抽油桿課程設(shè)計(jì)--抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　2014年 07月 18 日</p><p>　課 程石油工程課程設(shè)計(jì)</p><p>　題 目抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　院 系石油工程學(xué)院</p><p>　專業(yè)班級(jí)石油工程</p><p><b&

2、gt;　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　課程 石油工程課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目 抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等</p><p><b>　　設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：</b>

3、;</p><p>　　根據(jù)已有的基礎(chǔ)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)。</p><p>　　① 計(jì)算出油井溫度分布； ② 通過(guò)回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達(dá)式；</p><p>　?、?確定井底流壓； ④ 確定出油井的合理下泵深度；</p><p>

4、;　?、?確定合適的沖程、沖次； ⑥ 選擇合適的抽油泵；</p><p>　　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；</p><p>　?、?選出合適的抽油機(jī)； ⑩ 編制實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容的計(jì)算機(jī)程序程序。</p><p>　　2. 設(shè)計(jì)基本要求：</p><p>　　要求學(xué)生選擇一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立

5、地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，最終以設(shè)計(jì)報(bào)告的形式完成本專題設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)報(bào)告的具體內(nèi)容如下：</p><p>　　① 概述； ② 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)； ③ 基本理論； 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(yǔ)； ⑦ 參考文獻(xiàn)。</p><p>　　設(shè)計(jì)報(bào)告采用統(tǒng)一格式打印，要求圖表清晰、語(yǔ)言流暢、書寫規(guī)范，論據(jù)充分、說(shuō)服力強(qiáng)，達(dá)到工程設(shè)計(jì)的基本要求。</p>

6、<p>　　3. 主要參考資料：</p><p>　　陳濤平等， 石油工程（第二版），石油工業(yè)出版社，2011</p><p>　　蔣加伏，張林峰主編 Visual basic程序設(shè)計(jì)教程，北京郵電大學(xué)出版社，2009</p><p>　　完成期限 2014.06.30~ 2014.07.18 </p><p><b

7、>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的目的意義1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1</p><p>　　第2章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2</p><p>　　2.1 抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)2</p

8、><p>　　2.2 原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù)2</p><p>　　2.3 抽油桿基本參數(shù)3</p><p>　　2.4抽油機(jī)基本參數(shù)3</p><p>　　第3章 基礎(chǔ)理論6</p><p>　　3.1井溫分布計(jì)算6</p><p>　　3.2原油粘溫關(guān)系7</p><

9、;p><b>　　3.3井底流壓7</b></p><p>　　3.4 泵吸入口壓力8</p><p>　　3.5 下泵深度9</p><p>　　3.6 確定沖程和沖次9</p><p>　　3.7 確定泵徑9</p><p>　　3.8 懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核方法11&

10、lt;/p><p>　　3.9 確定抽油桿直徑及組合12</p><p>　　3.10計(jì)算與校核載荷13</p><p>　　3.11計(jì)算與校核扭矩13</p><p>　　3.12計(jì)算需要的電機(jī)功率14</p><p>　　第4章 設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序15</p><p>　　4.1 設(shè)

11、計(jì)框圖15</p><p>　　4.2 計(jì)算機(jī)程序15</p><p>　　第5章 設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析18</p><p>　　5.1 井溫分布18</p><p>　　5.2 原油粘溫關(guān)系18</p><p>　　5.3 井底流壓19</p><p>　　5.4泵吸入口壓力20&

12、lt;/p><p>　　5.5 下泵深度20</p><p>　　5.6 沖程和沖次20</p><p>　　5.7 選擇抽油泵21</p><p>　　5.8 抽油桿直徑及組合21</p><p>　　5.9 懸點(diǎn)最大和最小載荷；21</p><p>　　5.10 計(jì)算并校核減速箱扭矩

13、21</p><p>　　5.11 計(jì)算電機(jī)功率并選擇電機(jī)22</p><p>　　5.12 選擇出合適的抽油機(jī)22</p><p>　　5.13 程序運(yùn)行界面22</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b>&l

14、t;/p><p><b>　　附錄1:25</b></p><p><b>　　附錄227</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的目的意義</p><p>　　通過(guò)自選一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用所學(xué)過(guò)的專業(yè)知

15、識(shí)，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立地完成并提交整個(gè)抽油井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，從而掌握抽油井系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì)方法，將理論知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問(wèn)題中去，從而通過(guò)該專題設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，加強(qiáng)學(xué)生理論知識(shí)的運(yùn)用能力，掌握相關(guān)學(xué)科知識(shí)的綜合能力，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用技能，以及解決實(shí)際問(wèn)題的工程應(yīng)用能力</p><p>　　鞏固已學(xué)的專業(yè)知識(shí)、程序設(shè)計(jì)知識(shí)；</p><p>　　掌握一種工程設(shè)計(jì)方法,即抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)方

16、法；</p><p>　　提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力：基本理論（數(shù)學(xué)模型）→程序代碼； </p><p>　　為今年畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備：專業(yè)課、畢業(yè)設(shè)計(jì)之間的橋梁。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，通過(guò)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、

17、抽油桿、抽油機(jī)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：</b></p><p>　　計(jì)算出油井溫度分布；</p><p>　　通過(guò)回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達(dá)式；</p><p><b>　　確定井底流壓；</b></p><p>　　確定出油井的合理下泵深度；&l

18、t;/p><p>　　確定合適的沖程、沖次；</p><p><b>　　選擇合適的抽油泵；</b></p><p>　　確定抽油桿直徑及組合；</p><p>　　計(jì)算出懸點(diǎn)的最大、最小載荷；</p><p><b>　　選出合適的抽油機(jī)；</b></p><

19、;p>　　編制實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容的計(jì)算機(jī)程序程序。</p><p><b>　　第2章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　抽油井系統(tǒng)桿柱設(shè)計(jì)所必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要有基礎(chǔ)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

20、訂本四）查得。</p><p>　　2.1 抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)</p><p>　　基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)是進(jìn)行抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本條件,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。</p><p>　　表2-1 抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)</p><p>　　2.2 原油粘度溫度關(guān)

21、系數(shù)據(jù)</p><p>　　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(guò)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。</p><p>　　現(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。</p>

22、<p>　　表2-2 原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)</p><p>　　2.3 抽油桿基本參數(shù)</p><p>　　表2-3 抽油桿基本參數(shù)</p><p>　　2.4抽油機(jī)基本參數(shù)</p><p>　　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：</p

23、><p>　　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。</p><p>　　表 2-4 抽油機(jī)參數(shù)</p><p>　　另外，由抽油機(jī)型號(hào)CYJ10-3-48HB，根據(jù)型號(hào)意義可直接得出：</p><p>　　許用載荷[Pmax]=100 kN；許用扭矩[Mm

24、ax]=48 kN</p><p>　　表2-5 抽油機(jī)型號(hào)及參數(shù)</p><p><b>　　第3章 基礎(chǔ)理論</b></p><p>　　抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是根據(jù)油井條件，選擇合適的抽油設(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)備的基本依據(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)

25、，應(yīng)將油層到地面看作統(tǒng)一的整體來(lái)進(jìn)行。</p><p><b>　　3.1井溫分布計(jì)算</b></p><p>　　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(lái)，通過(guò)套管、水泥環(huán)向地層傳導(dǎo)。因此，井溫總是比地溫要高。</p>&

26、lt;p>　　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。</p><p><b>　　地溫的計(jì)算公式為：</b></p><p><b>　　井筒能量方程

27、為：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　θ —— 油管中距井底L位置處原油溫度，℃；</p><p>　　K1 —— 總傳熱系數(shù)，W/(m·℃) ；</p><p>　　—— 井底原油溫度，℃；</p><p>　　m —— 地層溫度梯度

28、，℃/m；</p><p>　　—— 內(nèi)熱源，W/m 。</p><p>　　在同一口井中，地溫梯度m和井底溫度都是不變的，傳熱系數(shù)K1則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)K1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K1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W和距井底的距離L的影響。水當(dāng)量W可如下計(jì)

29、算：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—— 地層油的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　—— 地層水的質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　—— 地層油的比熱，J/（kg·℃）；</p><p>　　—— 地層水的比熱，J/（kg·℃）

30、；</p><p>　　將已知數(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。</p><p>　　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。</p><p><b>　　3.2原油粘溫關(guān)系</b></p><

31、p>　　將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)原油粘溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)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)：</p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　——原油的動(dòng)力粘度，MPa?s；</p><p>　　——原油的溫度，℃；</p><p><b>　　——系數(shù)常數(shù)；</b>&

32、lt;/p><p><b>　　——溫度指數(shù)。</b></p><p>　　對(duì)于不同區(qū)塊原油，、的取值不同。</p><p><b>　　3.3井底流壓</b></p><p>　　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(lái)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：</p>

33、;<p>　　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。</p><p>　?。?） 對(duì)于單相滲流（Pwf>Pb），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)曲線則呈現(xiàn)線性關(guān)系，即： </p><p>　?。?） 對(duì)于兩相滲流（），流入動(dòng)態(tài)曲線則呈非線性關(guān)系，可由沃格爾方程來(lái)描述，即： </p><

34、;p>　?。?) 對(duì)于單相與兩相組合型（），則流入動(dòng)態(tài)方程為一分段函數(shù)，可由如下一組方程表達(dá)：</p><p>　　其中是通過(guò)試油來(lái)確定的：</p><p><b>　　若Pwf>Pb,則</b></p><p><b>　　若Pwf<Pb, </b></p><p>　　根據(jù)以

35、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</p><p>　　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pwf值，以便進(jìn)一步根據(jù)油井條件確定沉沒度，最終確定下泵深度。</p><p>　　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q0/q0max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(guò)低將

36、增加舉升的難度；反之，液面過(guò)高而產(chǎn)量過(guò)小，將不能充分發(fā)揮出油井產(chǎn)量的作用。</p><p>　　3.4 泵吸入口壓力</p><p>　　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)沉沒度來(lái)估算。沉沒段油、水混合液的平均密度為：</p><p><b>　　泵吸入口壓力：</b></p><p><b>

37、　　3.5 下泵深度</b></p><p>　　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(zhǎng)度，并且影響著懸點(diǎn)載荷、沖程損失以及泵效。</p><p>　　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(lái)確定，確定方法主要有三類：</p><p>　　將油、氣、水看成是三相，應(yīng)用相應(yīng)的相關(guān)式來(lái)計(jì)算； </p>

38、<p>　　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(lái)計(jì)算； </p><p>　　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。</p><p>　　3.6 確定沖程和沖次</p><p>　　沖程和沖次是確定抽油泵直徑、計(jì)算懸點(diǎn)載荷的前提，選擇原則為：</p><p>　　一般情況下應(yīng)采用大沖程較

39、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。</p><p>　　如原油比較稠，一般選用大泵徑、大沖程和低沖次的工作方式。</p><p>　　對(duì)于連抽帶噴的井，則選用高沖次快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。</p><p>　　深井抽汲時(shí)，要充分注意振動(dòng)載荷影響的S和n配合不利區(qū)。</p><p>　　

40、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)。</p><p>　　所選擇的的沖程和沖次，應(yīng)與下面的泵徑相互配合，滿足設(shè)計(jì)排量的要求。</p><p>　　對(duì)于該井，由于油比較稠，因此將沖程確定為最大值S=3m，沖次確定為最小值n=6 1/min。所選擇的的沖程和沖次，應(yīng)與下面的泵徑相互配合，滿足設(shè)計(jì)排量的要求。</p><p><b>　　3.7 確

41、定泵徑</b></p><p>　　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(lái)確定。</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Q —— 泵的實(shí)際排量，m3/d；</p><p>　　Dp—— 泵徑，m；</p><p>　　S —— 光桿沖程

42、，m；</p><p>　　n —— 沖次，1/min；</p><p>　　η —— 泵效，小數(shù)，取0.7。</p><p>　　計(jì)算得出=44.02 mm，再?gòu)某橛捅玫囊?guī)格參數(shù)表中選出最為接近計(jì)算值的泵徑。</p><p>　　表3-7 抽油泵基本參數(shù)表</p><p>　　3.8 懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核方法

43、</p><p>　　(1) 懸點(diǎn)載荷計(jì)算</p><p>　　在下泵深度及沉沒度不是很大，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?？梢院雎哉駝?dòng)、沉沒壓力、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：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　、—— 懸點(diǎn)

44、承受的最大和最小載荷，kN；</p><p>　　——上沖程中抽油桿柱所受的重力與浮力之差產(chǎn)生的載荷，kN；</p><p>　　——下沖程中液柱的重力與對(duì)抽油桿的浮力產(chǎn)生的載荷，kN；</p><p>　　、 ——上、下沖程中抽油桿產(chǎn)生的最大慣性載荷，kN；</p><p>　　、 ——上、下沖程中的最大摩擦載荷，kN。</p>

45、<p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　L —— 抽油桿長(zhǎng)度，m；</p><p>　　ρS —— 抽油桿材料的密度，kg/m3；</p><p>　　ρl —— 抽汲液的密度，kg/ m3；</p><p

46、>　　fr —— 抽油桿截面積, m2；</p><p>　　fp —— 抽油泵活塞截面積，m2；</p><p>　　fo —— 游動(dòng)凡爾孔截面積，m2；</p><p>　　r —— 抽油機(jī)曲柄回旋半徑，m；</p><p>　　l —— 抽油機(jī)連桿長(zhǎng)度，m；</p><p>　　Frl —— 抽油桿與液柱之

47、間的摩擦力，N；</p><p>　　μ —— 凡爾流量流數(shù)。</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　μ —— 井內(nèi)液體的動(dòng)力粘度，Pa·s；</p><p>　　m —— 油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比，；</p><p>　　dt —— 油管內(nèi)徑，m；</p

48、><p>　　dr —— 抽油桿直徑，m；</p><p>　　Vmax —— 抽油桿柱最大下行速度，m/s；</p><p>　　Vmax可按懸點(diǎn)最大運(yùn)動(dòng)速度來(lái)計(jì)算，當(dāng)采用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型時(shí)，其值為：</p><p>　　(2) 抽油桿強(qiáng)度校核</p><p>　　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)

49、力的作用。其強(qiáng)度條件為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　σc —— 抽油桿的折算應(yīng)力；</p><p>　　[σ-1] —— 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)。</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b

50、>　　式中：</b></p><p>　　σa —— 循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅值。</p><p>　　3.9 確定抽油桿直徑及組合</p><p>　　當(dāng)下泵深度確定后，抽油桿的總長(zhǎng)度便確定下來(lái)。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：</p><p>　　假定一個(gè)

51、液柱載荷W10(初值) ；</p><p>　　以抽油泵處為起點(diǎn)。其高度為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　給定最下一級(jí)抽油桿直徑(最小直徑)；</p><p>　　設(shè)計(jì)算段長(zhǎng)度，則該計(jì)算段的起點(diǎn)高度為，末點(diǎn)高度為：</p><p>　　如果H1> H時(shí)，則令H1

52、= H，該段的長(zhǎng)度應(yīng)為：</p><p>　　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。</p><p>　　分別計(jì)算該計(jì)算段的最大載荷ΔPmax與最小載荷ΔPmin。</p><p>　　分別計(jì)算累積最大和最小載荷：</p><p>　　計(jì)算抽油桿的折算應(yīng)力σc，進(jìn)行該段抽油桿強(qiáng)度校核；</p><p>　

53、　如不滿足強(qiáng)度要求，則換次一級(jí)抽油桿直徑，返回到步驟(2)重新計(jì)算；</p><p>　　如滿足強(qiáng)度要求，則以 H1作為下一計(jì)算段的起點(diǎn)H0，進(jìn)行下一段計(jì)算；</p><p>　　當(dāng)H0 = H時(shí)則結(jié)束，否則返回到步驟(3)繼續(xù)計(jì)算，直到H0 = H為止；</p><p>　　校核液柱載荷。如果計(jì)算值與假設(shè)值的誤差達(dá)到精度要求，則計(jì)算結(jié)束,如果未達(dá)到精度要求，則以計(jì)

54、算值作為新的假設(shè)值，重新計(jì)算。</p><p>　　3.10計(jì)算與校核載荷</p><p>　　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 [Pmax] 比較，看是否滿足載荷要求。</p><p>　　3.11計(jì)算與校核扭矩</p><p>　　曲柄軸處的最大扭矩可采用如下公式計(jì)算：<

55、/p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Mmax —— 曲柄軸最大扭矩，kN·m；</p><p>　　S —— 光桿沖程，m；</p><p>　　Pmax —— 懸點(diǎn)最大載荷，N；</p><p>　　Pmin —— 懸點(diǎn)最小載荷，N。</p><

56、;p>　　三個(gè)公式分別計(jì)算出最大扭矩，取三個(gè)值中的最大值，若最大扭矩小于所選抽油機(jī)的許用扭矩則滿足校核要求。</p><p>　　3.12計(jì)算需要的電機(jī)功率</p><p>　　電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率可如下計(jì)算：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Nmax ——電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率，

57、kW；</p><p>　　Mmax —— 曲柄軸最大扭矩，kN·m；</p><p>　　S —— 光桿沖程，m；——沖次，1/min：——傳動(dòng)效率，取0.9。</p><p>　　第4章 設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序</p><p>　　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

58、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。</p><p>　　進(jìn)行有桿泵采油井的系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是：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(zhǎng)的免修期，以及有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　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(lái)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，其步驟

59、如下：</p><p>　?。?）根據(jù)油井產(chǎn)能跟設(shè)計(jì)排量確定井底流壓；</p><p>　?。?）根據(jù)油井條件確定沉沒度、沉沒壓力；</p><p>　　（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；</p><p>　?。?）根據(jù)油井條件和設(shè)備性能確定沖程和沖次；</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)排量、

60、沖程和沖次，以及油井條件選擇抽油泵；</p><p>　?。?）選擇抽油桿，確定抽油桿柱的組合；</p><p>　?。?）選擇抽油機(jī)、減速箱、電動(dòng)機(jī)及其他輔助設(shè)備。</p><p><b>　　4.1 設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　抽油機(jī)井系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　抽油機(jī)井系統(tǒng)設(shè)

61、計(jì)的框圖如圖4-1。</p><p><b>　　抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖如圖4-2。</p><p><b>　　4.2 計(jì)算機(jī)程序</b></p><p><b>　　計(jì)算機(jī)程序見附錄2</b></p><p>

62、　　圖 4-1 抽油機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　圖4-2 抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　第5章 設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析</p><p><b>　　5.1 井溫分布</b></p><p>　　該井的井溫度分布如圖5-1所示。由圖可知：對(duì)于1845m井深，井底溫度為91.8℃時(shí)，井口溫度為44.67℃。而按地

63、溫計(jì)算，井口溫度則為31.09℃。井口處的井溫大于地溫13.58℃，因此地溫代替井溫，將會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的誤差。如圖所示，也可見兩條曲線相距一定距離，故地溫與井溫有硬頂差距。</p><p>　　圖5-1 井溫曲線</p><p>　　5.2 原油粘溫關(guān)系</p><p><b>　　原油粘溫關(guān)系附合：</b></p>&l

64、t;p>　　經(jīng)確定，=12.845,=5.1804。</p><p>　　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(lái)越大。</p><p>　　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

65、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。</p><p>　　圖5-2 原油粘溫關(guān)系</p><p><b>　　5.3 井底流壓</b></p><p><b>　　根據(jù)已知數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　地層壓力=11.09 (MPa) > 飽和壓力pb=9.63 (MP

66、a) > 試井流壓pwftest=5.88(MPa)</p><p>　　試井產(chǎn)液=23.1(m3/d)</p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代人采油指數(shù)公式得：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　= 4.82 (m3/(d·MPa))</p><p>　　=4

67、.82×(11.09-9.63)=7.04 m3/d</p><p>　　==25.79 m3/d</p><p><b>　　設(shè)計(jì)排量qo>qb</b></p><p><b>　　由：</b></p><p>　　可得：pwf = 4.97(MPa)</p><

68、;p>　　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3-1所示</p><p>　　圖5-3 IPR曲線</p><p><b>　　5.4泵吸入口壓力</b></p><p>　　代入已知數(shù)據(jù)，得=945.47 m3/d。</p><p>　　再根據(jù)沉沒度hs =213.

69、95 m，可求得泵吸入口壓力 =1.982 MPa。</p><p><b>　　5.5 下泵深度</b></p><p>　　這里采用單相估算法。 </p><p>　　自油層中部到泵吸入口之間的壓差為2.988 MPa，根據(jù)靜液柱估算,該壓差對(duì)應(yīng)的高度為322.48 m。因此，下泵深度則為：</p><p><

70、;b>　　m</b></p><p><b>　　5.6 沖程和沖次</b></p><p>　　因?yàn)樗O(shè)計(jì)的抽油井系統(tǒng)為稠油井，因此需要選擇大沖程、低沖次的抽油機(jī)</p><p>　　型作為程序設(shè)計(jì)所用來(lái)確定抽油泵徑。因此經(jīng)確定：</p><p><b>　　S=3 m</b>&

71、lt;/p><p><b>　　n=6 1/min</b></p><p><b>　　5.7 選擇抽油泵</b></p><p>　　由油井條件試選擇泵徑為44 mm的桿式抽油泵。</p><p>　　泵型取決于油井條件，在1000 m以內(nèi)的油井，含砂量小于0.2%，油井結(jié)蠟較嚴(yán)重或油較稠，應(yīng)采用管式

72、泵；產(chǎn)量較小的中深或深井，可采用桿式泵。本次設(shè)計(jì)中選用的是管式泵。</p><p>　　5.8 抽油桿直徑及組合</p><p>　　由cy0070井號(hào)運(yùn)行程序可確定的抽油桿直徑及組合如下表</p><p>　　5.9 懸點(diǎn)最大和最小載荷；</p><p>　　計(jì)算的懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷分別為：</p><p>　　

73、=121.33 kN = 49.63kN</p><p>　　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(guò)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。</p><p>　　5.10 計(jì)算并校核減速箱扭矩</p><p>

74、　　曲柄軸處的最大扭矩可采用如下任一公式計(jì)算：</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；；</b></p><p>　　用第一個(gè)公式計(jì)算得：Mmax = 33.67 kN·m</p><p>　　1.2×Mmax =40.40 kN·m&l

75、t;/p><p>　　由于該抽油機(jī)的許用扭矩為[Mmax]=48 kN·m ，故[Mmax]＞1.2×Mmax，因此滿足扭矩要求。</p><p>　　隨著井溫的增大，最大載荷減小，最小載荷增加 ，扭矩增加。</p><p>　　5.11 計(jì)算電機(jī)功率并選擇電機(jī)</p><p>　　電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率可如下計(jì)算：</

76、p><p>　　由程序計(jì)算得電機(jī)最大功率為Nmax = 23.51 kW </p><p>　　實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)選擇功率稍大于計(jì)算值的電機(jī)。</p><p>　　5.12 選擇出合適的抽油機(jī)</p><p>　　由計(jì)算出的最大扭矩以及最大載荷查抽油機(jī)基本參數(shù)表，選擇寶雞10-3-48HB型抽油機(jī)較為合適。</p><p>　　

77、5.13 程序運(yùn)行界面</p><p>　　課程設(shè)計(jì)程序運(yùn)行界面：見附錄1. </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　此次抽油機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)共歷時(shí)三周，在第一周我主要進(jìn)行的工作是強(qiáng)化設(shè)計(jì)所必須的理論基礎(chǔ)知識(shí)，明確了設(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)的計(jì)算，對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用excel進(jìn)行圖表的繪制。計(jì)算的過(guò)程并

78、不復(fù)雜，在自身所學(xué)的知識(shí)的基礎(chǔ)之上合理的運(yùn)用公式，在用excel進(jìn)行制圖時(shí)也運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)：通過(guò)第一周的基礎(chǔ)計(jì)算，對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)有了大致的了解，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(zhǎng)的免修期，并且具有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。第二周在時(shí)間較為倉(cāng)促的情形下，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(guò)程中可能遇到的困難及避免

79、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。在最后一步將設(shè)計(jì)以程序的方式呈現(xiàn)，我選用了VB程序語(yǔ)言編相關(guān)的程序。但是做這個(gè)的時(shí)候，距離VB基礎(chǔ)知識(shí)課結(jié)業(yè)已經(jīng)有一定的時(shí)間，運(yùn)用到VB編程的時(shí)候還是有一點(diǎn)生疏，在此期間又惡補(bǔ)了VB知識(shí)，在自身?xiàng)l件的允許下，設(shè)計(jì)出了VB程序。在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候，也遇到過(guò)瓶頸，在和同學(xué)討論之后加上老師的指點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了整個(gè)的程</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</

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