哈尔滨石油学院石油工程采油课程设计综述

1、第1章前言11.1 设计目的及意义11.2 目前国内、外发展趋势11.3 设计的主要内容51.4 2章抽油泵的选择62.1 油井产能计算122.2 冲程及冲次的选择原则152.3 泵径的计算162.4 泵型的选择条件162.5 活塞和衬套间配合间隙的确定16第3章抽油杆的选择173.1 抽油杆柱长度的确定183.2 悬点载荷的计算193.3 抽油杆强度的确定193.4 抽油杆组合的确定20第4章抽油机的选择224.1 抽油机的作用及选择原则284.2 减速箱作用及计算校核减速箱扭矩284.3 电动机作用及计算出电动机功率29第5章实例分析30I哈尔滨石油学院课程设计第1章前言1.1 设计目的及

2、意义抽油机以其结构简单、适应性强和寿命长等特点，成为目前最主要的机械采油方法。对游梁式有杆泵进行系统设计，不仅可以让学生掌握所学过的理论知识，而且可以培养学生的实践能力。对于刚投产的新井，确定使用游梁式有杆泵采油方式进行生产时，首先要对抽油泵、抽油杆和抽油机“三抽”设备进行合理的选择；当油井投产后，还必须检验抽油设备是否达到了设计要求。同时，当设备的工作性能及油层工作状况发生变化时，还要对原有的系统设备进行重新选择和调整。因此，对抽油井各设备的选择或工作状况判断是抽油井生产过程中需要经常进行的重要工作。抽油井中的“三抽”设备彼此不是孤立的，而是相互联系和制约的。某一设备的工作状况发生的变化，必

3、将影响其他设备的正常工作。同时，抽油设备的选择又受地层条件、井筒条件、流体性质等多因素的制约。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。抽油井的系统设计，就是根据油井条件，选择合适的抽油设备，即选择抽油泵、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，而油井产量和下泵深度又是由油井产能所决定的。因此，抽油井的系统设计，应从油层入手。抽油井系统设计是将油层到地面看作一个完整的系统。通过相关理论知识的学习和应用，掌握抽油井系统设计方法。具体将就是学习和掌握油井产能计算方法、油井温度分布计算方法、原油粘关系数据的回归分析方法、抽油设备的选择方法

4、及抽油杆柱设计方法。该专题是针对有杆泵采油井，从油层、井筒到地面进行系统地选择设计。它涉及到油层、井筒以及地面设备之间的匹配关系，需要根据油层条件、油井条件以及设备条件首先设计出井底流压，然后确定出下泵深度，从而进一步选择出抽油泵、抽油杆及其组合，以及抽油机、减速箱和电动机等设备。通过该专题课程设计的训练，将使学生熟悉抽油井系统设计过程，培养学生综合运用所学知识来解决实际问题的能力，为进行毕业设计、今后走向工作岗位以及从事科研工作打好坚实的基础。1.2 目前国内、外发展趋势1.2.1 国内抽油机研发现状油机是有杆抽油系统中最主要举升设备。根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。经过

5、一百多年的实践和不断的改进创新，抽油机不管是结构形式还是在使用功能上，都产生了很大的变化。特别是近几十年来，世界对原油的需求量不断加大，对油田深度开采的能力有了更进一步的要求，在很大程度上加快了抽油机技术发展的速度，催生出多种类型。目前，国内抽油机制造厂有数十家，产品类型已多样化，但游梁式抽油机仍处于主导地位。根据公开发表的资料统计，我国现有6大类共45种新型抽油机，并且每年约有30种新型抽油机专利，十多种新试制抽油机，已形成了系列，基本满足了陆地油田开采的需要。各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节能抽油机和用窄V形带传

6、动的常规抽油机等均已在全国各个油田推广应用，并取得了显著的经济效益。长冲程、低冲次的无游梁式抽油机的研制也取得了一些进展，如由胜利油田研制的无游梁链条抽油机，经过国内十几个油田稠油及丛式井的推广使用4,在低冲次抽油和抽稠油方面已初见成效。此外，桁架结构的滑轮组增距式抽油机、滚筒式长冲程抽油机已在某些油田进行了工业试验5；齿轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展；质量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机经过几年的研制和工业性试采油，也积累了一定的经验60其他型式新颖的抽油机如数控抽油机、连续抽油杆抽油机、车载抽油机、磨擦式抽油机、六连杆游梁式抽油机和斜直井抽油机等也正处于不断改造和

7、试生产过程中7。然而，游梁式抽油机的缺点是不容易实现长冲程低冲次的要求，因而不能满足稠油井、深抽井和吉气井采油作业的需要。同时，长冲程低冲次的无游梁式抽油机的性能尚有待完善（如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短、换向冲击载荷大和钢丝纯易断、导轨刚.度不足容易变形等问题），而且品种规格还很少，不能适应当前石油工业的发展80液压抽油机至今仍处在研制阶段。1.2.2 国外抽油机的研发现状目前，世界上生产抽油机的国家主要有美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等。为了减少能耗，提高采油经济效益，近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。例如异相型抽油机节电15%35%;前置式抽油机节电368%;前

8、置式气平衡抽油机节电35%;轮式抽油机节电50%80%;大圈式抽油机节电30%;自动平衡抽油机节电30%50%;低矮型抽油机节电5%20%;ROTAFLEX抽油机节电25%;智能抽油机节电174%;螺杆泵采油系统节电40%50%。近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果，使抽油机得到更精确平衡。近年来，为了节约能耗、提高采油经济效益，国外研制与应用了许多节能型抽油机，在采油实践中，取得较好的使用效果。如变平衡力矩抽油机，可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩。前置式气平衡抽油机，由于可在动态下调节气平衡，平衡效果较好。气囊平衡抽油机有90%以上载荷得到平衡。双井抽油机可利用两口油井抽油杆柱合理设计

9、得到更精确的平衡。自动平衡抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到较精确的平衡效果。近年来国外研制与应用了多种类型长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机。1前置式气平衡抽油机美国工Jufkin公司生产的A系列前置式气平衡抽油机具有较好的技术经济指标，抽油机重量减轻40%,尺寸缩小35%,动载荷较小，受力均匀,运转平稳，节约电耗35%。2无游梁长冲程抽油机美国ROTAFLEx宽带传动抽油机实践表明：抽油机系统效率为5%,而常规抽油机只有40%。提升液体能耗比常规抽油机减少25%,可使用29.4kw电动机，而同级常规抽油机须用只kw电动机。美国WesternG

10、ea:有限公司研制的液压驱动无游梁长冲程抽油机占地面积较小，可节约电耗10%15%。美国NationalSupply有限公司研制的无游梁长冲程抽油机节约电耗10%20%3智能抽油机美国NationalSupply有限公司研制的智能抽油机减速器峰值扭矩减少34.7%,电动机功率减少17.4%,产量增加19%,抽油机系统效率平均提高47.8%,投资费用减少20%,成本利用率提高20.7%。天然气发动机驱动抽油机美国生产的天然气发动机驱动抽油机可比电动机功率减少30%,动力费用与采油成本均较低。4变平衡力矩抽油机美国Pionner公司研制了变平衡力矩抽油机，利用抽油机连杆运动以及新增加的连杆摆动机构

11、作用原理，使得上冲程时平衡力矩大于下冲程时的平衡力矩，实现更精确地平衡抽油机载荷、减少抽油机电力消耗的目的。1.2.3 国内抽油机的发展趋势20世纪9O年代以来，我国东部各主要油田相继进入中高含水开发期。为确保高效生产，对抽油机的要求呈现两个特点：一是急需采用长冲程抽油机，以增加油井的产液量；二是为了降低油井的单位生产成本，对抽油机的节能性提出了更高的要求。其次就目前抽油机耗电量大，工作效率、能量利用率低这一现状仍是我国抽油机研究的重点之一，在抽油机效率和节能方面，还有很大的提升空问，具有非常诱人的前景。长冲程抽油机的研制应用能力不足一直是我国抽油机发展的瓶颈，长冲程抽油机具有减小冲程损失、提

12、高系统效率、延长机杆泵的使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点。因此，发展长冲程抽油机对当前我国老油田高含水井后期开采，减缓产量递减速度，开采稠油、低渗透油田以及沙漠油田深井及超深井的机械开采，都具有重要的现实意义。游梁式抽油机的局限性十分突出，多方面事实说明，长冲程、低冲次、低功耗的无游梁式抽油机是今后抽油机发展的主要方向。为适应油田采油需要，在适当发展游梁式长冲程抽油机的同时，应加速开发各类无游梁式长冲程抽油机。开发无游梁曲柄摇杆轮式斜井抽油机和大型斜直井抽油机将对我国油气资源开采有重要意义。根据我国实际情况，发展无游梁大冲程、低能耗、具有高适应性的直井抽油机和斜井抽油机，将是我国今后

13、抽油机发展的主要方向。近年来，变频技术在抽油机上得到了广泛应用。利用变频控制系统实时调整工作参数，提高电机功率因数，减小供电电流，还可以实现电机的软起动，减小冲击，并可根据油井供液能力实时调整冲次频率，实现增产节能效果；另外，研究开发机电一体化抽油装置，根据抽油机井特性实时控制和改变抽油状态，实现高效智能化采油。如美国NSCO公司智能抽油机，采用微处理器和自适应电子控制器进行控制与监测，具有功能多、抽油效率高、自动化程度高、经济性好、安全可靠、适应性强等优点。研发大型、高适应性的丛式井抽油机，随着世界油气资源的不断开发，油层开采深度逐年加大，油田含水量的增多，大泵提液采油工艺和稠油开采等都要求

14、采用大型抽油机。现代大型抽油机应具备有高适应性，以适应多种恶劣环境和地层油层的变化，如开发一种机型能适应不同自然气候与地貌环境的差异、地层油层的迁移改变、冲程冲次的改变、油气层性状的改变、连续与间歇抽油的调整等。另外，由于现代大型抽油机的结构和控制的复杂性，体积的庞大，其工作面积也相应增大，同一抽油机可以对多口相邻油井同时抽油作业，采用综合平衡方式和节能方式，达到最好的作业效果。1.2.4 国外抽油机的发展趋势如前所述，世界范围内抽油机技术发展的总趋势是向着多样化、超大载荷、长冲程、节能型、无游梁式和自动化、智能化方向发展。1 .朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增

15、加，石油含水量也在不断增多，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机，所以近年来，国外出现了许多大载荷抽油机，如前置式气平衡抽油机最大载荷213kN,气囊平衡抽油机最大载荷227kN等。还会出现更大载荷新型抽油机。采用长冲程抽油方式，抽油效率高，抽油机寿命长，动载荷小，排量稳定，具有较好的采油经济效益，所以近年来国外出现了许多长冲程抽油机，如法国Mape公司抽油机，最大冲程10m；美国WGCO公司抽油机最大冲程24.38m,NSCO公司抽油机最大冲程27.48m；原苏联钢带式超长冲程抽油机最大冲程1500m。长冲程抽油机全部采用低冲次抽油方式，Mape公司抽油机最大冲次5min,

16、GDCO公司抽油机最大冲次为3min。2 .朝着低能耗方向发展为了减少能耗，提高采油经济效益，近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。例如异相型抽油机节电15%35%;前置式抽油机节电36.8%;前置式气平衡抽油机节电35%;轮式抽油机节电50%80%;大圈式抽油机节电30%;自动平衡抽油机节电30%50%;低矮型抽油机节电5%20%;ROTAFLEX抽油机节电25%;智能抽油机节电17.4%;螺杆泵采油系统节电40%50%。3 .朝着精确平衡方向发展近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果，使抽油机得到更精确平衡。例如变平衡力矩抽油机，可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩。前置式气平衡抽油机，

17、由于可在动态下调节气平衡，平衡效果较好。气囊平衡抽油机有90%以上载荷得到平衡。双井抽油机可利用两口油井抽油杆柱合理设计得到更精确的平衡。自动平衡抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到较精确的平衡效果。4 .朝着高适应性方向发展现代抽油机应具有较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成分石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽油需要；适应长冲程抽油的需要；适应节电的需要；适应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽油的需要；适应优化抽油的需要等。5 .朝着长冲程无游梁方向发展近年来国外研制与应用了多种类型长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机

18、、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机；实践与理论分析表明，增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向；增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向；长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向。6 .朝着自动化和智能化方向发展近年来抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。美国Baker提升系统公司、Delta-X公司、APS公司等均研制了自动化抽油机，具有保护和报警功能，实时测得油井运行参数，及时显示与记录并通过计算机进行综合计算分析，推出最优工况参数，进一步指导抽油机以最优工况抽油。美国NSCO公司智能抽油机，采用微处理机和自适应电子控制器进行控制与监测，具有抽油效率高、节电、功能

19、多、安全可靠、自动化程度高、经济性好、适应性强等优点。1.3设计的主要内容1 .抽油泵的选择2 .抽油杆的选择3 .抽油机的选择第2章抽油泵的选择抽油泵是由抽油机带动把井内原油抽到地面的常用井下装置。普通抽油泵主要由泵筒、吸入阀、活塞、排除阀四大部分组成。按照抽油泵在井下的固定方式，可分为管式泵和杆式泵。国际常用抽油泵分类图2-1杆式抽油泵管式泵又称油管泵，特点是把外筒、衬套和吸入阀在地面组装好并接在油管下部先下入井中，然后把装有排出阀的活塞用抽油杆通过油管下入泵中。衬套由材料加工成若干节，衬入外筒内部。活塞是用无缝钢管制成的中空圆柱体，外表面光滑带有环状沟槽，作用是让进入活塞与衬套间隙的砂粒

20、聚集在沟槽内，防止砂粒磨损活塞与衬套，并且沟槽中存的油起润滑活塞表面的作用。检泵起泵时为泄掉油管中的油，可采用可打捞的吸入阀（固定阀），通过下放杆柱，让活塞下端的卡扣咬住吸入阀的打捞头，把吸入阀提出。但是这种泵由于吸入阀打捞头占据泵内空间，使泵的防冲距和余隙容积大，容易受气体的影响而降低泵效。目前大多数下入管式泵的井，是在油管下部安装泄油器，通过打开泄油器卸掉油管中的油。在下入大泵的井中，由于活塞直径大于油管内径，不能通过油管下入活塞，采用的方法是先把活塞随油管下入井中，后下入抽油杆柱，利用一个称为脱节器的装置与泵中活塞对接。管式泵结构简单，成本低，在相同油管直径下允许下入的泵径较杆式泵大，因

21、而排量大。但检泵时必须起下油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不大，产量较高的井。杆式抽油泵又称为插入泵，其中定筒式顶部固定杆式泵特点是有内外两个工作筒，外工作筒上端装有椎体座及卡簧（卡簧的位置为下泵深度），下泵时把外工作筒随油管先下入井中，然后装有衬套、活塞的内工作筒接在抽油杆的下端下入到外工作筒中并由卡簧固定。另外还有固定点在泵筒底部的定筒式底部固定杆式泵，以及将活塞固定在底部，由抽油杆带动泵筒上下往复运动的动筒式底部固定杆式泵。图2-2杆式抽油泵检泵时不需要起出油管，而是通过抽油杆把内工作筒拔出。杆式泵检泵方便，但结构复杂，制造成本高，在相同的油管直径下允许下入的泵径教管式泵要小，适用于

22、下泵深度较大，产量较小的油井。目前常规抽油泵存在金属活塞和衬套加工要求高，制造不方便，且易磨损的缺点。国内特殊井况专用抽油泵分类液压反馈抽稠泵1、工作原理：该泵由两台不同泵径的泵用接而成，中心管将上、下柱塞连为一体。上冲程时，柱塞总成上行，上柱塞与下泵筒之间的环腔体积增大，压力减小，进油阀打开，出油阀在油管内液柱压力作用下关闭，井液经进/排油接头进入环腔内。下冲程时，柱塞总成下行，上柱塞与下泵筒之间的环腔体积减小，压力增大，环腔中的井液通过进/排油接头使进油阀关闭，出油阀打开，经上柱塞内孔通道排入到油管中。此时，由于进油阀关闭，油管内的液柱的压力通过进油阀施加在下柱塞上（液压反馈力），强迫柱塞

23、克服稠油的摩擦阻力下行。住器 就i:柠草 I*弊 山危翅 迂持现 逼迫自下植事下累修图2-32、结构特点该泵由两根泵筒、两根柱塞组成，下冲程时产生较大的反馈力，大大减少了杆柱下行阻力，改善了抽油杆的受力状况；阀罩为四槽流线型结构，流道面积大，流动阻力小，提高了泵的充满系数；适用于粘度在2000mPa.s以下的原油开采。长柱塞防砂泵1 .工作原理:7哈尔滨石油学院课程设计抽油过程与普通抽油泵相似，在抽油过程中，井内液体通过桥式进油阀总成的侧向进油孔进入泵内，由柱塞排至泵上。2 .结构特点：泵效高：由于该泵的上游动阀罩始终暴露在泵筒之外，因此出油过流断面不受泵筒内径的限制，故出油阻力较常规泵小。柱

24、塞下行阻力也较小，泵效较高，因此也适用于抽稠油。揍* AMR 孙世 工笄泉附 下首曲M物匾 捶，SMttF保图2-4柱塞始终封住泵筒，使管柱内的砂粒不易在泵筒与柱塞之间沉积。有独立的沉砂通道，避免了所沉砂粒再次被抽出。如合同无规定我厂按II级间隙。上冲程时，抽油杆带动泵筒上行，出油阀关闭，泵筒腔内空间增大，压力下降，井内的液体启开进油阀进入到泵腔内。下冲程时，泵筒下行，泵内压力增高，出油阀打开，进油阀关闭，泵内液体排入油管内。动筒式防砂泵1、工作原理:2、结构特点:泵筒作上、下运动，而柱塞靠加长管固定在管柱上出油阀始终在泵筒之上，停抽时，避免砂埋、砂卡。沉积到泵筒和外管环形空间的砂子可避免再次

25、被抽出。柱塞加长管属细长杆类，稳定性差，因此该泵不适宜作长冲程泵和在稠油井中使用；泵筒在油管中上、下运动，运动空间受限制，该泵的排量较小；由于进油凡尔小于出油凡尔，对液流有阻抗作用。过桥防气抽油泵1、工作原理：上冲程时，柱塞在最底位置，由于上部油管的高液压，上、下游动阀关闭，柱塞上行，在压差的作用下使固定阀打开进油，井下压力驱使地层液体通过固定阀流入到泵筒内；ITII-I加|U"1询卜图2-6下冲程时，油液压力驱使和游动阀打开，油液从柱塞下面通过柱塞内孔游动阀流向柱塞上面，从而流入到油管内。2、结构特点：过桥泵就是常规泵的上、下接箍之间搭一个受力桥（过桥泵外管），而泵筒仅靠一端悬挂固

26、定于外管内，这样就避免了因承受悬挂尾管、锚定油管锚、坐封封隔器产生的拉伸力而使泵筒发生缩径或弯曲变形。Roman”;mso-hansi-font-family:"TimesNewRoman”'>泵筒在油管中上、下运动,运动空间受限制，该泵的排量较小；由于进油凡尔小于出油凡尔，对液流有阻抗作用。防落物抽油泵1、工作原理：当柱塞上行时，固定阀开启，游动阀关闭，油液会被提升至泵筒下腔室内。柱塞继续上行，至规定冲程后，上冲程结束，油液充满整个泵腔室。当柱塞下行时，固定阀关闭，游动阀开启，油液顺柱塞上行到泵筒上腔室内、油管。下冲程结束。2、结构特点：泵底部固定凡尔采用了环型空间设

27、计，落物空间大，避免了因砂粒和残留物直接的下落导致进油口堵塞。独特的固定凡尔进出油口设计，避免因柱塞的往复运动使砂粒和残留物做往复运动而导致的整泵进出油口堵塞现象发生。盘看 卜尊就那杼鼻 电动力推母落国 连桂怙胃定甘图2-7双作用抽油泵1、工作原理：上冲程时下部固定阀打开。与此同时，上腔室体积减小，压力增大，上固定阀关闭，下游动阀关闭，上腔室的油流启开上游动阀，通过上柱塞排出地面。hl1工.二七他累上自足量rm聊.E1H图2-8下冲程时下固定阀关闭，下游动阀打开，上游动阀关闭，原油通过下柱塞、上柱塞、进入油管。与此同时，上腔室体积增大，压力降低，上固定阀打开，原油从油管与套管的环形空间进入汲油

28、。2、结构特点：一个往复冲程可完成两次汲油和排油的过程，比泵径和工作参数完全相同的抽油泵提高了产液量。因为下冲程时杆柱下行阻力较大，不宜在原油粘度过大而出砂严重的油井中使用，且抽油杆柱易断脱。抽砂泵1、工作原理：冲头、沉砂油管、抽砂泵、油管。按下井次序接好后，随着动力油管的不断下入，冲头接触砂面，指重表悬重下降，当沉砂油管重量完全加在砂面上时，抽砂泵柱塞下行，这时指重表有一个稳定的指重值，就是动力油管的重量，当抽砂泵的柱塞至下死点位置时，指重表悬重稍有下降既开始上提，上提过程中，砂子通过冲头被吸入沉砂油管，当上提至指重表的指重值大于动力油管指重值时立即下放，重复以上过程，完成抽砂作业。2、结构

29、特点：安全，不污染油层，节约环境污染处理费用。I博空林摘L杆.f下能动网KM1I她落*妙沪图2-9节约水泥车，罐车劳务，减轻工人劳动强度。工人劳动强度比传统水力冲砂工艺低。缩短作业周期，不等不靠水泥车、罐车。减少泵站水处理费用。特别对于漏失井，节约使用暂堵剂的费用。工作原理在泵工作时过程中，活塞是主动件，作用是通过改变泵内的压力。泵阀是从动件，仅当满足阀球下方的压力大于其上方压力时才打开，让液体通过阀座孔向上流，否则阀关闭阻止液体向下流。上冲程（左图）抽油杆带着活塞向上运动，活塞上的游动阀受阀球自重和管内压力作用关闭。泵内（活塞下方）容积增大压力降低，固定阀在环形空间液柱压力（沉没压力）与泵内

30、压力差的作用下被打开，原油进泵，同时井口排出液体。下冲程（右图）图2-10抽油泵工作原理抽油杆带着活塞向下运动，固定阀关闭，活塞挤压泵中液体使泵内压力升高到高于活塞上方压力时，游动阀被顶开，泵中液体排到活塞上方的油管中同时由于光杆进入井筒，在井口挤出相当于光杆体积的液体。2.1 油井产能计算采油寸旨数oilwellproductionindex通常以油层厚度除采油指数得到单位厚度的采油指数，也称比采油指数，用以比较不同油井的生产能力。采油指数oilproductivityindex油井日产油量除以井底压力差，所得的商叫采油指数。采油指数等于单位生产压差的油井日产油量，它是表示油井产能大小的重要

31、参数。单位生产压差Ap下的油井日产油量qo,即Jo=qo/Ap采油设备或井底流压pwf改变1MPa时的油井日产油量qo的变化值，即Jo=(qo2-qo1)/(pwf1-pwf2)常用单位为m3/d/MPa。是表示油井产能大小的重要参数，其值根据流入动态曲线(IPR)的形状，可以是常数，也可能随着流动压力而变化。采油指数：在油层物理一书中指出是一个反映油层性质，厚度，流体参数，完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标，其数值等于单位生产压差下的油井产油量2.1.1 单相液体渗流时的流入动态1.符合线性渗流规律时的流入动态根据达西定律，定压边界圆形油层中心一口井产量为：2水/PeWq0=7：、

32、N0B0lnt+S圆形封闭地层中心和一口井的产量为：2二KohPe-Pwfqo=%B0In庄一1+SIrw2式中qo油井产量（地面），m3/S;Ko油层的有效渗透率，m3；h油层有效厚度，m；0底层油的粘度，Pa-s；Bo原油体积系数；Pe供给边缘压力，Pa；Pwf井底流动压力，pa；re油井（泄油）半径，m；rw井底半径，m；S表皮因子，与油井完善程度有关。实际生产中，油井的平均地层压力Pr有时比供给边缘压力Pe易求得:2二KohPr-Pwfqo_r、N°Boln-+SIrw2J2二KohPr-Pwfqo/-WoInre3+S<rw4J单相液体渗流条件下，油层及流体物性基本不

33、随压力变化，于是，上述产量公式又可写成qo=Jo（Pr-Pwf）此式亦称为油井的流动方程，其中：,2KhJ0二r1”N°Bo1nle+SIrw2J2KohJo二M"oB°ln+Srw4由式可得Jo = q。pR - pwf342.1.2单相气体渗流时的流入动态1.符合线性渗流规律时的流入动态根据达西定律，定压边界、圆形气层中心有一口气井稳定生产时，距井轴r处的流量为：qr2 rhKgdpgdr式中r距井轴的任意半径，m；3qr半径为r处的气体流量，m/s；p半径为r处的压力，Pa；Kg气层有效渗透率，m2;Jg气体粘度，Pa-s；h气层有效厚度，m0对于定压边界、

34、稳定流动，各过流断面的质量不变，根据气体连续方程和状态方程，将半径r处的流量q,折算为标准状态下的气井产量qg,并积分得:qg二 KghTscZscrPscT In 一 rwp p2pw，dP式中qg标准状态下气井的产量，m3/s；T气层温度，K;Tsc标准温度，K;Psc标准压力，pa；Z气体压缩因子；Zsc标准状态下气体的压缩因子。2.1.3油气两相渗流时流入动态的基本公式根据达西定律，平面径向渗流的油井产量公式为:2：k0hdpq0二-Bodr因油相渗透率Ko=Kro,代入上式求积分得：2 :kh PeKro江 pwf %B；dP由于Kro,出，及B0都是压力的函数，所以应先确定它们与压

35、力之间的具体关系后，方可求积得出油井流入动态。这种绘制IPR曲线的方法，虽然具有可靠理论基础，但一般需要用数值方法计算积分，计算过程较繁杂，因此在工程中常用简便的近似方法来绘制IPR曲线。2.1.4采油指数J0称为采油指数，它是一个表示油井产能大小的指标，这一指标综合反映了油层性质、流体性质、完井条件及泄油面积等与油井产量之间的关系。在单相渗流条件下，采油指数J0的数值等于单位生产压差下的油井生产能力强，反之生产能力弱。在对比不同油层的生产能力时，为了消除油层厚度因素，常用单位油层厚度的采油指数，即比采油指数。比采油指数的数值等于采油指数除以油层有效厚度，因此也称为每米采油指数。通常用系统试井

36、资料来求得采油指数，只需测得3至5个稳定工作制度下的产量及其相应的井底流压，便可绘制出该井的IPR曲线。由于单相液体渗流时的IPR曲线为一直线，所以斜率的负倒数便是采油指数；在纵坐标(压力坐标)上的截距即为油层压力。求得采油指数后便可用式子预测不同流压下的产量及推算油层的有关参数。2.2 冲程及冲次的选择原则冲程和冲刺时确定抽油泵直径、计算选点载荷的前提，选择时应遵循下述原则：(1)一般情况下应采用大冲程、小泵径的工作方式，这样既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)对于原油比较稠的井，一般是选择小泵径、大冲程和低冲刺的工作方式。(3)对于连抽带喷的井，则选用高

37、冲刺快速抽汲，以增强诱喷作用。(4)深井抽汲时，要充分注意震动载荷影响的s和n配合不利区。(5)所选择的冲程与冲次应属于抽油机提供的选择范围之内。2.3 泵径的计算泵径dp是根据前面确定的冲程s、冲次n、配产方案给出的设计排量Q以及2统计给出的泵效"V,由Q=360rdpsnv计算得出。计算得出：dp=(Q)1/2360二snv2.4 泵型的选择条件泵型取决于油井条件：在1000m以内的油井，含沙量小于20%,油井结蜡较严重或油较稠，应采用管式泵；产量较小的中深或井深，可采用杆式泵。2.5 活塞和衬套间配合间隙的确定活塞和衬套的配合间隙，要根据原油粘度、井温以及含砂量等资料来选择，参

38、见表21o表21活塞与衬套的配合间隙选择配合等级配合尺寸，mm适用条件一级0.020.07卜泉深咬大、含砂少、粘度较低的油井二级0.070.12含砂不多的油井三级0.120.17含砂多、粘度图的浅井第3章抽油杆的选择抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接光杆，下接抽油泵起传递动力的作用。图3-1抽油杆抽油杆单根长度为7.6或8米，材质一般是高碳钢表面镀硬铭，在油管内用内螺纹箍一根根连接起来一直延伸到地下油层处的活塞上，通过往复运动来泵油.目前的油井长度一般在两千米左右，以胜利油田为例，最深的以达三千余米.三抽设备的构成构成：抽油机抽油杆抽油泵图3-2抽油系统各部分名称1、固定凡尔2、泵筒3、柱塞4

39、、游动凡尔5、抽油杆6、动液面7、油管8、套管9、三通10、盘根盒11、光杆12、驴头13、游梁14、连杆15、曲柄16、减速器17、电动机抽油杆的分类普通抽油杆：C、D、K、KD级抽油杆高强度抽油杆：H级，分为HY和HL两种类型特种抽油杆：空心抽油杆：钢制杆连续抽油杆：钢制杆螺杆泵专用抽油杆：锥螺纹抽油杆、插接式抽油杆玻璃钢抽油杆：纤维增强塑料抽油杆柔性抽油杆：碳纤维复合材料抽油杆、钢丝纯抽油杆其他类型抽油杆：电热抽油杆抽油杆代号表示方法从右到左依次为：抽油杆长度，mm等级及类型，C、D、K、KD、HL、HY杆体标称直径，mm钢制抽油杆代号，CYG3.1 抽油杆柱长度的确定式中Lp下泵深度，

40、m;Lp = HPwf - PsRgH 中层中部深度，m;Ps 沉没压力，MPa ;R 井液平均密度，kg/ m3噤 RpP5cR(i-fw)Ps = _ 1273tcR(一一 i) =TRpPscR(i 一 e293fw)式中 tRp泵口温度，C；-经泵生产汽油比;匕一一标况下压力，0.1MPa；P,饱和压力，MPa；fw含水率；e泵充满系数3.2 悬点载荷的计算1 .静载荷：通常是指抽油杆柱和液柱所受的重力以及液柱对抽油杆柱的浮力所产生的悬点载荷2 .动载荷：是指由于抽油杆柱运动是的振动、惯性以及摩擦所产生的悬点载荷3 .3抽油杆强度的确定抽油杆强度校核是保证抽油杆安全工作的前提条件，其校

41、核方法有计算法和图表法两类。(1)计算法：抽油杆柱在工作时承受着交变载荷，因此，抽油杆受着由最小应力 心所到最大应力max变化的非对称循环应力作用 min = Wn ,Ar_ maxm max =1PAr对称循环应力条件下的抽油杆强度条件为&其中。c=JbaQmax；cCJ_.-max-min2式中；七二a分别为抽油杆柱的折算应力、循环应力的应力幅值；卜非对称循环疲劳极限应力，亦即抽油杆的许用应力，与抽油杆的API)推荐的方法，即利用修正古材质有关。(2)图表法：近年来国内多采用美国石油会(德曼图的方法，如图阴影区为安全区，具条件为二 max - -all6175bm。八crmin图3

42、-3式中二,一一抽油杆许用最大应力，计算式为:0.5625二 min式中31b。1一一最大应力和最小抗张强度；SF一抽油杆使用系数修正古德曼图给出的是许用应力范围，常用应力范围比PL来衡量抽油杆柱使用情况。PL100%二max-二min二all-二min式中PL应用范围比，一般要求PL小于100%,并具有较高的值，以提高抽油杆的利用率；all-Omin，max-min抽油杆的许用应力范围和实际使用的应用范围。3.4抽油杆组合的确定通常人们把确定抽油杆柱组合称为抽油杆柱设计，其具体设计计算步骤为1 .根据下泵深度及泵径，假设一液柱载荷Wlk；2 .给最大和最小载荷分别赋初值：AWmax。=Wlk

43、+Fpd,AWmin。=一九一Fpb；3 .给定最下级抽油杆直径drj,取计算段长度为AHi,以抽油泵为计算段的起点,其距油层中部的高度为H0=Hp；4 .计算段上端距油层中部的高度为Hi=Ho+AHi,则该计算段的中心距油层中部高度为HHoHi.Havi25 .计算该段中心Havi处的井温以及原油与混合物的粘度；6 .求该段的最大载荷增量AWmaxi和最小在和增量AWmini,并进行累积：iiijJWmaxi=£&Wmaxn，Wmini=ZWmini，Lj=£Lm；n0nOn-0m-07 .校核该段抽油杆，如不满足强度，则将抽油杆直径增大为dr（j书y返回步骤4重

44、新计算该段；如满足强度条件，则取起点H0=Hi,返回步骤4继续计算上一段，直到井口为止；8 .计算液柱载荷Wicai,并与假设的液柱载荷Wik比较，如满足精度要求，则计算结束；否则重新假设液柱载荷WR4）=，WlkjWlcal）,返回步骤2再次计算。第4章抽油机的选择抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井。当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵

45、油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。工作原理：常见抽油机即游梁式抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备，通常由普通交流异步电动机直接拖动。其曲柄带以配重平衡块带动抽油杆，驱动井下抽油泵做固定周期的上下往复运动，把井下的油送到地面。在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机工作在电动/发电状态。上升过程电机从电网吸收能量电动运行；下降过程电机的负载性质为位势负载，加之井下负压等使电动机处于发电状态，把机械能量转换成电能回馈到电网。然而，井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。恒速应用问题显而易见。如抛却这些不

46、谈，就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。看来，只有调速驱动才能达到最佳控制。引进调速传动后，可根据井下状态调节抽油机冲程频次及分别调节上、下行程的速度，在提高泵的充满系数的同时减少泵的漏失，以获得最大出油量。尤其是采用变频调速既无启动冲击，又可解决选型保守、线路较长等所致的功率因数偏低等问题，获得节能增效的同时又能提高整机寿命。尤其是油泵的寿命，减少机械故障提高可靠性.管理一般都是划分区域，然后有一个管理站集中管理，通常只是作些检查记录以及维护等.抽油机其实和我们平时家里自己

47、打的水井抽水的原理一样，也是通过一个活塞拉杆（抽油杆）的抽汲作用把油抽上来，然后通过地下埋的管道送走。唯一不同的地方就是这个拉杆的动作是通过一个电机来带动的。抽油机目前国内有很多种形式，一般常见的就是电视上看到的那种带有一个大大的扇形铁块那种，来回运动，形象地成为“磕头机”。也有直线电机带动的，体积小，据说节能效果好些，但是成本比较高。抽油机这样的外形设计不是为了节能，而是从减少对电网影响的角度来考虑的，因为我们知道当抽油杆下落是，电机是不做功的，相反还有电能回馈电网，油田的抽油机比较多，这些回馈的电能使电网产生了严重的畸变，所以现在有的抽油机就带了回馈制动或者回馈逆变等多种处理方式。节电技术

48、：抽油机的节电技术主要有两大类：一是开发不同类型的抽油机节能电机，如超高转差率电动机、三相永磁同步电机、高启动转矩双定子结构电机和电磁调速电机等。但由于资金投入太大，在许多油田用节能电机取代普通异步电机尚无法全面推广。二是使用节能配电箱，采用改变定子绕组的接法可以改变电机电压，但电机只能得到固定电压，节电效果并不理想。抽油机的节电技术采用变频调速控制，则可以改变抽油机长期处于低效做功的状态，使其工作方式与油井实际负荷相匹配，保证每次都抽油，减少低效甚至无效抽取，从而降低电费开支，减少维护成本，提高运行效率。效果如下：1.变频器具有软起动功能起动时电流较小，对电网冲击小，起动时能耗大为降低。避免

49、了启动时的相当于37倍的额定电流，避免了不必要的电能损耗。耗同时减少了对电动机，变速箱，抽油机等大机械的冲击，延长了相关设备的使用寿命。在工作中电机的功率因数可从0.20.5提高到0.9,减轻电网和变压器的负担，降低线损，大量减少了无功损耗。2 .引进变频器控制可实现设备上，下行程自动识别从而控制石油抽油机上、下行程的电机运行频率分别可调，以改变抽油机上、下行程的运行速度。解决了因更换皮带轮调速造成的停产，从而提高了生产效率。同时达到满足泵效的情况下耗用最少的电能。3 .由于抽油机下行时负载性质为位势负载，变频器加装能耗制动功能后恰能适应其工况。对于改变抽油机转速调节最佳工作状态带来很大方便。

50、降低漏失，提高泵效。改型发展塔架式数控抽油机塔架式数控抽油机属于“长冲程、低冲次”机电一体化的抽油机，是现代机械制造技术、控制技术、功率电子技术与机电一体化技术集成创新的完美结合它采取控制系统驱动电机运行，通过组合减速传动使抽油机的动力源和终端负载作换向运动，拖动抽油杆上下反复运行，抽油杆和配重形成了天平式的平衡，相互不断地交换储存和释放势能的过程，实现了运行时的平衡，使机械效率达到90%以上，无功损耗接近于零，起到了四两拨千斤的效果，与常规抽油机相比节能效果达到3070%,解决了常规抽油机机械效率低、难以实现长冲程和高耗能的难题。塔架式数控抽油机的主要特点是：1.采用牢固耐用的组合减速传动系

51、统，结合工业电脑数字化控制的永磁同步制动电机技术，实现了柔性启动、加速、减速、超低速运行，避免了抽油机在换向启动时的机械冲击，做到了抽油机只保养无大修，延长了抽油机的使用寿命。2 .采用简练机身，最大限度的利用空间位置，突破了常规抽油机最大冲程和最低冲次的局限，最大冲程可达8米、最低冲次0.5次。扩大了抽油机的使用范围，扩展了抽油机的使用范围，特别适合中高含水期大排量、深井、稠油井的重载强抽；延长了抽油杆、抽油泵的使用寿命，适合了当今大排量、低渗透、稠油井、深井的不同开采的需要。图4-1大庆油田现场3 .运用变频调速和程序自动控制技术，变传统机械式抽油为现代智能化采油，运行效率高、能耗少、使用

52、可靠，一举将传统的机械采油装备带入了电子时代。采用无线遥控操作，液晶屏数字显示，清晰可见，调整参数（冲程、冲次）简便易行，无级分别调整上下冲程的冲次。可根据井下工况随时改变参数，达到最大泵效及工艺的要求。4 .独特的配重设计，能轻松、迅速地完成调整平衡的作业。5 .可靠的安全保障，运行时运动件与人隔离；操作机器与高压电隔离；调平衡时配重块落地调整安全无忧，电脑全方位监控抽油机运行，具有过载、失载、缺相等多种保护功能并有自动起机、不平衡报警、停机、显示故障原因、历史故障记录等保护功能。6 .牢固耐用使用方便。抽油机装卸载、调防冲距上提下挂、碰泵等不用辅助设备即可完成。大庆油田采油十厂五矿自200

53、7年至今已有108台塔架式数控抽油机投产运行，平均运行功率1kw左右，维护简单、方便。抽油机-深井泵采油机械举开采油方式是目前大庆油田的最主要的、也是应用最为广泛的是采油方式。在机械举开工艺中，抽油机-深井泵采油是应用井数最多的举升工艺。在本章节中，重点介绍抽油机-深井泵采油的基础理论、技术发展、测试技术以及节能新技术的应用。抽油机-深井泵采油方式，简称为抽油机采油方式。本节介绍的主内容是抽油机装置的构成，抽油机技术的发展以及抽油机举升工艺的基础理论。抽油机-深井泵抽油装置是指由抽油机、抽油杆、深井泵组成的抽油系统。它借助于抽油机曲柄连杆机构的运动，将动力机(一般为电动机)的旋转运动转变为光杆

54、的上下往复运动，用抽油杆带动深井泵柱塞进行抽油。(一)抽油机抽油机是抽油机-深井泵抽油系统中的主要地面设备。游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备、辅助设备等四大部份组成。工作时，动力机将高速旋转通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄轴做低速旋转运动，曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下往摆动，挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆作上下往复动动。游梁式抽油机按照结构主要分为两大类：即普通式游梁式抽油机和前置式游梁式抽油机。随着抽油机制造技术的不断发展进步，自20世纪90年代后，陆续开发了不同形式的以节能为目的的抽油机，节能抽油机仍然属于普通式游梁式抽油机结构。关于节能型抽油机的结构特点，

55、将在节能技术中加以介绍。普通式游梁式抽油机和前置式游梁式抽油机两者的主要组成部分相同，只是游梁与连杆的连接位置不同。普通抽油机一般采用机械平衡，而前置式抽油机最初多采用气动平衡，但由于技术上的不完善，后来使用机械平衡的方法，目前在我厂使用的前置式抽油机均为机械平衡。前置式抽油机上冲程曲柄转角为195?,下冲程曲柄转角165?,使得上冲程较下冲程慢。(二)抽油泵抽油泵是抽油机-深井泵抽油系统中的井下设备。由于它的工作环境复杂，条件恶劣，而且它工作的好坏直接关系到油井的产量，因而应满足以下一般要求：(1)结构简单，强度高，质量好。连接部分密封可靠；(2)制造材料耐磨，抗腐蚀性好，使用寿命长；(3)

56、规格能满足排量要求，适应性强；(4)便于起下。抽油泵主要由工作筒、柱塞及固定凡尔、游动凡尔组成。按照抽油泵在油管中的固定方式分为杆式泵和管式泵。在我厂主要应用管式泵。(三)抽油杆我国生产的抽油杆从级别上分有C、D、K三种级别。C级抽油杆用于轻、中型负荷的抽油机井；D级抽油杆用于中、重负荷的抽油机井；K级抽油杆用于轻、中负荷有腐蚀性的抽油机井。大庆油田使用的抽油杆为C级和D级抽油杆。由于各个抽油杆生产厂家采取的加工工艺不一，使用的加工材料不一，抽油杆的机械性能也各不相同。品变频器对抽油机变频改造的几个好处1.大大提高功率因数。减小供电电流，从而减小了电网及变压器的负荷。2.动态调整抽取速度，一方面节能，同时增加原油产量。3.实现真正“软起动”对电机变速箱抽油机，避免过大机械冲击，延长设备使用寿命。存在问题百年历史的抽油机井系统仍存有一定的问题。以大庆近4