抽油井系統(tǒng)設計報告

1、 目 錄1.前言11.1. 設計的目的意義11.2.設計的主要內(nèi)容12. 基本理論22.1. 油井產(chǎn)能22.2.井溫分布計算32.3.原油粘溫關(guān)系42.4.泵吸入口壓力42.5.下泵深度42.6.確定沖程和沖次52.7.確定泵徑52.8.懸點載荷計算及抽油桿強度校核方法52.9.確定抽油桿直徑及組合72.10.計算與校核載荷72.11.計算與校核扭矩72.12.計算需要的電機功率83. 設計框圖和計算機程序93.1. 設計框圖93.1.1. 抽油機井系統(tǒng)設計框圖93.1.2抽油桿柱設計框圖103.2. 程序截圖113.3. 計算機程序134. 設計結(jié)果及結(jié)果分析144.1基礎數(shù)據(jù)144.1.1

2、. 抽油系統(tǒng)設計基本數(shù)據(jù)144.1.2. 原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù)144.1.3. 抽油桿基本參數(shù)表144.1.4. 抽油機基本參數(shù)154.2.設計結(jié)果164.2.1.油井產(chǎn)能164.2.3.原油粘溫關(guān)系174.2.4.下泵深度184.2.5.確定沖程和沖次184.2.7.確定抽油桿直徑及組合184.2.8.計算與校核載荷184.2.9.計算與校核扭矩184.2.10.計算需要的電機功率194.3.結(jié)果分析195.認識和結(jié)論206.參考文獻217.附錄22東 北 石 油 大 學課 程 設 計課 程 石油工程課程設計 題 目 抽油井系統(tǒng)設計 院 系 石油工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教

3、師 2014年 07月18日東北石油大學課程設計任務書課程石油工程課程設計題目抽油井系統(tǒng)設計專業(yè)石油工程姓名學號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等 根據(jù)已有的基礎數(shù)據(jù)，利用所學的專業(yè)知識，通過編程，完成抽油井系統(tǒng)從油層到地面的所有相關(guān)參數(shù)的計算,最終選出三抽設備抽油泵、抽油桿、抽油機。1. 設計主要內(nèi)容： 計算出油井溫度分布； 通過回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達式； 確定出油井的合理下泵深度； 確定合適的沖程、沖次； 選擇合適的抽油泵； 確定抽油桿直徑及組合； 計算出懸點的最大、最小載荷； 選出合適的抽油機。2. 設計基本要求：要求學生選擇一組基礎數(shù)據(jù)，在教師的指導下獨立地完成設計任務，最終以設

4、計報告的形式完成本專題設計，設計報告的具體內(nèi)容如下： 前言； 基礎數(shù)據(jù)； 基本理論； 設計框圖和計算機程序； 設計結(jié)果及結(jié)果分析； 認識和結(jié)論； 參考文獻。設計報告采用統(tǒng)一格式打印，要求圖表清晰、語言流暢、書寫規(guī)范，論據(jù)充分、說服力強，達到工程設計的基本要求。3. 主要參考資料：王常斌等. 石油工程設計. 大慶石油學院校內(nèi)自編教材陳濤平等. 石油工程. 石油工業(yè)出版社，2000萬仁溥等. 采油技術(shù)手冊第四分冊機械采油技術(shù). 石油工業(yè)出版社，1993 完成期限 2014.6.302014.7.18 指導教師 專業(yè)負責人 2014年6月30日 東北石油大學石油工程課程設計目 錄1.前言11.1.設

5、計的目的意義11.2.設計的主要內(nèi)容12.基本理論22.1.油井產(chǎn)能22.2.井溫分布計算22.3.原油粘溫關(guān)系22.4.井底流壓22.5.泵吸入口壓力22.6.下泵深度22.7.確定沖程和沖次32.8.確定泵徑32.9.懸點載荷計算及抽油桿強度校核方法32.10.確定抽油桿直徑及組合32.11.計算與校核載荷32.12.計算與校核扭矩32.13.計算需要的電機功率43.設計框圖和計算機程序53.1.設計框圖53.2.程序截圖53.3.計算機程序54.設計結(jié)果及結(jié)果分析64.1.基礎數(shù)據(jù)64.2.設計結(jié)果84.3.結(jié)果分析95.認識和結(jié)論106.參考文獻117.附錄12 1.前言1.1. 設計

6、的目的意義通過一組基礎數(shù)據(jù)，利用利用所學過的專業(yè)知識，在指導教師的指導下獨立地完成并提交整個抽油井系統(tǒng)的設計方案，從而掌握抽油井系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的選擇設計方法，將理論知識運用到解決實際問題中去。通過該專題設計的訓練，加強學生理論知識的運用能力，掌握相關(guān)學科知識的綜合能力，計算機技術(shù)應用技能，以及解決實際問題的工程應用能力。1.2.設計的主要內(nèi)容根據(jù)已有的基礎數(shù)據(jù)，利用所學的專業(yè)知識，通過編程，完成抽油井系統(tǒng)從油層到地面的所有相關(guān)參數(shù)的計算，最終選出三抽設備抽油泵、抽油桿、抽油機。1) 設計主要內(nèi)容如下：2) 計算出油井溫度分布；3) 通過回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達式；4) 確定出油井的合理下泵

7、深度；5) 確定合適的沖程、沖次；6) 選擇合適的抽油泵；7) 確定抽油桿直徑及組合；8) 計算出懸點的最大、最小載荷；9) 選出合適的抽油機。322. 基本理論2.1. 油井產(chǎn)能所謂油井產(chǎn)能，是指油井的生產(chǎn)能力，常用采油指數(shù)來衡量。采油指數(shù)是指油井產(chǎn)量隨流壓的變化率，用公式表示為：（3-1）采油指數(shù)大小，反映了油層物性、流體參數(shù)、泄油面積以及完井條件對油井產(chǎn)量的綜合影響。（1） 對于單相滲流（），由于各參數(shù)隨壓力變化很小，可忽略這種變化，流入動態(tài)曲線則呈現(xiàn)線性關(guān)系，即： （3-2）（2） 對于兩相滲流（），流入動態(tài)曲線則呈非線性關(guān)系，可由沃格爾方程來描述，即： （3-3）（3) 對于單相與兩

8、相組合型（），則流入動態(tài)方程為一分段函數(shù)，可由如下一組方程表達： （3-4）（3-5） （3-6） （3-7）其中是通過試油來確定的：若pwfpb,則 （3-8）若pwf h時，則令h1= h，該段的長度應為： （3-31）該計算段的平均高度為，計算該點的溫度和混合物的粘度。 分別計算該計算段的最大載荷pmax與最小載荷pmin。 分別計算累積最大和最小載荷：， （3-32） 計算抽油桿的折算應力c，進行該段抽油桿強度校核； 如不滿足強度要求，則換次一級抽油桿直徑，返回到步驟重新計算； 如滿足強度要求，則以 h1作為下一計算段的起點h0，進行下一段計算； 當h0 = h時則結(jié)束，否則返回到步驟

9、繼續(xù)計算，直到h0 = h為止； 校核液柱載荷。如果計算值與假設值的誤差達到精度要求，則計算結(jié)束；如果未達到精度要求，則以計算值作為新的假設值，重新計算。2.10.計算與校核載荷 在進行抽油桿直徑及組合確定計算結(jié)束時，便可得到懸點的最大載荷和最小載荷。2.11.計算與校核扭矩曲柄軸處的最大扭矩可采用如下任一公式計算： （3-38）式中 曲柄軸最大扭矩，knm；s 光桿沖程，m； 懸點最大載荷，n； 懸點最小載荷，n。2.12.計算需要的電機功率 電機實際輸出的最大功率可如下計算： （3-39） 式中 電機實際輸出的最大功率，kw; 曲柄軸最大扭矩，nm； 沖次，min-1； 傳動效率，取0.9

10、。3. 設計框圖和計算機程序3.1. 設計框圖3.1.1. 抽油機井系統(tǒng)設計框圖輸入基礎數(shù)據(jù)計算溫度場分布確定井底流壓確定沉沒度、沉沒壓力確定泵徑確定下泵深度初選抽油機、確定沖程沖次選擇抽油桿及組合校核抽油機校核減速箱扭矩校核電機功率打印結(jié)果yn結(jié)束3.1.2抽油桿柱設計框圖h0=hp,h1=0給dr()賦值假設wl0pmax= wl0+上沖程常量pmin=下沖程常量給定hj=1l(j)=0dr= dr(j)h1= h0+h= h0+h/2計算dpmax=dwr+diru+dfudpmin=dwr-dird-dfdpmax= pmax+dpmaxpmin= pmin+dpminh1h計算wl進

11、行下步計算h0= h1l(j)= h1 h0hpmax= pmaxdpmaxpmin= pmindpminj= j+1l(j)=0dr= dr(j)h0+hhh=h- h0（wlwl0）wl0=（wl0+ wl）/2nyyyynyy3.2. 程序截圖3.3. 計算機程序見附錄。 4. 設計結(jié)果及結(jié)果分析4.1基礎數(shù)據(jù)4.1.1. 抽油系統(tǒng)設計基本數(shù)據(jù)表4-1 抽油系統(tǒng)設計基本數(shù)據(jù)井號 cy0016油層深度(m) 1575油管內(nèi)徑(mm) 88.9 套管直徑(mm) 190 地溫梯度(/100m) 3.03井底溫度() 81 地層壓力(mpa) 12.21 飽和壓力(mpa) 11.18 傳熱系

12、數(shù)(w/m) 2.57 試井產(chǎn)液(m3/d) 28.5試井流壓(mpa) 4.8體積含水率(%) 17.5原油密度(kg/m3) 980.52 地層水密度(kg/m3) 1000 原油比熱(j/kg) 2175.52 地層水比熱(j/kg) 4318.58 設計沉沒度(m) 224.33 設計排量(m3/d) 27.34.1.2. 原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù)表4-2 原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù)原油溫度() 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85粘度(mpa.s) 2255 1391 903 611 428 308 227171 131 1034.1.3. 抽油桿基本參數(shù)表 表4-3 抽

13、油桿基本參數(shù)許用應力(n/mm2) 桿直徑(mm) 一級 二級 三級 四級 五級 90 16 19 22 25 29100 16 19 22 25 294.1.4. 抽油機基本參數(shù)表4-4 抽油機基本參數(shù)序號 抽油機型號 生產(chǎn)廠家 最大載荷(kn) 最大扭矩 游梁前臂(mm) 游梁后臂(mm) 連桿長度(mm) 曲柄半徑/沖程(mm/m) 沖次(1/min) 5 5-1.8-13hf 玉門 50 13 2100 1780 2100 380/0.90,500/1.20, 620/1.50,740/1.80 6,9,1210 5-2.7-26hb 大安 50 26 3210 2100 2137 3

14、80/1.10,500/1.50,620/1.90, 740/2.30,860/2.70 6,9,1216 6-2.5-26hb 江漢 60 26 2500 2400 3200 670/1.80,990/2.20,1150/2.50 6,9,1220 8-3-48b 三機 80 48 3000 2500 3200 858/2.10,1013/2.50,1200/3 6,9,1226 8-3-53hb 大安 80 53 3450 2580 3160 670/1.80,810/2.20, 950/2.60,1090/3 6,9,1235 10-3-48hb 寶雞 100 48 3000 2000

15、3330 570/1.80,745/2.40,895/3 6,9,1237 10-3-53hb 三機 100 53 3000 2500 3200 858/2.10,1013/2.50,1200/3 6,9,1247 y10-3-53hb 大安 100 53 3450 2580 3380 640/1.80,765/2.20, 890/2.60,1015/3 6,9,1253 y10-3-53hb 蘭通 100 53 3000 2200 3200 755/2.10,885/2.50,1045/3 6,9,1259 11-2.1-26b 寶雞 110 26 2820 2820 3026 780/1.

16、58,922/1.88,1064/2.18 6,8,1261 q12-3.6-53b 寶雞 120 53 7925 6553 4295 1074/2.85,1227/3.25,1380/3.66 8,1269 y12-4.8-73hb 二機 120 73 4800 2840 4200 800/2.80,1060/3.80,1209/4.80 6,8,1078 y12-5-74hb 大安 120 74 5600 4000 4640 1000/3,1200/3.60, 1400/4.30,1600/5 3,4,683 y14-4.8-73hb 江漢 140 73 4800 3048 3770 99

17、0/3.60,1100/4.20,1200/4.80 6,8,1087 q14-5-73hq 煙采 140 73 7150 3100 5780 970/4,1060/5 4,5,694 16-30 大安 160 300 1200 800 2100 600/2,700/2.50,800/3 6,9,124.2.設計結(jié)果4.2.1.油井產(chǎn)能將已知數(shù)據(jù)代人采油指數(shù)公式得：= 4.92(m3/(dmpa)=4.92(12.21-11.18)=5.067 (m3/d)=30.56 (m3/d)設計排量qoqb由：可得：pwf= 5.277(mpa)由上式還可以算各產(chǎn)量所對應的井底流壓（數(shù)據(jù)見運行結(jié)果），

18、來繪制ipr曲線。 ipr曲線如圖4-1所示 圖4-1 ipr曲線4.2.2.井溫分布計算該井的井溫度分布如圖4-2所示： 圖4-2 井溫與地溫曲線4.2.3.原油粘溫關(guān)系原油粘溫關(guān)系附合：經(jīng)確定,a=8330598912； b=4.100。原油粘溫關(guān)系曲線如圖4-3所示： 圖4-3 粘溫曲線4.2.4.下泵深度 經(jīng)確定，泵吸入口壓力為2.165mpa，下泵深度lp= 1252.623 (m)。4.2.5.確定沖程和沖次因為所設計的抽油井系統(tǒng)為稠油井，因此需要選擇大沖程、低沖次的抽油機型作為程序設計所用來確定抽油泵徑。因此經(jīng)確定：s=3.66 (m)n=8 (1/min)4.2.6.確定泵徑由

19、程序運行結(jié)果試選擇泵徑為34.318 mm的桿式抽油泵，同時計算的閥孔直徑為20.423mm。泵型的選擇取決于油井條件，在1000 m以內(nèi)的油井，含砂量小于0.2%，油井結(jié)蠟較嚴重或油較稠，應采用管式泵；產(chǎn)量較小的中深或深井，可采用桿式泵。4.2.7.確定抽油桿直徑及組合由cy0016井號運行程序可確定的抽油桿直徑及組合如下表許用應力取 = 90 (n/mm2)項目一級桿二級桿三級桿四級桿五級桿直徑,mm16.0019.0022.0025.0029.00長度,m1193.00059.6230.0000.0000.0004.2.8.計算與校核載荷計算的懸點最大載荷和最小載荷分別為：pmax= 3

20、3.45543 (kn)pmin= 12.42900(kn)4.2.9.計算與校核扭矩 曲柄軸處的最大扭矩可采用如下任一公式計算：；取三者中最大的，由程序運行最大扭矩結(jié)果得：= 48.379 ( knm)由于該抽油機的許用扭矩為=53 (knm) ，因此滿足扭矩要求。4.2.10.計算需要的電機功率電機實際輸出的最大功率可如下計算： 由程序計算得電機最大功率為nmax =20.601 (kw) 實際選擇時應選擇功率稍大于計算值的電機（如25 kw）。4.3.結(jié)果分析由井溫與地溫曲線可知：對于1575 m井深，井底溫度為81時，井口溫度為42.04。而按地溫計算，井口溫度則為33.2775，井口

21、處的井溫大于地溫8.7625，同時由圖也可見兩條曲線相距一定距離，故地溫與井溫有硬頂差距。因此地溫代替井溫，將會給系統(tǒng)設計帶來很大的誤差，特別是溫度對粘度的影響，進而影響摩擦載荷，影響抽油桿組合與抽油機選擇。 由粘溫曲線可知，原油的粘度是隨溫度的升高而下降，表現(xiàn)為升溫降粘的特性，而且原油的粘度越高，其隨溫度升高而下降的幅度就越來越大。同時可以看出，井筒中任一點處的溫度都不相同，將使原油及混合物的粘度變化很大，從而使得各段桿柱的摩擦載荷大不相同。為了使抽油桿柱設計結(jié)果更加符合實際，應充分考慮井液粘度的變化情況。計算懸點載荷時，抽油桿柱與液柱之間的摩擦發(fā)生在下沖程，其摩擦力的方向向上，是稠油井內(nèi)抽

22、油桿柱下行遇阻的主要原因。并且在高粘度大產(chǎn)量油井內(nèi)，液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力往往是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因，對懸點載荷也會造成不可忽略的影響。隨著井溫的增大，最大載荷減小，最小載荷增加 ，扭矩增加。所選抽油機型號與各項參數(shù)能很好地適應該井，抽油桿組合也能在經(jīng)濟有效的前提下進行生產(chǎn)。 5.認識和結(jié)論 本次抽油機系統(tǒng)優(yōu)化課程設計共歷時三周，在第一周主要強化設計所用的理論基礎知識，同時學習c+builder的基礎操作知識，明確了設計要求及目的：符合油層及油井工作條件，充分發(fā)揮油層產(chǎn)能，設備利用效率較高且有較長的免修期，并且具有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟效益。針對數(shù)據(jù)特點（如高粘原油）等問題，依據(jù)指導

23、書的設計框圖和關(guān)鍵環(huán)節(jié)編程草稿，整體分析設計過程中可能遇到的困難，以最大程度上接近最優(yōu)的設計結(jié)果。 在第二、三周的上機編程過程中，每天學習很長時間，我深刻體會到各種成果的來之不易。在編程過程中，我把所知道的程序設計思想與學科實際緊密結(jié)合，實現(xiàn)學科交叉，學以致用。同時我體會到，編程需要嚴密且邏輯性很強的思維，更重要的是分析錯誤解決問題時的耐心與冷靜。雖然做出了小許成果，但背后也有些不盡人意的地方，如抽油桿的確定與組合中循環(huán)篩選程序始終存在問題，自己做出來了，運行也對了，但運行次數(shù)多了數(shù)據(jù)就不對了，讓我很費解。但是我沒有放棄，而是堅持把它搞懂，沒課時自己一個人在寢室搗鼓，及時地向老師求教，在老師的

24、耐心指導下，終于改正錯誤獲得成功。在這三周里，我的編程水平得到了鞏固，并且學會了c+builder的很多東西，對專業(yè)課上涉及到的原先模糊的概念及數(shù)據(jù)范圍有重新的認識，但也暴漏了自己知識的欠缺和和基礎的不足，以及忽略細節(jié)問題而造成的錯誤，在未來的學習和工作中，我會認真地更正缺點，努力提高自己的知識水平，爭取成為石油工程領域的有用人才！通過此次抽油井系統(tǒng)設計，我有如下認識：對于系統(tǒng)設計是一個較為龐大的工程，對個人能力是個極大的挑戰(zhàn)，團隊協(xié)作才是有效的解決辦法，大家互相交流，及時分享并糾正錯誤，最終按要求完成了此設計。同時還認識到石油工程是一門綜合性很強的學科。抽油系統(tǒng)設計不僅要求具有較強的整體認識

25、，還需要對專業(yè)知識的細節(jié)如公式等較為熟悉，總之完成這次的系統(tǒng)設計之后，確實讓我對采油系統(tǒng)甚至石油工程學科有了更加全面系統(tǒng)的認識。在設計過程中我跌倒過，疑惑過，但從未放棄過，懂得了學科交叉應用的作用，真正地實現(xiàn)了學以致用，同時提高自己各方面的能力。 在此，我特別感謝我的指導老師等教授給予的莫大的幫助與鼓勵，讓我從宏觀上把握了抽油井系統(tǒng)設計的基本原理與技巧，還學到了c+builder的基本知識，對此次設計有極大的作用。還要感謝我的同學的傾心幫助，讓我不斷進步。三周的設計，知識得以鞏固，身體得以鍛煉，精神得以提升。 6.參考文獻1 王常斌等,石油工程設計， 大慶石油學院校內(nèi)自編教材2 陳濤平、胡靖邦

26、主編，石油工程， 石油工業(yè)出版社，2000.3 張琪主編， 采油工程原理與設計，中國石油大學出版社，2000.4 陸衛(wèi)忠、劉文亮等主編，c+builder6程序設計教程，（第二版），科學出版社，2009.5 劉華鎣主編，計算方法，北京郵電大學出版社 2007.6 衣治安，吳雅娟主編，實用計算機基礎教程，石油工業(yè)出版社，2002.7 姚春東主編，石油鉆采機械，石油工業(yè)出版社，1994.8 趙景波主編，c+builder6基礎教程，機械工業(yè)出版社，2004. 7.附錄窗體1：主界面/-#include #pragma hdrstop#include unit1.h#include unit2.h#

27、include unit3.h#include unit4.h#include unit5.h#include unit6.h#include unit7.h#include unit8.h#include unit9.h#include unit10.h#include unit11.h#include unit12.h/-#pragma package(smart_init)#pragma resource *.dfmtform1 *form1;/-_fastcall tform1:tform1(tcomponent* owner) : tform(owner)/-void_fastcal

28、l tform1:n3click(tobject *sender)form2-showmodal();/-void_fastcall tform1:n5click(tobject *sender) form3-showmodal();/-void_fastcall tform1:n7click(tobject *sender) form4-showmodal();/-void_fastcall tform1:n6click(tobject *sender) form5-showmodal();/-void_fastcall tform1:n8click(tobject *sender) for

29、m6-showmodal();/-void_fastcall tform1:n10click(tobject *sender) form7-showmodal();/-void_fastcall tform1:n13click(tobject *sender) form8-showmodal();/-void_fastcall tform1:n17click(tobject *sender) form9-showmodal();/-void_fastcall tform1:n18click(tobject *sender) form10-showmodal();/-void_fastcall

30、tform1:n14click(tobject *sender) form11-showmodal();/-void_fastcall tform1:n15click(tobject *sender) form12-showmodal();/-窗體2：基礎數(shù)據(jù)/-#include #pragma hdrstop#include #include unit2.h/-#pragma package(smart_init)#pragma resource *.dfmtform2 *form2;/-_fastcall tform2:tform2(tcomponent* owner) : tform(o

31、wner)/-void_fastcall tform2:button1click(tobject *sender) file *fp; fp=fopen(f:jcsj.txt,wt); if (fp=null) return; fprintf(fp,%sn,edit1-text ); fprintf(fp,%sn,edit2-text ); fprintf(fp,%sn,edit3-text ); fprintf(fp,%sn,edit4-text ); fprintf(fp,%sn,edit5-text ); fprintf(fp,%sn,edit6-text ); fprintf(fp,%

32、sn,edit7-text ); fprintf(fp,%sn,edit8-text ); fprintf(fp,%sn,edit9-text ); fprintf(fp,%sn,edit10-text ); fprintf(fp,%sn,edit11-text ); fprintf(fp,%sn,edit12-text ); fprintf(fp,%sn,edit13-text ); fprintf(fp,%sn,edit14-text ); fprintf(fp,%sn,edit15-text ); fprintf(fp,%sn,edit16-text ); fprintf(fp,%sn,

33、edit17-text );fclose(fp);/-void_fastcall tform2:button2click(tobject *sender) file *fp; char s100; fp=fopen(f:jcsj.txt,rt); if (fp=null) return; fscanf(fp,%s,&s); edit1-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit2-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit3-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit4-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit5

34、-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit6-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit7-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit8-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit9-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit10-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit11-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit12-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit13-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit14-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit15-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit16-text =s; fscanf(fp,%s,&s); edit17-text =s;fclose(fp);/-窗體3：井溫與地溫曲線/-#include #pragma hdrstop#include #include unit3.