采油工程設(shè)計

1、有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目錄1.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目的12.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容12.1系統(tǒng)的選取12.2設(shè)計依據(jù)的資料22.3.設(shè)計內(nèi)容23.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計原則34.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計計算方法與步驟45.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計計算55.1有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計基本資料55.2油井產(chǎn)能預(yù)測或流壓確定65.3確定下泵深度65.4初選抽汲參數(shù)75.5初選抽油桿柱86.有桿抽油裝置設(shè)計計算方法API RP 11L106.1有桿抽油裝置的設(shè)計（API方法）原理106.2當(dāng)選用S=3m ,N=8 次/min，(Dp=44.45mm)時各參數(shù)計算146.3當(dāng)選用S=2.67m ,N=9次/min，(Dp=44.45mm)時各參

2、數(shù)計算176.4當(dāng)選用S=2m ,N=12次/min，(Dp=44.45mm)時各參數(shù)計算207.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果228.設(shè)計小結(jié)、體會與建議23參考文獻24有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計1.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目的有桿泵采油是由以“三抽”設(shè)備（抽油機、抽油桿、抽油泵）為主的有桿抽油系統(tǒng)來實現(xiàn)的。即在抽油機的驅(qū)動下，通過下入井中的抽油桿帶動抽油泵柱塞上、下往復(fù)運動，將井液抽汲到地面。當(dāng)一口油井或一個開發(fā)區(qū)塊確定采用有桿泵采油后，必須正確地選擇抽油設(shè)備并確定其工作參數(shù)。選擇抽油設(shè)備必須以油井產(chǎn)量和下泵深度作為確定抽油機、桿、泵和電動機類型與大小的基本依據(jù)；確定工作參數(shù)必須在已選定設(shè)備的基礎(chǔ)上，保證設(shè)備既能滿足

3、產(chǎn)量要求，又有良好的工作效率。如果設(shè)備類型及工作參數(shù)與油層生產(chǎn)能力和油井條件不相適應(yīng)，就不能保證油井在高產(chǎn)量、高泵效下穩(wěn)定生產(chǎn)。油井投產(chǎn)后，還必須在實際生產(chǎn)中檢驗抽油設(shè)備是否按預(yù)想情況進行工作。此外，即使在短時間內(nèi)設(shè)備適合油層和油井條件，但生產(chǎn)一段時間后，由于油層供油能力變化，含水上升和設(shè)備工作性能的變化等，將會使二者不相適應(yīng)而影響油井產(chǎn)量和泵效，這就要求使用者根據(jù)油井條件的變化適當(dāng)調(diào)整抽汲參數(shù)或更換抽油設(shè)備。因此，進行有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是：（1）.為給定的某一口新油井或轉(zhuǎn)油井選定一套合理的機、桿、泵的組合，并確定其合理的工作參數(shù)的配合。（2）對正在生產(chǎn)的油井提供工作參數(shù)的調(diào)整措施。2

4、. 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容2.1系統(tǒng)的選取對某個游梁抽油系統(tǒng)而言，影響系統(tǒng)生產(chǎn)的主要因素來自： (1)油藏條件； (2)井下泵的抽汲和抽油桿的負(fù)載能力； (3)地面抽油機的負(fù)載能力。考慮系統(tǒng)的完整性以及與外部的相對獨立性，并保證所選取的系統(tǒng)能盡可能全面地反映 油井生產(chǎn)時的各種制約因素，我們選取從油藏供液到地面井口出油的生產(chǎn)過程作為研究對象，也就是說所選取的系統(tǒng)包括地面裝置，、并筒設(shè)備以及油藏。2.2設(shè)計依據(jù)的資料油桿抽油系統(tǒng)設(shè)計所需的資料包括以下幾個方面：1.油井靜態(tài)資料地層壓力 pr =18MPa ；飽和壓力 pb =9MPa ；油井含水率 fw =0.6，小數(shù) ；油層中部深度 Hm =186

5、0 m ；油管尺寸及長度 Dti=62 mm ；可供選用的抽油桿尺寸及長度 25mm桿368m，22mm桿360m，19mm桿272m ；可供選用的抽油機類型 CYJ10-2.7-48B, CYJ8-3-48B型；可供選用的抽油泵泵徑 Dp =38.1、44.5、57.15 mm ；可供選用的電機類型 Y225M-8；抽汲液體中水的密度 w =1.02 kg/m3；原油密度 °=0.85 kg/m3 ；桿柱使用系數(shù) SF =0.9 ，小數(shù)。2.油井動態(tài)資料試井產(chǎn)量 Qt =36 m3/d ；對應(yīng)的試井井底壓力 pwft =9MPa ；井口套管生產(chǎn)壓力 pc=0.1MPa ；采液指數(shù)

6、J =4 m3/dMPa3.開發(fā)方案對流壓和地層壓力的要求或配產(chǎn)設(shè)計時需根據(jù)油藏工程研究，了解開發(fā)方案對油井投產(chǎn)或轉(zhuǎn)抽后的流壓Pwf和地層壓力Pr的要求，或者是開發(fā)方案對油井配產(chǎn)的要求。2.3.設(shè)計內(nèi)容在上述已知條件下，通過系統(tǒng)設(shè)計，最后可完成的設(shè)計內(nèi)容包括以下三個方面：（1）確定油井產(chǎn)量或已知產(chǎn)量下的流壓；（2）計算各種載荷并確定系統(tǒng)中各機械設(shè)備的類型和規(guī)格；（3）確定系統(tǒng)的工作參數(shù)。機械設(shè)備主要是指抽油機、抽油桿、抽油泵和原動機（1）抽油機確定抽油機的類型是游梁式還是非游梁式，如選用游梁式抽油機，還需進一步確定是常規(guī)式、偏置式、前置式或空氣平衡式；如選用非游梁式抽油機，也需確定其具體的類型

7、。選定類型后，進一步確定其規(guī)格。此外，還應(yīng)根據(jù)抽油機的負(fù)荷及沖程選用或校核減速箱，最后確定出具體的機型，例如：常規(guī)式抽油機CYJ10-2.7-48B。（2）抽油桿首先要確定是選用常規(guī)鋼制抽油桿還是選用連續(xù)抽油桿、中控抽油桿，或其他非金屬抽油桿；類型確定后，需進一步確定桿的長度，、強度等級及直徑；對多級桿應(yīng)確定選用幾種直徑及每種直徑的桿長。例如：選擇D級86桿，總長1000m，其中25mm桿368m，22mm桿360m，19mm桿272m。對于裝扶正器的抽油桿柱，應(yīng)確定扶正器的類型、尺寸、材料、數(shù)量，以及各扶正器的安裝位置。在有些產(chǎn)量大的井中，稠油泵的柱塞直徑大于油桿內(nèi)徑，抽油桿柱下端需狀脫接器

8、。這是設(shè)計者還需選定脫接器的類型和規(guī)格。（3）抽油泵確定泵的類型，包括是選用管式泵、桿式泵、套管泵以及整筒泵，還是選用襯套泵等等，其次是確定泵的內(nèi)徑、柱塞長度及可運動長度，柱塞與襯套的配合間隙等級等。例如：56的管式襯套泵，柱塞長度1.2m，柱塞可運動長度3m，配合間隙為級。當(dāng)泵下端需裝砂錨或氣錨時，設(shè)計者還需確定這些設(shè)備的類型與規(guī)格。（4）原動機 確定原動機的類型與規(guī)格，明確是選用異步電動機還是天然氣發(fā)動機。如選用異步電動機，還需明確是哪一種電機，是Y系列、JO2 系列或是超高轉(zhuǎn)差率異步電動機，最后確定原動機的具體型號，例如：Y225M-8型電動機。 在確定系統(tǒng)中個機械設(shè)備的同時，還要選定系

9、統(tǒng)的工作參數(shù)，這里主要指的是抽油機的沖程長度S、沖數(shù)n、所需的平衡力矩M，然后根據(jù)S、n、M即可進一步確定連桿銷軸在曲柄上的位置、電動機小皮帶輪尺寸以及平衡重的調(diào)整位置。3.有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計原則要合理地設(shè)計有桿抽油系統(tǒng)，應(yīng)遵循以下幾條基本原則。（1） 符合油層及油井的工作條件所選的抽油設(shè)備，應(yīng)該適應(yīng)該井或該地區(qū)的自然條件和生產(chǎn)條件，諸如氣候條件、地表條件、流體物性條件、生產(chǎn)維護條件等等。（2）能充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力所選擇的抽油設(shè)備，應(yīng)該在其經(jīng)濟壽命期內(nèi)，能滿足油井在開發(fā)界限上的最大供液能力，以防止因抽油設(shè)備的現(xiàn)在而使油井生產(chǎn)受到影響。具體的講，就是所需的抽油機需適應(yīng)其經(jīng)濟壽命期內(nèi)的油井產(chǎn)液能

10、力，以防止在抽油機主要部件尚未到維修高峰期時，因滿足不了油井排液量的需要而過著換型，造成經(jīng)濟損失。對選用的泵、桿來說，須適應(yīng)一個檢泵周期內(nèi)的油井產(chǎn)能，以防止在泵況良好時因規(guī)格過小滿足不了排液量和負(fù)載的變化需要而提前作業(yè)更好。只有這樣才能保證油井在合理協(xié)調(diào)狀況下長時期穩(wěn)定生產(chǎn)，不出現(xiàn)因更換設(shè)備規(guī)格而造成的無謂施工或設(shè)備的浪費。（3）設(shè)備利用率較高且能滿足安全生產(chǎn)的需要所選的抽油設(shè)備，應(yīng)在使用周期中的大部分時間內(nèi)有較高的載荷利用率，扭矩利用率，電機利用率以及抽油桿應(yīng)力利用率等經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，但又不至于因超負(fù)荷而造成設(shè)備非壽命損壞。（4）有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟效益 選用抽油設(shè)備應(yīng)從多方面統(tǒng)籌考慮，盡可

11、能采用先進技術(shù)設(shè)備，把高指標(biāo)、低成本、低消耗統(tǒng)籌考慮，并獲得盡可能高的經(jīng)濟效益。4. 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計計算方法與步驟隨著科學(xué)技術(shù)的進步，有桿稠油系統(tǒng)的設(shè)計計算、校核方法也在不斷發(fā)展。歸結(jié)起來設(shè)計計算方法大致分為三類：近似公式計算法、以電模擬計算機工作為基礎(chǔ)的API RP 11L所推薦的方法、解振動方程的純數(shù)學(xué)方法。在以上三種方法中，近似公式計算法應(yīng)用方便，但計算誤差較大，一般可用于雨軒有桿抽油系統(tǒng)的校核計算；解振動方程的純數(shù)學(xué)方法過于復(fù)雜；API方法是在模擬電子計算機上通過大量模擬試驗得到的，雖然它也是在若干假設(shè)基礎(chǔ)上得到的，但它比近似公式的計算精度要高。因此，本文以API RP 11L方法為

12、設(shè)計依據(jù)介紹有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計計算。由于有桿抽油系統(tǒng)的各個部件是相互聯(lián)系、共同工作、不可分割的，所以，企圖首先完全的確定其中的某一環(huán)節(jié)，然后在此基礎(chǔ)上進行設(shè)計計算，一次性地確定出系統(tǒng)的各個部分，在實際中幾乎是不可能的。例如，抽油機的負(fù)荷決定于泵、桿，而泵、桿的運動反過來受抽油機的制約。由于上述特點，基本上都用的是試算法，一般都包括以下幾個步驟，即：（1）定油井產(chǎn)量或已知產(chǎn)量下的流壓；(2)根據(jù)原始要求和條件（Q、H、f等）初選設(shè)備及工作參數(shù)；(3)對初選出的系統(tǒng)進行校核設(shè)計計算；(4)將核算結(jié)果與原始要求進行對比，如不滿足，則需改變初選參數(shù)或初選設(shè)備，再進行核算，如此進行，知道滿足要求為止。由

13、此可見，油桿抽油機系統(tǒng)的設(shè)計，就是根據(jù)油井的條件和生產(chǎn)動態(tài)，使用按物理邏輯關(guān)系建立的有關(guān)解析表達式，從產(chǎn)能預(yù)測開始逐步計算，以此選出滿足要求的泵、桿、機等抽油設(shè)備。5. 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計計算5.1有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計基本資料地層平均壓力Pr=18MPa原油飽和壓力pb=8.5MPa含水率fw=60%油層中部深度H=1860 m油管內(nèi)徑Dti=62 mm(2.44Lin)原油相對密度0.85地層水相對密度1.02桿柱的使用系數(shù)SF=0.9產(chǎn)液指數(shù)J=4.0m3/(d·MPa)試井產(chǎn)量Qt=36 m3/d設(shè)計產(chǎn)量（配產(chǎn)）Qx=40 m3/d井口套管壓力pc=0.1Mpa泵入口溫度80GOR（

14、氣油比)25m3/m3標(biāo)準(zhǔn)狀況下壓力psc=0.101MPa重力加速度g=9.8m/s2聲波在抽油桿中的速度a=4980m/s頻率系數(shù)Fc=1.15鋼材的密度7850kg/m35.2油井產(chǎn)能預(yù)測或流壓確定5.2.1確定井底流壓（9Mpa） Qb=J(Pr-Pb)=4.0×（18-8.5）=38m3/dQomax=Qb+Qc=Qb+JPb1.8=38+4.0×8.5/1.8=56.89m3/d 而Qt=36m3/d. 則0 QtQb，此時產(chǎn)量與流壓呈線性關(guān)系,則Qt下的井底流壓可通過下式計算:Pwf=Pr-QtJ=18-36/4.0=9MPa5.2.2確定沉沒壓力 計算沉沒壓

15、力由公式:Ps=273+t293Rp PscPb(1-fw) pb1-1 +273+t293Rp Psc(1-fw) 273+80293×25× 0.101×8.5×(1-0.6) 8.5×10.65-1 +273+80293×25× 0.101×(1-0.6) 以上公式計算沉沒壓力，為未知數(shù) 可自己設(shè)定一個值=0.65 Ps=1.79MPa5.3確定下泵深度1=wfw+(1-fw)0=1.02×103×0.6+0.4×0.85×1031=952 Kg/m3泵掛深度由公式 :

16、Lp=Hm-106(Pwf-Ps-Pc)/(lg) =1860-106×（9-1.79-0.1）952×9.8可得 Lp=1097.9m5.4初選抽汲參數(shù) 5.4.1選擇原則(1）應(yīng)使抽油泵的最大排量滿足油井的供液能力；（2）要與所用抽油機參數(shù)、功率相匹配；（3）要考慮整個系統(tǒng)的系統(tǒng)效率是否合理；（4）要考慮油井類型和地質(zhì)狀況；（5）對特殊井，如出砂井、稠油出砂井等，還要考慮地層對滲流速度的承受能力。綜合考慮上述因素后，優(yōu)先選用長沖程小泵徑和常用的泵型規(guī)格。5.4.2泵效 泵效p采用如下公式計算：p=1-0.4(LpLp+300)2=1-0.4(1097.91097.9+3

17、00)2p=0.75 Qt（PD，泵的理論排量）=Qx/p=40/0.75Qt=53.33m3/dS·n=Qt1.131×10-3Dp2=53.331.131×10-3Dp2由于S、n、Dp都是未知的，應(yīng)采用不同的泵徑Dp來確定S、N的組合。由于油管內(nèi)徑Dt1=62mm，因而泵徑Dp不應(yīng)大于油管內(nèi)徑，則可供選擇的泵徑為： 38.1mm，44.45mm，57.15mm則有：1. Dp =38.1mm時，S·n=32.5 m/min2. Dp=44.45mm時，S·n=24 m/min3. Dp=57.15mm時，S·n=14.4 m/m

18、in原則上：s·n=20-50 m/min 則：1、2符合要求選用Dp=38.1mm和Dp=44.45mm的泵徑 5.4.3柱塞長度柱塞長度選用1.2m，防沖距0.8m5.4.4根據(jù)不同的泵徑，選擇不同的s、n組合 Dp=38.1mm S·n=32.5 m/minn（次/min）68912S (m)5.4714.0633.6112.708 Dp=44.45mm S·n=24 m/minn（次/min）68912s (m)432.66725.5初選抽油桿柱5.5.1 Dp=38.1mm,S·n=32.5 m/min（1） 計算液柱重F0因為油管中的有些油要

19、超越水流動，出自安全考慮、液體相對密度1可取為1.0，F(xiàn)0的計算公式為F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×38.12×1097.9×1.0×9.8×10-6=12.26 KN(2)計算無因次沖數(shù)NN0·N0=15a/L=15×4980/1097.9=68.04次/min則 N/N0=N/(N0Fc)=N68.04×1.15式中： N0單級抽油桿的自然振動頻率，次/min；a聲波在抽油桿中的傳播速度，計算時取a4980m/s； N0·多級抽油桿的自然振

20、動頻率，次/min； Fc頻率系數(shù)，初選抽油桿柱時，可取Fc =1.15；L抽油桿長度，m。S（m）5.4174.0633.6112.708N（次/min）68912 N/N00.0770.1020.1150.153取Sp/S=0.8 查圖Sp/S-N/N0關(guān)系曲線得 F0/SKr=0.2SKr(KN)61.361.361.361.3Kr(KN·m)11.3215.0916.9822.64Er=(1/Kr)/(Lp·10-3),則有：Ermm/(KN·m)0.0800.0600.0540.040以上計算的彈性系數(shù)值大于表7-6中標(biāo)準(zhǔn)Er=0.0297，故全部舍去。

21、0.036雖然符合抽油桿柱中的彈性系數(shù)值，但是仍然太大，故也將其舍去。5.5.2Dp=44.45mm，S·n=24 m/min(1)計算液柱重F0因為油管中的有些油要超越水流動，出自安全考慮、液體相對密度1可取為1.0，F(xiàn)0的計算公式為F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 KN(2)計算無因次沖數(shù)NN0·N0=15a/L=15×4980/1097.9=68.04次/min則 N/N0=N/(N0F

22、c)=N68.04×1.15S（m）432.6672N（次/min）68912 N/N00.0770.1020.1150.153取Sp/S=0.8 查圖Sp/S-N/N0關(guān)系曲線得 F°/SKr=0.2SKr(KN)83.4583.4583.4583.45 Kr (KN·m)20.8627.8231.2941.73 Er=(1/Kr)/(Lp·10-3),則有：Ermm/(KN·m)0.0440.0330.0290.022以上計算的彈性系數(shù)值只有0.044不符合, 其他三組符合要求綜合可知，只有Dp=44.45mm，S·n =24 m

23、/min時符合抽油桿柱的設(shè)計。6.有桿抽油裝置設(shè)計計算方法API RP 11L6.1有桿抽油裝置的設(shè)計（API方法）原理1954年，美國成立了一個非營利性的“有桿抽油研究公司”，由中西部研究院在模擬計算機上完成了一系列研究。API RP 11L方法就是在歸納和總結(jié)電模擬研究成果的基礎(chǔ)上提出來的。它由以無因次量表示的一系列圖表和簡單計算公式所組成。經(jīng)API專家組推薦，于1967年公開發(fā)表，即API RP 11L。這套方法主要用于設(shè)計和預(yù)測。同時，還以公報形式發(fā)表了1100多張以無因次量表示由模擬計算機得到的示功圖（即API BUL 11L2，可用來進行類比分析。API RP 11L方法的計算內(nèi)容

24、包括：柱塞沖程sp；泵排量PD；光桿最大載荷PPRL；光桿最小載荷MPRL；最大扭矩PT；光桿馬力PRHR；有效平衡值CBE。6.1.1基本假設(shè)及基本示功圖1.基本假設(shè)(1)普通游梁式抽油機，且當(dāng)尾部軸承在沖程中部時，該點處于曲柄軸正上方；(2)模擬的是相對低滑差的原動機；(3)模擬的是上粗下細(xì)的級次抽油桿；(4)泵完全充滿（沒有氣體影響和液體撞擊現(xiàn)象）(5)井下摩擦正常；(6)假定油管錨定的；(7)抽油機是完全平衡的，并且假定傳動效率喂100%；(8)未考慮具體抽油機的幾何特性；(9)計算最大扭矩時，認(rèn)為最大、最小載荷分別發(fā)生在曲柄位于75°和285°處。2.基本示功圖當(dāng)

25、沖數(shù)n=0時。示功圖表示靜載的變化，此時，光桿最大負(fù)荷PPRL=F0+Wrf光桿最小負(fù)荷MPRL=Wrf當(dāng)沖數(shù)n>0時，示功圖是考慮動載以后光桿載荷的變化，此時，光桿最大負(fù)荷PPRL=F1+Wrf光桿最小負(fù)荷MPRL=Wrf-F2式中： F0作用在整個活塞截面積上的液柱載荷，即上下沖程中載荷之差，KN； Wrf 抽油桿在液中的重量，KN； F1最大載荷系數(shù)，是液柱載荷F0與上沖程最大動載之和； F2 最小載荷系數(shù)，即下沖程最大動載荷。6.1.2基本符號及無因次變量的含義1.基本符號及單位 sp柱塞沖程，m；PD泵排量，m3/d；PPRL光桿最大載荷，N；MPRL光桿最小載荷，N；PT最大

26、扭矩，N·m；PRHR桿馬力，kW；CBE有效平衡值，N；H凈提升高度（動液面深度），m；L下泵深度，m；n沖數(shù)，min-1；s光桿沖程，m；D柱塞直徑，m（或cm、mm）； Er抽油桿彈性系數(shù)，表示1m長的抽油桿在1N力的作用下的伸長量，m/（N·m）；Er=1ArE Et油管彈性常數(shù)，表示1m長的油管在1N力的作用下的伸長量，m/（N·m）；Et=1AtEE鋼的彈性模量，一般去2.06×1011Pa； Ar抽油桿截面積，m2； At油管金屬截面積，m2； Kr整個抽油桿柱的彈簧常數(shù)，表示將整個抽油桿拉伸1m所需要的力，（N），N/m；Kr=ArEL

27、Kt油管柱未固定部分的彈簧常數(shù)，表示將未錨定的油管柱拉伸1m所需要的力，（N），N/m；Kt=AtEL n0單級桿柱的固有頻率（自由振動頻率）rpm；n0=a4L×60=15aLa聲波在抽油桿柱中的傳播速度，m/s（理論值為5100m/s，美國抽油計算中多采用4968m/s）； n0多級桿柱的雇傭頻率，rpm；n0=Fc·15aL Fc多級桿柱頻率修改系數(shù)，隨桿柱組合而變，一般在11.2之間，單級桿柱為1；T曲柄扭矩，N·m； Wr每米抽油桿的重量，N/m； F3光桿功率系數(shù)； TsWrfsKr0.3時最大扭矩的調(diào)整常數(shù)。2.無因次自變量無因次充數(shù)nn0（或nn0

28、：沖數(shù)n與抽油桿柱固有頻率n0（或n0）之比。無因次抽油桿伸長量F0sKr：抽油桿柱的伸長量F0Kr與光桿沖程之比。F0Kr表示在液柱載荷F0的作用下抽油桿柱的實際伸長量。sKr表示整個桿柱拉伸s米（一個沖程長度）所需要的力（N）。F0sKr也稱無因次液柱載荷。3.無因次因變量 F1SKr用來計算光桿最大載荷的無因次最大動載荷函數(shù)； F2SKr用來計算光桿最小載荷的無因次最大動載荷函數(shù)； 2TS2Kr用來計算最大扭矩的無因次扭矩； F3SKr用來計算光桿功率的無因次載荷； sps用來計算活塞沖程的無因次活塞沖程。根據(jù)計算出的無因次自變量值NN0(或NN0)和F0SKr，查無因次曲線圖或根據(jù)插值

29、可以確定以上五個無因次變量的值，代入公式便可求出所需的工作特性參數(shù) 6.1.3計算公式1.柱塞沖程sP=sps×s-F01Kt (m)注:如油管柱是錨定的，F(xiàn)0Kr=0,故代表錨定的油管柱的公式sp=(sPs)×s02.泵排量PD=0.1131sPnD 2(m3/d)3.最大載荷PPRL=Wrf+F1sKr×sKr (kN)4.最小載荷MPRL=Wrf-F2sKr×sKr (kN)5.最大扭矩PT=（2Ts2Kr)×sKr×s/2×Ta (kNm)式中： Ta-WrfSKr 0.3時，最大扭矩的調(diào)整值。當(dāng)WrfsKr 0.3

30、時，先根據(jù)n/n0'和F0/sKr經(jīng)查得到調(diào)整百分?jǐn)?shù)c（用內(nèi)插法）。再用調(diào)整百分?jǐn)?shù)c和Wrf/sKr計算Ta:Ta=1+0.1C（WrfsKr-0.3）6.光桿馬力PRHP=F3sKr×sKr×s×N1000×60 （kW)7.要求平衡重量CBE=1.06Wrf+12F0 (kN)6.2當(dāng)選用S=3m ,N=8 次/min，(Dp=44.45mm)時各參數(shù)計算6.2.1計算基本參數(shù)（1）查表得抽油桿柱的qr=1.42kg/m，F(xiàn)c=1.15（2）計算F0的值。F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=

31、4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 KN（3）計算Kr、Er及Et的值：Kr=F00.2×S =16.690.2×3=27.82KN/m Er=(1/Kr)/(Lp·10-3)=0.033 mm/(KN·m)At=Dto2-Dti24=7.32-6.224=11.66×10-4m2Et=1EAt=12.06×1011×11.66×10-4=0.00416 mm/(kN.m)6.2.2計算無因次變量（1）1/Kr=127.82=0.0

32、36m/KN(2)SKr=S/(1/Kr)=30.036=83.33KN(3)F0SKr=16.6983.33=0.20（4）N/N0=N15a/L =815×4980/10997.9=0.118（5）N/N0= N/(N0Fc)=868.04×1.150.102(6)1/ Kt=Et×L=0.00416×1097.9=0.0046m/KN6.2.3計算抽汲工況指標(biāo)（1）求柱塞沖程。由圖查得：（SpS）=0.81Sp=SpsS-F0Kr=0.81×3-16.69×0.0046=2.353m（2）求泵排量PD=0.1131×S

33、pND2=0.1131×2.353×8×4.4452=42.011 m3/d由于設(shè)計的產(chǎn)量為40m3/d，而通過參數(shù)計算出的泵排量為41.413m3/d，滿足相對誤差小于10%的要求6.2.4確定無因次參數(shù)（1）Wr=qr×L×9.8×10-3=1.42×1097.9×9.8×10-3=15.278KN（2）Wrf=Wr×(1-ls) =15.278×(1-9527850)=13.425KN（3）Wrf/（ SKr）=13.42583.33=0.161由圖7-6至圖7-11查得無因次參

34、數(shù)如下：（1）F1/（ SKr）=0.26（2）F2/（ SKr）=0.045（3）2T/（ S2Kr）=0.20（4）F3/（ SKr）=0.18（5）C=4%（6）Ta=1+Wrf/（ SKr）-0.3×10C=1+(0.161-0.3)×0.4=0.9446.2.5求工作特性參數(shù)（1）求最大載荷由圖查得F1sKr=0.26，則：PPRL=Wrf+F1SKrSKr=13.44+0.26×83.33=35.106KN（2）求最小載荷。由圖查得F2SKr=0.045，則：MPRL=Wrf-F2SKrSKr=13.44-0.045×83.33=9.690K

35、N（3）求最大扭矩。由圖查得（2TS2Kr）=0.20。由圖根據(jù)F0SKr=0.20和N/N0=0.102查的調(diào)整百分?jǐn)?shù)為4%。由%利用式得Ta=94.4%。PT=（2TS2Kr)×SKr×S/2×Ta =0.20×83.33×3/2×0.944=23.599KN·m（4）求光桿功率。由圖查得F3SKr=0.18，則PRHP=F3SKr×SKr×S×N60000=0.18×83.33×103×3×860000=6.00kW（5）求有效平衡值。CBE=1.0

36、6Wrf+12F0=1.06×（13.44+12×16.69）=23.092KN6.2.6抽油桿強度校核在抽汲過程中，抽油桿承受著交變載荷，在對初選出的桿柱進行強度校核時，目前多采用修正的古德曼圖。圖中的陰影區(qū)為抽油桿允許使用的安全區(qū)，抽油桿柱的應(yīng)力點落在該區(qū)內(nèi)時，抽油桿柱將不會發(fā)生疲勞破壞。根據(jù)修正的古德曼圖，抽油桿柱的許用最大應(yīng)力的計算公式為：min=MPRL/Atop=9.69×10315.92×3.144=48.83 N/mm2T=965 N/mm2a=T4+0.5626min·SF=（9654+0.5626×48.83）&#

37、215;0.9=241.85 N/mm2max=PPRLAtop=35.106×10315.92×3.144=176.90N/mm2式中： a抽油桿許用最大應(yīng)力，N/mm2； T抽油桿最小抗拉強度，N/mm2；查表得T=965 N/mm2 min抽油桿最小應(yīng)力； max抽油桿最大應(yīng)力， Atop抽油桿上端部的截面積，mm2；SF安全使用系數(shù)，即考慮到流體腐蝕性等因素而附加的系數(shù)，SF1。查表7-6得最粗的抽油桿直徑為15.9mm。根據(jù)桿柱載荷大小和桿柱在井中的工作環(huán)境來確定鋼桿的強度級別和使用系數(shù)SF。比如，當(dāng)負(fù)載不大，井液腐蝕不嚴(yán)重時，可采用API C級鋼桿；當(dāng)負(fù)荷比較大

38、，井液腐蝕不嚴(yán)重時，可以采用API D級鋼材；當(dāng)負(fù)荷不太大，井液腐蝕比較嚴(yán)重時，可以采用API K級鋼桿。抽油桿使用系數(shù)SF 項目鋼級使用介質(zhì)適用條件抗拉強度N/mm2無腐蝕鹽水含H2SC1.00.650.5輕、中載荷620794D1.00.90.7中、重載荷794 965K1.01.01.0腐蝕、輕、中載荷588 794要保證抽油桿柱不發(fā)生疲勞破壞，抽油桿的最大應(yīng)力max不應(yīng)超過許用最大應(yīng)力a。即maxa另外，在抽油桿柱設(shè)計及應(yīng)力分析中常采用應(yīng)力范圍比Rs，即Rs=max-mina-min=176.9-48.83241.85-48.83=0.66合理的抽油桿柱組合比例不僅應(yīng)保證各級抽油桿的R

39、s<1，而且各級桿頂部界面的Rs值應(yīng)該比較接近。同時，為了有效地使用抽油桿，一般要求0.5<Rs<1。因而抽油桿柱校核準(zhǔn)確，S=3 m，N=8次/min ，Dp=44.45mm滿足要求。6.3當(dāng)選用S=2.67m ,N=9次/min，(Dp=44.45mm)時各參數(shù)計算6.3.1計算基本參數(shù)（1）查表得抽油桿柱的qr=1.59kg/m，F(xiàn)c=1.15（2）計算F0的值。F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 K

40、N（3）計算Kr、Er及Et的值：Kr=F00.2×S =16.690.2×2.67=31.25KN/m Er=(1/Kr)/(Lp·10-3)=0.029 mm/(KN·m)At=Dto2-Dti24=7.32-6.224=11.66×10-4m2Et=1EAt=12.06×1011×11.66×10-4=0.00416 mm/(kN.m)6.3.2計算無因次變量（1）1/Kr=131.25=0.032m/KN(2)SKr=S/(1/Kr)=2.670.032=83.44KN(3)F0SKr=16.6983.44

41、=0.20（4）N/N0=N15a/L =915×4980/1097.9=0.132（5）N/N0= N/(N0Fc)=968.04×1.150.115(6)1/ Kt=Et×L=0.00416×1097.9=0.0046m/KN6.3.3計算抽汲工況指標(biāo)（1）求柱塞沖程。由圖查得：（SpS）=0.81Sp=SpSs-F0Kr=0.81×2.67-16.69×0.0046=2.086m（2）求泵排量PD=0.1131×SpND2=0.1131×2.086×9×4.4452=41.95 m3/d由

42、于設(shè)計的產(chǎn)量為40m3/d，而通過參數(shù)計算出的泵排量為41.95m3/d，滿足相對誤差小于10%的要求6.3.4確定無因次參數(shù)（1）Wr=qr×L×9.8×10-3=1.59×1097.9×9.8×10-3=17.107KN（2）Wrf=Wr×(1-ls) =17.107×(1-9527850)=15.032KN（3）Wrf/（ SKr）=15.03283.44=0.180由圖7-6至圖7-11查得無因次參數(shù)如下：（1）F1/（ SKr）=0.28（2）F2/（ SKr）=0.062（3）2T/（ S2Kr）=0.

43、214（4）F3/（ SKr）=0.184（5）C=5%（6）Ta=1+Wrf/（ SKr）-0.3×10C=1+(0.180-0.3)×0.5=0.9406.3.5求工作特性參數(shù)（1）求最大載荷由圖查得F1SKr=0.28，則：PPRL=Wrf+F1SKrSKr=15.032+0.28×83.44=38.395KN（2）求最小載荷。由圖查得F2SKr=0.062，則：MPRL=Wrf-F2SKrSKr=15.032-0.062×83.44=9.858KN（3）求最大扭矩。由圖查得（2TS2Kr）=0.214。由圖根據(jù)F0SKr=0.20和N/N0=0.

44、115查的調(diào)整百分?jǐn)?shù)為5%。由%利用式得Ta=94.0%。PT=（2TS2Kr)×SKr×S/2×Ta =0.214×83.44×2.67/2×0.94=22.408KN·m（4）求光桿功率。由圖查得F3SKr=0.184，則PRHP=F3SKr×SKr×S×N60000=0.184×83.44×103×2.67×960000=6.15kW（5）求有效平衡值。CBE=1.06Wrf+12F0=1.06×（15.032+12×16.69）

45、=24.779KN6.3.6抽油桿強度校核在抽汲過程中，抽油桿承受著交變載荷，在對初選出的桿柱進行強度校核時，目前多采用修正的古德曼圖。圖中的陰影區(qū)為抽油桿允許使用的安全區(qū)，抽油桿柱的應(yīng)力點落在該區(qū)內(nèi)時，抽油桿柱將不會發(fā)生疲勞破壞。根據(jù)修正的古德曼圖，抽油桿柱的許用最大應(yīng)力的計算公式為：查表7-6得最粗的抽油桿直徑為15.9mm。min=MPRL/Atop=9.858×10315.92×3.144=49.67 N/mm2T=965 N/mm2a=T4+0.5626min·SF=（9654+0.5626×49.67）×0.9=242.27 N/m

46、m2max=PPRLAtop=38.395×10315.92×3.144=193.47N/mm2要保證抽油桿柱不發(fā)生疲勞破壞，抽油桿的最大應(yīng)力max不應(yīng)超過許用最大應(yīng)力a。即maxa另外，在抽油桿柱設(shè)計及應(yīng)力分析中常采用應(yīng)力范圍比Rs，即Rs=max-mina-min=193.47-49.67242.27-49.67=0.75合理的抽油桿柱組合比例不僅應(yīng)保證各級抽油桿的Rs<1，而且各級桿頂部界面的Rs值應(yīng)該比較接近。同時，為了有效地使用抽油桿，一般要求0.5<Rs<1。因而抽油桿柱校核準(zhǔn)確，S=2.67m，N=9次/min ，Dp=44.45mm滿足要求

47、。6.4當(dāng)選用S=2m ,N=12次/min，(Dp=44.45mm)時各參數(shù)計算6.4.1計算基本參數(shù)（1）查表得抽油桿柱的qr=2.12kg/m，F(xiàn)c=1.15（2）計算F0的值。F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 KN（3）計算Kr、Er及Et的值：Kr=F00.2×S =16.690.2×2=41.73KN/m Er=(1/Kr)/(Lp·10-3)=0.022 mm/(KN·

48、m)At=Dto2-Dti24=7.32-6.224=11.66×10-4m2Et=1EAt=12.06×1011×11.66×10-4=0.00416 mm/(kN.m)6.4.2計算無因次變量（1）1/Kr=141.73=0.024m/KN(2)SKr=S/(1/Kr)=20.024=83.33KN(3)F0SKr=16.6983.33=0.20（4）N/N0=N15a/L =1215×4980/1097.9=0.176（5）N/N0= N/(N0Fc)=1268.04×1.150.153(6)1/ Kt=Et×L=0.

49、00416×1097.9=0.0046m/KN6.4.3計算抽汲工況指標(biāo)（1）求柱塞沖程。由圖查得：（SpS）=0.83Sp=SpSs-F0Kr=0.83×2-16.69×0.0046=1.583m（2）求泵排量PD=0.1131×SpND2=0.1131×1.583×12×4.4452=42.45 m3/d由于設(shè)計的產(chǎn)量為40m3/d，而通過參數(shù)計算出的泵排量為42.45m3/d，滿足相對誤差小于10%的要求6.4.4確定無因次參數(shù)（1）Wr=qr×L×9.8×10-3=2.12×1

50、097.9×9.8×10-3=22.810KN（2）Wrf=Wr×(1-ls) =22.81×(1-9527850)=20.044KN（3）Wrf/（ SKr）=20.04483.33=0.241由圖7-6至圖7-11查得無因次參數(shù)如下：（1）F1/（ SKr）=0.30（2）F2/（ SKr）=0.10（3）2T/（ S2Kr）=0.24（4）F3/（ SKr）=0.20（5）C=3%（6）Ta=1+Wrf/（ SKr）-0.3×10C=1+(0.241-0.3)×0.5=0.9716.4.5求工作特性參數(shù)（1）求最大載荷由圖查得F

51、1SKr=0.30，則：PPRL=Wrf+F1SKrSKr=20.044+0.3×83.33=45.043KN（2）求最小載荷。由圖查得F2SKr=0.10，則：MPRL=Wrf-F2SKrSKr=20.044-0.1×83.33=11.711KN（3）求最大扭矩。由圖查得（2TS2Kr）=0.24。由圖根據(jù)F0SKr=0.20和N/N0=0.153查的調(diào)整百分?jǐn)?shù)為3%。由%利用式得Ta=97.1%。PT=（2TS2Kr)×SKr×S/2×Ta =0.24×83.33×2/2×0.971=19.419KN·m（4）求光桿功率。由圖查得F3SKr=0.20，則PRHP=F3SKr×SKr×S×N60000=0.2×83.33×103×2×1260000=6.67kW（5）求有效平衡值。CBE=1.06Wrf+12F0=1.06×（20.044+12×16.69）=30.092KN6.4.6抽油桿強度校核在抽