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 孙晓楠
学生学号 080201140223
扌旨导教师 夏惠芬张承丽
2011 年 7 月 15 E)
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 孙晓楠 学号 080201140223
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。
①计算出油井温度分布； ②确定原油粘温关系表达式；
③确定出油井的合理下泵深度； ④确定合适的冲程、冲次；
⑤选择合适的抽油泵； ⑥确定抽油杆直径及组合；
⑦计算出悬点的最大、最小载荷；⑧选出合适的抽油机。
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：
①概述； ②基础数据； ③基本理论； ④设计框图和计算机程序;
⑤设计结果及结果分析； ⑥结束语； ⑦参考文献。
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：
李颖川•采油工程（第二版）•石油工业出版社• 2009
陈涛平等・石油工程・石油工业出版社• 2000
龚沛曾• Visual basic程序设计简明教程•高等教育出版社• 2007
完成期限 2011.6.27〜2011.7.15
指导教师 夏惠芬张承丽
专业负责人 赵春森
2011年6月27日
一、 概述 1
1.1设计的目的意义 1
1.2设计的主要内容 1
二、 基础数据 2
2.1抽油系统设计基本数据 2
2.2原油粘度温度关系数据 2
2.3抽油杆基本参数 2
2.4抽油机基本参数 3
三、 基础理论 4
3.1油井产能 4
3.2井温分布计算 6
3.3原油粘温关系 8
3.4泵吸入口压力 8
3.5下泵深度 8
3.6确定冲程和冲次 9
3.7确定泵径 9
3.8悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法 10
3.9确定抽油杆直径及组合 12
3.10计算与校核载荷 13
3.11计算与校核扭矩 13
3.12计算需要的电机功率 14
四、 设计框图和计算机程序 14
4.1设计框图 14
4.2计算机程序 15
五、 设计结果及结果分析 17
5.1井温分布 17
5.2 原油粘温关系 17
5.3下泵深度 18
5.4冲程和冲次 18
5.5选择抽油泵 18
5.6抽油杆直径及组合 19
5.7悬点最大和最小载荷； 19
5.8计算并校核减速箱扭矩 19
5.9计算电机功率并选择电机 20
5.10选择出合适的抽油机 20
5.11程序运行界面 20
结束语 21
参考文献 22
—、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)一程序代码；
(4) 为明年毕业设计作准备：专业课、毕业设计之间的桥梁。
1.2设计的主要内容
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) 确定出油井的合理下泵深度；
(4) 确定合适的冲程、冲次；
(5) 选择合适的抽油泵；
(6) 确定抽油杆直径及组合；
(7) 计算出悬点的最大、最小载荷；
(8) 选出合适的抽油机。
二、基础数据
2.1抽油系统设计基本数据
井 号
cy0023
油层深度(m)
1610
油管内径(nun)
88.9
套管直径(mm)
190
地温梯度(°C/100m)
3.08
井底温度(°C)
82.4
地层压力(MPa)
11.86
饱和压力(MPa)
9.9
传热系数(W/m°C)
2.99
试井产液(m?/d)
27.8
试井流压(MPa)
4.94
体积含水率(％)
21
原油密度(kg/n?)
940.87
地层水密度(kg/n?)
1000
原油比热(J/kg°C)
2171.52
地层水比热
(J/kg°C)
4279.01
设计沉没度(m)
222.6
设计排量(n?/d)
26.9
2.2原油粘度温度关系数据
原油温度(°C)
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
粘度(mPa.s)
9100
5523
3533
2359
1631
1162
848
633
482
372
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
29
100
16
19
22
25
29
120
16
19
22
25
29
150
16
19
22
25
29
180
16
19
22
25
29
2.4抽油机基本参数
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
6,9,12
10
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
6,9,12
16
6-2.5-26HB
江汉
60
26
2500
2400
3200
670/1.80,990/2.20,1150/2.50
6,9,12
20
8-3-48B
三机
80
48
3000
2500
3200
858/2.10,1013/2.50,1200/3
6,9,12
26
8-3-53HB
大安
80
53
3450
2580
3160
670/1.80,810/2.20,
950/2.60,1090/3
6,9,12
35
10-3-48HB
宝鸡
100
48
3000
2000
3330
570/1.80,745/2.40,895/3
6,9,12
37
10-3-53HB
三机
100
53
3000
2500
3200
858/2.10,1013/2.50,1200/3
6,9,12
47
Y10-3-53HB
大安
100
53
3450
2580
3380
640/1.80,765/2.20,
890/2.60,1015/3
6,9,12
53
Y10-3-53HB
兰通
100
53
3000
2200
3200
755/2.10,885/2.50,1045/3
6,9,12
59
11-2.1-26B
宝鸡
110
26
2820
2820
3026
780/1.58,922/1.88,1064/2.18
6,8,12
61
Q12-3.6-53B
宝鸡
120
53
7925
6553
4295
1074/2.85,1227/3.25,1380/3.66
8,12
69
Y12-4.8-73HB
二机
120
73
4800
2840
4200
800/2.80,1060/3.80,1209/4.80
6,8,10
78
Y12-5-74HB
大安
120
74
5600
4000
4640
1000/3,1200/3.60,
1400/4.30,1600/5
3,4,6
83
Y14-4.8-73HB
江汉
140
73
4800
3048
3770
990/3.60,1100/4.20,1200/4.80
6,8,10
87
Q14-5-73HQ
烟采
140
73
7150
3100
5780
970/4,1060/5
4,5,6
94
16-30
大安
160
300
1200
800
2100
600/2,700/2.50,800/3
6,9,12
三、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 油层到地面看做统一的整体来进行。
3.1油井产能
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：
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（Pwf〉Pb），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：
C2）对于两相渗流（几 < 肌），流入动态曲线则呈非线性关系，可由沃格尔方程
来描述,即：
^=7omax[l-0.2xfe-0.8x
C3）对于单相与两相组合型（Pwf
Pb,则
J0 =
Qotest
(3-8)(3-9)
根据以上相应的产能计算公式，便可绘制出油井的流入动态曲线。利用该曲 线，便可确定出设计排量（开发方案或调整方案中给出）所对应的井底流压Pwf值, 以便进一步根据油井条件确定沉没度，最终确定下泵深度。
当设计排量未知时，可根据油井条件和现场实际，确定出设计排量大小。确 定时，应注意使qo/qomax的值具有一个合理水平。其值越大，油井产量就越高，但 井底压力过低将增加举升的难度；反之，液面过高而产量过小，将不能充分发挥 出油井产量的作用。
根据已知数据: 地层压力 pr =11.86(Mpa) > 饱和压力 pb=9.9(Mpa)> 试井流压/?wftest=4.94 (Mpa)
试井产液 qolesl =27. 8 （m7d）
一一 4.94 一一
< 4.94 丫
1 0.2
— 0.8
9.9
< 9.9 J J
27.8
将已知数据代人采油指数公式得:
9 9
(11.86-9.9)+ —
1.8
=4.78(m7(d • Mpa))
qb = J0^pr =4.78x(11.86-