2022年采油工程课程设计指导书及答案要求.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 采油工程课程设计指导书榆林学院名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 抽油井系统设计是将抽油井从油层到地面看作是一个完整的系统,通过相关理论知 识的学习和运用,把握抽油井系统挑选设计方法；详细讲就是学习和把握油井产能计 算方法、抽油设备的挑选方法及抽油杆柱设计方法；抽油井系统设计的目的是让同学通过自选一组基础数据,利用所学过的专业知 识,在指导老师的指导下独立地完成并提交整个抽油井系统的设计方案,从而把握抽 油井系统中各个环节的挑选设计方法,将理论学问运用到解决实际问题中

2、去,从而通 过该专题设计的训练,加强同学理论适应运用才能、把握相关学科学问的综合才能以及解决实际问题的工程应用能力；1 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设计内容与步骤 1 、依据原始生产动态数据和设计内容作 IPR 曲线； 2 、 由设计数据和 IPR 曲线运算井底流压和动液面； 3 、作布满程度与下泵深度（沉没度）关系曲线； 4 、初选下泵深度； 5 、由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径； 6 、确定冲程和冲次； 7 、抽油杆柱设计；8、校核；9、运算泵效；10、确定机杆泵及其工作参数；名师归纳总结

3、- - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1有杆泵抽油生产系统设计1.1 有杆抽油生产系统设计原理有杆抽油系统包括油层,井筒流体、油管、抽油杆、泵、抽油机、电动机、地面出油管线直到油气分别器；有杆抽油系统设计就是挑选合理的机,杆,泵,管以及相应的抽汲参数,目的是挖掘油井潜力,使生产压力差合理,抽油设备工作安全、高效及达到较好的经济效益；在生产过程中,井口回压p 基本保持不变,可取为常数；它与出油管线的长度、分离器的入口压力有关,此处取 ph 1 0. Mpa；抽油井井底流压为 p wf 向上为多相管流 , 至泵下压力降至泵的沉没压力 或

4、吸入口压力 p , 抽油泵为增压设备 , 故泵出口压力增至 N p , 称为泵的排出口压力 . 在向上 , 为抽油杆油管间的环空流淌 . 至井口 , 压力降至井口回压 p ；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

5、方法这里介绍给定配产时有杆抽油系统的设计方法；第一需要获得油层的 IPR 曲线；如没有井底流压的测试值,可依据测试液面和套压运算得井底流压,从而计 算出采液指数及 IPR 曲线；1.2 油井流入动态运算 油井流入动态是指油井产量与井底流淌压力的关系,它反映了油藏向该井供油的名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 才能,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运算采纳 Petrobras 方法； Petrobras方法运算综合 IPR

6、 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；当已知测试点运算采液指数时,是按产量加权平均；当猜测产量或流压加权平均；（1） 采液指数运算已知一个测试点；bpwftest、q txst和饱和压力p 及油藏压力p ； 假如p wftestpqLtest就JL（1）prp wftest 假如p wftestpb采液指数JL1fwprp bqLtestfwprp wftextp b1.8A （2）2式中,A 1 .0 2 p wftestp b 8.0 p wftextp b q Ltest 对应流压 p wfxets 时总产液量；wf 含水率,小数；q o max 油

7、IPR 曲线的最大产油量；q 原油饱和压力 pb下的产液量；如 0（2） 某一产量q 下的流压pwfLprp b（3）q bJq Lq 就qomaxq bJ L p1.8b（4）1 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - p wfprq LJL（5） 如q bq Lq omzx就按流压加权平均进行推导得；q Lq b1p wffwp rq LL0.1251fwp b 81 80Jq omaxq b（6）如q omzxqL,就综合 IPR 曲线的斜率可近似常数；wprq omax98fw q Lq omaxp w

8、ffJLJL（7）13 运算动液面和井底流压（1）按流压加底流压权,由测试得到的J L,就由式得出井底流压；（2）流淌压力可近似表示为：L= H P,pwfPHLlg_c为套压,MPa；由于产生重力分gh s0gpcH为下泵深度,m,hs为沉没度,m,p_ 异 lg0.921g cm, 给定的油相对密度、套压、井底流压14 沉没度运算 假设沉没度为 hs=X, 200X400,就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 运算沉没压力,得出布满程度与沉没度的关系曲线；利用布满系数和沉没压力的关系式确定沉没度9.81kp111（8）0 . 2

9、5 Rgop FP2 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其中：布满系数,小数自然气溶解系数,m3/m3MPao0.001638T1.205k弹性变形的影响.初选0. 12p吸入口压力,MPa余隙百分数,01.FAPA CA PA t,自然气进泵系数A CR go地面气油比AP泵径面积,2 m mA C套管面积,2 mmA t油管外圆面积,2 mm自然溶解系数R S0.02124gp1.76875/ 10T：井口温度R SP r将运算出的数据入布满系数的公式中得到：吸入口压力 P=Ogh spc（9）由假设

10、沉没度运算得出布满系数下表,并作出沉没度与布满系数的关系曲线沉没度表 3 沉没度与布满系数的关系hs /m 充 满 系 数/ %1.4 初选下泵深度 H p,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=2 S n1790,C 满意 C0. 2253 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 最大冲次n m1Ca

11、72 . 1（10）取SS max,SnmaxQ,求的nS maxnQmax16 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 因之一是由于杆柱的最大、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；缘由之二是因 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,所以这里供应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 载荷公式采纳与杆长成线性关系的下面公式；它是针对液体

12、粘度较低、直井、游梁抽 油机的杆柱载荷公式；悬点最大、最小载荷的运算公式：P maxji1W rjW L 12 SN 1790（11）iW rjiq rjLrjg（12）j1j1W LfpP ZP N（13）式中：rq 第 i 级杆每 M 杆在空气中的质量, Kg/m L 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；4 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - f P活塞截面积, m 2；g重力加速度, m/s

13、2；P minji1W rjSN2iW rjfrjfr1j1（14）1790j1iiP j（15）iW rjW rjj1j1j1式中：令 fr0=0 Pj第 j 级抽油杆底部断面处压力 ,Pa：P jP t0 1fwwfwgLtj1Lt（16） Pt井口压力,可取Pt10 6Pa；0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 应力图应力范畴比 pL 运算公式：PLmaxmin（17）8Pa；allminmaxP maxminP min（18）frfr抽油杆柱的许用最大应力的运算公式：allT0.562

14、5minSF4式中：all 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*10min 抽油杆最小应力, Pa；SF 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API D 级杆API C 级杆无腐蚀性1.00 1.00 5 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 矿化水0.90 0.65 含硫化氢0.70 0.50 如抽油杆的应力范畴比小于 pL 就认为抽油杆满意强度要求

15、,此时杆组长度可根据 pL 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纳加重杆,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；有应力范畴比的运算公式即给定的 应力范畴比（ pL 0.85）运算第一级杆长 L1,如 L1 大于等于泵深 L,就抽油杆为单级杆,杆长为 L,并运算相应的应力范畴比,如L1 小于泵深 L,就由应力范畴比的运算公式及给定的应力范畴比运算其次级杆长 L2,如 L2 大于等于（ L-L1 ）,就其次级杆长为 L2,并运算相应的应力范畴比,如L2 小于（ L-L1）,就同理进行设计；在设计中如杆径为 25mm 仍不能满意强度

16、要求,就需转变抽汲参数；在设计中如杆径小于或等于25mm 并满意强度要求,就杆柱设计终止；此为杆柱非等强度设计方法；如采纳等强度设计方法,就需降低 pL 重新设计杆的长度；为了减小运算工作量,在本次课程设计中杆柱设计简化处理,采纳单级杆设计（19mm）；17 抽油机校核1）最大扭矩运算公式M max 1800 S .0 202 S P max P min（19）式中：M max最大扭矩, N m；P max悬点最大载荷, N；P min悬点最小载荷, N；S冲程, m；2）电动机功率运算N t1000MmaxnW；（20）14388式中： Nt需要的电动机功率, n冲数, rpm；6 / 15

17、 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 假如运算的最大扭矩超过抽油机所配减速箱答应的最大扭矩或运算电动机功率超过电动机额定功率就需转变抽油参数（18 泵效运算（1）泵效及其影响因素fp,s,N 及 L）重行进行设计运算；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, 表示,Q（21）Qt（2）产量运算 依据影响泵效的三方面的因素,实际产量的运算公式为QQ tS PB lqleak（22）B lS式中： Q实际产量, m 3/d； Qt理论产量, m 3/d； Sp柱塞冲程, m； S光

18、杆冲程, m；SpS抽油杆柱和油管柱弹性伸缩引起冲程缺失系数； Bl泵内液体的体积系数； 泵的布满系数； qleak检泵初期的漏失量, m 3/d；1）理论排量运算Q t1440fpSN（23）式中： Qt泵的理论产量, m 3/d；2）冲程缺失系数SpS的运算依据静载荷和惯性载荷对光杆冲程的影响运算当油管未锚定时；SP 11u2W lEL1L2L3L（24）S2fr1fr2fr3ft当油管锚定时：S PSu2W lL1L2L3（25）2Efr1fr2fr37 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 式中：

19、u L/a 曲柄角速度, rad/s ； N/30； a声波在抽油杆柱中的传播速度,5100m/s；W 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；W l P Z P in f p l L f gf p（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PinPN；PN泵的沉没压力, Pa； fp、fr、ft活塞、抽油杆及油管金属截面积,m 2； L抽油杆柱总长度, m；l液体密度, kg/m 3； E钢的弹性模数, 2.06 10 11Pa； Lf动液面深度, m； L1、L 2、L 3每级抽

20、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 B lB 0 1fwB wfwB 0 1fwfw（27）式中：B 、B 泵内油和水的体积系数 4）漏失量的运算检泵初期的漏失量为q leak21600De3PDeVp（28）6 ul式中： qleak检泵初期的漏失量, m 3/d； D泵径, m；液体动力粘度； Pas；l柱塞长度, m；8 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - P柱塞两端的液柱压差,2 g重力加速度, m/se径向间隙, m； PPZPN,P

21、a；Vp柱塞平均速度,V pSN, m/s；30S冲程, m；N冲次, rpm；19 举升效率运算光杆功率： P光= W SN/60 （29）水力功率： P 水力Q 实际（PZPN）/86.4 （30）井下效率： 井下P 水力/ P 光（31）地面效率： 地 P光/ P 电机（32）系统效率： 总 地 井下（33）W L f p P Z P N （34）确定抽油机,抽油泵,油管,抽油杆及工作参数要求：写出运算步骤及结果（不答应运算机打印报告,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；运算出的压力、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

22、,写上课程名称、姓名、班级、学号、完成日期；9 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 采油工程课程设计运算步骤及要求本次采油工程设计最终得分由两部分组成：设计运算步骤和设计运算结果；设计 运算步骤占 60%,设计运算结果占 40%；1设计运算步骤：（1）依据测试点数据运算并画出 IPR 曲线； （20 分）1）采油指数运算；2）运算某一产量对应的井底流压,画出 IPR 曲线；3）利用 IPR 曲线,由给定的配产量运算对应的井底流压；（2）沉没度及沉没压力运算（20 分）设计内容包括原油物性参数、下泵深度、沉

23、没压力、沉没度；（3）悬点载荷及抽油杆柱设计运算（20 分）主要包括悬点最大、最小载荷运算、杆应力范畴比等运算,；（4）抽油机校核运算 （10 分）主要包括最大扭矩运算、需要电机功率运算；（5）泵效运算 （15 分）主要包括泵理论排量、冲程缺失系数、泵布满系数、漏失量及实际泵产量和泵效 运算；（6）举升效率运算 （15 分）主要包括液柱载荷、光杆功率、水力功率、地面效率、井下效率及系统总效率的运算；2设计运算总结果 要求列出设计结果表；班级基础数据设计结果配产量班级内序号采油指数井深井底流压含水率下泵深度套压悬点最大载荷油压悬点最小载荷生产气油比液柱载荷抽油机型号泵效10 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 泵径 最大扭矩冲程 光杆功率冲次 系统效率11 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 15 页