采油工程(含課程設計)913601石巖20130218

1、采油工程課程設計姓名：石巖 學號：201009797568 班級：石油工程10級 2013.2.18題 目有桿泵抽油系統(tǒng)設計學生姓名石巖學號201009797568專業(yè)班級石油工程設計內容與要求1. 原始數(shù)據（1）基礎數(shù)據井深2680m，地層壓力26.8MPa，油藏溫度90，飽和壓力10MPa，套管內徑124mm，油管內徑62mm，油管外徑73mm，地面原油相對密度0.84，地面產出水相對密度1，標況下天然氣相對密度0.76。（2）生產動態(tài)數(shù)據體積含水40%，井底流壓13.6MPa，產油量30t/d。2. 設計任務（1）設計數(shù)據體積含水40%，產油量30t/d生產氣油比50m3/t，油壓1.0

2、MPa，套壓0.5MPa。（2）任務確定泵效最大的機桿泵及其工作參數(shù)。3. 設計要求（1）通過文獻查閱，進一步完善確定機桿泵及其工作參數(shù)的理論依據；（2）設計成果用A4紙打印。起止時間指導教師簽名年 月 日系（教研室）主任簽名年 月 日學生簽名 石巖 目 錄前 言一、設計內容（一）基礎數(shù)據（二）生產動態(tài)數(shù)據（三）設計數(shù)據（四）設計內容與步驟二、流入動態(tài)預測（一）根據原始生產動態(tài)數(shù)據計算采液指數(shù)（二）IPR曲線的繪制（三）由設計數(shù)據和IPR曲線計算井底流壓和動液面三、工作參數(shù)的確定（一）作充滿程度與下泵深度（沉沒度）關系曲線（二）初選下泵深度（三）由產液量和下泵深度選擇抽油機和泵徑（四）確定沖程

3、和沖次（五）抽油桿柱設計（六）計算泵效：（七）產量校核（八）抽油機校核（九）結論四、最優(yōu)泵效與下泵深度選擇（一）由產液量和下泵深度選擇抽油機和泵徑（二）確定沖程和沖次（三）抽油桿柱設計（五）計算泵效（六）產量校核（七）抽油機校核（八）結論五、總結參考文獻前 言采油工程是油田開采過程中根據開發(fā)目標通過生產井和注入井對油藏采取的各項技術措施的總稱。作為一門綜合應用學科，它所研究的是可經濟有效地作用于油藏，以提高油井產量和原油采收率的各項工程技術措施的理論、工程設計方法及實施技術。有桿泵采油包括游梁式抽油機井有桿泵采油和地面驅動螺桿泵采油，它們都是用抽油桿將地面動力傳遞給井下泵。前者是將抽油機懸點的

4、往復運動通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵；后者是將井口驅動頭的旋轉運動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。有桿抽油系統(tǒng)包括油層、井筒流動、機-桿-泵和地面出油管線到油氣分離器。有桿抽油系統(tǒng)設計主要是選擇機、桿、泵、管以及抽汲參數(shù)，并預測其工況指標，使整個系統(tǒng)高效而安全地工作。設計原則是以油藏供液能力為依據，以油藏與抽油設備的協(xié)調為基礎，最大限度地發(fā)揮設備和油藏潛力，使抽油系統(tǒng)高效而安全地工作。有桿泵抽油系統(tǒng)設計是采油工程中的重要組成部分。本課程設計的主要目的是通過有桿泵抽油系統(tǒng)的原始生產動態(tài)數(shù)據和設計數(shù)據設計來確定合理的下泵深度和最高的泵效；熟練的掌握設計的主要過程、步驟以及所涉及的個個參數(shù)的計算。同時該設

5、計包括制作IPR曲線；計算井底流壓和動液面；作充滿程度與下泵深度關系曲線；初選下泵深度由下泵深度和產液量初選抽油機和泵徑；確定沖程和沖次；抽油桿柱設計；計算泵效；產量校核；計算最大最小載荷、曲柄軸扭矩，抽油機校核；確定機桿泵及其工作參數(shù)。進行此次設計可以培養(yǎng)我們正確的設計思想，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。加深我們對所學課程的理解和掌握，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立分析和解決問題的初步能力。通過課程設計實踐，訓練并提高我們在查閱資料、理論計算、結構設計、應用標準與規(guī)范及計算機應用等方面的能力，進行課程設計必須制定教學大綱，明確課程設計的目的、要求和內

6、容一、設計內容（一）基礎數(shù)據井深2680m，地層壓力26.8MPa，油藏溫度90，飽和壓力10MPa，套管內徑124mm，油管內徑62mm，油管外徑73mm，地面原油相對密度0.84，地面產出水相對密度1，標況下天然氣相對密度0.74。（二）生產動態(tài)數(shù)據體積含水40%，井底流壓13.6MPa，產油量30t/d。（三）設計數(shù)據體積含水40%，產油量30t/d，生產氣油比50m3/t，油壓1MPa，套壓0.5MPa。（四）設計內容與步驟1.根據原始生產動態(tài)數(shù)據和設計數(shù)據作IPR曲線。2.又設計數(shù)據和IPR曲線計算井底流壓和動液面。3.作充滿程度與下泵深度（沉沒度）關系曲線。4.初選下泵深度。5.由

7、下泵深度和產液量初選抽油機和泵徑。6.確定沖程和沖次。7.抽油桿柱設計。8.計算泵效。9.產量校核，不滿足時調整沖程和沖次返回第6或4步。10.計算最大最小載荷、曲柄軸扭矩，抽油機校核，不滿足返回第4步11.確定機桿泵及其工作參數(shù)二、流入動態(tài)預測油井流入動態(tài)是指油井產量與井底流動壓力的關系，它反映了油藏向該井供油的能力。表示產量與流壓關系的曲線稱為流入動態(tài)曲線（Inflow Performance Relationship Curve）,簡稱IPR曲線。（一）根據原始生產動態(tài)數(shù)據計算采液指數(shù)采油指數(shù)是一個反應油層性質、厚度、流體參數(shù)、完井條件及瀉油面積等與產量之間的關系的綜合指標，其數(shù)值等于單

8、位生產壓差下的油井產油量，有了采油指數(shù)就可以在對油井進行系統(tǒng)分析時預測不同產量時的井底流壓，另外還可以研究油層參數(shù)已知： =26.8Mpa，=10Mpa，6.26 MPa, fw =0.2, Q(test) =30t/dro =0.84, rg=0.76 因為，= 6.62 MPa=10MPa=26.8Mpa，所以，由下式其中： 因此推出采液指數(shù)的表達式為： （2-1）上式中： （2-2） -對應流壓時的總產液量；-下純油IPR曲線的產油量；- 下水IPR曲線的產水量；-含水率;（二）IPR曲線的繪制Petrobras提出了一種計算三相流動IPR曲線的方法，Petrobras方法計算綜合IPR

9、曲線的實質是按含水率取純油IPR曲線和水IPR曲線的加權平均值。當已知測試點計算采液指數(shù)時，可按產量加權平均；當預測產量或流壓時，可按流壓加權平均。（1）已知原始生產動態(tài)數(shù)據：fw = 20%,Qo = 30td所以：流壓與產量的關系流壓012345678910111217產量11.4211.1410.8010.419.969.468.918.317.656.946.175.364.4850產液量與流壓的關系曲線IPR曲線（圖1）（2）已知設計數(shù)據：fw = 50%,Qo = 4td所以： ，流壓與產量的關系流壓012345678910111217產量12.8612.3411.7911.211

10、0.609.959.278.557.817.036.215.374.4850 產液量與流壓的關系曲線（圖2） . IPR曲線（三）由設計數(shù)據和IPR曲線計算井底流壓和動液面由設計數(shù)據：fw = 40%, Qo = 30td ，查IPR流入流出動態(tài)曲線圖可知： Pwf =5.53 MPa.也可以有下式求解Pwf當時，（其中） (2-3) 按流壓加權平均值計算：-對應產量下純油IPR曲線上的流壓；-對應產量下水IPR曲線上的流壓。用組合IPR曲線計算：=0.125-1+ (2-4)用恒定的生產指數(shù)公式計算有：= (2-5)于是有：）+0.125（1-）-1+代入：=26.8Mpa，fw =40%;

11、Pb=10MPa,Qt=9.35m³d；Qb=4.485m³d,Qomax=10.465m³d；解得：Pwf =5.53MPa計算動液面由井底流壓與沉沒度的關系得：含水井正常抽油時，泵吸入口以上的油套環(huán)形空間流體不會發(fā)生流動。因此，油水由于密度差而發(fā)生重力分異，使泵吸入口以上的環(huán)行空間的液柱中不含水，而在吸入口以下為油水混合物。 (2-6) 式中：-流壓，MPa；H-油層中部深度，m；L-泵掛深度，m；-沉沒度，m；g-重力加速度， m/s；-吸入口以上環(huán)行空間的油柱平均密度，kg/m；-套壓，MPa；假設,=5.53Mpa,。動液面深度為：。三、工作參數(shù)的確定（

12、一）作充滿程度與下泵深度（沉沒度）關系曲線由摘自采油技術手冊（第三版）公式： (3-1)如(圖3)所示，將等效到泵吸入口壓力時：g+ （3-2） 將（3-2）式代入（3-1）式中： (3-3)假設泵徑選擇44mm時：0.25=0.25） =0.25） =0.25×0.095?。海障扼w積百分數(shù)）為0.1，考慮彈性形變影響 由油藏物理性質可知：Rgo=870.84=74.47 天然氣相對密度原油溫度油藏壓力代入數(shù)據計算：根據沉沒度與充滿程度的關系得： （3-4）又已知=0.856gcm³，K=0.1即有： 充滿程度與沉沒度的關系沉沒度 （m） 1502002503003504

13、00450500550600650700750800充滿 程度 0.630.670.700.730.750.770.790.810.820.840.850.860.8640.87充滿程度與沉沒度的關系曲線（二）初選下泵深度由（圖5）充滿程度和沉沒度的關系可知：當時，沉沒度由設計數(shù)據得： pw f =5.53Mpa , Qt=9.35(m3d) 由產液量和下泵深度選擇抽油機和泵徑 沉沒度和下泵深度與抽油機選取關系圖泵徑mm桿管mm油梁式抽油機，抽油泵選擇抽油桿，油管尺寸CYJ2-0.6-2.5YCYJ-1.2-1.2-7FCYJ5-1.8-18FCYJ7-2.1-26FCYJ10-2.748B(

14、Q)CYJ12-3.3-70B(Q)CYJ16-100B(Q)28抽油桿1622*19(0.28*0.72)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)25*22*19(0.20*0.23*0.57)油管38.138.163.563.563.563.563.532抽油桿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

15、)油管38.150.863.563.563.563.563.538抽油桿161622*19(0.36*0.64)25*22*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抽油桿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*0.3

16、4)油管50.850.863.563.563.563.563.5已知： Lp =2680m Qt=9.35(m3d)由a所在區(qū)域選用抽油機為：CYJ10353HB，由a所在區(qū)域選用抽油機為：選定抽油機型號參數(shù)抽油機型號懸點最大載荷懸點最大沖次懸點最大沖程減速器額定扭矩CYJ10353HBP=70KNn=12次/minS=3mM=13kN·m所對應的抽油機選擇泵徑：Dp=44mm。選擇抽油桿柱組合：25mm×22mm×19mm,（三）確定沖程和沖次 由加速因子公式得：條件：選擇沖程和沖次時，應保證加速因子取抽油機的懸點最大沖程：S =3m.初選沖次為 ： （四）抽油

17、桿柱設計表3-4 抽油桿強度級別和對應的抗拉強度表抽油桿強度級別 C D K抽油桿最低抗拉強620794794965588794（1）抽油桿柱下部加重桿設計方法及步驟計算泵筒與柱塞間半干摩擦力計算液體通過排出閥的水力阻力所產生的對柱塞底部向上推力計算液體通過排出閥的水力阻力所產生對柱塞底部的向上推力計算作用抽油桿柱底部液體上浮力計算下沖程時抽油桿柱底部所受的總下行阻力計算需配加重桿長度選擇所用的加重桿的直徑為19mm，則加重桿上部抽油桿柱組合設計方法與步驟計算各級抽油桿柱長度抽油桿長度L=2090.1(m) 抽油桿組合參數(shù) 直徑d/mm16200164192852302238030725391

18、317=0.118=0.136X3=10.1180.136=0.7462）求抽油桿柱按長度加權平均橫截面積3）計算油管柱金屬部分面積4）計算抽油桿柱在液體中重力 各級抽油桿柱在空氣中重力加重桿在空氣中的重力所以抽油桿柱在液體中總重力為5）計算作用在抽油泵柱塞上的液體載荷 6）計算抽油機從沖程開始到液柱載荷加載完畢時（初變形期）曲柄轉角7）計算變形分布系數(shù)8）計算懸點最大，最小載荷9）校核疲勞強度 抽油桿的使用系數(shù)使用介質API D級桿API C級桿無腐蝕性1.001.00礦化水0.900.65含硫化氫0.700.5010）計算曲柄最大扭矩（五）計算泵效：在抽油機井生產過程中,實際產量Q一般都比

19、理論產量Qt要低,兩者的比值叫泵效,用表示,即:=Q/Qt 在正常情況下,若泵效為0.7-0.8,就認為泵的工作狀況是良好的. 有些帶噴井的泵效可能接近或大于1.礦場實踐表明,平均泵效大都低于0.7, 甚至有的油井泵效低于0.3. 影響泵效的因數(shù)很多, 但從深井泵工作的三個基本環(huán)節(jié)(柱塞讓出體積,液體進泵,液體從泵內排出)來看,可歸結為以下三個方面:（1）抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮.根據深井泵的工作特點, 抽油桿柱和油管柱在工作過程中因承受著交變載荷而發(fā)生彈性伸縮, 使柱塞沖程小于光桿沖程, 所以減少了柱塞讓出的體積.（2）氣體和充不滿的影響. 當泵內吸入氣液混合物后, 氣體占據了柱塞讓出的部

20、分空間,或者當泵的排量大于油層供油能力時液體來不及進入泵內,都會使進入泵內的液體量減少.（3）漏失影響. 柱塞與襯套的間隙及閥和其他連接部件間的漏失都會使實際排量減少. 只要保證泵的制造質量和裝配質量, 在下泵后一定時期內, 漏失的影響是不大的. 但當液體有腐蝕性或含沙時, 將會由于對泵的腐蝕和磨損使漏失迅速增加. 泵內結蠟和沉沙都會使閥關閉不嚴, 甚至被卡, 從而嚴重破壞泵的工作. 在這些情況下, 除改善泵的結構提高泵的抗磨蝕性能外, 主要是采取防沙及防蠟措施, 以及定期檢泵來維持泵的正常工作.(4)靜載荷作用下的柱塞沖程沖程損失由于本題是多級桿柱； (3-5)柱塞，抽油桿，油管的截面積 L

21、-抽油桿總長度,m;-液體密度，kg/;E-鋼的彈性模量，2.06Pa;-動液面深度，m;m-抽油桿級數(shù)(2)考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算： (3-11) (3-12)由于抽油桿上各點所承受的慣性力不同，計算中近似取平均值，即取懸點慣性載荷的一半。將及代入=+=0.8762由上面計算得 = =0.847=（六）產量校核泵的理論排量：理論排量與實際排量之間的絕對誤差E ，則E =（QQt）Q×100%= （9.87-9.35）/9.87=5.3%<10%, 滿足要求所以，選擇結果：s=3m，n=5.3次/min四、最優(yōu)泵效與下泵深度選擇下泵深度（m）1975.6202220682

22、114沉沒度（m）450500550600泵效 %57.1157.1357.1857.14由上圖可知：Lp=2070(m),此時泵效有最大值，即此時的泵效最高，沉沒度為Hs =550(m),泵效為57.18%。同時得動液面深度：Lf =2070-550=1520(m)（一）由產液量和下泵深度選擇抽油機和泵徑已知： Lp =2680m Qt=9.35(m3d) 由a所在區(qū)域選用抽油機為：CYJ10353HB，由a所在區(qū)域選用抽油機為：選定抽油機型號參數(shù)抽油機型號懸點最大載荷懸點最大沖次懸點最大沖程減速器額定扭矩CYJ10353P=70KNn=12次/minS=3mM=13kN·m所對應

23、的抽油機選擇泵徑：Dp=44mm。選擇抽油桿柱組合：25mm×22mm×19mm,（二）確定沖程和沖次由加速因子公式得：條件：選擇沖程和沖次時，應保證加速因子取抽油機的懸點最大沖程：S =3m.初選沖次為 ： （三）抽油桿柱設計 抽油桿強度級別和對應的抗拉強度表抽油桿強度級別 C D K抽油桿最低抗拉強620794794965588794（1）抽油桿柱下部加重桿設計方法及步驟計算泵筒與柱塞間半干摩擦力計算液體通過排出閥的水力阻力所產生的對柱塞底部向上推力計算液體通過排出閥的水力阻力所產生對柱塞底部的向上推力計算作用抽油桿柱底部液體上浮力計算下沖程時抽油桿柱底部所受的總下行阻

24、力計算需配加重桿長度選擇所用的加重桿的直徑為19mm，則加重桿上部抽油桿柱組合設計方法與步驟計算各級抽油桿柱長度抽油桿長度L=LpLw =207022.4 =2048(m) 抽油桿組合參數(shù)直徑d/mm16200164192852302238030725391317=0.121=0.139X3=10.1210.139=0.742）求抽油桿柱按長度加權平均橫截面積3）計算油管柱金屬部分面積4）計算抽油桿柱在液體中重力 各級抽油桿柱在空氣中重力加重桿在空氣中的重力所以抽油桿柱在液體中總重力為5）計算作用在抽油泵柱塞上的液體載荷 6）計算抽油機從沖程開始到液柱載荷加載完畢時（初變形期）曲柄轉角7）計算

25、變形分布系數(shù)8）計算懸點最大，最小載荷9）校核疲勞強度 抽油桿的使用系數(shù)使用介質API D級桿API C級桿無腐蝕性1.001.00礦化水0.900.65含硫化氫0.700.5010）計算曲柄最大扭矩（四）計算泵效：在抽油機井生產過程中,實際產量Q一般都比理論產量Qt要低,兩者的比值叫泵效,用表示,即:=Q/Qt 在正常情況下,若泵效為0.7-0.8,就認為泵的工作狀況是良好的. 有些帶噴井的泵效可能接近或大于1.礦場實踐表明,平均泵效大都低于0.7, 甚至有的油井泵效低于0.3. 影響泵效的因數(shù)很多, 但從深井泵工作的三個基本環(huán)節(jié)(柱塞讓出體積,液體進泵,液體從泵內排出)來看,可歸結為以下三

26、個方面:（1）抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮.根據深井泵的工作特點, 抽油桿柱和油管柱在工作過程中因承受著交變載荷而發(fā)生彈性伸縮, 使柱塞沖程小于光桿沖程, 所以減少了柱塞讓出的體積.（2）氣體和充不滿的影響. 當泵內吸入氣液混合物后, 氣體占據了柱塞讓出的部分空間,或者當泵的排量大于油層供油能力時液體來不及進入泵內,都會使進入泵內的液體量減少.（3）漏失影響. 柱塞與襯套的間隙及閥和其他連接部件間的漏失都會使實際排量減少. 只要保證泵的制造質量和裝配質量, 在下泵后一定時期內, 漏失的影響是不大的. 但當液體有腐蝕性或含沙時, 將會由于對泵的腐蝕和磨損使漏失迅速增加. 泵內結蠟和沉沙都會使閥關閉

27、不嚴, 甚至被卡, 從而嚴重破壞泵的工作. 在這些情況下, 除改善泵的結構提高泵的抗磨蝕性能外, 主要是采取防沙及防蠟措施, 以及定期檢泵來維持泵的正常工作.(4)靜載荷作用下的柱塞沖程沖程損失由于本題是多級桿柱； (3-5)柱塞，抽油桿，油管的截面積 L-抽油桿總長度,m;-液體密度，kg/;E-鋼的彈性模量，2.06Pa;-動液面深度，m;m-抽油桿級數(shù)；-第i級抽油桿的長度，m;-第i級抽油桿截面積，m;(2)考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算： (3-11) (3-12)由于抽油桿上各點所承受的慣性力不同，計算中近似取平均值，即取懸點慣性載荷的一半。將及代入=+，=0.877由上面計算得 =

28、 =0.847=（五）產量校核泵的理論排量：理論排量與實際排量之間的絕對誤差E ，則E =（QQt）Q×100%= （10.24-9.35）/10.24=8.7%<10%, 滿足要求所以，選擇結果：s=3m，n=5.5次/min（六）抽油機校核a.水功率b.光桿功率 c.井下功率電動機實際輸出功率（七）結論抽油機型號CYJ10353HB沖程3m沖次5.5扭矩泵效0.572井下泵效0.606產液量泵徑44mm （八）確定平衡半徑（平衡重）根據抽油機選定型號CYJ10353HB，可知為復合平衡方式：查采油工程手冊得抽油機型號CYJ10353HB結構不平衡重1.42KN曲柄平衡塊數(shù)4

29、因此，曲柄平衡塊總重： KN游梁平衡塊總重：KN五一 繪制下泵深度與泵效關系曲線一改變沉沒度計算泵效，相應數(shù)據如下表5-1所示 沉沒度（下泵深度）與泵效的關系沉沒度下泵深度泵效4501975.60.571150020220.571355020680.571860021140.5714二繪制下泵深度與泵效關系曲線下泵深度與泵效關系曲線二 最優(yōu)下泵深度下的參數(shù)設計根據下泵深度和泵效關系曲線，相關設計數(shù)據如下：一.選擇抽油機型號及抽吸參數(shù)為：抽油機型號：CYJ10353HB泵徑：44mm沖程：S=3m沖次：n=5.5次/min滿足要求二.選用普通碳鋼材料的抽油桿，抽油桿柱組合如表52。 抽油桿柱組合及參數(shù)直徑mm空氣中每米