抽油杆课程设计报告

《抽油杆课程设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抽油杆课程设计报告（34页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、东 北 石 油 大 学 课 程 设 计课 程石油工程课程设计题 目抽油井系统设计院 系石油工程学院专业班级石油工程学生姓名喵喵大人学生学号11020450556指导教师李 铭 曲国辉2014年 07月 18 日东北石油大学课程设计任务书课程 石油工程课程设计题目 抽油井系统设计专业 石油工程 姓名 喵喵大人 学号 11045140506565主要内容、基本要求、主要参考资料等1. 设计主要内容：根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成抽油井系统从油层到地面的所有相关参数的计算，最终选出抽油泵、抽油杆、抽油机。 计算出油井温度分布； 通过回归分析确定原油粘温关系表达式； 确定井底流压； 确定

2、出油井的合理下泵深度； 确定合适的冲程、冲次； 选择合适的抽油泵； 确定抽油杆直径及组合； 计算出悬点的最大、最小载荷； 选出合适的抽油机； 编制实现上述内容的计算机程序程序。2. 设计基本要求：要求学生选择一组基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告的形式完成本专题设计，设计报告的具体内容如下： 概述； 基础数据； 基本理论； 设计框图和计算机程序； 设计结果及结果分析； 结束语； 参考文献。设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范，论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。3. 主要参考资料：陈涛平等， 石油工程（第二版），石油工业出版社，2011蒋加

3、伏，张林峰主编 Visual basic程序设计教程，北京邮电大学出版社，2009完成期限 2014.06.30 2014.07.18 指导教师 旗木卡卡西 专业负责人 张继红 2014年 07 月 18 日目 录第1章 概述11.1 设计的目的意义11.2 设计的主要内容1第2章 基础数据22.1 抽油系统设计基本数据22.2 原油粘度温度关系数据22.3 抽油杆基本参数32.4抽油机基本参数3第3章 基础理论63.1井温分布计算63.2原油粘温关系73.3井底流压73.4 泵吸入口压力83.5 下泵深度93.6 确定冲程和冲次93.7 确定泵径93.8 悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法11

4、3.9 确定抽油杆直径及组合123.10计算与校核载荷133.11计算与校核扭矩133.12计算需要的电机功率14第4章 设计框图和计算机程序154.1 设计框图154.2 计算机程序15第5章 设计结果及结果分析185.1 井温分布185.2 原油粘温关系185.3 井底流压195.4泵吸入口压力205.5 下泵深度205.6 冲程和冲次205.7 选择抽油泵215.8 抽油杆直径及组合215.9 悬点最大和最小载荷；215.10 计算并校核减速箱扭矩215.11 计算电机功率并选择电机225.12 选择出合适的抽油机225.13 程序运行界面22结束语23参考文献24附录1:25附录227

5、石油工程抽油井系统设计报告第1章 概述1.1 设计的目的意义通过自选一组基础数据，利用所学过的专业知识，在指导教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，从而掌握抽油井系统中各个环节的选择设计方法，将理论知识运用到解决实际问题中去，从而通过该专题设计的训练，加强学生理论知识的运用能力，掌握相关学科知识的综合能力，计算机技术应用技能，以及解决实际问题的工程应用能力(1) 巩固已学的专业知识、程序设计知识；(2) 掌握一种工程设计方法,即抽油井系统设计方法；(3) 提高计算机应用能力：基本理论（数学模型）程序代码； (4) 为今年毕业设计做准备：专业课、毕业设计之间的桥梁。1.2 设计的

6、主要内容根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，通过编程，完成抽油井系统从油层到地面的所有相关参数的计算，最终选出三抽设备抽油泵、抽油杆、抽油机。设计主要内容如下：(1) 计算出油井温度分布；(2) 通过回归分析确定原油粘温关系表达式；(3) 确定井底流压；(4) 确定出油井的合理下泵深度；(5) 确定合适的冲程、冲次；(6) 选择合适的抽油泵；(7) 确定抽油杆直径及组合；(8) 计算出悬点的最大、最小载荷；(9) 选出合适的抽油机；(10) 编制实现上述内容的计算机程序程序。第2章 基础数据抽油井系统杆柱设计所必须的基础数据主要有基础生产数据、原油粘温关系数据、抽油机型参数、抽油杆参数、抽

7、油泵参数。其中, 抽油机型、抽油泵这三方面的参数、抽油杆参数、抽油泵参数。其中,抽油机型、抽油杆、抽油泵这三方面的参数均可由采油技术手册（修订本四）查得。2.1 抽油系统设计基本数据基础生产数据是进行抽油井系统设计的基本条件,它包括油井井身结构、油层物性、流体（油、气、水）物性、油井条件，传热性质以及与油井产能有关的试井参数等，详见表2-1。表2-1 抽油系统设计基本数据井 号 cy0070 油层深度(m) 1845油管内径(mm) 88.9 套管直径(mm) 190 地温梯度(/100m) 3.18 井底温度() 91.8地层压力(MPa) 11.90 饱和压力(MPa) 9.63 传热系数

8、(W/m) 2.73试井产液(m3/d) 23.1试井流压(MPa) 5.88 体积含水率(%) 44.5 原油密度(kg/m3) 901.45 地层水密度(kg/m3) 1000 原油比热(J/kg) 2254.2地层水比热(J/kg) 4432.83 设计沉没度(m) 213.95设计排量(m3/d) 24.62.2 原油粘度温度关系数据原油粘度是影响摩擦载荷的主要因素，因此原油粘度数据的准确度是影响设计结果合理性的重要参数。原油粘度随温度变化非常敏感，通过对现场实测原油粘温关系数据进行回归分析，可以得到原油粘度随温度变化的关系式。这样，不仅可以提高抽油井系统设计结果的准确度，而且还易于实

9、现设计的程序化。现场可以提供的原油粘温关系数据，如表2-2所示。表2-2 原油粘温关系数据原油温度() 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85粘度(mPa.s) 3292517888 10364 6326040310 26630 18140 12690 90800 663002.3 抽油杆基本参数表2-3 抽油杆基本参数许用应力(N/mm2) 杆直径(mm) 一级 二级 三级 四级 五级 90 16 19 22 25 29100 16 19 22 25 29120 16 19 22 25 29150 16 19 22 25 29180 16 19 22 25 292.4抽油

10、机基本参数抽油机参数是指常规型游梁式抽油机的型号、结构参数、可以提供的冲程冲次大小。目前已有93种不同型号的常规型抽油机，其型号意义如下：不同型号抽油机的参数可见采油技术手册（修订本四）。这里，以宝鸡产CYJ10-3-48HB型抽油机为例，其有关参数见表2-4。表 2-4 抽油机参数游梁前臂(mm)游梁后臂(mm)连杆长度(mm)曲柄 半径/冲程(mm/m)冲次(1/min)300020003330570/1.80,745/2.40,895/36.0, 9.0, 12.0另外，由抽油机型号CYJ10-3-48HB，根据型号意义可直接得出：许用载荷Pmax=100 kN；许用扭矩Mmax=48

11、kN表2-5 抽油机型号及参数序号 抽油机型号 生产厂家 最大载荷(KN) 最大扭矩 游梁前臂(mm) 游梁后臂(mm) 连杆长度(mm) 曲柄半径/冲程(mm/m) 冲次(1/min) 5 5-1.8-13HF 玉门 50 13 2100 1780 2100 380/0.90,500/1.20, 620/1.50,740/1.80 6,9,1210 5-2.7-26HB 大安 50 26 3210 2100 2137 380/1.10,500/1.50,620/1.90, 740/2.30,860/2.70 6,9,1216 6-2.5-26HB 江汉 60 26 2500 2400 320

12、0 670/1.80,990/2.20,1150/2.50 6,9,1220 8-3-48B 三机 80 48 3000 2500 3200 858/2.10,1013/2.50,1200/3 6,9,1226 8-3-53HB 大安 80 53 3450 2580 3160 670/1.80,810/2.20, 950/2.60,1090/3 6,9,1235 10-3-48HB 宝鸡 100 48 3000 2000 3330 570/1.80,745/2.40,895/3 6,9,1237 10-3-53HB 三机 100 53 3000 2500 3200 858/2.10,1013/

13、2.50,1200/3 6,9,1247 Y10-3-53HB 大安 100 53 3450 2580 3380 640/1.80,765/2.20, 890/2.60,1015/3 6,9,1253 Y10-3-53HB 兰通 100 53 3000 2200 3200 755/2.10,885/2.50,1045/3 6,9,1259 11-2.1-26B 宝鸡 110 26 2820 2820 3026 780/1.58,922/1.88,1064/2.18 6,8,1261 Q12-3.6-53B 宝鸡 120 53 7925 6553 4295 1074/2.85,1227/3.25

14、,1380/3.66 8,1269 Y12-4.8-73HB 二机 120 73 4800 2840 4200 800/2.80,1060/3.80,1209/4.80 6,8,1078 Y12-5-74HB 大安 120 74 5600 4000 4640 1000/3,1200/3.60, 1400/4.30,1600/5 3,4,683 Y14-4.8-73HB 江汉 140 73 4800 3048 3770 990/3.60,1100/4.20,1200/4.80 6,8,1087 Q14-5-73HQ 烟采 140 73 7150 3100 5780 970/4,1060/5 4,

15、5,694 16-30 大安 160 300 1200 800 2100 600/2,700/2.50,800/3 6,9,12第3章 基础理论抽油井系统设计，就是根据油井条件，选择合适的抽油设备（抽油泵、抽油杆、抽油机及减速箱和电动机），油井产量和下泵深度是选择抽油设备的基本依据，而油井产能和下泵深度决定于油井产能。因此要对抽油井进行合理的设计，应将油层到地面看作统一的整体来进行。3.1井温分布计算由地面到油层温度是按地温梯度逐渐增加的。所谓地温梯度，即深度每增加100米地层温度的升高值。而在井筒中，由于地层流体不断地向上流动，地层流体便作为热载体将热量不断地携带上来，通过套管、水泥环向地层

16、传导。因此，井温总是比地温要高。原油粘度对温度的变化非常敏感，表现为升温降粘特性。原油越稠，原油随井温变化越显著。稀油井，原油粘度很小，摩擦载荷很小，用地温代替井温对设计结果影响不大；而稠油井，由于摩擦载荷很大，不能用地温代替井温，因此井温分布计算对抽油井系统设计非常重要。地温的计算公式为：（3-1）井筒能量方程为：（3-2）式中： 油管中距井底L位置处原油温度，；K1 总传热系数，W/(m) ； 井底原油温度，；m 地层温度梯度，/m； 内热源，W/m 。在同一口井中，地温梯度m和井底温度都是不变的，传热系数K1则受地层物性和地层热阻、油管环形空间介质及其物性和油井的产量等多种因素的影响，而

17、产量对K1的影响较小。故在一定的地层条件及井筒状况下，也可近似地认为K1为一常数。这样，整个井筒的温度分布就只受与油井产量有关的水当量W和距井底的距离L的影响。水当量W可如下计算：（3-3）式中： 地层油的质量流量，kg/s； 地层水的质量流量，kg/s； 地层油的比热，J/（kg）； 地层水的比热，J/（kg）；将已知数据代入方程，可计算出任意深度所对应的油井温度，由此温度便可以计算出处于该深度处原油的粘度，从而可以进一步计算摩擦载荷、选择抽油设备。根据上式可以计算出任一深度处的井温和地温值，然后绘制出井温地温分布曲线。 3.2原油粘温关系将现场实测原油粘温数据通过回归分析，发现原油粘度随温

18、度的变化服从指数规律，可用下式表达：（3-4）式中： 原油的动力粘度，MPas； 原油的温度，；系数常数；温度指数。对于不同区块原油，、的取值不同。3.3井底流压所谓油井产能，是指油井的生产能力，常用采油指数来衡量。采油指数是指油井产量随流压的变化率，用公式表示为：（3-5）采油指数大小，反映了油层物性、流体参数、泄油面积以及完井条件对油井产量的综合影响。（1） 对于单相渗流（PwfPb），由于各参数随压力变化很小，可忽略这种变化，流入动态曲线则呈现线性关系，即： （3-6）（2） 对于两相渗流（），流入动态曲线则呈非线性关系，可由沃格尔方程来描述，即： （3-7）（3) 对于单相与两相组合型

19、（），则流入动态方程为一分段函数，可由如下一组方程表达：（3-8） （3-9）（3-10）（3-11）其中是通过试油来确定的： 若PwfPb,则（3-12） 若Pwf H时，则令H1= H，该段的长度应为：（3-31）(5) 该计算段的平均高度为，计算该点的温度和混合物的粘度。(6) 分别计算该计算段的最大载荷Pmax与最小载荷Pmin。(7) 分别计算累积最大和最小载荷：,（3-32）(8) 计算抽油杆的折算应力c，进行该段抽油杆强度校核；(9) 如不满足强度要求，则换次一级抽油杆直径，返回到步骤(2)重新计算；(10) 如满足强度要求，则以 H1作为下一计算段的起点H0，进行下一段计算；(

20、11) 当H0 = H时则结束，否则返回到步骤(3)继续计算，直到H0 = H为止；(12) 校核液柱载荷。如果计算值与假设值的误差达到精度要求，则计算结束,如果未达到精度要求，则以计算值作为新的假设值，重新计算。3.10计算与校核载荷在进行抽油杆直径及组合确定计算结束时，便可得到悬点的最大载荷和最小载荷。再和该抽油机的许用载荷 Pmax 比较，看是否满足载荷要求。3.11计算与校核扭矩曲柄轴处的最大扭矩可采用如下公式计算：（3-33）（3-34）（3-35）式中：Mmax 曲柄轴最大扭矩，kNm；S 光杆冲程，m；Pmax 悬点最大载荷，N；Pmin 悬点最小载荷，N。三个公式分别计算出最大

21、扭矩，取三个值中的最大值，若最大扭矩小于所选抽油机的许用扭矩则满足校核要求。3.12计算需要的电机功率电机实际输出的最大功率可如下计算：（3-36）式中：Nmax 电机实际输出的最大功率，kW；Mmax 曲柄轴最大扭矩，kNm；S 光杆冲程，m；冲次，1/min：传动效率，取0.9。第4章 设计框图和计算机程序新投产或转抽的油井，需要合理的选择抽油设备。油井投产后，还必须检验设计效果。当设备的工作状况和油层工作状况发生变化时，还需要对原有的设计进行调整。进行有杆泵采油井的系统选择设计应遵循的原则是：符合油井及油层的工作条件、充分发挥油层的生产能力、设备利用率较高、有较长的免修期，以及有较高的系

22、统效率和经济效益。这些设备相互之间不是孤立的，而是作为整个有杆泵抽油系统相互联系和制约的。因此，应将有杆泵系统从油层到地面，作为统一的系统来进行选择设计，其步骤如下：（1）根据油井产能跟设计排量确定井底流压；（2）根据油井条件确定沉没度、沉没压力；（3）应用多相垂直管流理论或相关式确定下泵高度和下泵深度；（4）根据油井条件和设备性能确定冲程和冲次；（5）根据设计排量、冲程和冲次，以及油井条件选择抽油泵；（6）选择抽油杆，确定抽油杆柱的组合；（7）选择抽油机、减速箱、电动机及其他辅助设备。4.1 设计框图(1) 抽油机井系统设计框图抽油机井系统设计的框图如图4-1。(2) 抽油杆柱设计框图抽油杆

23、柱设计框图如图4-2。4.2 计算机程序计算机程序见附录2图 4-1 抽油机系统设计框图输入基础数据计算温度场分布确定井底流压确定沉没度、沉没压力确定泵径确定下泵深度初选抽油机、确定冲程冲次选择抽油杆及组合校核抽油机校核减速箱扭矩校核电机功率打印结果YN结束图4-2 抽油杆柱设计框图假设Wl0H0=Hp,H1=0给dr()赋值Pmax= Wl0+上冲程常量Pmin=下冲程常量给定Hj=0L(j)=0dr= dr(j)H0+HHH=H- H0L(j)=0dr= dr(j)H1= H0+H= H0+H/2j= j+1计算dPmax=dWr+dIru+dFudPmin=dWr-dIrd-dFdPma

24、x= Pmax+dPmaxPmin= Pmin+dPminPmax= PmaxdPmaxPmin= PmindPminL(j)= H1 H0HNH0= H1H1H计算WlNWl0=（Wl0+ Wl）/2（WlWl0）NYYYYNYY进行下步计算第5章 设计结果及结果分析5.1 井温分布该井的井温度分布如图5-1所示。由图可知：对于1845m井深，井底温度为91.8时，井口温度为44.67。而按地温计算，井口温度则为31.09。井口处的井温大于地温13.58，因此地温代替井温，将会给系统设计带来很大的误差。如图所示，也可见两条曲线相距一定距离，故地温与井温有硬顶差距。图5-1 井温曲线5.2 原

25、油粘温关系原油粘温关系附合：经确定，=12.845,=5.1804。原油粘温关系曲线如图5-2所示。由图象可知，原油的粘度是随温度的升高而下降，表现为升温降粘的特性，而且原油的粘度越高，其随温度升高而下降的幅度就越来越大。从粘温关系曲线可以看出，井筒中任一点处的温度都不相同，将使原油及混合物的粘度变化很大，从而使得各段杆柱的摩擦载荷大不相同。为了使抽油杆柱设计结果更加符合实际，应充分考虑井液粘度的变化情况。图5-2 原油粘温关系5.3 井底流压根据已知数据：地层压力=11.09 (MPa) 饱和压力pb=9.63 (MPa) 试井流压pwftest=5.88(MPa)试井产液=23.1(m3/

26、d)将已知数据代人采油指数公式得：= 4.82 (m3/(dMPa)=4.82(11.09-9.63)=7.04 m3/d=25.79 m3/d设计排量qoqb由：可得：pwf = 4.97(MPa)由上式还可以算出各产量下所对应的井底流压（数据见运行结果），从而绘制IPR曲线如图3-1所示图5-3 IPR曲线5.4泵吸入口压力代入已知数据，得=945.47 m3/d。再根据沉没度hs =213.95 m，可求得泵吸入口压力 =1.982 MPa。5.5 下泵深度这里采用单相估算法。 自油层中部到泵吸入口之间的压差为2.988 MPa，根据静液柱估算,该压差对应的高度为322.48 m。因此，

27、下泵深度则为： m5.6 冲程和冲次因为所设计的抽油井系统为稠油井，因此需要选择大冲程、低冲次的抽油机型作为程序设计所用来确定抽油泵径。因此经确定：S=3 mn=6 1/min5.7 选择抽油泵由油井条件试选择泵径为44 mm的杆式抽油泵。泵型取决于油井条件，在1000 m以内的油井，含砂量小于0.2%，油井结蜡较严重或油较稠，应采用管式泵；产量较小的中深或深井，可采用杆式泵。本次设计中选用的是管式泵。5.8 抽油杆直径及组合由cy0070井号运行程序可确定的抽油杆直径及组合如下表项目二级杆三级杆四级杆五级杆直径,mm19.0022.0025.0029.00长度,m7204802401475.

28、9 悬点最大和最小载荷；计算的悬点最大载荷和最小载荷分别为：=121.33 kN = 49.63kN计算悬点载荷时，抽油杆柱与液柱之间的摩擦发生在下冲程，其摩擦力的方向向上，是稠油井内抽油杆柱下行遇阻的主要原因。并且在高粘度大产量油井内，液体通过游动阀产生的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因，对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。5.10 计算并校核减速箱扭矩曲柄轴处的最大扭矩可采用如下任一公式计算：；用第一个公式计算得：Mmax = 33.67 kNm1.2Mmax =40.40 kNm由于该抽油机的许用扭矩为Mmax=48 kNm ，故Mmax1.2Mmax，因此满足扭矩要求。随着井温的

29、增大，最大载荷减小，最小载荷增加 ，扭矩增加。5.11 计算电机功率并选择电机电机实际输出的最大功率可如下计算：由程序计算得电机最大功率为Nmax = 23.51 kW 实际选择时应选择功率稍大于计算值的电机。5.12 选择出合适的抽油机由计算出的最大扭矩以及最大载荷查抽油机基本参数表，选择宝鸡10-3-48HB型抽油机较为合适。5.13 程序运行界面课程设计程序运行界面：见附录1. 结束语此次抽油机系统课程设计共历时三周，在第一周我主要进行的工作是强化设计所必须的理论基础知识，明确了设计要求及目的，结合设计指导书进行相关的计算，对基础数据进行处理，用excel进行图表的绘制。计算的过程并不复

30、杂，在自身所学的知识的基础之上合理的运用公式，在用excel进行制图时也运用到了计算机的基础知识：通过第一周的基础计算，对整个课程设计有了大致的了解，要设计符合油层及油井工作条件的抽油系统，充分发挥油层产能，设备利用效率较高且有较长的免修期，并且具有较高的系统效率和经济效益。第二周在时间较为仓促的情形下，针对自己的数据特点（如多相流，高粘中深井）抓住主要矛盾，勾勒出了设计框图和关键环节编程草稿，整体分析设计过程中可能遇到的困难及避免程序中不必要的错误，以最大程度上接近最优的设计结果。在最后一步将设计以程序的方式呈现，我选用了VB程序语言编相关的程序。但是做这个的时候，距离VB基础知识课结业已经

31、有一定的时间，运用到VB编程的时候还是有一点生疏，在此期间又恶补了VB知识，在自身条件的允许下，设计出了VB程序。在设计程序的时候，也遇到过瓶颈，在和同学讨论之后加上老师的指点，设计出了整个的程序。第三周进行课程设计报告的撰写，在此期间将这两周来的过程做了一个总结，在撰写报告的时候反思之前的做法，虽然确实有绕弯路的地方，但是大致思路是清晰的。通过编写设计报告，整个课程设计的流程又走了一遍，让我对这期间所掌握的知识有了更深刻的认识。一个项目的完成不仅需要耐心，细心，对应的专业知识，也离不开老师的悉心指导，在我完成设计之后，也要感谢曲国辉老师和李铭老师的悉心指点！参考文献1 王鸿勋，张琪采油工艺原理M北京：石油工业出版社，19892 王常斌，郑俊德，陈涛平机械采油工艺原理M北京：石油工业出版社，19983 李子丰油气井杆管柱力学M北京：石油工业出版社，19964 胡常忠稠油开采技术M北京：石油工业出版社，19985 蒋汉青，赵子刚采油工艺实践M哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，19936 葛家理油气层渗流力学M北京：石油工业出版社，19827 美KE布朗升举法采油工艺（卷一，卷二）M北京：石油工业出版社，1987附录1:课程设计程序运行界面：27附录2：课程设计（抽油系统组合设计）程序：