石油工程課程設計

1、<p><b>　　第一章 設計內容</b></p><p><b>　　1.1 原始數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　1. 基礎數(shù)據(jù)</b></p><p>　　井深2146m，地層壓力17MPa，油藏溫度70℃，飽和壓力12MPa，套管內徑140mm，油管內徑62mm，油管外徑

2、73mm，地面原油相對密度0.856，地面產(chǎn)出水相對密度1，標況下天然氣相對密度0.7。</p><p><b>　　2. 生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　含水20%，井底流壓6.26MPa，產(chǎn)油量6t/d。</p><p><b>　　1.2 設計任務</b></p><p><b

3、>　　1. 設計數(shù)據(jù)</b></p><p>　　體積含水 25%，產(chǎn)油量 4t/d，生產(chǎn)氣油比 87m3/t，油壓 0.8 MPa，套壓 0.2MPa。</p><p><b>　　2. 任務</b></p><p>　　確定泵效最大的機桿泵及其工作參數(shù)。</p><p><b>　　1.3

4、 設計要求</b></p><p>　?。?）根據(jù)原始生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)作IPR曲線；</p><p>　?。?）由設計數(shù)據(jù)和IPR曲線計算井底流壓和動液面；</p><p>　?。?）作充滿程度與下泵深度（沉沒度）關系曲線；</p><p>　　（4）確定下泵深度；</p><p>　?。?）確定泵效

5、最大的機桿泵及其工作參數(shù)。</p><p>　　1.4 設計內容及步驟</p><p>　　1. 根據(jù)給定的地層壓力、飽和壓力以及生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)用；</p><p>　　2. 由設計基礎數(shù)據(jù)計算井底流壓；</p><p>　　3. 由井底流壓估算動液面；</p><p>　　4. 假設下泵深度；</p>&

6、lt;p>　　5. 根據(jù)產(chǎn)量和下泵深度確定抽油機型號和泵徑；</p><p>　　6. 確定抽吸參數(shù)（s、n）；</p><p>　　7. 確定抽油桿柱材料、組合；</p><p><b>　　8. 計算泵效；</b></p><p><b>　　9. 計算產(chǎn)液量；</b></p>

7、<p>　　10. 產(chǎn)量校核（偏差最好不超過10%）；</p><p>　　11. 抽油機校核（最大載荷、扭矩）；</p><p>　　12．改變下泵深度；</p><p>　　13. 作泵效~下泵深度曲線，優(yōu)選下泵深度；</p><p>　　14. 計算拖動裝置功率，選擇電機型號和功率；</p><p>

8、;　　15. 確定平衡半徑（平衡重）；</p><p>　　16. 確定泵型及其間隙等級。</p><p>　　第二章 流入動態(tài)預測</p><p>　　2.1采液指數(shù)與流壓關系</p><p>　　由于Pwf(test)=6.26MP<Pb=12MPaa，進行產(chǎn)量疊加，體積含水率20﹪。</p><p>&l

9、t;b>　　產(chǎn)油量，則</b></p><p>　　(6/0.856)/80%=8.763 m3/d</p><p>　　又/ =20%/80%=1/4；則</p><p>　　= ×1/4=7.01×1/4=1.75 m3/d，</p><p><b>　　（2-1）</b><

10、;/p><p>　　=0.897m3/d·MPa</p><p>　　則=0.897(17-12)=4.485m3/d</p><p>　　=10.465m3/d</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p><b>　　=</b></p>

11、<p>　　=0.897(17-Pwf)=15.249-0.897Pwf （2-3）</p><p><b>　　其中:</b></p><p>　　J1---采液指數(shù), m3/（d·MPa）</p><p>　　qo---純油產(chǎn)量, m3/d</p><p>　

12、　qw---純水產(chǎn)量, m3/d</p><p>　　fw----含水率,小數(shù)</p><p>　　qomax--由IPR曲線的最大產(chǎn)油量,m3/d</p><p>　　qt---對應流壓的總產(chǎn)液量, m3/d</p><p>　　qb--飽和壓力下的產(chǎn)液量, ,m3/d</p><p>　　2.2根據(jù)原始生產(chǎn)動態(tài)數(shù)據(jù)

13、和設計數(shù)據(jù)作IPR曲線</p><p>　　生產(chǎn)時含水率為25%，產(chǎn)液指數(shù)不變</p><p>　　Pwf<Pb時可求出此時產(chǎn)液表達式：</p><p>　　=11.6625-0.299Pwf-0.0249Pwf2 </p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>&

14、lt;b>　　當pwf>Pb時</b></p><p>　　Qt=0.897(Pr-Pwf)</p><p>　　表2-1 流壓與流量關系表：</p><p>　　2.3計算井底的流動壓力</p><p>　　在設計數(shù)據(jù)中， </p><p>　　根據(jù)IPR曲線，計算可得: 井底的流

15、動壓力=9.94Mpa</p><p>　　圖2-1 流壓與流量IPR曲線 </p><p>　?。?）由設計數(shù)據(jù) </p><p>　　圖2.2.1靜液面與動液面</p><p>　　fw=0.25,pwf=9.94Mpa</p><p><b>　　計算動液面</b>&

16、lt;/p><p><b>　　-?—</b></p><p>　　ρlg---井內氣液平均密度；</p><p><b>　　-?—</b></p><p>　　ρlg=ρo(1-fw)+ ρwfw=0.892</p><p>　　井內溶有氣體密度小于0.892</p&g

17、t;<p><b>　　取?=0.88</b></p><p>　　2.4作充滿程度與下泵深度 (沉沒度)關系曲線 </p><p><b>　　則溶解氣油比：</b></p><p><b>　　又 則有 </b></p><p>　　若忽略余隙影響，則

18、由《采油工程技術手冊》（3-49）得：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　——充滿程度，小數(shù)；</p><p>　　K——余隙比，去0.1；</p><p>　　Rp——地面生產(chǎn)氣油比，m3/m

19、3</p><p>　　Rs——泵內溶解氣油比，Rs=Pi, m3/m3</p><p>　　——溶解氣系數(shù)m3/(m3·MPa);</p><p>　　Pi——沉沒壓力，MPa；</p><p>　　fw——體積含水率。</p><p>　　Rp =870.856=74.472 m3/m3</p>

20、;<p>　　則 </p><p>　　又 （2-7）</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　此即充滿程程度與沉沒度的關系式。</p><p>

21、;　　表2-2 沉沒度與充滿系數(shù)的關系數(shù)據(jù)表</p><p>　　第三章 工作參數(shù)確定</p><p>　　3.1假設下泵深度 </p><p><b>　　由井底流動壓力</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　可得：

22、 （3-2）</p><p><b>　　部分參數(shù)的計算：</b></p><p>　　≈，把吸入口以上環(huán)形空間油柱平均密度看成是純油的密度；</p><p>　　=0.856×75%+1×25%=0.892g/=892把井內混合物平均密度。</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)

23、化簡可得：</b></p><p>　　下泵深度與沉沒度的關系：</p><p>　　下泵深度與充滿系數(shù)的關系：</p><p><b>　　動液面深度</b></p><p><b>　　動液面高度</b></p><p>　　=1113+0.04hs

24、 </p><p>　　其中: ──流壓，MPa； </p><p>　　H───油層中部深m；</p><p>　　Lp───泵掛深度，m ； 圖3-1 各深/高度示意圖 </p><p><b>　　───沉沒度，m；</b></p>

25、<p>　　───重力加速度，；</p><p>　　─── 井內混合物平均密度，kg/m³；</p><p>　　───吸入口以上環(huán)形空間油柱平均密度，kg/m³；</p><p>　　───套壓，MPa。</p><p>　　假設下入深度Lp=2000m,就可得到</p><p>

26、　　沉沒度 hs=1007.3m </p><p>　　充滿系數(shù) β=0.819</p><p>　　動液面深度 Lf=992.7 </p><p>　　動液面高度 Hf=1153.3m</p><p><b>　　3.2初選抽油機 </b></p>

27、<p>　　由前面知，下泵深度為2000m，產(chǎn)液量為6.23m³/d。</p><p>　　相關手冊中的圖表如下圖所示：</p><p>　　圖3-1 選取抽油機的示意圖</p><p>　　根據(jù)以上圖表，從橫坐標2200m處向上引垂線，縱坐標6.23m³/d處向右引水平線，兩線的交點確定的區(qū)域所對應的抽油機為：CYJ7-2.1-26

28、F,泵徑為28 毫米， 從交點向上延長上述橫坐標的垂線， 和最大排量曲線相交于一點， 此點所對應的為最大排量（17.2m³/d）</p><p>　　表3.2抽油桿類型及參數(shù)</p><p><b>　　由上表得：</b></p><p>　　所對應的抽油桿尺寸為，油管尺寸為73mm。</p><p><

29、b>　　根據(jù)附表二查的：</b></p><p>　　表3.1.1機型及參數(shù)</p><p>　　3.3 確定沖程和沖次</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　故選：沖程，沖次S=2.1m .</p><p>　　3.4抽油桿柱設計（采用近似等強度

30、組合設計方法）</p><p>　　所對應的抽油桿直徑為22×19×16。在《采油工程（第二版）》中推薦：合金鋼抽油桿（D級）比例為13×87。另外，最大懸點載荷為70KN,光桿最大沖程為2.1m,最大沖次12,減速箱曲柄軸最大允許扭矩為26KN·m.</p><p>　　在設計抽油桿柱時必須滿足： </p><p>　?。?

31、）抽油桿應具有足夠的抗疲勞強度的能力；</p><p>　?。?）抽油桿的重量應盡量小。</p><p><b>　　桿柱有關參數(shù)：</b></p><p>　　表3-2 每米抽油桿的質量</p><p>　　根據(jù)前面推薦的比例并經(jīng)過計算，</p><p><b>　　可得： </

32、b></p><p>　　直徑為22mm桿柱的長度為281m，直徑為19mm的桿柱長度為330m，直徑為16的桿柱長度為1389m</p><p>　　各級抽油桿柱在空氣中的質量：</p><p>　　在計算時，選擇經(jīng)驗公式：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>

33、　?。ㄒ驗樗捎糜谥猩畹退俚挠途?，而且考慮了液柱的動載）</p><p><b>　　對于第一個截面：</b></p><p>　　桿柱自重 =22346.79+7445.79+8462.79=38255N</p><p>　　液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為6.16 cm²):</p><p>　　=6

34、.16×0.0001×2000×9.8×892=10781(N)</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　=(38255+10781) ×(1+2.1×6/137)</p><p><b>　　=53533(N)</b></p&g

35、t;<p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　=(2.00×1389+2.85×330+3.8×281) ×(7.85-0.892) ×9.81×0.1-(38255×2.1×6²×0.75)/1790</p><p><b>

36、　　=31459（N)</b></p><p>　　=140.88() （3-8）</p><p>　　() （3-9）</p><p><b>　　循環(huán)應力的應力幅：</b></p><p>　　=29.045() （3-10）</

37、p><p><b>　　折算應力：</b></p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　經(jīng)阿塞拜疆石油所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結與油田實際數(shù)據(jù)對比得出D級抽油桿的許用應力為90。</p><p><b>　　<90</b><

38、;/p><p>　　因此，它滿足工程要求。</p><p><b>　　對于第二個截面：</b></p><p>　　桿柱自重 =22346.79+7445.79=29793 (N)</p><p>　　液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為6.16):</p><p>　　=6.16×0

39、.0001×200×9.8×892=10781(N)</p><p>　　=(29793+10781) ×(1+2.1×6.4/137)</p><p><b>　　=44541(N)</b></p><p>　　=(2.85×330+2.00×1389)×(7.8

40、5-0.892) ×9.81×0.1</p><p>　　-(29793×2.1×6.0²×0.75)/1790</p><p><b>　　=24470(N)</b></p><p><b>　　循環(huán)應力的應力幅：</b></p><p>

41、;<b>　　=35.21()</b></p><p><b>　　折算應力：</b></p><p>　　經(jīng)阿塞拜疆石油所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結果與油田實際數(shù)據(jù)對比得出D級抽油桿的許用應力為90。</p><p><b>　　﹤90</b></p><p&

42、gt;　　因此，它滿足工程要求。</p><p><b>　　對于第三個截面：</b></p><p>　　桿柱自重 =22347(N)</p><p>　　液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為6.16):</p><p>　　=6.16×0.0001×2000×9.8×892

43、=10781(N)</p><p>　　=(22347+10781) ×(1+2.1×6.0/137)</p><p><b>　　=36162(N)</b></p><p>　　=(2.00×1389)×(7.85-0.892) ×9.81×0.1</p><p&

44、gt;　　-(22347×2.1×6.0²×0.75)/1790</p><p><b>　　=18254(N)</b></p><p><b>　　循環(huán)應力的應力幅：</b></p><p><b>　　=44.77()</b></p><

45、p><b>　　折算應力：</b></p><p>　　經(jīng)阿塞拜疆石油所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結果與油田實際數(shù)據(jù)對比得出D級抽油桿的許用應力為90。</p><p><b>　　﹤90</b></p><p>　　因此，它滿足工程要求。</p><p>　　由于所用的油桿

46、的鋼級符合設計的要求，不需要加加重桿。</p><p><b>　　3.5 計算泵效</b></p><p>　　泵效的一般表達式為：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中：───桿、管彈性伸縮對泵效的影響；</p><p>　　───泵

47、的充滿系數(shù)；</p><p>　　───泵漏失對泵效影響的漏失系數(shù)，此處取1.0;</p><p>　　───為吸入條件下抽汲液體的體積系數(shù)，查地層油體積系數(shù)圖版</p><p>　　可得：=1.251;</p><p>　　關于上式中參數(shù)的確定：</p><p>　　沖程損失

48、 （3-13）</p><p>　　即 =1.83/2.10.8191（11.251）=57.05%</p><p>　　因為設計的井為直井，泵掛深度為2000米，根據(jù)國家抽油泵的選擇標準選取的泵為底部固定的定井筒桿式泵，其型號為：CYB28RHBC-4.5-0.6-0.3。</p><p>　　一般情況下，此型號的泵的理論排量為5m³

49、;/d至62m³/d. 因此，它能滿足生產(chǎn)要求。</p><p><b>　　3.6 產(chǎn)量校核</b></p><p><b>　　理論產(chǎn)液量:</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p><b>　　實際產(chǎn)量： </b

50、></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　誤差：<10%</b></p><p>　　因此，它能滿足工程要求</p><p>　　3.7抽油機校核（最大載荷、扭矩）</p><p><b>　　懸點最大載荷：<

51、;/b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b>　　=54672(N)</b></p><p>　　——應力波在抽油桿柱中的傳播速度，=4968 m/s</p><p><b>　　懸點最小載荷</b></p><p

52、><b>　?。?-17）</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)得：=32547N</p><p>　　C---下沖程動載荷修正系數(shù),一般C=0.85~0.9</p><p>　　即Pmax=37.894kN<70kN，故抽油機滿足工程要求。</p><p>　　3.8曲柄軸扭矩計算</p>&

53、lt;p><b>　　因 ，</b></p><p><b>　　故最大扭矩</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　一般抽油機扭矩利用率在40%-80%之間。</p><p><b>　　實際扭矩利用率為</b>

54、;</p><p>　　3.9 確定平衡半徑</p><p><b>　　平衡扭矩計算式：</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　────（摘自《采油機械的設計計算》）</p><p>　　式中 —平衡重所儲存的能量；</p

55、><p>　　—抽油桿柱在油中的重量，N；</p><p>　　—油井中動液面以上，斷面積等于柱塞全面積的油柱重，N；</p><p>　　S—驢頭懸點的沖程長度，m。</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　=38010N</b></

56、p><p><b>　?。?-21）</b></p><p><b>　　=5736N</b></p><p><b>　　（3-22） </b></p><p>　　=(30000+5736/2)×1.8</p><p>　　由抽油機型號CYJ5

57、-1.8-18F可知</p><p>　　=(2.85×1101+3.80×299) ×(7.85-0.892) ×9.81×0.1=29224N</p><p>　　=6.16×0.0001×1400×9.8×892=7539(N)</p><p>　　───曲柄平衡塊重心到

58、曲柄軸的距離；</p><p>　　───曲柄平衡塊重；</p><p>　　───曲柄本身的重心到曲柄之距離；</p><p>　　───曲柄自重(兩塊)；</p><p>　　───曲柄銷至曲柄軸心之距離,稱曲柄半徑,;</p><p>　　───抽油機本身的不平衡值,；</p><p>　

59、　───游梁平衡重,40kg。</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　3.10 各種功率的計算</p><p>　　1. 計算有效（水力）功率：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p><b>　　有效提升高度

60、：</b></p><p><b>　　2. 計算光桿功率</b></p><p>　　光桿功率 （3-2）</p><p><b>　　3. 計算井下校率</b></p><p>　　井下校率為

61、 （3-2）</p><p>　　4. 計算電動機輸出的平均功率</p><p>　　一般情況下抽油機的效率為80%（除嚴重的低負荷運轉外）。</p><p>　　平均輸出功率 （3-2）</p><p><b>　　第四章 設計結果</b>

62、;</p><p>　　4.1 作下泵深度與泵效曲線并優(yōu)選下泵深度</p><p>　　表4-1 小組設計結果</p><p>　　圖4-1 下泵深度與泵效關系</p><p>　　根據(jù)圖4-1知最優(yōu)的下泵深度為2000m,此時的泵效達最大值，最大泵效為57.05%。</p><p>　　4.2 各種功率的計算<

63、/p><p>　　1. 計算有效（水力）功率：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　有效提升高度：</b></p><p><b>　　2. 計算光桿功率</b></p><p>　　光桿功率

64、 （4-2）</p><p><b>　　3. 計算井下校率</b></p><p>　　井下校率為 （4-3）</p><p>　　4. 計算電動機輸出的實際功率</p><p>　　一般情況下抽油機的效率為80%（除嚴

65、重的低負荷運轉外）。</p><p><b>　　實際輸出功率 </b></p><p>　　由《采油工程原理與設計》132頁（3-78）式計算需要電動機的功率，得</p><p>　　由《采油技術手冊（上冊）》434頁表5-34，選用電機型號為YCCH180，其主要性能參數(shù)如表4-2所示。</p><p>　　表4-

66、2YCCH180電機主要性能參數(shù)</p><p>　　4.3 確定平衡半徑（平衡重） </p><p><b>　　平衡扭矩計算式：</b></p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　　────（摘自《采油機械的設計計算》）</p><p>　　

67、式中 —平衡重所儲存的能量；</p><p>　　—抽油桿柱在油中的重量，N；</p><p>　　—油井中動液面以上，斷面積等于柱塞全面積的油柱重，N；</p><p>　　S—驢頭懸點的沖程長度，m。</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　=33908.39

68、N</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　=5135.01N</b></p><p><b>　　（4-7） </b></p><p>　　=(33908.39+)×1.8</p><p>　　由抽油機型號

69、CYJ5-1.8-18F可知</p><p><b>　　表4-3</b></p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　=(2.85×330+3.80×281+1389×2.00) ×</p><p>　　(7.85-0.892) &#

70、215;9.81×0.1=32670.32（N）</p><p>　　=6.16×0.0001×1900×9.81×892=10780.64(N)</p><p>　　其中：───曲柄平衡塊重心到曲柄軸的距離；</p><p>　　───曲柄平衡塊重；</p><p>　　───曲柄本身的重心

71、到曲柄之距離；</p><p>　　───曲柄自重(兩塊)；</p><p>　　───曲柄銷至曲柄軸心之距離,稱曲柄半徑,;</p><p>　　───抽油機本身的不平衡值,；</p><p><b>　　───游梁平衡重</b></p><p>　　= </p>

72、<p><b>　　=88.96cm</b></p><p>　　4.4 確定泵型及其間隙等級</p><p>　　表4-4 設計結果</p><p><b>　　結束語</b></p><p>　　這次課程設計，我學到了很多東西，也懂得了如何能夠更好的運用自己所學的東西，使所學的東西可

73、以在生產(chǎn)實踐中充分的應用，來設計和解決現(xiàn)實遇到的問題。在設計過程中遇到的很多困難，尤其使剛開始的時候不知道從何入手。最后是找到了師哥所做的模板，以及老師給的設計課件和任務書，才理出了頭緒，開始了自己的設計。模板在開始確實有了很大的幫助，但在最后，才發(fā)現(xiàn)在模板的影響下自己束手束腳，很難發(fā)揮自己，也很難做好設計，最后舍棄了模板。在設計中還有一個很大困難，就是參考資料太少，比如《采油技術手冊》，而需要查閱的數(shù)據(jù)又很多，最后在同學的幫助下，找到

74、了《采油技術手冊》的電子版，查到了自己所需要的數(shù)據(jù)。這次設計雖然只是一次作業(yè)，但我并沒有因此而放松，我把它看成使一次真正的設計，必須仔細認真，做好每一步程，計算好每一個數(shù)據(jù)，一個微小的過程或者數(shù)據(jù)都會造成具的經(jīng)濟損失。</p><p>　　在這次設計過程中，XX老師和班級的各位同學都給予了很大的幫助。在設計過程中，遇到的部分困難XX老師給予了細心的解答，其他問題和班級同學進行了商討，最后得到了合理的設計過程。在設

75、計最后對老師和班級同學表示真誠的謝意！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]張?zhí)├C，陳一主編 .采油工程（第二版）.北京：石油工業(yè)出版社, 1996.3</p><p>　　[2]萬仁溥.采油工程手冊（上冊）. 北京:石油工業(yè)出版社,2000.8</p><p>　　[3]萬仁溥.采

76、油工程手冊（精要本）.北京：石油工業(yè)出版社,2003.3</p><p>　　[4]萬仁溥.采油技術手冊（上冊）.北京：石油工業(yè)出版社,2005.3</p><p>　　[5]張琪.采油工程原理與設計.山東東營：中國石油大學出版社,2006.7</p><p>　　[6]張學魯,季祥云,羅仁全編.游梁式抽油機技術與應用 .北京：石油工業(yè)出版社, 2001.4<