西安石油大学采油工程课程设计

1、采油工程课程设计题目：采油工程课程设计一有杆泵抽油系统设计班级：石工0907姓名：学号：学09040107112021年7月?采油工程?课程设计任务书题目有杆泵抽油系统设计小组成员石工0907:兰云飞朱强徐亚军赵晓军何婷婷1.原始数据(1)根底数据井深2146m地层压力17MPa油藏温度70C,饱和压力12MP内径140mm油管内径62mm油管外径73mm地面原油相对密度0.856,地闻产出水相套管对密度1,标况卜天然气相对密度0.7设(2)生产动态数据计体积含水20%井底流压6.26MPa,产油量6t/d.内2.设计任务容(1)设计根底数据与要体积含水25%产油量4t/d,生产气油比87m/

2、t,油压0.8MPa,套压0.2MP3求(2)任务确定泵效最大的机杆泵及其工作参数.3.设计要求(1)通过文献查阅,进一步完善确定机杆泵及其工作参数的理论依据；(2)设计成果用A4纸打印.起止时间2021年7月2日至2021年7月13日指导教师签名年月日系(教研室)主任签名年月日学生签名年月日目录序言4第一章流入动态预测21.1根据原始生产动态数据和设计数据作IPR曲线2第二章垂直多相管流52.1 计算充满程度、下泵深度、动液面深度与漂浮度的关系52.2 作充满程度、下泵深度、动液面深度与漂浮度关系曲线92.3 初选下泵深度11第三章杆泵及其工作参数113.1 由下泵深度和产液量初选抽油机和泵

3、径113.2 确定冲程和冲次133.3 抽油杆柱设计采用近似等强度组合设计方法143.4 计算泵效183.5 产量校核193.6 抽油机校核193.7 曲柄轴扭矩计算20第四章设计结果204.1 作下泵深度与泵效曲线214.2 各种功率的计算224.3 确定平衡半径224.4 确定泵型及间隙等级244.5 献25对于某一抽油机型号,设计的内容有：泵型、泵径、冲程、冲次、泵深及相应的杆柱组合和材料,并预测相应抽汲参数的工况指标,包括载荷、应力、扭矩、功率、产量及电耗等.选择适宜的有杆抽油系统,不仅能大大地节省材料,而且可以获得最优的泵效.然而,泵效的上下正是反映抽油设备利用效率和治理水平的一个重

4、要指标,提升泵效,从而可以获得更加大的采收率,得到更好的经济效益.有杆泵抽油系统包括油层、井筒流动、机-杆-泵和地面出油管线到油气别离器.有杆泵抽油系统设计主要是选择机、杆、泵、管以及抽汲系数,并预测其工况指标,使整个系统高效而平安的工作.通过两周的采油工程课程设计,我从其中学到了很多,包括动手水平及设计思路和方法,我可以从另外的角度去学习采油工程这门课程,同时为将来工作进行一次适应性练习,从中锻炼自己分析问题、解决问题的水平,为今后自己的学习生活打下一个良好的根底.尤其是团队合作共处解决问题的水平,也是我充分熟悉到在集体中我们要善于倾听和理解,学会边听边思考,发散自己的思维,联想生活中经常见

5、到的事物或现象帮助自己理解抽象的难以理解的概念等等.总的说来,虽然在这次设计中自己确实学到了很多的东西,取得一定的成绩,但同时也存在一定的缺乏和缺陷,我想这都是这次设计的价值所在,以后的日子以后自己应该更加努力认真,以认真踏实的态度去学习,把这些再用到今后的工作中去.第一章流入动态预测1.1 根据原始数据和设计数据作综合IPR曲线(1)根底数据：井深2146m地层压力17Mpa油藏温度70C,油藏饱和压力12Mpa套管内径140mm油管内径62mm油管外径73mm地层原油相对密度0.856,地面产出水相对密度为1.标准状况下天然气的相对密度0.7.生产动态数据：含水率20%,井底流压6.26M

6、pa,产油量6t/d.设计数据：含水率25%,产油量4t/d,生产气油比87m3/t,油压0.8Mpa,套管压力0.2Mpa.由上述数据可知Rvt(test)=6.26MPa<P=12MPa<段17MPa所以该井中的流体为油、气、水三相流动.(2)按产量加权平均,求解采液指数：Pwf(test)=6.26MP<Pb=12MP非积含水率20%,产油量Go6t/d,贝U3qt(test)(6/0.856)/80%8.762m/d0.2pwf(test)0.8pwf(test)pbnc6.2610.2122八o6.260.8120.678qt(test),一P)r一(1fw)(Pr

7、Pb-A)fw(PrPwf(tesu)1.88.763(120%)(1712121.80.678)20%(176.26)(1-1)8.762(120%)(1712121.80,678)20%(176.26)0.897m3/(dMPa)(3)生产时含水率为25%产液指数不变,按流压加权平均:3qbJ1(prpb)0.897(1712)4,485(m3/d)qomaxqb上Pb4.4850-8971210.465(m3/d)1.81.82PwfPwfqoilqb(qomaxqb)1Q20.8PbPb4.485(10.4654,485)10.20.8)2Pwf4.4855.98160P2wf180(

8、12)(1-2)qwaterJ|(RPwf)0.897(17-)15.249-0.897Pwf(1-3)(4)总液量与井底流压的关系当&R时,此时产液表达式：qbJ1(prPwf)0.897(17Pwf)15.2490.897Pwf当PwfR时,由式(1-2)和(1-3)可求出此时产液表达式:qtqoil(1fw)fwqwater10,254.4855.981Pwf60P2wf780+0.2515.249-0.897411,661-0.299-0.02492其中：3Ji一木披指数,m/dMPaq.一纯油产量,m3/dqw纯水厂量,m3/dfw含水率,小数qomax-由IPR曲线的最大产

9、油量,m3/dqt一对应流压的总产液量,m3/dqb一饱和压力下的产液量,m3/d(5)由总产液量与流压的关系绘制综合IPR曲线：用压流底井IPR曲线86420864201111183/d12表1-1井底流压与总产液量Pwf(Mpa)0246810121416173qt(m/d)11.710.9610.078.977.686.184.492.690.900系列1IPR曲线如下:图1-1油井流入动态曲线第二章多相垂直管流2.1计算充满程度、下泵深度动液面深度和漂浮度的关系fw2qt2(1)由设计数据25%&4t/d,q02/(1fw2)(4/0.856)/(10.25)6.23m3/d;

10、再由IPR曲线查得:pwf29.94MPa(2)计算井筒温度分布图2-1井筒温度分布图4T(h)16Tr16h1exp(Hh)(2-1)kp2kpg(1fw)(2-2)1.15735.4246exp(0.001a)g(2-3)125qt3(2-4)那么式(2-1)、(2-2)、(2-3)及(2-4)得井筒温度分布计算式如下：125qt3空警259.583kp1.15735.4246exp(0.001a)g11.15735.4246exp(0.001259.58)0.24152kpT(h)1616g(1fw)259.58(125%)0.24150.004716Tr16H70160.0047214

11、670160.00472146h1exp0.0047h0.0047h(Hh)expexp21.350.025h5.35exp0.0047(2146(3)充满程度和漂浮度的关系?采油工程手册?得1)原油中溶解气油比1.8(T273)321.80.0047(21460.0047(2146h)7032158141.5141.5131.50.856131.533.8h)h)0.000910.0125D0.281那么原油中溶解气油比:Rs2.277asgP1.20410a2.277,1.204070.7100.281105.26又RsPr那么有Rs百岁6.19m3/(m3?MPa)假设有余隙影响,那么由

12、?采油工程原理与设计?知:1-kRf-r(2-5)RpRs1(2-6)10Pi1Rp870.85674.472m3/m3p充满程度,小数；k余隙比,取0.1;R泵内气液比,nVm3Rp地面生产气油比,nVm3Rs泵内溶解气油比,Rs=Pi,m3/m3溶解气系数m/(m3-MPa);P漂浮压力,MPafw体积含水率那么由式(2-6)得泵内气液比R74.4726.19P(125%)55.8544.64P10P110P11glR10.46414.58541R5.36156.854又Poghs充满程度和漂浮度的关系式如下10.4620ghs4.58540.0878hs4.58545.380ghs56.

13、8540.0452hs56.854(2-7)(4)计算下泵深度与漂浮度关系由井底流动压力的计算中油水由于密度差而发生重力分异,使泵吸入口以上的环形空间的液体不含水,吸入口以下的为油水混合物,因此,井底流动压力近似如下:LtPf图2-2各深.高度示意图Pwf(HLp),ghsog106Pc即：h(PwfPc)106hs二gH=igg(2-8)(2-9)其中:Pwf一流压,MpaH油层中部深度,m；Lp一泵挂深度,mhs一漂浮度,m2g重力加速度,m/s;1g一井内气液平均密度,kg/m3；3igo(1fw)wfw0.856(10.25)10.250,892(kg/m)井内溶有气体密度会小于0,8

14、92那么取1g0.88o吸入口以上环形空间油柱平均密度,kg/m；仇一套压,Mpa注：1忽略气柱重量,动液面处压力等于套压；2此时流体在套管内流动.局部参数的计算：°由,把吸入口以上环形空间油柱平均密度看成是纯油的密度;把井内混合物平均密度代入数据化简式2-9可得卜泵深度Lp与漂浮度二的关系:Lp2146(9.940.2)106hs8569.818809.8110180.97hs(2-10)5动液面深度与漂浮度关系LfLphs10180.03hs(2-11)2.2作充满程度、下泵深度动液面深度与漂浮度关系曲线由式2-7、2-10及2-11可得出充满程度、下泵深度、动液面深度和漂浮度的

15、曲线关系如下：LfLphs0.90.8充满程度与漂浮度关系曲线|T-充满程延05010015020025030035040045050055060065070075080085090095010010511011512000000漂浮度m6,5/32ooooOm度程满充0.1表2-1充满程度、下泵深度、动液面深度和漂浮度关系漂浮度hsm充满程度卜呆深度Lfm动液向深度Lfm1000.068344902111510152000.196901084121210123000.308952765130910094000.407486588140610065000.4948095751503100360

16、00.572732036160010007000.6426944216979978000.70585718317949949000.763165665189199110000.815397731198898811000.863199279208598512000.9071110952182982图2-3充满程度与漂浮度关系曲线下泵深度动液面深度下泵深度、动液而深度与漂浮度曲线oOoO2022ooOooO864111m度深关相200050100150200250300350400450500550600650700750800850900950100105110115120漂浮度m图2-4下泵深

17、度、动液面深度与漂浮度曲线2.3初选下泵深度根据以上充满程度、下泵深度、动液面深度和漂浮度关系曲线选取在井深范围内,初选充满程度最大的漂浮度hs=1012m,下泵深度Lp=2000m,动液面深度Lf=988m第三章杆泵及其工作参数3.1 由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径(1)在?油梁式抽油机(中冲程中)选择图解?中由Q6.23m3/d和Lp2000m得交点在IV区域,其所在区域选用油梁式抽油机型号为：CYJ7-2.1-26F.200175150125成?550西05M10M1500200025M30003500O邛鼬,I图3-1选泵图(2)选择抽油杆和油管尺寸及钢材牌号Dp=28mm可选抽油

18、杆尺寸为由CYJ7-2.1-26F,查?采油工程手册?可知泵径221916mm,油管尺寸为73mm表3-1根据抽油机、抽油泵选择抽油杆、油管尺寸聚桂nmmm善景式梅福«1或号CVJ20.62+5YCVJ3i.2一7FCYJ5J«T8FCYJ72.1一IfiFCYJ102.7-53BQC¥l2fl373B(Q)CYJ14-610511(Q)掖油J1*1th21X1922*停X1622M19VifiU乂22X192JX22K196060737373737332曲曲杆161622肾1922X19X1622X39*16Jik22x1925x23x195060n137373

19、73触油杆1619Z2X19XL622KWK1625x22X1925X2219廿管6C的T37373n734抽油杆16W22M凶22XI9X1IJ22»ltxM25M22舅19肃宣22/19就管60607373(73J737355抽做肝191922X1?22XWXJftzzxipxie25*22>1P25322X4泊臂73岸73737373897U咕油忏22Z235X2223*2223M22H1915x22X19MX25X22的幽第1腑B989S9植独将222JX2225X2125X22X1925*22«192BXZ5X22油管102102102U>2皿W29S

20、接砂杵25252522；23*22*19_：28X25X222flXifx22船誉114114,11UU4IM114查阅?全国青工第四局部?P418表4-1国产游梁式抽油机技术标准及根本参数得下表:表3-2机型及参数抽油机型号悬点最大载荷悬点最大冲次悬点最大冲程减速器额定扭矩CYJ7-2.1-26FP=70KNn12次/minS=2.1mM=26kN.m3.2 确定冲程和冲次选择抽油机的抽汲工作参数：选最大冲程S=2.1m作为初选冲程,那么：22sn2.1naF0.2250.225n13.817901790因此,求得的正常抽汲方式的工作参数选用Dp=28mm,s=2.1m,n6次/min3.3

21、抽油杆柱设计采用近似等强度组合设计方法所对应的抽油杆直径为22X19X16.在?采油工程第二版?中推荐：合金钢抽油杆比例为13X87.另外,最大悬点载荷为70KN,光杆最大冲程为2.1m,最大冲次12min1,减速箱曲柄轴最大允许扭矩为26KN-m.在设计抽油杆柱时必须满足：1抽油杆应具有足够的抗疲劳强度的水平；2抽油杆的重量应尽量小.由?采油工程手册上册?P436查得,抽油杆柱有关参数：表3-3每米抽油杆的质量直径mm杆柱截回积cm2单位长度的重量kg/m162.011.67192.842.35223.803.14根据前面推荐的比例并经过计算,WmaXd12d270222192281.4X1

22、-Bd1d20.0732Ld2219LDppB0.065878Lp(10.128l0.225)0.065878Lp(10.1280.8920.225)0.0732Lp.2.2ccWmaxd2d370192162330.3X2Bd1d20.0732Lp1916LpppX312814330.3LpLp19mm勺杆柱长度为330m直彳全为16的可得：直径为22mm干柱的长度为281m直径为杆柱长度为1389m各级抽油杆柱在空气中的质量:W1613899.811.6722346.79NW193309.812.357445.79NW222819.813.148462.79N在计算时,选择经验公式:sn、

23、Pmax(WrW,)(1)1137(3-1)(由于它可用于中深低速的油井,而且考虑了液柱的动载)对于第一个截面：-3801r杆柱自重Wr=22346.79+7445.79+8462.79=38255N液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16cm2):W_VV|=6.16X0.0001X2000X9.8X892=10781(N)sn(3-2)Pmax(WrW)(1而=(38255+10781)X(1+2.1X6/137)=53533(N)PminWr'IpfrL(ssn2rl)Wr(1-)r1790l(3-3)=(2.00X1389+2.85乂330+3.8X281)乂(7.85-0.

24、892)9.81X0.1-(38255X2.1X62X0.75)/1790=31459(N)maxPmaxfr535332140.88(N/mm)380(3-4)minPninfr31459/38082.79(N/mm2)(3-5)循环应力的应力幅:maxa2min140.8882.792、=29.045(N/mm)(3-6)折算应力:(3-7)c.amax29.045140.8863.97(N/mm2)_一2c<90N/mm因此,它满足工程要求.对于第二个截面：J-284,r杆柱自重Wr=22346.79+7445.79=29793(N)2放柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16cm

25、)：一一一'W|=6.16X0.0001X200X9.8X892=10781(N)snPmax(WrW')(1)137=(29793+10781)X(1+2.1X6.4/137)=44541(N)2_'snrPminWrIrdfrL(si)W,(1-)1790l=(2.85X330+2.00X1389)乂(7.85-0.892)-(29793X2.1X6.02X0.75)/1790X9.81X0.1=24438(N)maxPmax1445412、156.28(N/mm)285minPmin24470285285.86(N/mm2)循环应力的应力幅:maxmina156.

26、28285.8635.21(N/mm2)=35.21(N/mm2)折算应力:274.18(N/mm)杆柱自重Wr=22347(N)2液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16cm)：'W|=6.16X0.0001X2000X9.8X892=10781(N)WmaX(WrW')(1=(22347+10781)X(1+2.1X6.0/137)=36162(N)WminWrIrdfrL(sl)W.2snr(1_1790l=(2.00X1389)X(7.85-0.892)X9.81X0.1-(22347X2.1X6.02X0.75)/1790=18254(N)maxfr36162200

27、180.81(N/mm2)minPminf27(N/mm2)循环应力的应力幅:maxmina2180.81291.272、44.77(N/mm)=44.77(N/mm2)折算应力:c,amax289.97(N/mm)直径(mm许用应力KMPa杆柱截回积(cm2)单位长度的重量(kg/m)Xm材质16902.011.671389普通钢材19902.842.35330普通钢材22903.803.14281普通钢材3.4计算泵效泵效的一般表达式为:(3-8)式中:sps杆、管弹性伸缩对泵效的影响;泵的充满系数;泵漏失对泵效影响的漏失系数,此处取1.0；BB1B1为吸入条件下

28、抽汲液体的体积系数,查地层油体积系数图版可得：B11.21fw1fw=1.2X(1-0.25)+1X0.25=1.251关于上式中参数确实定:冲程损失Wl(_LEft(3-9)535120002.061011(41833017)102813.801043302.85104138912.001040.27sDs2.10.271.83p1B=1.83/2.10.8191(11.251)=57.05%由于设计的井为直井,泵挂深度为2000米,根据国家抽油泵的选择标准选取的泵为底部固定的定井筒杆式泵,其型号为：CYB28RHBC-4.5-0.6-0.3.般情况下,此型号的泵的理论排量为5m3/d至62

29、m3/d.因此,它能满足生产要求.3.5产量校核理论产液量一一一一一一_4_一一3(3-10)Qt1440fpsn14406.161042.1611.18(m3/d)实际产量Qt0.570511.186.38(m3/d)(3-11)qtqt6.236.386.23100%2.38%10%因此,它能满足工程要求3.6抽油机校核最大载荷、扭矩悬点最大载荷:RaxWrWlEArsn./sin(60nLp)30(1)sin(3-12)32670107812.0610113.1949681043.142.1*660sin0.77973.147190010.83304968sin0.7797=54672(

30、N)应力波在抽油杆柱中的传播速度,=4968m/s悬点最小载荷EArsn.PminWrCsin600130sin(3-13)代入数据得：Pmn=32547NC-下冲程动载荷修正系数,一般C=0.850.9即Pma产54.672kN<70kN,故抽油机满足工程要求.3.7曲柄轴扭矩计算因Pmax54672kN,Pmin32547KN故最大扭矩(3-14)Mmax1800S0.202s(PmaxPmin)18002.10.2022.1(5467232547)13.17Nm26000Nm一般抽油机扭矩利用率在40%-80无问.1317-100%50.65%实际扭矩利用率为18000第四章设计结

31、果4.1作下泵深度与泵效曲线并优选下泵深度表4-1小组设计结果组员兰云飞朱强徐亚军赵晓军何婷婷卜宗深度,m16001700180019002000泵效,%40.7447.7052.7053.5157.05根据图4-1知最优的下泵深度为2000m此时的泵效达最大值,最大泵效为57.05%.4.2各种功率的计算(1).计算有效(水力)功率:Ps1.13410QtiH(4-1)有效提升高度:HLf(PtPc)106(2).(3).PS1.134计算光杆功率、.一HPpr光杆功率计算井下效率igg992.7(0.80.2)1068809.811062.20(m)41011.18Wisn60000107

32、80.642.1600002.26(kw)P100%HPpr(4).计算电动机输出的实际功率0.88057.05%1061.260.67(kw)0.67100%30.09%2.26(4-2)(4-3)般情况下抽油机的效率为80%除严重的低负荷运转外实际输出功率PoHPpr80%2.2680%2.83(kw)由?采油工程原理与设计?132页3-78式计算需要电动机的功率,得Nr0.6Mmaxn95490.613170695490.95.51kW由?采油技术手册上册?434页表5-34,选用电机型号为YCCH18.其主要性能参数如表4-2所示.表4-2YCCH180电机主要性能参数转矩形式满载容量kVA满载转速r/min转速艾化%堵转转矩Nm输出功率KWMM10.2834372126.24.3确定平衡半径平衡重平衡扭矩M平计算式：'M平AP干-s224-4摘自?采油机械的设计计算?式中A0平衡重所储存的能量；'%一抽油杆柱在油中的重量,N;'畤一油井中动液面以上,断面积等于柱塞全面积的油柱重,N;S一驴