
m。
——悬点最大载荷，N。
——悬点最小载荷，N。
S——冲程，m。
2）电动机功率计算
（20）
Nt——需要的电动机功率，W；
n——冲数，rpm；
如果计算的最大扭矩超过抽油机所配减速箱允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改变抽油参数（fp，s，N及L）重行进行设计计算。
1．8泵效计算
（1）泵效及其影响因素
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，η表示，
（21）
（2）产量计算
根据影响泵效的三方面的因素，实际产量的计算公式为
（22）
Q——实际产量，m3/d。
Qt——理论产量，m3/d。
Sp——柱塞冲程，m；
S——光杆冲程，m；
——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；
β——泵的充满系数；
qleak——检泵初期的漏失量，m3/d。
1）理论排量计算
（23）
Qt——泵的理论产量，m3/d。
2）冲程损失系数的计算
根据静载荷和惯性载荷对光杆冲程的影响计算
当油管未锚定时；
（24）
当油管锚定时：
（25）
u＝ωL/a
ω——曲柄角速度，rad/s；
ω＝πN/30；
a——声波在抽油杆柱中的传播速度，5100m/s；
——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。
（26）
PZ——泵排出口压力，Pa；
Pin——泵内压力，Pa；
当液体粘度较低时，可忽略泵吸入口压力，故Pin≈PN；
fp、fr、ft——活塞、抽油杆及油管金属截面积，m2；
L——抽油杆柱总长度，m；
ρl——液体密度，kg/m3。
E——钢的弹性模数，2.06×
1011Pa；
Lf——动液面深度，m；
L1、L2、L3——每级抽油杆的长度，m；
fr1、fr2、fr3——每级抽油杆的截面积，m2
3）泵内液体的体积系数Bl
（27）
、泵内油和水的体积系数
4）漏失量的计算
检泵初期的漏失量为
（28）
qleak——检泵初期的漏失量，m3/d。
D——泵径，m；
μ——液体动力粘度；
Pa·
s；
l——柱塞长度，m；
ΔP——柱塞两端的液柱压差，ΔP≈PZ—PN，Pa；
g——重力加速度，m/s2
e——径向间隙，m；
Vp——柱塞平均速度，,m/s。
S——冲程，m；
N——冲次，rpm；
1．9举升效率计算
光杆功率：
P光=SN/60（29）
水力功率：
P水力＝Q实际（PZ—PN）/86.4（30）
井下效率：
η井下＝P水力/P光（31）
地面效率：
η地＝P光/P电机（32）
系统效率：
η总＝η地×
η井下（33）
（34）
确定抽油机，抽油泵，油管，抽油杆及工作参数
要求：
写出计算步骤及结果（不允许计算机打印报告，一律手写）。
包括油层和流体的基础数据；
机、杆、泵型号及以参数；
计算出的压力、产量、载荷、应力、扭矩、功率及举升效率等指标。
要求统一用A4纸左装订，有封面，写上课程名称、姓名、班级、学号、完成日期。
采油工程课程设计计算步骤及要求
本次采油工程设计最后得分由两部分组成：
设计计算步骤和设计计算结果。
设计计算步骤占60%,设计计算结果占40%。
1．设计计算步骤：
（1）根据测试
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