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1、 目 录1.前言11.1. 设计的目的意义11.2.设计的主要内容12. 基本理论22.1. 油井产能22.2.井温分布计算32.3.原油粘温关系42.4.泵吸入口压力42.5.下泵深度42.6.确定冲程和冲次52.7.确定泵径52.8.悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法52.9.确定抽油杆直径及组合72.10.计算与校核载荷72.11.计算与校核扭矩72.12.计算需要的电机功率83. 设计框图和计算机程序93.1. 设计框图93.1.1. 抽油机井系统设计框图93.1.2抽油杆柱设计框图103.2. 程序截图113.3. 计算机程序134. 设计结果及结果分析144.1基础数据144.1.1
2、. 抽油系统设计基本数据144.1.2. 原油粘度温度关系数据144.1.3. 抽油杆基本参数表144.1.4. 抽油机基本参数154.2.设计结果164.2.1.油井产能164.2.3.原油粘温关系174.2.4.下泵深度184.2.5.确定冲程和冲次184.2.7.确定抽油杆直径及组合184.2.8.计算与校核载荷184.2.9.计算与校核扭矩184.2.10.计算需要的电机功率194.3.结果分析195.认识和结论206.参考文献217.附录22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 学生姓名 学生学号 指导教
3、师 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学号主要内容、基本要求、主要参考资料等 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。1. 设计主要内容： 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。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
4、计报告的形式完成本专题设计，设计报告的具体内容如下： 前言； 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； 认识和结论； 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：王常斌等. 石油工程设计. 大庆石油学院校内自编教材陈涛平等. 石油工程. 石油工业出版社，2000万仁溥等. 采油技术手册第四分册机械采油技术. 石油工业出版社，1993 完成期限 2014.6.302014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年6月30日目 录1.前言11.1.设计的目的意义11.2.设计的主
5、要内容12.基本理论22.1.油井产能22.2.井温分布计算22.3.原油粘温关系22.4.井底流压22.5.泵吸入口压力22.6.下泵深度22.7.确定冲程和冲次32.8.确定泵径32.9.悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法32.10.确定抽油杆直径及组合32.11.计算与校核载荷32.12.计算与校核扭矩32.13.计算需要的电机功率43.设计框图和计算机程序53.1.设计框图53.2.程序截图53.3.计算机程序54.设计结果及结果分析64.1.基础数据64.2.设计结果84.3.结果分析95.认识和结论106.参考文献117.附录12 1.前言1.1. 设计的目的意义通过一组基础数据，利
6、用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。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。1.2.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。1) 设计主要内容如下：2) 计算出油井温度分布；3) 通过回归分析确定原油粘温关系表达式；4) 确定出油井的合理下泵深度；5) 确定合适的冲程、冲
7、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。2. 基本理论2.1. 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：（3-1）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（），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： （3-2）（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： （3-3）（3) 对于单相与两相组合型（），则流入动态方程为一分
8、段函数，可由如下一组方程表达： （3-4）（3-5） （3-6） （3-7）其中是通过试油来确定的：若pwfpb,则 （3-8）若pwfpb,则 （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q0/q0max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。2.2.井温分布
9、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、水泥环向地层传导。因此，井温总是比地温要高。原油的粘度随温度变化非常敏感，即表现为升温降粘特性。实际中，应采用井温而不应采用地温来进行系统设计。对于稀油井，由于摩擦载荷很小，用地温代替井温对设计结果不会产生较大误差；但对于稠油井来说，必须采用井温而不能用地温。地温的计算公式为：（3-10）井温的计算公式为： （3-11）式中 油管中距井底L位置处原油温度，；K1总传热系数，W/(m)；to井底原油温度，；m地
10、层温度梯度，/m；q1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，而产量对的影响较小。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。水当量可如下计算：W = Mo Co + Mw Cw； （3-12）式中 Mo：地层油的质量流量，kg/s；Mw：地层水的质量流量，kg/s；Co：地层油的比热，W/（g）； Cw：地层水的比热，W/（g）；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
11、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。2.3.原油粘温关系 将现场实测原油粘温数据通过回归分析，发现原油粘度随温度的变化服从指数规律，可用下式表达： （3-13）式中 原油的动力粘度，mPas；t 原油的温度，；a 系数常数；b 温度指数。对于不同区块原油，a、b的取值不同。2.4.泵吸入口压力泵吸入口压力是确定下泵深度的重要参数，主要根据设计沉没度来估算。沉没段油、水混合液的平均密度为： （3-14）泵吸入口压力： （3-15）2.5.下泵深度下泵深度是抽油井系统设计的重要数据，
12、它决定了抽油杆的总长度，并且影响着悬点载荷、冲程损失以及泵效。下泵深度主要是根据井底流压与泵吸入口压力的差值，应用相应的方法来确定，确定方法主要有三类： 将油、气、水看成是三相，应用相应的相关式来计算； 将油、水处理成液相，这样便应用气、液两相垂直管流理论来计算； 是对于象稠油井气体较少,从而可不考虑气体,只考虑单相液体进行估算。这里采用单相估算法。 2.6.确定冲程和冲次冲程和冲次是确定抽油泵直径、计算悬点载荷的前提，选择原则为：1) 一般情况下应采用大冲程较小泵径的工作方式。这样，即可以减小气体对泵效的影响，也可以降低液柱载荷，从而减小冲程损失。 2) 如原油比较稠，一般选用大泵径、大冲程和低冲次的工作方式。 3) 对于连抽带喷的井，则选用高冲次快速抽汲，以增强诱喷作用。 4) 深井抽汲时，要充分注意振动载荷影响的S和n配合不利区。5) 所选择的冲程和冲次应属于抽油机提供的选择范围之内。6) 所选择的的冲程和冲次，应与下面的泵径相互配合，满足设计排量的要求。2.7.确定泵径根据设计排量，及上一
