石油工程课程设计

1、第一章 设计内容1.1 原始数据1. 基础数据井深2146m，地层压力17MPa，油藏温度70，饱和压力12MPa，套管内径140mm，油管内径62mm，油管外径73mm，地面原油相对密度0.856，地面产出水相对密度1，标况下天然气相对密度0.7。2. 生产动态数据含水20%，井底流压6.26MPa，产油量6t/d。1.2 设计任务1. 设计数据体积含水 25%，产油量 4t/d，生产气油比 87m3/t，油压 0.8 MPa，套压 0.2MPa。2. 任务确定泵效最大的机杆泵及其工作参数。1.3 设计要求（1）根据原始生产动态数据和设计数据作IPR曲线；（2）由设计数据和IPR曲线计算井底

2、流压和动液面；（3）作充满程度与下泵深度（沉没度）关系曲线；（4）确定下泵深度；（5）确定泵效最大的机杆泵及其工作参数。1.4 设计内容及步骤1. 根据给定的地层压力、饱和压力以及生产动态数据用；2. 由设计基础数据计算井底流压；3. 由井底流压估算动液面；4. 假设下泵深度；5. 根据产量和下泵深度确定抽油机型号和泵径；6. 确定抽吸参数（s、n）；7. 确定抽油杆柱材料、组合；8. 计算泵效；9. 计算产液量；10. 产量校核（偏差最好不超过10%）；11. 抽油机校核（最大载荷、扭矩）；12改变下泵深度；13. 作泵效下泵深度曲线，优选下泵深度；14. 计算拖动装置功率，选择电机型号和功

3、率；15. 确定平衡半径（平衡重）；16. 确定泵型及其间隙等级。第二章 流入动态预测2.1采液指数与流压关系由于Pwf(test)=6.26MPPb=12MPaa，进行产量叠加，体积含水率20。产油量，则(6/0.856)/80%=8.763 m3/d又/ =20%/80%=1/4；则= 1/4=7.011/4=1.75 m3/d， （2-1） =0.897m3/dMPa则=0.897(17-12)=4.485m3/d=10.465m3/d （2-2） =0.897(17-Pwf)=15.249-0.897Pwf （2-3）其中:J1-采液指数, m3/（dMPa）qo-纯油产量, m3/d

4、qw-纯水产量, m3/dfw-含水率,小数qomax-由IPR曲线的最大产油量,m3/dqt-对应流压的总产液量, m3/dqb-饱和压力下的产液量, ,m3/d2.2根据原始生产动态数据和设计数据作IPR曲线生产时含水率为25%，产液指数不变PwfPb时Qt=0.897(Pr-Pwf)表2-1 流压与流量关系表：(Mpa)02468101214161711.6610.9610.078.977.676.174.472.690.9002.3计算井底的流动压力在设计数据中， 根据IPR曲线，计算可得: 井底的流动压力=9.94Mpa 图2-1 流压与流量IPR曲线 （1）由设计数据 图静液面与动

5、液面fw=0.25,pwf=9.94Mpa（2） 计算动液面-lg-井内气液平均密度；-lg=o(1-fw)+ wfw=0.892井内溶有气体密度小于0.892取=0.882.4作充满程度与下泵深度 (沉没度)关系曲线 则溶解气油比：又 则有 若忽略余隙影响，则由采油工程技术手册（3-49）得： （2-5） （2-6）充满程度，小数；K余隙比，去0.1；Rp地面生产气油比，m3/m3Rs泵内溶解气油比，Rs=Pi, m3/m3溶解气系数m3/(m3MPa);Pi沉没压力，MPa；fw体积含水率。Rp =870.856=74.472 m3/m3则 又 （2-7） （2-8） 此即充满程程度与沉没

6、度的关系式。表2-2 沉没度与充满系数的关系数据表沉没度/m充满系数1000.0683452000.1969013000.3089534000.4074875000.494816000.5727327000.6426948000.7058579000.76316610000.81539811000.86319912000.90711113000.947589第三章 工作参数确定3.1假设下泵深度 由井底流动压力 （3-1）可得： （3-2）部分参数的计算： ，把吸入口以上环形空间油柱平均密度看成是纯油的密度； =0.85675%+125%=0.892g/=892把井内混合物平均密度。代入数据化

7、简可得：下泵深度与沉没度的关系： 下泵深度与充满系数的关系：动液面深度 动液面高度=1113+0.04hs 其中: 流压，MPa； H油层中部深m；Lp泵挂深度，m ； 图3-1 各深/高度示意图 沉没度，m； 重力加速度，； 井内混合物平均密度，kg/m； 吸入口以上环形空间油柱平均密度，kg/m； 套压，MPa。假设下入深度Lp=2000m,就可得到沉没度 hs=1007.3m 充满系数 =0.819动液面深度 Lf=992.7 动液面高度 Hf=1153.3m3.2初选抽油机 由前面知，下泵深度为2000m，产液量为6.23m/d。相关手册中的图表如下图所示：图3-1 选取抽油机的示意图

8、根据以上图表，从横坐标2200m处向上引垂线，纵坐标6.23m/d处向右引水平线，两线的交点确定的区域所对应的抽油机为：CYJ7-2.1-26F,泵径为28 毫米， 从交点向上延长上述横坐标的垂线， 和最大排量曲线相交于一点， 此点所对应的为最大排量（17.2m/d） 表3.2抽油杆类型及参数泵径mm杆管mm油梁式抽油机，抽油泵选择抽油杆，油管尺寸CYJ2-0.6-2.5YCYJ-1.2-1.2-7FCYJ5-1.8-18FCYJ7-2.1-26F CYJ10-2.748B(Q)CYJ12-3.3-70B(Q)CYJ16-100B(Q)28抽油杆1622*19(0.28*0.72)25*22*

9、19(0.20*0.23*0.57)25*22*19(0.20*0.23*0.57)25*22*19(0.20*0.23*0.57)25*22*19(0.20*0.23*0.57)油管38.138.163.563.563.563.563.532抽油杆161622*19(0.31*0.69)25*22*19(0.23*0.26*0.51)25*22*19(0.23*0.26*0.51)25*22*19(0.23*0.26*0.51)25*22*19(0.23*0.26*0.51)油管38.150.863.563.563.563.563.538抽油杆161622*19(0.36*0.64)25*2

10、2*19(0.26*0.30*0.44)25*22*19(0.26*0.30*0.4425*22*19(0.26*0.30*0.44)25*22*19(0.26*0.30*0.44)油管50.850.863.563.563.563.563.543抽油杆161622*19(0.41*0.59)25*22*19(0.31*0.35*0.34)25*22*19(0.31*0.35*0.34)25*22*19(0.31*0.35*0.34)25*22*19(0.31*0.35*0.34)油管50.850.863.563.563.563.563.5由上表得：所对应的抽油杆尺寸为，油管尺寸为73mm。根据

11、附表二查的：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=70KN12minS=2.1mM=26kN.m 表机型及参数3.3 确定冲程和冲次 （3-3）故选：冲程，冲次S=2.1m .3.4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221916。在采油工程（第二版）中推荐：合金钢抽油杆（D级）比例为1387。另外，最大悬点载荷为70KN,光杆最大冲程为2.1m,最大冲次12,减速箱曲柄轴最大允许扭矩为26KNm.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能力；（2）抽油杆的重量应尽量小。杆柱有关参数：表3-2

12、 每米抽油杆的质量直径（mm）杆柱截面积（cm）单位长度的重量（kg/m）162.00 1.64192.852.30223.803.07根据前面推荐的比例并经过计算，可得： 直径为22mm杆柱的长度为281m，直径为19mm的杆柱长度为330m，直径为16的杆柱长度为1389m各级抽油杆柱在空气中的质量： 在计算时，选择经验公式： （3-5）（因为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：杆柱自重 =22346.79+7445.79+8462.79=38255N液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16 cm):=6.160.000120009.8892=10781(N)

13、（3-6） =(38255+10781) (1+2.16/137) =53533(N) （3-7）=(2.001389+2.85330+3.8281) (7.85-0.892) 9.810.1-(382552.160.75)/1790=31459（N) =140.88() （3-8）() （3-9）循环应力的应力幅： =29.045() （3-10）折算应力： （3-11）经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研究结与油田实际数据对比得出D级抽油杆的许用应力为90。90因此，它满足工程要求。对于第二个截面：杆柱自重 =22346.79+7445.79=29793 (N)液柱在

14、柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16):=6.160.00012009.8892=10781(N) =(29793+10781) (1+2.16.4/137) =44541(N)=(2.85330+2.001389)(7.85-0.892) 9.810.1-(297932.16.00.75)/1790 =24470(N)循环应力的应力幅：=35.21()折算应力：经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研究结果与油田实际数据对比得出D级抽油杆的许用应力为90。90因此，它满足工程要求。对于第三个截面：杆柱自重 =22347(N)液柱在柱塞面积上的重力(柱塞面积为6.16):=6

15、.160.000120009.8892=10781(N) =(22347+10781) (1+2.16.0/137) =36162(N)=(2.001389)(7.85-0.892) 9.810.1-(223472.16.00.75)/1790 =18254(N)循环应力的应力幅：=44.77()折算应力：经阿塞拜疆石油所对不同条件下的各种钢材进行疲劳研究，并将研究结果与油田实际数据对比得出D级抽油杆的许用应力为90。90因此，它满足工程要求。由于所用的油杆的钢级符合设计的要求，不需要加加重杆。3.5 计算泵效 泵效的一般表达式为： （3-12） 式中：杆、管弹性伸缩对泵效的影响； 泵的充满系

16、数； 泵漏失对泵效影响的漏失系数，此处取1.0;为吸入条件下抽汲液体的体积系数，查地层油体积系数图版可得：=1.251; 关于上式中参数的确定：冲程损失 （3-13） 即 =1.83/2.10.8191（11.251）=57.05%因为设计的井为直井，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。一般情况下，此型号的泵的理论排量为5m/d至62m/d. 因此，它能满足生产要求。3.6 产量校核理论产液量: （3-14）实际产量： （3-15） 误差：10%因此，它能满足工程要求3.7抽油机校核（最大载荷、扭

17、矩）悬点最大载荷： （3-16） =54672(N)应力波在抽油杆柱中的传播速度，=4968 m/s悬点最小载荷 （3-17）代入数据得：=32547NC-下冲程动载荷修正系数,一般C=0.850.9即Pmax=37.894kN70kN，故抽油机满足工程要求。3.8曲柄轴扭矩计算因 ，故最大扭矩 （3-18） 一般抽油机扭矩利用率在40%-80%之间。实际扭矩利用率为3.9 确定平衡半径 平衡扭矩计算式： （3-19）（摘自采油机械的设计计算）式中 平衡重所储存的能量； 抽油杆柱在油中的重量，N； 油井中动液面以上，断面积等于柱塞全面积的油柱重，N； S驴头悬点的冲程长度，m。 （3-20）=

18、38010N （3-21）=5736N （3-22） =(30000+5736/2)1.8由抽油机型号CYJ5-1.8-18F可知a/mm2100b/mm 1780c/mm3500r/mm1650结构不平衡重/kN1.2曲柄重心/mm400单块平衡块质量/kg曲柄500、游梁40单块曲柄质量/kg522.5平衡块数量曲柄4、游梁10=(2.851101+3.80299) (7.85-0.892) 9.810.1=29224N=6.160.000114009.8892=7539(N)曲柄平衡块重心到曲柄轴的距离；曲柄平衡块重；曲柄本身的重心到曲柄之距离；曲柄自重(两块)；曲柄销至曲柄轴心之距离,

19、称曲柄半径,;抽油机本身的不平衡值,；游梁平衡重,40kg。 （3-23） 3.10 各种功率的计算1. 计算有效（水力）功率： （3-2）有效提升高度：2. 计算光杆功率光杆功率 （3-2） 3. 计算井下校率井下校率为 （3-2）4. 计算电动机输出的平均功率 一般情况下抽油机的效率为80%（除严重的低负荷运转外）。平均输出功率 （3-2）第四章 设计结果4.1 作下泵深度与泵效曲线并优选下泵深度表4-1 小组设计结果组员沙热木杨宝宝王月李莎莎下泵深度，m1600180019002000泵效，%40.7452.7053.5157.05图4-1 下泵深度与泵效关系根据图4-1知最优的下泵深度

20、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： （4-1）有效提升高度：2. 计算光杆功率光杆功率 （4-2） 3. 计算井下校率井下校率为 （4-3）4. 计算电动机输出的实际功率 一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 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，得由采油技术手册（上册）434页表5-34，选用电机型号为YCCH180，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转速变化%堵转转矩Nm输出功率KWMM

21、10.2834372126.24.3 确定平衡半径（平衡重） 平衡扭矩计算式： （4-4）（摘自采油机械的设计计算）式中 平衡重所储存的能量； 抽油杆柱在油中的重量，N； 油井中动液面以上，断面积等于柱塞全面积的油柱重，N； S驴头悬点的冲程长度，m。 （4-5） =33908.39N （4-6）=5135.01N （4-7） =(33908.39+)1.8由抽油机型号CYJ5-1.8-18F可知表4-3结构不平衡重/kN1.42曲柄重心/mm800单块平衡块质量/kg790单块曲柄质量/kg710平衡块数量4 （4-8）=(2.85330+3.80281+13892.00) (7.85-0.892) 9.810.1=32670.32（N）=6.160.000119009.81892=10780.64(N)其中：曲柄平衡块重心到曲柄轴的距离；曲柄平衡块重；曲柄本身的重心到曲柄之距离；曲柄自重(两块)；曲柄销至曲柄轴心之距离,称曲柄半径,;抽油机本身的不平衡值,；游梁平衡重 = =88.96cm4.4 确定泵型及其间隙等级表4-4 设计结果抽油机型号CYJ7-2.1-26F冲程2.1m冲次6min-1最大载荷54.672kN最小载荷32.547kN扭矩13.1