采油工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、頁眉采油工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書頁腳頁眉中國石油大學(xué)（北京）石油天然氣工程學(xué)院頁腳頁眉本次采油工程課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行有桿抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算，讓學(xué)生了解有桿抽油生產(chǎn)系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)思路。1有桿泵抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)11 有桿抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理有桿抽油系統(tǒng)包括油層，井筒流體、泵、油管、抽油桿、抽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、地面出油管線直到油氣分離器。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是選擇合理的機(jī)，桿，泵，管以及相應(yīng)的抽汲參數(shù)，目的是挖掘油井潛力，使生產(chǎn)壓差合理，抽油設(shè)備工作安全、高效及達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。在生產(chǎn)過程中，井口回壓ph 基本保持不變，可取為常數(shù)。它與出油管線的長度、分離器的入口壓力有關(guān)，此處取

2、ph1.0MPa 。抽油井井底流壓為pwf 向上為多相管流 ,至泵下壓力降至泵的沉沒壓力(或吸入口壓力 ) pn ,抽油泵為增壓設(shè)備 ,故泵出口壓力增至 pz , 稱為泵的排出口壓力 .在向上 ,為抽油桿油管間的環(huán)空流動(dòng) .至井口 ,壓力降至井口回壓 ph 。(1) 設(shè)計(jì)內(nèi)容對剛轉(zhuǎn)為有桿泵抽油的井和少量需調(diào)整抽油機(jī)機(jī)型的有桿抽油井可初選抽油機(jī)機(jī)型。對大部分有桿抽油油井。 抽油機(jī)不變， 為己知。對于某一抽油機(jī)型號， 設(shè)計(jì)內(nèi)容有：泵徑、沖程、沖次、泵深及相應(yīng)的泵徑、桿長，并求載荷、應(yīng)力、扭矩、功率、產(chǎn)量等技術(shù)指標(biāo)。(2) 需要數(shù)據(jù)井：井深，套管直徑，油層靜壓，油層溫度混合物：油、氣、水比重，飽和壓

3、力頁腳頁眉生產(chǎn)數(shù)據(jù)：含水率，套壓，油壓，生產(chǎn)氣油比，原產(chǎn)量，原流壓（或原動(dòng)液面）。(3) 設(shè)計(jì)方法這里介紹給定配產(chǎn)時(shí)有桿抽油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。首先需要獲得油層的IPR 曲線。若沒有井底流壓的測試值，可根據(jù)測試液面和套壓計(jì)算得井底流壓，從而計(jì)算出采液指數(shù)及IPR 曲線。1） 根據(jù)測試液面計(jì)算測試點(diǎn)流壓從井口到井底可分為三段。從井口到動(dòng)液面為氣柱段，若忽略氣柱壓力，則動(dòng)液面頂端壓力仍為套壓。從動(dòng)液面到吸入口為純油柱段，可以將這一段分為許多小段，采用迭代壓力方法可求出每小段油的密度，最后求出吸口處的壓力。從吸入至油層中部分多相管流段。通過分小段計(jì)算多相管流壓力分布，可求得測試點(diǎn)流壓。2） 根據(jù)測試點(diǎn)流

4、壓和產(chǎn)量計(jì)算IPR 曲線3） 給定配產(chǎn)量時(shí)有桿泵油井設(shè)計(jì)步驟（簡化設(shè)計(jì)方法）a 利用 IPR 曲線，由給定產(chǎn)量 Q 計(jì)算流壓。b 按 Q 由流壓向上進(jìn)行多相管流計(jì)算，得不同深度處的壓力分布。一般分若干小段進(jìn)行壓力分布計(jì)算。為了計(jì)算簡便，此處可按深度增量迭代方法分兩段計(jì)算。若井底流壓 pwf 高于飽和壓力 pb ，則以飽和壓力點(diǎn) pb 為分界線分為兩段， pwf 從到 pb 為一段，從 pb 到零為一段。若井底流壓 pwf 低于飽和壓力 pb ，則以 pwf / 2 為分界線分為兩段，從pwf 到 pwf / 2 為一段，從 pwf / 2 到零為一段。c 根據(jù)泵沉沒壓力內(nèi)插確定泵深；d 初選桿

5、、管直徑，按Q 由井口向下進(jìn)行桿、管環(huán)空壓力分布計(jì)算，得不同深度處的壓力分布，為了簡化計(jì)算，給定壓力分布；e 對某一抽汲參數(shù)組合：泵徑、沖程、沖次、泵沉沒壓力，計(jì)算液柱載荷，設(shè)計(jì)抽油桿柱；頁腳頁眉f 計(jì)算扭矩和需要電機(jī)功率等校核抽油機(jī)：g 計(jì)算泵效：從而計(jì)算出產(chǎn)量Q h 判斷 Q Q 。若不成立，則換另一組抽汲參數(shù)，轉(zhuǎn)第 e 步；若成立轉(zhuǎn)第 iQ步。i 計(jì)算舉升效率。j 通過計(jì)算多組抽汲參數(shù)的產(chǎn)量，最后得到產(chǎn)量比配產(chǎn)高但最接近且經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)較好的抽汲參數(shù)組合。1.2 油井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算油井流入動(dòng)態(tài)是指油井產(chǎn)量與井底流動(dòng)壓力的關(guān)系，它反映了油藏向該井供油的能力，從單井來講， IPR 曲線表示了油

6、層工作特性。因而，它既是確定油井合理工作方式的依據(jù)，也是分析油井動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)油井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算采用Petrobras方法。Petrobras方法計(jì)算綜合 IPR 曲線的實(shí)質(zhì)是按含水率取純油IPR 曲線和水 IPR 曲線的加權(quán)平均值。當(dāng)已知測試點(diǎn)計(jì)算采液指數(shù)時(shí)，按產(chǎn)量加權(quán)平均。采液指數(shù)計(jì)算已知一個(gè)測試點(diǎn)；pwftest 、 qtxst 和飽和壓力 pb 及油藏壓力p 。如果 pwftestpb則 Jqnest（1）p1pwftest如果 pwftestpb采液指數(shù)Jqtest（ 2）pb A1 f w p1 pbf w p1pwftest1.8頁腳頁眉式中，A10.2( pwftest )

7、 0.8( pwftets ) 2pbpbqtest 對應(yīng)流壓 pwfxets 時(shí)總產(chǎn)液量；f w 含水率，小數(shù)：qomzx 油 IPR 曲線的最大產(chǎn)油量。某一產(chǎn)量qt 下的流壓 pwf計(jì)算qtJ ( ptpb )qomzxqbJpb1.8 若 0q1qt 則pwfp1qtJ 若 qtq1qomzx 則按流壓加權(quán)平均進(jìn)行推導(dǎo)得；pwffw ( p1q1 )0.125(1fw ) pb 181 80(q1qb )Jqo maxqb 若 qomzxq1 ，則綜合 IPR 曲線的斜率可近似常數(shù)。pwffw ( p1qomzx )(q1qomzx )(8 fw9)JJ13 流體物性參數(shù)計(jì)算方法(1)

8、原油密度計(jì)算1000( o1.20610 3 Rsg )oBo式中，o 在壓力 P 及溫度 t 下的原油密度， kgm3 ；o 地面條件下的原油相對密度；g 地面條件下的氣體相對密度；Rs 在壓力 p 及溫度下的溶解油汽比，m3 m3 ；（3）（4）（5）（6）（7）（ 8）頁腳頁眉Bo 在壓力 p 及溫度 T 下的原油體積系數(shù)。(2)原油的 API 度141.5131.5yAPIo式中，y API 原油的 API 度。(3) 原油體積系數(shù)的計(jì)算Bo0.9720.000147F 1.175式中， F 5.615Rsg2.25t40o(4) 溶解油氣比的計(jì)算當(dāng) yAPI15 時(shí)，使用 stand

9、ing的相關(guān)式RS0.17812 g(8.0558p 10A )1.2048式中， A 0.0125yAPI 0.00091(1.8t 32)t 溫度，；p 泡點(diǎn)壓力（在多相管流中取計(jì)算段的平均壓力p ），Pa 。（ 9）（10）（ 11）當(dāng) yAPI 15 時(shí)，使用 Lastater的相關(guān)式RS23650oyng（12）mo 1yng式中， mo 地面脫氣原油的有效分子量；yng 天然氣的摩爾分?jǐn)?shù)。其中，mo 和 yng 可以通過差圖來獲得。為便于計(jì)算，可以采用以下公式計(jì)算mo 和 yng 。mo 的計(jì)算當(dāng)API38.3 時(shí)0.6631 ln (1346 )（13）m0 10yAPI 2.1

10、o頁腳頁眉當(dāng) o API38.3時(shí)61.933y API（14）mo0.0943yng 的計(jì)算；首先計(jì)算泡點(diǎn)壓力系數(shù)；8.0558p g（15）xg5273.15)10(t當(dāng) x g3.448 時(shí)yng 0.3531 lnxg（16）0.5967當(dāng)0.7 xg3.448時(shí)yngxg0.2401 ln0.27（17）當(dāng) xg0.7 時(shí)yng0.1236lnxg（17-1 ）0.1223如果計(jì)算出來的溶解油氣比大于生產(chǎn)油氣比，則等于生產(chǎn)油氣比。(5) 油水混合液體的密度lo (1 f w) w fw（18）式中， f w 體積含水，小數(shù)。(6) 液體粘度原油粘度“死油”（脫氣油）粘度：10 x1o

11、d（19）1000xy (32 1.8t) 1.163式中， y10 Zz3.03240.02023 yAPI頁腳頁眉“活油”（飽和油）粘度：A(1000OD ) BO1000式中， A10.715(5.615RS100) 0 .515B5.44(5.615RS150) 0.338OD ,O 原油死油與活油粘度，Pa s 。水的粘度1.0031.479 10 2 (32 1.8 t ) 1.98210 5 (32 1.8t )2ew1000式中，w 水的粘度， Pa s 。液體的粘度lo (1 f w )wfw(7)油、天然氣的表面張力742.40.047(1.8t32)0.267( yAPI

12、 )e 1.015 10 Pog1000式中，og 油、氣的表面張力，N m ；P壓力 ,Pa 。(8) 水、天然氣的表面張力wg 248 1.8t (23.33)137.78 (137.78) 206其中776e 3.62575 10p( 23.33)100052.58.701810 7p(137.78 )1000（20）（ 21）（22）（23）頁腳頁眉式中，wg 溫度為 t時(shí)水、氣的表面張力，N m ；P壓力 ,Pa 。(9) 油水混合物和天然氣的表面張力log(1f w)wgf w(10) 天然氣的壓縮因子 ZTc92.22176.67gPc1064.880.39ggPc1064.78

13、0.25gg273.15tTrTcPPrPc0.70.70.27 Pr（迭代 -1）PRZTr1.04670.57830.02320.68152）Z 1 (0.315063 )PR (0.53531.55) PRPR（迭代 -21.551.551.553此處迭代過程 Z 取初值 1，迭代 1 次。式中， P壓力 ,Pa 。(11) 天然氣的密度g3.4844 10 3g PKg / m3 ;Z (t273.15)式中， P壓力 Pa 。(12) 天然氣的粘度天然氣粘度取g1.22 10 2 mPas頁腳頁眉14 井筒溫度場計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿井筒的溫度分布：t t otrtoBATA L 1

14、e B ATA ( HL )（24）BATAHBATA2K P(1FW )GK P1G1.15735.4246e 1000QL1000G24式中， QL 油井產(chǎn)液量， t/d ；Fw 質(zhì)量含水率，小數(shù)，體積含水率與質(zhì)量含水率的換算公式為：Fww f wo (1 f w )w f wt o 恒溫層溫度，；t r 油層溫度，；H油層中部深度， m ；L井筒中任意點(diǎn)深度， m 。1.5 井筒多相流計(jì)算井筒多相流壓力梯度方程井筒多相管流的壓力梯度包括：因舉高液體而克服重力所需的壓力勢能、流體因加速而增加的動(dòng)能和流體沿管路的摩阻損失，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：dpmvmdvmf mmvm2m g sindhd(

15、25)dh2頁腳頁眉式中m 為多相混合物的密度； vm 為多相混合物的流速；f m 為多相混合物流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力系數(shù)； d 為管徑； p 為壓力； h 為深度； g 為重力加速度；為井斜角的余角。多相垂直管流壓力分布計(jì)算步驟根據(jù)多相管流的壓力梯度就可計(jì)算出沿程壓力分布。由于多相管流中每相流體影響流動(dòng)的物理參數(shù)( 密度、粘度等 )及混合物密度和流速都隨壓力和溫度而變，沿程壓力梯度并不是常數(shù)。因此，多相管流需要分段計(jì)算，并要預(yù)先求得相應(yīng)段的流體性質(zhì)參數(shù)。然而，這些參數(shù)又是壓力和溫度的函數(shù)，壓力卻又是計(jì)算中需要求得的未知數(shù)。所以，多相管流通常采用迭代法進(jìn)行計(jì)算。有兩種不同的迭代途徑：按深度增量迭代和

16、按壓力增量迭代。按深度增量迭代的步驟已知任一點(diǎn) ( 井口或井底 ) 的壓力 P 作為起點(diǎn)，任選一個(gè)合適的壓力降P作o為計(jì)算的壓力間隔。具體要根據(jù)流體流量( 油井的氣、液產(chǎn)量 ) 、管長 ( 井深 ) 及流體性質(zhì)來定。估計(jì)一個(gè)對應(yīng)P 的深度增量h ，以便根據(jù)溫度梯度估算該段下端的溫度T1 。計(jì)算出該管段的平均溫度T 及平均壓力P ，并確定在該 T 和 P 下的全部流體性質(zhì)參數(shù) ( 溶解氣油比Rg 、 原油體積系數(shù)Bo 和粘度 o 、 氣體密度g和粘度g ，混合物粘度m 及表面張力 等 )。計(jì)算該段的壓力梯度dP 。dh計(jì)算對應(yīng)于P的該段管長 ( 深度差 )h。計(jì)將第步計(jì)算得的計(jì)與第步估計(jì)的h 進(jìn)

17、行比較，兩者之差超過允許范h圍，則以新的h 作為估算值，重復(fù)的計(jì)算，使計(jì)算的與估計(jì)的h 之差在允頁腳頁眉許范圍內(nèi)為止。計(jì)算該段下端對應(yīng)的深度iiL及壓力 PiLihjPiPo i Pj1i=1,2,3,n以i處的壓力為起點(diǎn)，重復(fù)步，計(jì)算下一段的深度i 1i 1，直LL和壓力 P到各段的累加深度等于或大于管長( LnL ) 時(shí)為止。按壓力增量迭代的步驟已知任一點(diǎn)( 井底或井口)的壓力 P0 ， 選取合適的深度間隔h ( 可將管L 等分為 n 段 ) 。估計(jì)一個(gè)對應(yīng)于計(jì)算間隔h 的壓力增量P 。計(jì)算該段的T 和 P，以及 P 、 T 下的流體性質(zhì)參數(shù)。計(jì)算該段壓力梯度dPdh o計(jì)算對應(yīng)于h的壓力

18、增量idPPh dho比較壓力增量的估計(jì)量P與計(jì)算值P，若二者之差不在允許范圍內(nèi)，則i以計(jì)算值作為新的估計(jì)值，重復(fù)第步，使兩者之差在允許范圍o 之內(nèi)為止。計(jì)算該段下端對應(yīng)的深度Li 和壓力 PiiPiPoiPiihL1以 Li 處的壓力 Pi為起點(diǎn)壓力重復(fù)第步，計(jì)算下一段的深度Li 1 和壓力P，直到各段累加深度等于或大于管長L時(shí)為止。i1為了簡化計(jì)算，通常對各段選取同樣的增量間隔。而在有些情況下，各段的增量間隔可以不同，這樣既能節(jié)約計(jì)算時(shí)間，而又能較好地反映出壓力分布。計(jì)算氣 -液兩相垂直管流的Orkiszewski方法頁腳頁眉本設(shè)計(jì)井筒多相流計(jì)算采用Orkiszewski方法。Orkisz

19、ewski法提出的四種流動(dòng)型態(tài)是泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流。如圖1 所示。在處理過渡性流型時(shí)，采用內(nèi)插法。在計(jì)算段塞流壓力梯度時(shí)要考慮氣相與液體的分布關(guān)系。針對每種流動(dòng)型態(tài)提出了存容比及摩擦損失的計(jì)算方法。圖 1 氣液混合物流動(dòng)型態(tài) (Orkiszewski)1. 壓力降公式及流動(dòng)型態(tài)劃分界限由前面垂直管流能量方程可知，其壓力降是摩擦能量損失、勢能變化和動(dòng)能變化之和。由式(2-36) 可直接寫出多項(xiàng)垂直管流的壓力降公式：dP f dh g mdh mvmdvm(26)式中，P 壓力，Pa ；f 摩擦損失梯度，Pa/m ；h 深度， m ；g 重力加速度，m/s 2 ；m 混合物密度，kg/m

20、3 ；vm 混合物流速，m/s 。動(dòng)能項(xiàng)只是在霧流情況下才有明顯的意義。出現(xiàn)霧流時(shí)，氣體體積流量遠(yuǎn)大頁腳頁眉于液體體積流量。根據(jù)氣體定律，動(dòng)能變化可表示為：mvmdvmWt qgdp(27)2Ap P式中，pm2 ；A 管子流通截面積，Wt 流體總質(zhì)量流量，kg/s ；qg 氣體體積流量，m 3 /s 。將式 (27) 代入式 (26)，并取 dhhk ， dPpk ， mm ， P P 經(jīng)過整理后可得：kmgf hk(28)PWt qg12Ap P式中，kPa ；P 計(jì)算管段壓力降，hk 計(jì)算管段的深度差，m ；P 計(jì)算管段的平均壓力，Pa 。表 1流型界限流動(dòng)型態(tài)界限泡流qgLBqt段 塞

21、 流qgLSLB , vgqt過 渡 流LMvgLS霧流vgLM不同流動(dòng)型態(tài)下的m和f 的計(jì)算方法不同，為此，計(jì)算中首先要判斷流動(dòng)形態(tài)。該方法的四種流動(dòng)型態(tài)的劃分界限如表1 所示。2. 平均密度及摩擦損失梯度的計(jì)算由于不同流動(dòng)型態(tài)下各種參數(shù)的計(jì)算方法不同，下面按流型分別介紹。(1) 泡流頁腳頁眉平均密度mH L LH g g 1 H g L Hg gH LH g 1式中，H g 氣相存容比(含氣率 ) ，計(jì)算管段中氣相體積與管段容積之比值；H L 液相存容比( 持液率 ) ，計(jì)算管段中液相體積與管段容積之比值；g、m 在P、 T 下氣、液和混合物的密度，kg/m 3 。氣相存容比由滑脫速度Vs

22、 來計(jì)算?；撍俣榷x為：氣相流速與液相流速之差。vsgvsLqgqt qgvs1 H gAp H gAp (1 H g )H g可解出H g ：H gt(1t) 24qg11 qqvs Ap2 vs Apvs Ap式中， vs 滑脫速度，由實(shí)驗(yàn)確定，m/s ；vsg 、 vsL 氣相和液相的表觀流速，m/s 。泡流摩擦損失梯度按液相進(jìn)行計(jì)算：(29)(30)(31)tfLvLH2D2vLHqL(32)Ap(1H g )式中， f 摩擦阻力系數(shù)；vLH 液相真實(shí)流速，m/s 。摩擦阻力系數(shù) f可根據(jù)管壁相對粗造度/ D 和液相雷諾數(shù)NRe 查圖 2 。對于普通油管，其管壁絕對粗糙度，一般取4.

23、57 10 5 m 。液相雷諾數(shù)頁腳頁眉Dv sLL(33)N ReL式中，L 在P、T 下的液體粘度，油、水混合物在未乳化的情況下可取其體積加權(quán)平均值，Pa.s 。(2) 段塞流混合物平均密度WtL vs Ap(34)mLqtvs Ap式中，液體分布系數(shù)；v s 滑脫速度，m/s 。滑脫速度可用Griffith和 Wallis 提出的公式計(jì)算：頁腳圖 2摩擦阻力系數(shù)曲線頁眉vs C1C2 gD(35)(3) 過渡流過渡流的混合物平均密度及摩擦梯度是先按段塞流和霧流分別進(jìn)行計(jì)算，然后用內(nèi)插方法來確定相應(yīng)的數(shù)值。LMvgvgLsm LMLSSLLMLSMitLMvgSLvgLgMiLMLSLML

24、S(36)(37)式中，SL 、SL 及Mi 、Mi 為分別按段塞流和霧流計(jì)算的混合物密度及摩擦梯度。(4) 霧流霧流混合物密度計(jì)算公式與泡流相同：mH LLH g g (1 H g ) L H g g由于霧流的氣液無相對運(yùn)動(dòng)速度，即滑脫速度接近于霧，基本上沒有滑脫。所以H gqg(38)qLqg摩擦梯度則按連續(xù)的氣相進(jìn)行計(jì)算，即g vsg2(39)ff2D式中， vsg 氣體表觀流速， vsgqg / Ap ， m/s 。霧流摩擦系數(shù)可根據(jù)氣體雷諾數(shù)N Re g 和液膜相對粗糙度由圖2 查得。按不同流動(dòng)型態(tài)計(jì)算壓力梯度的步驟與前面介紹的用摩擦損失系數(shù)法基本相同，只是在計(jì)算混合物密度及摩擦之前

25、需要根據(jù)流動(dòng)型態(tài)界限確定其流動(dòng)型態(tài)。圖 3 為 Orkiszewski 方法的計(jì)算流程框圖。頁腳頁眉以井口油壓或井底流壓為起點(diǎn)，選擇合適的壓力間隔P ，假設(shè)h計(jì)算平均 P 和 T，并求得在此 P 和 T 下的流體性質(zhì)參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)，以及相應(yīng)的流動(dòng)型態(tài)界限 LB、Lg 和 LM確定流動(dòng)型態(tài)霧流過渡流計(jì)算氣相存容分別按段塞流和霧流比、平均密度計(jì)算平均密度及摩擦及摩擦梯度梯度，并進(jìn)行內(nèi)插段塞流泡流計(jì)算滑脫速度、液計(jì)算氣相存容體分布系數(shù)、平均比、平均密度密度和摩擦梯度和摩擦梯度hh計(jì)算并比較，重復(fù)上述計(jì)算使的計(jì)算值與假設(shè)值相等或在允許的誤差范圍內(nèi)重復(fù)上述步驟，直到h 的等于或大于油層深度為止圖 3 O

26、rkiszewski 方法計(jì)算流程框圖1.6 抽油桿柱設(shè)計(jì)抽油桿柱設(shè)計(jì)的一般方法見采油工程設(shè)計(jì)與原理。之所以設(shè)計(jì)方法較復(fù)雜，原因之一是因?yàn)闂U柱的最大、最小載荷與桿長不是線性關(guān)系。例如在考慮抽油桿彈性時(shí)的懸點(diǎn)載荷、在考慮桿柱摩擦?xí)r的懸點(diǎn)載荷公式與桿長不是線性關(guān)系。原因之二是因?yàn)闂U、管環(huán)空中的壓力分布取決于桿徑，而桿柱的設(shè)計(jì)有用到桿、管環(huán)空中的壓力分布。由于綜合課程設(shè)計(jì)時(shí)間較少，所以這里提供一種簡化桿柱設(shè)計(jì)方法。暫將桿、管環(huán)空中的壓力分布給定（按油水兩相、不考慮摩擦?xí)r的壓力分布），桿柱的最大、最小載荷公式采用與桿長成線性關(guān)系的下面公式。它是針對液體粘度較低、直井、游梁抽油機(jī)的桿柱載荷公式。懸點(diǎn)最大

27、、最小載荷的計(jì)算公式：頁腳頁眉iSN2Pmax(WrjWL )(1)j 11790iiWrjqrj Lrj gj1j1WLf p (PZ PN )式中， qr i第 i 級桿每米桿在空氣中的質(zhì)量， Kg/m ；Lri第 i 級桿桿長， m ；i 抽油桿級數(shù)，從下向上計(jì)數(shù)；PZ泵排出口壓力， Pa；PN泵的沉沒壓力， Pa ；N沖次， rpm ；S光桿沖程， m ；fP活塞截面積， m 2；g 重力加速度， m/s 2。iSN2iPminWrjWrj1790 jj11iiiWrjWrjPj( f rjf r 1 j 1 )j 1j 1j 1令 f r0 =0式中， Pj第 j 級抽油桿底部斷面處

28、壓力，Pa ：j1PjPt0(1f w )w f w ? g(LLt )t 1Pt井口油壓， Pa;地面油密度， kg/m 3；0fw 體積含水率，小數(shù)。（40）（41）（42）（43）（44）（45）頁腳頁眉應(yīng)力范圍比 pL 計(jì)算公式：PLmaxmin（46）allminPm axPm in（47）m axm infrfr抽油桿柱的許用最大應(yīng)力的計(jì)算公式：all ( T0.5625min) SF4式中，all 抽油桿許用最大應(yīng)力，Pa ；T抽油桿最小抗張強(qiáng)度，對C 級桿， T=6.3*10 8 Pa, 對 D 級桿 T=8.1*10 8Pa;min 抽油桿最小應(yīng)力， Pa ；SF 使用系數(shù)，

29、考慮到流體腐蝕性等因素而附加的系數(shù)（小于或等于1.0），使用時(shí)可參考表 2 來選值。表 2抽油桿的使用系數(shù)使用介質(zhì)APID 級桿APIC 級桿無腐蝕性1.001.00礦化水0.900.65含硫化氫0.700.50若抽油桿的應(yīng)力范圍比小于 pL 則認(rèn)為抽油桿滿足強(qiáng)度要求，此時(shí)桿組長度可根據(jù) pL 直接推導(dǎo)出桿柱長度的顯示公式。對于液體粘度低的油井可不考慮采用加重桿，抽油桿自下而上依次增粗， 所以應(yīng)先給定最小桿徑（ 19mm ）然后自下而上依次設(shè)計(jì)。有應(yīng)力范圍比的計(jì)算公式即給定的應(yīng)力范圍比（ pL 0.85）計(jì)算第一級桿長L1，若 L1 大于等于泵深 L，則抽油桿為單級桿，桿長為 L，并計(jì)算相應(yīng)的

30、應(yīng)力范圍比， 若 L1 小于泵深 L,則由應(yīng)力范圍比的計(jì)算公式頁腳頁眉及給定的應(yīng)力范圍比計(jì)算第二級桿長L2，若 L2 大于等于（ L-L1） ,則第二級桿長為L2，并計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力范圍比， 若 L2 小于（L-L1）,則同理進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中若桿徑為25mm仍不能滿足強(qiáng)度要求，則需改變抽汲參數(shù)。在設(shè)計(jì)中若桿徑小于或等于25mm 并滿足強(qiáng)度要求，則桿柱設(shè)計(jì)結(jié)束。此為桿柱非等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。若采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，則需降低 pL 重新設(shè)計(jì)桿的長度。在設(shè)計(jì)抽油桿的過程中油管直徑一般取 2 12 （外徑 73mm ，內(nèi)徑 62mm ）。若泵徑大于或等于 70mm ，則油管全用 3 （外徑 89mm, 內(nèi)徑

31、 76mm ），原因是作業(yè)時(shí)大柱塞不能下如小直徑油管中；若采用25mm 抽油桿，則相應(yīng)油管直徑應(yīng)用3 ，原因是25mm 抽油桿節(jié)箍為55mm ，與 62mm 油管間隙太小。當(dāng)采用多級桿時(shí)3 油管長度比25mm 桿長多 10m 。為了減小計(jì)算工作量，在本次課程設(shè)計(jì)中桿柱設(shè)計(jì)簡化處理，采用單級桿設(shè)計(jì)（ 19mm ）。1.7 抽油機(jī)校核最大扭矩計(jì)算公式M max 1800S 0.202S(Pmax P min)（48）式中， M max 最大扭矩， Nm ；Pm ax懸點(diǎn)最大載荷， N；P min 懸點(diǎn)最小載荷， N ；S沖程， m 。電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算，Nt1000M maxn14388（49）式中，

32、 N t 需要的電動(dòng)機(jī)功率，W；頁腳頁眉n 沖數(shù)， rpm ；如果計(jì)算的最大扭矩超過抽油機(jī)所配減速箱允許的最大扭矩或計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率超過電動(dòng)機(jī)額定功率則需改變抽油參數(shù)（fp ，s，N 及 L）重行進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1.8 泵效計(jì)算泵效及其影響因素在抽油井生產(chǎn)過程中， 實(shí)際產(chǎn)量 Q 一般都比理論產(chǎn)量Qt 要低，兩者的比值叫泵效，表示，Q（50）Qt產(chǎn)量計(jì)算根據(jù)影響泵效的三方面的因素，實(shí)際產(chǎn)量的計(jì)算公式為SPqleak（51）Q QtBlS Bl式中， Q 實(shí)際產(chǎn)量， m 3/d;Qt 理論產(chǎn)量， m 3/d;Sp柱塞沖程， m ；S光桿沖程， m ；Sp S 抽油桿柱和油管柱彈性伸縮引起沖程損失系數(shù)；

33、Bl泵內(nèi)液體的體積系數(shù)；泵的充滿系數(shù)；q leak 檢泵初期的漏失量， m 3/d;理論排量計(jì)算Ql 1440 f p SN（52）頁腳頁眉式中， Qt 泵的理論產(chǎn)量， m 3/d 。沖程損失系數(shù) Sp S 的計(jì)算根據(jù)靜載荷和慣性載荷對光桿沖程的影響計(jì)算本設(shè)計(jì)按照油管未錨定計(jì)算。當(dāng)油管未錨定時(shí)：SP(1u2WlL1L2L3L（53）S)SE(f r 2f r 3)2f r 1f t當(dāng)油管錨定時(shí)：SP(1u 2WlL1L2L3)（54）S)(f r 2f r 32SE f r1其中u L/a式中，曲柄角速度， rad/s ；N/30 ；a 聲波在抽油桿柱中的傳播速度， 5100m/s ；Wl 考慮沉沒度影響后的液柱載荷為上下沖程中靜載荷之差，N；Wl (PZPin ) ? f plL f gf p（55）PZ泵排出口壓力， Pa ；P 泵內(nèi)壓力， Pa ；當(dāng)液體粘度較低時(shí)，可忽略泵吸入口壓力，故P P ；ininNPN泵的沉沒壓力， Pa ；fp 、fr、ft 活塞、抽油桿及油管金屬截面積，m 2 ；L抽油桿柱總長度， m ； l 液體密度，kg/m 3;E鋼的彈性模數(shù)，112.06 Pa10；頁腳頁眉Lf動(dòng)液面深度， m