采油工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書及答案要求

1、榆林學(xué)院采油工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書采油工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書榆林學(xué)院 抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)是將抽油井從油層到地面看作是一個(gè)完整的系統(tǒng)，通過相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，掌握抽油井系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)方法。具體講就是學(xué)習(xí)和掌握油井產(chǎn)能計(jì)算方法、抽油設(shè)備的選擇方法及抽油桿柱設(shè)計(jì)方法。抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是讓學(xué)生通過自選一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用所學(xué)過的專業(yè)知識，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，將理論知識運(yùn)用到解決實(shí)際問題中去，從而通過該專題設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，加強(qiáng)學(xué)生理論適應(yīng)運(yùn)用能力、掌握相關(guān)學(xué)科知識的綜合能力以及解決實(shí)際問題的工程應(yīng)用能力。12設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟 1、根

2、據(jù)原始生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容作ipr曲線； 2、 由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和ipr曲線計(jì)算井底流壓和動液面； 3、作充滿程度與下泵深度（沉沒度）關(guān)系曲線； 4、初選下泵深度； 5、由下泵深度和產(chǎn)液量初選抽油機(jī)和泵徑； 6、確定沖程和沖次； 7、抽油桿柱設(shè)計(jì)；8、校核； 9、計(jì)算泵效；10、確定機(jī)桿泵及其工作參數(shù)。1有桿泵抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1有桿抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 有桿抽油系統(tǒng)包括油層，井筒流體、油管、抽油桿、泵、抽油機(jī)、電動機(jī)、地面出油管線直到油氣分離器。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是選擇合理的機(jī)，桿，泵，管以及相應(yīng)的抽汲參數(shù)，目的是挖掘油井潛力，使生產(chǎn)壓力差合理，抽油設(shè)備工作安全、高效及達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。 在

3、生產(chǎn)過程中，井口回壓基本保持不變，可取為常數(shù)。它與出油管線的長度、分離器的入口壓力有關(guān)，此處取。 抽油井井底流壓為向上為多相管流,至泵下壓力降至泵的沉沒壓力(或吸入口壓力),抽油泵為增壓設(shè)備,故泵出口壓力增至,稱為泵的排出口壓力.在向上,為抽油桿油管間的環(huán)空流動.至井口,壓力降至井口回壓。(1)設(shè)計(jì)內(nèi)容對剛轉(zhuǎn)為有桿泵抽油的井和少量需調(diào)整抽油機(jī)機(jī)型的有桿抽油井可初選抽油機(jī)機(jī)型，對大部分有桿抽油油井。抽油機(jī)不變，為己知。對于某一抽油機(jī)型號，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：泵徑、沖程、沖次、泵深及相應(yīng)的桿徑、桿長，并求載荷、應(yīng)力、扭矩、功率、產(chǎn)量等技術(shù)指標(biāo)。(2)需要數(shù)據(jù) 井：井深，套管直徑，油層靜壓，油層溫度 混合物

4、：油、氣、水比重，油飽和壓力 生產(chǎn)數(shù)據(jù)：含水率，套壓，油壓，生產(chǎn)氣油比，原產(chǎn)量，原流壓（或原動液面）。(3)設(shè)計(jì)方法這里介紹給定配產(chǎn)時(shí)有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。首先需要獲得油層的ipr曲線。若沒有井底流壓的測試值，可根據(jù)測試液面和套壓計(jì)算得井底流壓，從而計(jì)算出采液指數(shù)及ipr曲線。1.2 油井流入動態(tài)計(jì)算油井流入動態(tài)是指油井產(chǎn)量與井底流動壓力的關(guān)系，它反映了油藏向該井供油的能力，從單井來講，ipr曲線表示了油層工作特性。因而，他既是確定油井合理工作方式的依據(jù)，也是分析油井動態(tài)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)油井流入動態(tài)計(jì)算采用petrobras方法。petrobras方法計(jì)算綜合ipr曲線的實(shí)質(zhì)是按含水率取純油

5、ipr曲線和水ipr曲線的加權(quán)平均值。當(dāng)已知測試點(diǎn)計(jì)算采液指數(shù)時(shí)，是按產(chǎn)量加權(quán)平均；當(dāng)預(yù)測產(chǎn)量或流壓加權(quán)平均。（1） 采液指數(shù)計(jì)算已知一個(gè)測試點(diǎn)；、和飽和壓力及油藏壓力。 如果則 （1） 如果采液指數(shù) （2） 式中， 對應(yīng)流壓時(shí)總產(chǎn)液量； 含水率，小數(shù)； 油 ipr 曲線的最大產(chǎn)油量； 原油飽和壓力pb下的產(chǎn)液量。（2） 某一產(chǎn)量 下的流壓 （3） （4）若則 （5） 若則按流壓加權(quán)平均進(jìn)行推導(dǎo)得； （6） 若，則綜合ipr曲線的斜率可近似常數(shù)。 （7）13計(jì)算動液面和井底流壓（1）按流壓加底流壓權(quán)，由測試得到的由式得出井底流壓。（2）流動壓力可近似表示為：l= ， ；由于產(chǎn)生重力分異， 給定

6、的油相對密度、套壓、井底流壓14沉沒度計(jì)算假設(shè)沉沒度為hs=x, (200x400)， 則由上式求得動液面高度和下泵深度沉沒度：泵下入動液面以下的深度；沉沒度泵掛深度動液面深度2.4計(jì)算沉沒壓力，得出充滿程度與沉沒度的關(guān)系曲線。利用充滿系數(shù)和沉沒壓力的關(guān)系式確定沉沒度 （8）其中：t：井口溫度 將計(jì)算出的數(shù)據(jù)入充滿系數(shù)的公式中得到：吸入口壓力p= （9）由假設(shè)沉沒度計(jì)算得出充滿系數(shù)下表，并作出沉沒度與充滿系數(shù)的關(guān)系曲線 表3沉沒度與充滿系數(shù)的關(guān)系沉沒度/m充滿系數(shù)1.4初選下泵深度，由初選下泵深度hp及產(chǎn)液量初選y型抽油機(jī)，進(jìn)而確定出泵徑及抽油桿組合，初選定為40碳鋼（性質(zhì)可參考采油工程p10

7、4）。1.5初步確定抽汲參數(shù)。由產(chǎn)液量，初選的抽油機(jī)沖程s，c（加速度因子）=0.225確定最大沖次。加速度因子c=，c滿足c最大沖次 （10）取16 抽油桿柱設(shè)計(jì) 抽油桿柱設(shè)計(jì)的一般方法見采油工程設(shè)計(jì)與原理。之所以設(shè)計(jì)方法較復(fù)雜，原因之一是因?yàn)闂U柱的最大、最小載荷與桿長不是線性關(guān)系。例如在考慮抽油桿彈性時(shí)的懸點(diǎn)載荷、在考慮桿柱摩擦?xí)r的懸點(diǎn)載荷公式與桿長不是線性關(guān)系。原因之二是因?yàn)闂U、管環(huán)空中的壓力分布取決于桿徑，而桿柱的設(shè)計(jì)有用到桿、管環(huán)空中的壓力分布。 由于綜合課程設(shè)計(jì)時(shí)間較少，所以這里提供一種簡化桿柱設(shè)計(jì)方法。暫將桿、管環(huán)空中的壓力分布給定（按油水兩相、不考慮摩擦?xí)r的壓力分布），桿柱的最

8、大、最小載荷公式采用與桿長成線性關(guān)系的下面公式。它是針對液體粘度較低、直井、游梁抽油機(jī)的桿柱載荷公式。 懸點(diǎn)最大、最小載荷的計(jì)算公式： （11） （12） （13） 式中：第i級桿每米桿在空氣中的質(zhì)量，kg/m 第i級桿桿長，m； i 抽油桿級數(shù)，從下向上計(jì)數(shù)； pz泵排出口壓力，pa；pn泵的沉沒壓力，pa；n沖次，rpm;s光桿沖程，m；fp活塞截面積，m2；g重力加速度，m/s2； （14） （15） 式中：令fr0=0 pj第j級抽油桿底部斷面處壓力,pa： （16） pt井口壓力，可取pt106pa; 0地面油密度，kg/m3; fw體積含水率，小數(shù)；校核方法一：利用折算應(yīng)力強(qiáng)度條件

9、（采油工程p104）校核方法二：修正goodman 應(yīng)力圖應(yīng)力范圍比計(jì)算公式： （17） （18） 抽油桿柱的許用最大應(yīng)力的計(jì)算公式：式中：抽油桿許用最大應(yīng)力，pa； t抽油桿最小抗張強(qiáng)度，對c級桿，t=6.3*108pa,對d級桿t=8.1*108pa; 抽油桿最小應(yīng)力，pa； 使用系數(shù)，考慮到流體腐蝕性等因素而附加的系數(shù)（小于或等于1.0），使用時(shí)可用下表來選值。表 抽油桿的使用系數(shù)使用介質(zhì)api d級桿api c級桿無腐蝕性1.001.00礦化水0.900.65含硫化氫0.700.50若抽油桿的應(yīng)力范圍比小于則認(rèn)為抽油桿滿足強(qiáng)度要求，此時(shí)桿組長度可根據(jù)直接推導(dǎo)出桿柱長度的顯示公式。對于液

10、體粘度低的油井可不考慮采用加重桿，抽油桿自下而上依次增粗，所以應(yīng)先給定最小桿徑（19mm）然后自下而上依次設(shè)計(jì)。有應(yīng)力范圍比的計(jì)算公式即給定的應(yīng)力范圍比（0.85）計(jì)算第一級桿長l1，若l1大于等于泵深l，則抽油桿為單級桿，桿長為l，并計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力范圍比，若l1小于泵深l,則由應(yīng)力范圍比的計(jì)算公式及給定的應(yīng)力范圍比計(jì)算第二級桿長l2，若l2大于等于（l-l1）,則第二級桿長為l2，并計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力范圍比，若l2小于（l-l1）,則同理進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中若桿徑為25mm仍不能滿足強(qiáng)度要求，則需改變抽汲參數(shù)。在設(shè)計(jì)中若桿徑小于或等于25mm并滿足強(qiáng)度要求，則桿柱設(shè)計(jì)結(jié)束。此為桿柱非等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法

11、。若采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，則需降低重新設(shè)計(jì)桿的長度。為了減小計(jì)算工作量，在本次課程設(shè)計(jì)中桿柱設(shè)計(jì)簡化處理，采用單級桿設(shè)計(jì)（19mm）。17抽油機(jī)校核1）最大扭矩計(jì)算公式 （19）式中：最大扭矩，nm;懸點(diǎn)最大載荷，n;懸點(diǎn)最小載荷，n;s沖程，m。2）電動機(jī)功率計(jì)算 （20）式中：nt需要的電動機(jī)功率，w； n沖數(shù)，rpm； 如果計(jì)算的最大扭矩超過抽油機(jī)所配減速箱允許的最大扭矩或計(jì)算電動機(jī)功率超過電動機(jī)額定功率則需改變抽油參數(shù)（fp，s，n及l(fā)）重行進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。18泵效計(jì)算 （1）泵效及其影響因素在抽油井生產(chǎn)過程中，實(shí)際產(chǎn)量q一般都比理論產(chǎn)量qt要低，兩者的比值叫泵效，表示， （21）（2）產(chǎn)

12、量計(jì)算 根據(jù)影響泵效的三方面的因素，實(shí)際產(chǎn)量的計(jì)算公式為 （22）式中：q實(shí)際產(chǎn)量，m3/d; qt理論產(chǎn)量，m3/d; sp柱塞沖程，m； s光桿沖程，m； 抽油桿柱和油管柱彈性伸縮引起沖程損失系數(shù)； bl泵內(nèi)液體的體積系數(shù)； 泵的充滿系數(shù)； qleak檢泵初期的漏失量，m3/d;1） 理論排量計(jì)算 （23）式中：qt泵的理論產(chǎn)量，m3/d;2） 沖程損失系數(shù)的計(jì)算根據(jù)靜載荷和慣性載荷對光桿沖程的影響計(jì)算當(dāng)油管未錨定時(shí)； （24）當(dāng)油管錨定時(shí)： （25）式中：ul/a 曲柄角速度，rad/s；n/30； a聲波在抽油桿柱中的傳播速度，5100m/s； 考慮沉沒度影響后的液柱載荷為上下沖程中靜

13、載荷之差，n; （26）pz泵排出口壓力，pa；pin泵內(nèi)壓力，pa；當(dāng)液體粘度較低時(shí)，可忽略泵吸入口壓力，故pinpn；pn泵的沉沒壓力，pa； fp、fr、ft活塞、抽油桿及油管金屬截面積，m2； l抽油桿柱總長度，m； l液體密度，kg/m3; e鋼的彈性模數(shù)，2.061011pa； lf動液面深度，m； l1、l2、l3每級抽油桿的長度，m； fr1、fr2 、fr3每級抽油桿的截面積，m2 3）泵內(nèi)液體的體積系數(shù)bl （27） 式中：、泵內(nèi)油和水的體積系數(shù) 4）漏失量的計(jì)算 檢泵初期的漏失量為 （28） 式中：qleak檢泵初期的漏失量，m3/d; d泵徑，m； 液體動力粘度；pas

14、；l柱塞長度，m；p柱塞兩端的液柱壓差，ppzpn，pa； g重力加速度，m/s2e徑向間隙，m；vp柱塞平均速度，, m/s;s沖程，m；n沖次，rpm；19舉升效率計(jì)算 光桿功率：p光= sn/60 （29）水力功率：p水力q實(shí)際（pzpn）/86.4 （30） 井下效率：井下p水力/ p光 （31） 地面效率：地p光/ p電機(jī) （32） 系統(tǒng)效率：總地井下 （33） （34）確定抽油機(jī)，抽油泵，油管，抽油桿及工作參數(shù)要求：寫出計(jì)算步驟及結(jié)果（不允許計(jì)算機(jī)打印報(bào)告，一律手寫）。包括油層和流體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；機(jī)、桿、泵型號及以參數(shù)；計(jì)算出的壓力、產(chǎn)量、載荷、應(yīng)力、扭矩、功率及舉升效率等指標(biāo)。要求

15、統(tǒng)一用a4紙左裝訂，有封面，寫上課程名稱、姓名、班級、學(xué)號、完成日期。采油工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算步驟及要求 本次采油工程設(shè)計(jì)最后得分由兩部分組成：設(shè)計(jì)計(jì)算步驟和設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果。設(shè)計(jì)計(jì)算步驟占60%,設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果占40%。1設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：（1）根據(jù)測試點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算并畫出ipr曲線；（20分）1） 采油指數(shù)計(jì)算；2） 計(jì)算某一產(chǎn)量對應(yīng)的井底流壓，畫出ipr曲線；3） 利用ipr曲線，由給定的配產(chǎn)量計(jì)算對應(yīng)的井底流壓。（2）沉沒度及沉沒壓力計(jì)算 （20分） 設(shè)計(jì)內(nèi)容包括原油物性參數(shù)、下泵深度、沉沒壓力、沉沒度。（3）懸點(diǎn)載荷及抽油桿柱設(shè)計(jì)計(jì)算 （20分） 主要包括懸點(diǎn)最大、最小載荷計(jì)算、桿應(yīng)力范圍比等計(jì)算，。（4）抽油機(jī)