1、第一章 設計內容1.1 原始數據1. 基礎數據井深2146m，地層壓力17MPa，油藏溫度70，飽和壓力12MPa，套管內徑140mm，油管內徑62mm，油管外徑73mm，地面原油相對密度0.856，地面產出水相對密度1，標況下天然氣相對密度0.7。2. 生產動態數據含水20%，井底流壓6.26MPa，產油量6t/d。1.2 設計任務1. 設計數據體積含水 25%，產油量 4t/d，生產氣油比 87m3/t，油壓 0.8 MPa，套壓 0.2MPa。2. 任務確定泵效最大的機桿泵及其工作參數。1.3 設計要求（1）根據原始生產動態數據和設計數據作IPR曲線；（2）由設計數據和IPR曲線計算井底

2、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）確定下泵深度；（5）確定泵效最大的機桿泵及其工作參數。1.4 設計內容及步驟1. 根據給定的地層壓力、飽和壓力以及生產動態數據用；2. 由設計基礎數據計算井底流壓；3. 由井底流壓估算動液面；4. 假設下泵深度；5. 根據產量和下泵深度確定抽油機型號和泵徑；6. 確定抽吸參數（s、n）；7. 確定抽油桿柱材料、組合；8. 計算泵效；9. 計算產液量；10. 產量校核（偏差最好不超過10%）；11. 抽油機校核（最大載荷、扭矩）；12改變下泵深度；13. 作泵效下泵深度曲線，優選下泵深度；14. 計算拖動裝置功率，選擇電機型號和功

3、率；15. 確定平衡半徑（平衡重）；16. 確定泵型及其間隙等級。第二章 流入動態預測2.1采液指數與流壓關系由于Pwf(test)=6.26MPPb=12MPaa，進行產量疊加，體積含水率20。產油量，則(6/0.856)/80%=8.763 m3/d又/ =20%/80%=1/4；則= 1/4=7.011/4=1.75 m3/d， （2-1） =0.897m3/dMPa則=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-采液指數, m3/（dMPa）qo-純油產量, m3/d

4、qw-純水產量, m3/dfw-含水率,小數qomax-由IPR曲線的最大產油量,m3/dqt-對應流壓的總產液量, m3/dqb-飽和壓力下的產液量, ,m3/d2.2根據原始生產動態數據和設計數據作IPR曲線生產時含水率為25%，產液指數不變PwfPb時Qt=0.897(Pr-Pwf)表2-1 流壓與流量關系表：(Mpa)02468101214161711.6610.9610.078.977.676.174.472.690.9002.3計算井底的流動壓力在設計數據中， 根據IPR曲線，計算可得: 井底的流動壓力=9.94Mpa 圖2-1 流壓與流量IPR曲線 （1）由設計數據 圖靜液面與動

5、液面fw=0.25,pwf=9.94Mpa（2） 計算動液面-lg-井內氣液平均密度；-lg=o(1-fw)+ wfw=0.892井內溶有氣體密度小于0.892取=0.882.4作充滿程度與下泵深度 (沉沒度)關系曲線 則溶解氣油比：又 則有 若忽略余隙影響，則由采油工程技術手冊（3-49）得： （2-5） （2-6）充滿程度，小數；K余隙比，去0.1；Rp地面生產氣油比，m3/m3Rs泵內溶解氣油比，Rs=Pi, m3/m3溶解氣系數m3/(m3MPa);Pi沉沒壓力，MPa；fw體積含水率。Rp =870.856=74.472 m3/m3則 又 （2-7） （2-8） 此即充滿程程度與沉沒

6、度的關系式。表2-2 沉沒度與充滿系數的關系數據表沉沒度/m充滿系數1000.0683452000.1969013000.3089534000.4074875000.494816000.5727327000.6426948000.7058579000.76316610000.81539811000.86319912000.90711113000.947589第三章 工作參數確定3.1假設下泵深度 由井底流動壓力 （3-1）可得： （3-2）部分參數的計算： ，把吸入口以上環形空間油柱平均密度看成是純油的密度； =0.85675%+125%=0.892g/=892把井內混合物平均密度。代入數據化

7、簡可得：下泵深度與沉沒度的關系： 下泵深度與充滿系數的關系：動液面深度 動液面高度=1113+0.04hs 其中: 流壓，MPa； H油層中部深m；Lp泵掛深度，m ； 圖3-1 各深/高度示意圖 沉沒度，m； 重力加速度，； 井內混合物平均密度，kg/m； 吸入口以上環形空間油柱平均密度，kg/m； 套壓，MPa。假設下入深度Lp=2000m,就可得到沉沒度 hs=1007.3m 充滿系數 =0.819動液面深度 Lf=992.7 動液面高度 Hf=1153.3m3.2初選抽油機 由前面知，下泵深度為2000m，產液量為6.23m/d。相關手冊中的圖表如下圖所示：圖3-1 選取抽油機的示意圖

8、根據以上圖表，從橫坐標2200m處向上引垂線，縱坐標6.23m/d處向右引水平線，兩線的交點確定的區域所對應的抽油機為：CYJ7-2.1-26F,泵徑為28 毫米， 從交點向上延長上述橫坐標的垂線， 和最大排量曲線相交于一點， 此點所對應的為最大排量（17.2m/d） 表3.2抽油桿類型及參數泵徑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-1.2-1.2-7FCYJ5-1.8-18FCYJ7-2.1-26F CYJ10-2.748B(Q)CYJ12-3.3-70B(Q)CYJ16-100B(Q)28抽油桿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)油管38.150.863.563.563.563.563.538抽油桿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*0.34)油管50.850.863.563.563.563.563.5由上表得：所對應的抽油桿尺寸為，油管尺寸為73mm。根據

11、附表二查的：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 CYJ7-2.1-26FP=70KN12minS=2.1mM=26kN.m 表機型及參數3.3 確定沖程和沖次 （3-3）故選：沖程，沖次S=2.1m .3.4抽油桿柱設計（采用近似等強度組合設計方法）所對應的抽油桿直徑為221916。在采油工程（第二版）中推薦：合金鋼抽油桿（D級）比例為1387。另外，最大懸點載荷為70KN,光桿最大沖程為2.1m,最大沖次12,減速箱曲柄軸最大允許扭矩為26KNm.在設計抽油桿柱時必須滿足： （1）抽油桿應具有足夠的抗疲勞強度的能力；（2）抽油桿的重量應盡量小。桿柱有關參數：表3-2

12、 每米抽油桿的質量直徑（mm）桿柱截面積（cm）單位長度的重量（kg/m）162.00 1.64192.852.30223.803.07根據前面推薦的比例并經過計算，可得： 直徑為22mm桿柱的長度為281m，直徑為19mm的桿柱長度為330m，直徑為16的桿柱長度為1389m各級抽油桿柱在空氣中的質量： 在計算時，選擇經驗公式： （3-5）（因為它可用于中深低速的油井，而且考慮了液柱的動載）對于第一個截面：桿柱自重 =22346.79+7445.79+8462.79=38255N液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為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）循環應力的應力幅： =29.045() （3-10）折算應力： （3-11）經阿塞拜疆石油所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結與油田實際數據對比得出D級抽油桿的許用應力為90。90因此，它滿足工程要求。對于第二個截面：桿柱自重 =22346.79+7445.79=29793 (N)液柱在

14、柱塞面積上的重力(柱塞面積為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)循環應力的應力幅：=35.21()折算應力：經阿塞拜疆石油所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結果與油田實際數據對比得出D級抽油桿的許用應力為90。90因此，它滿足工程要求。對于第三個截面：桿柱自重 =22347(N)液柱在柱塞面積上的重力(柱塞面積為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)循環應力的應力幅：=44.77()折算應力：經阿塞拜疆石油所對不同條件下的各種鋼材進行疲勞研究，并將研究結果與油田實際數據對比得出D級抽油桿的許用應力為90。90因此，它滿足工程要求。由于所用的油桿的鋼級符合設計的要求，不需要加加重桿。3.5 計算泵效 泵效的一般表達式為： （3-12） 式中：桿、管彈性伸縮對泵效的影響； 泵的充滿系

16、數； 泵漏失對泵效影響的漏失系數，此處取1.0;為吸入條件下抽汲液體的體積系數，查地層油體積系數圖版可得：=1.251; 關于上式中參數的確定：沖程損失 （3-13） 即 =1.83/2.10.8191（11.251）=57.05%因為設計的井為直井，泵掛深度為2000米，根據國家抽油泵的選擇標準選取的泵為底部固定的定井筒桿式泵，其型號為：CYB28RHBC-4.5-0.6-0.3。一般情況下，此型號的泵的理論排量為5m/d至62m/d. 因此，它能滿足生產要求。3.6 產量校核理論產液量: （3-14）實際產量： （3-15） 誤差：10%因此，它能滿足工程要求3.7抽油機校核（最大載荷、扭

17、矩）懸點最大載荷： （3-16） =54672(N)應力波在抽油桿柱中的傳播速度，=4968 m/s懸點最小載荷 （3-17）代入數據得：=32547NC-下沖程動載荷修正系數,一般C=0.850.9即Pmax=37.894kN70kN，故抽油機滿足工程要求。3.8曲柄軸扭矩計算因 ，故最大扭矩 （3-18） 一般抽油機扭矩利用率在40%-80%之間。實際扭矩利用率為3.9 確定平衡半徑 平衡扭矩計算式： （3-19）（摘自采油機械的設計計算）式中 平衡重所儲存的能量； 抽油桿柱在油中的重量，N； 油井中動液面以上，斷面積等于柱塞全面積的油柱重，N； S驢頭懸點的沖程長度，m。 （3-20）=

18、38010N （3-21）=5736N （3-22） =(30000+5736/2)1.8由抽油機型號CYJ5-1.8-18F可知a/mm2100b/mm 1780c/mm3500r/mm1650結構不平衡重/kN1.2曲柄重心/mm400單塊平衡塊質量/kg曲柄500、游梁40單塊曲柄質量/kg522.5平衡塊數量曲柄4、游梁10=(2.851101+3.80299) (7.85-0.892) 9.810.1=29224N=6.160.000114009.8892=7539(N)曲柄平衡塊重心到曲柄軸的距離；曲柄平衡塊重；曲柄本身的重心到曲柄之距離；曲柄自重(兩塊)；曲柄銷至曲柄軸心之距離,

19、稱曲柄半徑,;抽油機本身的不平衡值,；游梁平衡重,40kg。 （3-23） 3.10 各種功率的計算1. 計算有效（水力）功率： （3-2）有效提升高度：2. 計算光桿功率光桿功率 （3-2） 3. 計算井下校率井下校率為 （3-2）4. 計算電動機輸出的平均功率 一般情況下抽油機的效率為80%（除嚴重的低負荷運轉外）。平均輸出功率 （3-2）第四章 設計結果4.1 作下泵深度與泵效曲線并優選下泵深度表4-1 小組設計結果組員沙熱木楊寶寶王月李莎莎下泵深度，m1600180019002000泵效，%40.7452.7053.5157.05圖4-1 下泵深度與泵效關系根據圖4-1知最優的下泵深度

20、為2000m,此時的泵效達最大值，最大泵效為57.05%。4.2 各種功率的計算1. 計算有效（水力）功率： （4-1）有效提升高度：2. 計算光桿功率光桿功率 （4-2） 3. 計算井下校率井下校率為 （4-3）4. 計算電動機輸出的實際功率 一般情況下抽油機的效率為80%（除嚴重的低負荷運轉外）。實際輸出功率 由采油工程原理與設計132頁（3-78）式計算需要電動機的功率，得由采油技術手冊（上冊）434頁表5-34，選用電機型號為YCCH180，其主要性能參數如表4-2所示。表4-2YCCH180電機主要性能參數轉矩形式滿載容量kVA滿載轉速r/min轉速變化%堵轉轉矩Nm輸出功率KWMM

21、10.2834372126.24.3 確定平衡半徑（平衡重） 平衡扭矩計算式： （4-4）（摘自采油機械的設計計算）式中 平衡重所儲存的能量； 抽油桿柱在油中的重量，N； 油井中動液面以上，斷面積等于柱塞全面積的油柱重，N； S驢頭懸點的沖程長度，m。 （4-5） =33908.39N （4-6）=5135.01N （4-7） =(33908.39+)1.8由抽油機型號CYJ5-1.8-18F可知表4-3結構不平衡重/kN1.42曲柄重心/mm800單塊平衡塊質量/kg790單塊曲柄質量/kg710平衡塊數量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：曲柄平衡塊重心到曲柄軸的距離；曲柄平衡塊重；曲柄本身的重心到曲柄之距離；曲柄自重(兩塊)；曲柄銷至曲柄軸心之距離,稱曲柄半徑,;抽油機本身的不平衡值,；游梁平衡重 = =88.96cm4.4 確定泵型及其間隙等級表4-4 設計結果抽油機型號CYJ7-2.1-26F沖程2.1m沖次6min-1最大載荷54.672kN最小載荷32.547kN扭矩13.1