采油课程设

11.设计任务1.1有杆系统设计内容（1）确定油井产量（2）确定系统的工作参数（3）计算各种载荷并确定各机械设备的类型与规格1.2有杆系统设计原则（1）符合油层及油井的工作条件（2）充分发挥油层的生产能力（3）设备利用率较高并且能满足安全生产的需要（4）有较高的系统效率和经济效益1.3设计计算步骤（1）确定油井产量或已知产量下的流压（2）根据原始要求和条件（Q,H,ρf等）初选设备及工作参数（3）对初选出的系统进行校核设计计算（4）将核算结果与原始要求进行对比，如不满足，则需改变初选参数或初选设备，再进行核算，如此进行，知道满足要求为止。2．基本数据地层平均压力：Pr=18MPa；原油饱和压力Pb=9MPa；含水率：fw=60%；油层中部深度H=1860m；油管内径Dti=62mm（2.441in）；原油相对密度：0.85；地层水相对密度：1.02；杆柱使用系数：SF=0.9；试井产量：Qt=36m3/d，产液指数J=4.0m3/(d•MPa)；设计产量（配产）Qx=40m3/d井口套管生产压力：Pc=0.25MPa；泵入口温度：80℃；GOR：40m3/m3（生产油气比）2标准状况下压力Psc=0.1Mpa重力加速度g=9.8声波在抽油杆中的速度：a=4980m/s频率系数Fc=1.15钢材的密度：7850kg/m33.主要设计计算的说明3.1油井产能预测或流压的确定1)确定井底流压（9Mpa）Qb=J(Pr-Pb)=4*(18-8.5)=38m3/dQomax=Qb+Qc=Qb+JPb/1.8=38+4*8.5/1.8=56.9m3/d而Qt=36m3/d.则0＜Qt＜Qb，此时产量与流压呈线性关系则Qt下的井底流压可通过下式计算：Pwf=Pr-Qt/J=18-36/4=9MPa2)确定沉没压力（2.537Mpa）计算沉没压力公式如公式8以上公式计算沉没压力，β为未知数，可自己设定一个β值，取β=0.65得出：Ps=2.537Mpa3)确定下泵深度（1178m）ρl=ρwfw+(1-fw)ρoρl=1.02*0.6+0.4*0.85=0.952g/cm3泵挂深度的公式为书中)/(10-l6mgρPPPHLpcswf）（=1860-106*(9-2.537-0.1)/(0.952*9.8*1000)=1177.98mLP————泵挂深度，m；Hm————油层中部深度m；Pc————套压，MPa；lρ————混合液密度Kg/cm3)1(293273)11()1(293273wscpbwbscpsfpRtpfppRP3g————重力加速度m/s23.2初选抽汲参数1、泵效（1）泵效ηp采用如下公式计算：ηp=1-0.4(Lp/(Lp+300))2=1-0.4*(1177.98/(1177.98+300))2=0.746Qt（PD，泵的理论排量）=Qx/ηp=36/0.746=48.26m3/dQx————油井实际产量，m3/ds*n=Qt/(1.131×10-3Dp2)n————冲次，1/min；Dp————泵径，mm。将Qt带入：s*n=48.26/(1.131×10-3Dp2)由于s、n、Dp都是未知的，应采用不同的泵径Dp来确定S、N的组合，由于油管内径Dti=62mm，因而泵径Dp不应大于油管内径。则可供选择的泵径为：38.1mm，44.45mm，57.15mm则有：1、Dp=38.1mm时，s*n=29.402、Dp=44.45mm时，s*n=21.603、Dp=57.15mm时，s*n=13.06（舍去）原则上：s*n=20-50m/min，则：1、2符合要求，选用Dp=38.1mm和Dp=44.45mm的泵径（2）：柱塞长度选用1.2m，防冲距0.8m。（3）：根据不同的泵径，选择不同的s、n组合。①Dp=38.1，s*n=29.40时，则有：n68912s4.93.6753.2672.45②Dp=44.45，s*n=29.40时，则有：n68912s3.5992.72.41.799743.3初选抽油杆柱抽油杆的设计主要包括确定抽油杆住的长度、直径、组合及材料。下泵深度确定后，抽油杆住的长度也就确定了。(1)、Dp=38.1mm,s*n=29.40时Fo=103*Dp2*Lp*γl*g*π/4=103*38.12*1177.98*9.8*3.14/4=13.161Fo————作用在整个活塞截面积上的液柱载荷，即上下冲程中静液柱载荷之差，KN；γl————液体的相对密度单级抽油杆的自然振动频率：No=15a/L=15*4980/1177.98=63.41（次/min）a————声波在抽油杆中的传播速度，a≈4980m/s；L————抽油杆长度，m；Fc————频率系数，初选抽油杆住时可选Fc=1.15得出：n/no'=n/(No*Fc)=0.2s5.4174.0633.6112.708n68912n/no'0.08230.110.12340.165取Sp/S=0.8，查图7-4得Fo/Skr=0.2Skr65.80565.80565.80565.805Kr13.4317.9120.14226.86Er=(1/Kr)/(Lp*10-3),则有：Er0.06320.0470.04210.032以上计算的弹性系数值中0.032虽然符合，但其数值还是太大，故应舍去，其他三组均不符合要求，所以应全部舍去。（2）、Dp=44.45mm，s*n=25.4时Fo=103*Dp2*Lp*γl*g*π/4=0.001*44.452*1177.98*1*9.8*3.14/4=17.914No=15a/L=15*4980/11.77.98=63.41n/no'=n/(No*Fc)=0.25s432.6672n68912n/no'0.0820.110.12340.165取Sp/S=0.8，查图7-4得Fo/Skr=0.2Skr89.5789.5789.5789.57Kr24.8933.1737.32149.77Er=(1/Kr)/(Lp*10-3),则有：Er0.0340.0260.02270.017表中Er=0.037虽然符合抽油杆柱中弹性系数值，但其数字仍然太大，故应将其舍去，但其他三组均符合要求。综合上述可知：当Dp=38.1mm，s*n=29.40时，所有数据均不符合；当Dp=44.45mm，s*n=21.60时，有三组数据满足要求。3.4有杆抽油装置的设计(API方法)（1）S=2.45,N=12(Dp=44.45mm)时，查表7-6可得：qr=1.38kg/m15.9mm杆比例为83.4%，16.6mm杆比例35.4%Fc=1.140Er=0.032Et=4.14*10-3=0.00414Fo=103*Dp2*Lp*γl*g*π/4=13.161/kr=Er*L*10-3=0.0232*1177.98*103=0.0377Skr=S/(1/kr)=2.45/(1/26.86)=65.807Fo/Skr=0.19999N/No=N/(15a/L)=12/(15*4980/1177.98)=0.1892N/No'=(N/No)/Fc=0.1892/1.140=0.165961/Kt=Et*L=0.00414*1.17798=0.0049求Sp和PDSp/S=0.8Sp=[(Sp/s)*s]-[Fo*(1/Kt)]=(0.8*2.45)-(13.161*0.0049)=1.89566PD=1.131*10-3*Sp*N*Dp2=1.131*10-3*1.8956*8*38.12=37.346由于设计的产量为40m3/d，而通过参数计算出的泵排量为37.346m3/d，满足相对误差小于10%的要求。Wr=qr*g*L=13.160Wrf=Wr(1-ρl/ρs)=13.160*（1-952/7850）=11.564Wrf/(Skr)=0.1757由图7-6至图7-11查得无因次参数如下：F1/(Skr)=0.32F2/(Skr)=0.092T/(S2kr)=0.25F3/(Skr)=0.2C=5%=0.03Ta=1+(Wrf/Skr-0.3)*0.5=1+(0.1757-0.3)*0.5=0.93785求工作参数①光杆最大载荷PPRLPPRL=Wrf+[(F1/Skr)*Skr]=11.564+(0.32*65.807)=32622.24②光杆最小载荷MPRLMPRL=Wrf-[(F2/Skr)*Skr]=11.564-(0.09*65.807)=5641.37③曲柄最大扭矩PTPT=[2T/(S2kr)]*Skr*S*0.5*Ta=0.25*65.807*2.45*0.5*0.93785=18.9001④光杆马力PRHPPRHP=[F3/(Skr)]*Skr*S*N/60=0.2*65.807*2.45*12/60=6.4491⑤要求平衡值CBECBE=1.06(Wrf+Fo*0.5)=1.06*(11.564+13161*0.5)=19.23抽油杆强度校核最粗的抽油杆直径为15.9mmAtop=15.92*3.14/4=198.46σmin=MPRL/Atop=5641.37/198.46=28.43已知σT=965(查表得)7σa=(σT/4+0.5626σmin)*SF=(965/4+0.5626*28.43)*0.9=231.52σmax=PPRL/Atop=32622.24/198.46=164.377很明显，σa＞σmaxRs=（σmax-σmin）/(σa-σmin)=(164.377-28.43)/(231.52-28.43)=0.6694满足0.5＜Rs＜1因而抽油杆柱校核准确，S=2.45，N=12，Dp=38.1mm满足要求杆应力利用率：σmax/σa=164.377/231.52=0.710有效扬程：He=Hm-(Pwf*1000)/(γl*g)=1860-（9*1000）/（1*9.8）=941.63水力功率：HPh=Q*He*γl*g/86400=30*941.63*1*9.8/86400=3.204(kw)电动机输出功率：Pi=PRHP/ηs=8.87系统效率：η=HPh/Pi=3.204/8.87=0.36计算举升效率：LE=HPh/PRHP=0.497计算经济指数：EI=(PPRL*PT*PRHP)/LE=8001(2)、S=3.599，N=6(Dp=44.45mm)时,查表7-6得：qr=1.38kg/m19.1mm杆比例为37.2%，15.9mm杆比例35.9%，12.7mm的杆比例26.9%Fc=1.140Er=0.034Et=0.00414Fo=103*Dp2*Lp*γl*g*π/4=17.9141/kr=Er*L*10-3=0.0401Skr=S/(1/kr)=89.57Fo/Skr=0.19999N/No=N/(15a/L)=0.0946N/No'=(N/No)/Fc=0.0831/Kt=Et*L=0.0049求Sp和PDSp/S=0.8Sp=[(Sp/s)*s]-[Fo*(1/Kt)]=(0.8*3.599)-(17.914*0.0049)=2.791PD=1.131*10-3*Sp*N*Dp2=1.131*10-3*2.791*8*44.452=37.4218由于设计的产量为40m3/d，而通过参数计算出的泵排量为37.421m3/d，满足相对误差小于10%的要求。Wr=qr*g*L=13.160Wrf=Wr(1-ρl/ρs)=11.564Wrf/(Skr)=0.1469由图7-6至图7-11查得无因次参数如下：F1/(Skr)=0.26F2/(Skr)=0.032T/(S2kr)=0.19F3/(Skr)=0.18C=5%=0.05Ta=1+(Wrf/Skr-0.3)*0.5=0.92345求工作参数①光杆最大载荷PPRLPPRL=Wrf+[(F1/Skr)*Skr]=34852.2②光杆最小载荷MPRLMPRL=Wrf-[(F2/Skr)*Sk