实用工程计算

1、一、一、实用工程类指标计算实用工程类指标计算二、二、油水井生产动态分析内容油水井生产动态分析内容三、三、分析实例分析实例 1 1、理论排量、理论排量在理想情况下，泵活塞上、下一个行程所排出的液量，数字上等于活塞在一个行程中泵筒内所让出的体积。 数学表达式：V活 =F S光=D2/4S光 2 2、基本公式、基本公式 V理=D2/4Sn 1440（体积排量） V理=kSn K=D2/41440（排量系数） V重=D2/4S光n1440r混（重度排量）一、理论排量计算一、理论排量计算 3、符号意义、符号意义 式中： D活塞直径（m） F活塞面积（m2） S光光杆冲程（m） V理抽油泵每天的理论排量（

2、m3/d） V重抽油泵每天的重量排量（t/d） r混混合液密度（t/m3） K排量系数 4、排量系数、排量系数 排量系数（K值）在数值上等于抽油泵活塞截面积与一天的时间以分为单位的乘积。 数学表达示：K=D2/41440 1、泵效泵效抽油泵的实际排量与泵的理论排量的比值，用表示；泵效的高低直接反映了抽油泵工作状况的好坏和油井管理水平的高低。【在实际生产中泵效介于70%-80%之间就认为泵工作是比较正常的】 泵效的数学表达式为=(V实V理)100% 抽油井泵效（%） V实抽油井的实际产液量（t/d或m3/d） V理抽油井的理论排量（t/d或m3/d）二、抽油泵泵效二、抽油泵泵效 某抽油井，泵径7

3、0mm，冲程5m，该井在生产过程中抽油泵泵效为70%，要使该井实际产液量达到78m3/d，那么在现有的泵径和冲程组合及泵效前提下，应选择多大的冲次才能满足产液量的需要。例一例一已知：D=70mm=0.070m， S=5m， =70%， V实=78m3/d 求：冲次=？解：1）计算理论排量由=（V实V理）100%可知V理= V实 =7870%=111.4 （m3/d）2）计算冲次由V理=D24S光n6024可知n =（4V理）（ D2 S光1440）=（4111.4）（3.140.07251440）=4（次/min）答：在现有的泵径和冲程组合下应选择4次/min的冲次才能满足预计产液量的需要。例

4、题参考答案例题参考答案 2 2、理论排量、泵效公式在使用时应注意的问题、理论排量、泵效公式在使用时应注意的问题 通过理论排量和抽油泵泵效计算公式不难看出： 在泵效、理论排量计算公式涉及的六个参数中，只要知道其中四个参数便可求出任意一个未知参数； 利用理论排量公式可选择抽油井工作制度； 抽油泵理论排量基本单位是m3/d； 在计算泵效时，油井的实际产液量和理论排量单位必须统一； 在计算重量排量时，如题中没给出原油密度，一般情况下均按0.86计算； 通过泵效的高低还可以判断油层供液能力；判断油井参数选择是否合理；判断深井泵的工作状况。三、抽油机悬点载荷计算三、抽油机悬点载荷计算1 1、悬点最大载荷计

5、算、悬点最大载荷计算1）Pmax= p/液+p杆（bsn2/1440）悬点运动看着是曲柄滑块机构的滑块运动且曲柄半径r和连杆长度L比值1/4，只考虑了液柱和抽油杆重量以及抽油杆的惯性载荷2）Pmax=（p杆+p/液)(1+ Sn2/1790）与第一套区别在于把抽油机的悬点看成是简谐运动，并考虑了液柱的惯性载荷2 2、悬点最小载荷计算、悬点最小载荷计算1)Pmin=p/杆(b- sn2/1440 ）2)Pmin=p杆(b- sn2/1790 ）b=(1-r液/r钢)三、抽油机悬点载荷计算三、抽油机悬点载荷计算3 3、符号意义、符号意义式中：p杆抽油杆在空气中的重力（N）p/液活塞截面以上液柱重力

6、（N）p惯抽油杆柱在运动过程中产生的最大惯性载荷（N）Pmax驴头悬点最大载荷（N）Pmin驴头悬点最小载荷（N）F活活塞截面积（m2）f杆抽油杆截面积（m2）r钢钢的密度（78000N/m3）S冲程（m）N冲次（n/min）b考虑抽油杆在液体中减轻重量系数例二例二 某抽油井用70mm泵生产，泵挂深度1800m，抽油杆直径22mm，冲程5m，冲次4n/min，油井含水40%，原油密度为0.87t/m3，计算驴头悬点最大和最小载荷，并选择适当的抽油机型号。例题参考答案例题参考答案已知：D=70mm=0.07m d=22mm=0.022m L=1800m r钢=78000N/m3 fW=40% r

7、=0.87t/m3=8700N/m3求：pmax=？ pmin=？ 并选择抽油机型号1）计算混合液密度r混=for油+fWr水=（1-40%）0.87+40%1=0.922（t/m3）=9220 N/m32 2）计算抽油杆和活塞有效截面积）计算抽油杆和活塞有效截面积f杆=D2/4=3.140.0222/4=0.00038（m2）F活=（D2-d2）/4=3.14（0.0702-0.0222）/4=0.003467（m2）3 3）计算抽油杆在空气中的重量）计算抽油杆在空气中的重量p杆=f杆r钢L=0.00038780001800/1000=53.35（KN）4 4）计算抽油杆在液体中的重量）计算

8、抽油杆在液体中的重量p/ p/杆杆p/杆=p杆（1- r混/r钢）=53.35（1-9220/78000）=47.0（KN）例题参考答案例题参考答案例题参考答案例题参考答案5 5）计算活塞以上有效液柱重量）计算活塞以上有效液柱重量p/液=F管 r混L=0.003467 92201800/1000 =57.5（KN）6 6）计算惯性载荷）计算惯性载荷p惯= p杆Sn2/1440=53.35542/1440=2.96（KN）7 7）计算悬点最大载荷）计算悬点最大载荷Pmax=p/杆+ p/液+p惯=47.0+57.5+2.96=107（KN）例题参考答案例题参考答案 8 8）计算悬点最小载荷）计算

9、悬点最小载荷 Pmin=p/杆-p惯 =f杆（r钢-r混）L-p惯 =0.00038（78000-9220）1800/1000-53.355 42/I440 =44.1（KN） 9 9）选择抽油机型号）选择抽油机型号 根据计算及题中给出的条件，该井可选择YCYJ12-5-48（H）B抽油机即可满足生产所需。 从惯性载荷公式可看出，惯性载荷的大小与冲程成正比，与冲次的平方成正比，所以要降低惯性载荷对油井生产的影响，首先要考虑的是降低冲次，其次是减小冲程。 从活塞以上液柱形成的载荷可看出，活塞以上液柱重量与泵径、含水、油井含砂及井筒对液柱的回压等因素有直接关系。在泵径一定的情况下如含水上升油井出砂

10、加剧都将使悬点载荷增加，油井平衡效果变差。 抽油杆形成的载荷的大小与泵挂的深浅、杆的直径大小都有着直接关系；泵挂下得越深，杆直径越大，抽油杆造成的悬点载荷就越大。4 4、悬点载荷给我们的启示、悬点载荷给我们的启示 1）根据配产方案对油井要求的产量确定泵深、泵径、冲程、冲次; 2）根据下泵深度及泵径选择抽油杆组合; 3）根据以上参数并结合油井条件计算驴头悬点最大负荷; 4）根据驴头最大负荷选择抽油机型号. 5 5、悬点载荷公式在生产实际中的应用、悬点载荷公式在生产实际中的应用四、泵挂深度计算及应用四、泵挂深度计算及应用 1 1、基本公式：、基本公式： 1）H泵=H油-100（p静-p合）/r油+

11、h沉【适用于气油比低、含水低的抽油井】 2）H泵=H油-100（p静-p合-p套）/r油+h沉【适用于气油比较高，套压较高的抽油井】 3）H泵=Q/J比+H静+H沉 4）J比=J采r混/100【考虑泵挂与生产压差的关系】J比比采油指数（t/d.m）Q日产油量（t/d）H静静液面折算深度（m）h沉沉没度（m）H泵泵挂深度（m）p静静压（MPa）p合合理压差（MPa）p套套压（MPa）2、符号意义、符号意义 某井静压为18Mpa，流压为10.7Mpa，产液指数为10.6m3/d.Mpa，油层中部深度为2060m，套压为1.0Mpa，混合液密度为0.86，若要使沉没度达320米，日产量达75t/d，

12、计算下泵深度。例三例三 解：由H泵=Q/J+H静+H沉知J比= J采r混/100=10.60.86/100=0.09116（t/d.m）H静= H油-（p静-p套）100/r混=2060-（18-1）100/0.86=83.3（m）H泵=Q/J比+H静+h沉=75/0.09116+83.3+320=1226（m）答：要使沉没度达320m，日产量达75t/d，下泵深度应为1226m。例题解答例题解答 1）泵挂的深浅决定了抽油机悬点载荷的大小，悬点载荷的大小决定了耗电量的高低； 2）泵挂的深浅决定了沉没压力的大小，同时它对油层的供液和泵效的高低以及生产压差起了决定性的作用； 3）泵挂的深浅还决定了

13、所选择的抽油杆直径的大小，泵挂越深抽油杆直径越大，反之越小。3 3、泵挂深度公式在采油生产中的应用、泵挂深度公式在采油生产中的应用1 1、流压计算公式、流压计算公式p流=（H油-h动）r混/100+p套p流流压（MPa）H油油层中部深度（m）h动动液面深度（m）r混混合液密度（t/m3）p套井口套压（MPa）2 2、静压计算公式、静压计算公式p静=（H油-h静）r混/100+p套 h静静液面深度（m）p静静压（MPa）五、流、静压计算五、流、静压计算 某井油层中部深度为1827m，动、静液面深度分别为700m和400m，混合液密度为0.9t/m3，套压1.0Mpa，根据所给数据计算该井流压和静

14、压。例例 四四已知：r混=0.9t/m3 p套=1.0MPa H油=1827m h动=700m h静=400m求：p流=？ p静=？解：由p流=（H油-h动）r混/100+p套可知p流=（1827-700）0.9/100+1.0=11.14（MPa）p静=（H油-h静）r混/100+p套=（1827-400）0.9/100+1.0=13.84（MPa）答：该井流、静压分别为11.14MPa和13.84Mpa。例题解答例题解答 1、在流静压计算公式中，因为流、静压是靠动液面和静液面折算求出的，所以知道了流压和静压同样可以求出动、静液面深度； 2、根据地饱压差和流饱压差的概念，利用流、静压计算公式

15、还可折算出脱气点位置。题型变化题型变化 1）流压的大小与油井生产有着直接的关系，对于自喷井来说：如果流压低于井筒液柱对井底的回压，那么油井就要停喷。对于抽油井来说：正常生产时，如果井底流压高，油井生产能力就旺盛。 2）流压的高低与静压有着直接的关系，静压克服渗滤阻力流到井底的压力就叫流压。 3）流压的大小可通过井口油嘴调节，放大油嘴流压下降，生产压差增大，产量增加，但不是无限度的。 4）对易出砂的油井来说，生产压差增大将使油井出砂加剧，所以在日常管理中严禁随意放大生产压差采油。3、流压带给我们的启示、流压带给我们的启示1）静压是油井生产到某一阶段关井后，待压力恢复到稳定时所测得的油层中部压力；

16、2）静压的大小反映了油层能量的大小，如果注水开发油田注采比大于1，此时目前地层压力大于原始地层压力，反之小于原始地层压力；3）流、静压值，现场是通过动液面和静液面深度折算得到的。4、静压带给我们的启示、静压带给我们的启示 1、概念冲程损失是由于抽油杆和油管的伸长和缩短以及悬绳器钢丝绳的伸缩造成光杆的实际冲程小于活塞冲程，这一差值就叫冲程损失。它是影响泵效的一个及其重要的因素。（在实际计算中只考虑了抽油杆和油管的弹性形变；对钢丝绳弹性形变忽略不计）六、冲程损失的计算六、冲程损失的计算2 2、基本公式、基本公式杆=(P/液L)/Ef杆 管=(P/液L)/Ef管=杆+管=(P/液L)/E(1/f杆+

17、1/f管）3 3、符号意义、符号意义冲程损失（m）杆抽油杆的伸（缩）长度（m）管油管的伸（缩）长度（m）P/液活塞以上液柱重力（N）L抽油杆长度（m）E抽油杆材的弹性摸量（N/cm2）f杆、f管抽油杆、油管实心部分的截面积（cm2） 某抽油井泵挂深度为800m，泵径为56mm，油井含水40%，混合液密度为0.86t/m3，抽油杆直径为22mm，62mm油管下井生产，计算该井的冲程损失。钢的弹性摸量E=2.1105Mpa。例五例五已知：L=800m d=22mm=2.2cm D=73mm=7.3 cm D/=62mm=6.2 cmr混= 0.86t/m3 f水=40% E=2.1105Mpa D

18、泵=56mm求：=？解：由= P/液L/E（1/f杆+1/f管）可知P/液=D2/4 r混 L=3.14/40.05628000.86=1.96（t）=1960（Kg）f杆=d2/4=3.14 2.222/4=3.79（cm2）f管=/4（D2-d2）=3.14/4（7.32-6.22）=11.65（cm2）=P/液L/E （1/f杆+1/f管）=1960800/2.1105（1/3.79+1/11.65）=22.08（cm）=0.2208（m）答：该井的冲程损失为0.2208米。例题解答例题解答1）抽油杆直径越小冲程损失越大；2）钢丝绳越长冲程损失越大；3）油管实心面积越小，冲程损失越大；4

19、）泵挂越深、泵径越大，冲程损失越大。4 4、冲程损失给我们带来的思考、冲程损失给我们带来的思考 1 1、应力、应力单位面积上所受的力叫应力。数学表达式：=F/A 单位：N/mm2 2 2、许用应力、许用应力杆件工作时允许产生的最大应力称为许用应力。在实际工作中杆件截面积上的实际应力（工作应力）应小于或等于许用应力。=F/A七、许用应力计算及应用七、许用应力计算及应用3 3、基本公式、基本公式=（振max）2振=（max-min）2=（pmax-pmin）2f杆max = pmaxf杆4 4、符号意义、符号意义许用应力（N/mm2或Mpa）振应力振幅（N/mm2或Mpa）max杆件承受的最大应力

20、（N/mm2或Mpa）min杆件承受的最小应力（N/mm2或Mpa）f杆抽油杆截面积（mm2）pmax驴头悬点承受的最大负荷（N）pmin驴头悬点承受的最小负荷（N） 某井采用7/8抽油杆生产，实际悬点最大载荷为4780kg，悬点最小载荷为1842 kg，7/8抽油杆许用应力7.0kg/mm2，请校对该抽油杆强度是否符合要求。例例 六六 已知：= 7.0kg/mm2 pmax=4780kg pmin=1842kg d=22mm 求：折=？ 解：由 =（ 振副max）2 可知知 f杆=d2/4=3.14/4222=380（mm2） 振幅=（Pmax-pmin）2f杆 =（4780-1842）23

21、80=3.866（Kg/mm2） max= Pmax f杆=4780380=12.6（Kg/mm2） 折=（振幅max）2 折=（12.6 3.866）2 =6.98（kg/mm2） 7.0kg/mm2 答：折算应力小于许用应力所以该井抽油杆强度符合要求。解答参考 1) 1)进行强度校对进行强度校对 在工程实际中，当需要检验某已知杆件是否安全可靠时，我们可根据已知的力和受力面积计算出杆件的工作应力，然后和比较，如满足，则此构件具有足够的强度，反之强度不够。 2)2)设计截面尺寸设计截面尺寸 如构件受载荷是已知的，所选材料是确定的，则可以设计构件截面具体尺寸；首先根据已知载荷和所用材料的许用应力

22、，求得构件所需截面积，由AN/可得出，然后按构件的形状计算出具体尺寸。5 5、应力在实际生产中的应用、应力在实际生产中的应用 3 3）计算许可载荷）计算许可载荷 如受压、受拉构件横截面积A和许用应力是已知的，则可求出构件所能承受的最大轴向力NA，然后便可确定构件的许可载荷。 1 1、系统效率、系统效率将液体举升到地面的有效作功能量与系统输入的能量之比。也就是说系统的有效功率与输入功率的比值。 2 2、基本公式、基本公式 =（Q日H实）/（367.2W日）100%八、抽油井系统效率八、抽油井系统效率3、计算抽油井实际举液高度由H实=H动+（p油- p套）100/ r混可知4、计算日耗电WB=31

23、/2I线V线cos24/10005 5、符号意义、符号意义Q日油井日产液量m3/d H实实际举升高度m （有效扬程）W日日耗电（kw）八、抽油井系统效率八、抽油井系统效率 某抽油井日产液为180m3/d，含水40%，原油密度0.86，线电流和线电压分别为48A和380V，动液面深度为600m，井口油、套压分别为0.5 Mpa和1.0Mpa，功率因数为0.87，试求该井系统效率。例七例七已知：Q液=180m3/d， f水=40%， r油=0.86t/ m3， I线= 48A， U线=380V，p油=0.5 Mpa， p套=1.0 Mpa， 功率因数=0.87 H动=600m求：=？解：1）计算混

24、合液密度由r混=（1- f水）r油+ f水r水可知r混=（1- 40%）0.86+ 401=0.916（t/ m3）2）计算抽油井实际举液高度由H实=H动+（p油- p套）100/ r混可知H实=600+（0.5- 1.0）100/0.916=545.4（m）3）日耗电计算WB=31/2IVcos24/10004）计算抽油井系统效率由=（Q日H实/367.2W日）100%可知= 180545.4/367.2659.63100%=40.5%答：该井的系统效率为40.5% 试题解答试题解答 4 4、抽油井系统效率带给我们带来那些启示、抽油井系统效率带给我们带来那些启示 通过系统效率计算公式可以看出

25、：抽油机井系统效率与油井的产量成正比，与抽油泵的实际举升高度成正比，与单井日耗电成反比。所以要提高抽油机井的系统效率应做好如下工作： 1)根据油井产能、油井生产层位及原油物性合理选择抽油机型号、泵深、泵径及冲程、冲次组合确定合理的生产压差以求得油井高产、稳产； 2)合理控制套管压力使油井保持在一定的液面高度下生产； 3)根据悬点负荷的大小合理匹配电机功率或采用节能型电动机，降低单井日耗电； 4)在日常管理中要根据油井的变化情况及时调整抽油机平衡，并做好油井的日常维护工作。（皮带、盘根松紧，定期润滑抽油井各轴承） 1 1、基本公式、基本公式N=n（zD/d）2 2、符号意义、符号意义N抽油井冲次

26、（次/min） n电机转速（转/min） D大皮带轮直径（mm） d小皮带轮直径（mm） z-减速箱总传动比（无因次量）3 3、在生产中的应用、在生产中的应用1）计算抽油井冲次； N=n（zD/d） 2）选择要达到某一冲次所需要的电机轮直径： d=NzD/n d1/d2=n1/n23）选择电机转速,确定电机级数；n= NzD/d4、选择皮带长度；L=3.14/S（D+d）+2SS两皮带轮中心距离（mm）九、抽油井冲次计算及应用九、抽油井冲次计算及应用 某抽油井，减速箱总传动比为29.5，大皮带轮直径800mm，电机转速为960转/min，由于油井出砂严重，如需将冲次由7次/min下调到4次/m

27、in。那么，应选择多大直径的电机皮带轮。 解：解：N=n（zD/d） N=nd/zD d小 =Nz总传动比D大/n电机转速 =429.5800/960=98.3（mm） 答：该井冲次由7次/min下调到4次/min，应更换98.3mm的电机皮带轮。 例八例八平衡率计算公式：I平衡率=I上 /I下r平衡块移动距离=M大/Q曲（I上-I下）/（I上+I下）r小于零向曲柄轴中心方向调整反之向曲柄外调整M大被动轴最大净扭距（Kgf.m）Q曲平衡块总质量KgI上上冲程电机最大电流（A）I下下冲程电机最大电流（A）R曲柄平衡块调整距离（m）十、现场常用的平衡计算公式十、现场常用的平衡计算公式 一台YCYJ

28、10-3-37（H）B的抽油机，平衡块总质量为2.52103kg，当使用最大冲程时，测得悬点最大负荷90KN，悬点最小负荷80KN，抽油机上冲程时电流最大值为9A，抽油机下冲程电流值为5.5A，问如何调整曲柄平衡块能使抽油机达到平衡。例九例九1）计算被动轴最大净扭距由M大=S/4（Pmax-pmin）1.06可知M大=3/4（90-80）1.06=7.95（KN.m）2）计算调整距离由r=M大/Q曲（I上-I下）/（I上+I下）可知r=7950/25200（9-5.5）/（9+5.5）=0.076（m）因为r=0.076m0，所以向远离曲柄轴中心方向调整。例题参考答案例题参考答案1、曲柄输出轴

29、最大扭矩计算M大=S/2（Pmax-P均）sin （=900 ）【此时没考虑动载荷，计算结果偏低】M大= S/2（aPmax-bP均）考虑动载荷P均=P/杆+ P/液22、简便计算公式1）M大= S/2（ Pmax-C有效）1.06 = S/4（Pmax-Pmin）1.062） M大=300S+0.236（Pmax-Pmin） C有效=（Pmax-Pmin）/23、参数意义M大被动轴最大净扭距Kg.m Pmax悬点最大负荷（Kg.m）Pmin悬点最小负荷（Kg.m） S大最大冲程（m）a、b修正系数 C有效有效平均值十一、扭矩计算十一、扭矩计算 某抽油井泵挂深度1000m，悬点最大载荷为480

30、0Kg，活塞以上液柱重量为2864Kg，冲程1.8m，抽油杆在液体中重量为2.32Kg/m，根据所给数据计算减速箱输出轴最大扭矩。例十例十解：由 P均=P/杆P/液2 可知P均=2.321000+28642 =3752（kg）M大=S/2（Pmax-P均）M大=1.82（4800-3752）=1333.2(kg.m)答：减速箱输出轴最大扭矩为1333.2kg.m例题参考答案例题参考答案计算公式：计算公式：Lhc/P/杆L断脱点的位置；mH示功图中距横坐标的距离；mmC动力仪力比； P/杆每米抽油杆在液体中的重量；N/m十二、抽油杆断脱位置计算十二、抽油杆断脱位置计算NoImage示功图显示，某

31、井抽油杆断脱，该示功图中线距横坐标10mm，动力仪力比为2KN/mm，抽油杆在液体中的重量为3.624kg/m,r混为0.98，计算断脱点以上抽油杆的长度？试题解答试题解答计算每米抽油杆在液体中的重量：P/杆P液 r混=3.6240.981035.5152（N/m）Lhc/ P/杆102000/35.5152=563.14 (m)答：断脱点以上抽油杆长度为563.14m。例例 十一十一十三、液面深度计算十三、液面深度计算液面计算公式H液=VT液=2v0H标/S标S液/2v0=H标S液/S标声波在井筒中的传播速度：V=H标/T标=H标/S标/2v0=2v0H标/S标声波由井口传到音标所需的时间T

32、标=S标/2v0声波由井口传到液面所需的时间T液=S液/2v0符号意义：S液液面曲线上从井口到液面波的距离（mm）S标液面曲线上从井口到音标波的距离（mm）T标声波由井口传到音标所需的时间（s）V0回声仪走纸深度 （mm/s）H液井口至液面的距离（m）H标井口至回音标的距离（m）例十二例十二十四、抽油机名牌参数1）计算电机输出扭矩M电机扭矩=9550P电机功率/ n电机转速2)抽油机总传动比ZP= Z减速箱 Z皮带=Z2/Z1Z4/Z3D/d3）减速箱输出轴扭矩M输出轴扭矩= M电机扭矩 ZP总传动比4）冲次计算n冲次=n电机转速 ZP总传动比 某井抽油机型号为CYJ10-3-53HB，减速箱参数：主动齿轮轴齿数Z1=20，斜齿轮齿数Z2=107，中间齿轮轴齿数Z3=20，人字齿轮齿数Z4=117，电