采油工程課程設(shè)計(jì)3

1、<p><b>　　采油工程課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　任務(wù)要求</b></p><p>　　中國(guó)石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　井深：</b></p><p>　　2000+學(xué)號(hào)末兩位×10m。例如:

2、學(xué)號(hào)為214140001512，則井深=2000+12×10=2120m。</p><p><b>　　油層靜壓：</b></p><p>　　給定地層壓力系數(shù)為1.0MPa/100m，即油層靜壓=井深/100×1.0MPa。</p><p>　　例如：井深為2120m，則油層靜壓=2120/100×1.0=21.

3、2MPa</p><p>　　套管內(nèi)徑：0.124m </p><p><b>　　油層溫度：90℃</b></p><p><b>　　恒溫層溫度：16℃</b></p><p>　　地面脫氣油粘度：30mPa.s</p><p>　　油相對(duì)密度：0.84</p>

4、;<p>　　氣相對(duì)密度：0.76</p><p><b>　　水相對(duì)密度：1.0</b></p><p>　　油飽和壓力：10MPa</p><p><b>　　含水率：0.4</b></p><p><b>　　套壓：0.5MPa</b></p>

5、<p><b>　　油壓：1MPa</b></p><p>　　生產(chǎn)氣油比：50m3/m3</p><p>　　原產(chǎn)液量(測(cè)試點(diǎn))：30t/d</p><p>　　原井底流壓(測(cè)試點(diǎn))：</p><p>　　學(xué)號(hào)×0.005+2，例如：井深為2120m，則測(cè)試點(diǎn)流壓為2120×0.005+

6、2=12.6MPa</p><p>　　抽油機(jī)型號(hào)：CYJ10353HB</p><p>　　電機(jī)額定功率：37KW</p><p><b>　　配產(chǎn)量：50t/d</b></p><p><b>　　泵徑：44mm</b></p><p><b>　　沖程：3m&

7、lt;/b></p><p><b>　　沖次；6rpm</b></p><p><b>　　沉沒(méi)壓力：3MPa</b></p><p>　　抽油桿：D級(jí)桿，使用系數(shù)=0.8，桿徑19mm，抽油桿質(zhì)量2.3kg/m</p><p>　　二、計(jì)算步驟及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)</p><p&

8、gt;　　1、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算與分析（10分）</p><p>　　根據(jù)學(xué)號(hào)計(jì)算井深和油層靜壓，根據(jù)給定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析該井采油工程的特點(diǎn)。</p><p>　　2、畫(huà)IPR曲線（10分）</p><p><b>　　采油指數(shù)計(jì)算；</b></p><p><b>　　畫(huà)出IPR曲線；</b></p&

9、gt;<p>　　利用IPR曲線，由給定的配產(chǎn)量計(jì)算對(duì)應(yīng)的井底流壓。</p><p>　　3、采油工程參數(shù)計(jì)算 （20分）</p><p>　　若下泵深度為1500米，桿柱設(shè)計(jì)采用單級(jí)桿，其基本參數(shù)已給出，計(jì)算懸點(diǎn)最大、最小載荷計(jì)算、抽油桿應(yīng)力范圍比，并評(píng)價(jià)此抽油桿是否能滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　　4、抽油機(jī)校核計(jì)算（20分）</p>

10、;<p>　　說(shuō)明給定抽油機(jī)型號(hào)的參數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的最大扭矩和理論需要電機(jī)功率，并與給定抽油機(jī)型號(hào)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，判斷此抽油機(jī)是否滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　　5、增產(chǎn)措施計(jì)算（20分）</p><p>　　由于油藏滲透率較低，需要對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行水力壓裂，已知施工排量2方/分，裂縫高度15米，壓裂液綜合濾失系數(shù)，設(shè)計(jì)的壓裂裂縫總長(zhǎng)度為400米，試用吉爾茲瑪公式計(jì)算所需的施

11、工時(shí)間；如果平均砂液比為30%（支撐劑體積/壓裂液體積），計(jì)算相應(yīng)的支撐劑體積和壓裂液體積。</p><p>　　6、注水措施建議（10分）</p><p>　　由于儲(chǔ)層能量不足，需要采用注水方式補(bǔ)充地層能量，為了保護(hù)儲(chǔ)層，請(qǐng)對(duì)注水措施提出建議（包括水質(zhì)要求、水質(zhì)處理、注入過(guò)程、與地層配伍性、五敏分析等）。</p><p>　　7、書(shū)寫(xiě)格式（10分）</p&g

12、t;<p>　　1）要求課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子版頁(yè)面A4型號(hào)，報(bào)告為封面、目錄、設(shè)計(jì)詳細(xì)內(nèi)容</p><p>　　2）封面上寫(xiě)明課程名稱(chēng)、姓名、班級(jí)、學(xué)號(hào)、完成日期</p><p>　　3）目錄列出正文中的一級(jí)標(biāo)題和二級(jí)標(biāo)題</p><p>　　4）正文宋體、小四、1.5倍行距、無(wú)段前段后，內(nèi)容要有主要計(jì)算公式，體現(xiàn)數(shù)據(jù)代入的計(jì)算過(guò)程，邏輯性強(qiáng)，具有一定分析

13、和認(rèn)識(shí)。</p><p><b>　　特別提醒：</b></p><p>　　1、井深和靜壓的計(jì)算與在正文中的引用出現(xiàn)矛盾時(shí)，該課程設(shè)計(jì)直接判定為“0分”；</p><p>　　2、井深與靜壓與本人學(xué)號(hào)不對(duì)應(yīng)按“0”分處理； </p><p>　　3、所用基本參數(shù)不是給定值時(shí)按“0”分處理；</p><

14、;p>　　4、只抄相關(guān)理論方法并沒(méi)有代入數(shù)值，即便最后給出計(jì)算結(jié)果，也按“0”分處理；</p><p>　　5、發(fā)現(xiàn)雷同設(shè)計(jì)時(shí)按“0”分處理；</p><p>　　6、與本課程設(shè)計(jì)所要求內(nèi)容不相關(guān)的報(bào)告按“0”分處理。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)相關(guān)理論方法</p><p><b>　　特別說(shuō)明：</b>&l

15、t;/p><p>　　一、以下理論與方法并不是課程設(shè)計(jì)中都涉及的內(nèi)容，尤其是井筒流體參數(shù)的計(jì)算、井筒壓力溫度分布、下泵深度計(jì)算、泵出口壓力計(jì)算等在設(shè)計(jì)中并沒(méi)有要求，但在采油工程中它們屬于基本的計(jì)算，提供給各位作為學(xué)習(xí)參考。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)要求中關(guān)于水力壓裂計(jì)算和注水工藝要求的理論依據(jù)這里沒(méi)有給出，請(qǐng)參考教材或者課件。</p><p>　　本次采油工程課

16、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(guò)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。</p><p>　　1．有桿泵抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　1．1有桿抽油生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理</p><p>　　有桿抽油系統(tǒng)包括油層，井筒流體、油管、抽油桿、泵、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，

17、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)壓力差合理，抽油設(shè)備工作安全、高效及達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　在生產(chǎn)過(guò)程中，井口回壓基本保持不變，可取為常數(shù)。它與出油管線的長(zhǎng)度、分離器的入口壓力有關(guān)，此處取。</p><p>　　抽油井井底流壓為向上為多相管流,至泵下壓力降至泵的沉沒(méi)壓力(或吸入口壓力),抽油泵為增壓設(shè)備,故泵出口壓力增至,稱(chēng)為泵的排出口壓力.在向上,為

18、抽油桿油管間的環(huán)空流動(dòng).至井口,壓力降至井口回壓。</p><p><b>　　(1)設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　對(duì)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(duì)大部分有桿抽油油井。抽油機(jī)不變，為己知。對(duì)于某一抽油機(jī)型號(hào)，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：</p><p>　　泵徑、沖程、沖次、泵深及相應(yīng)的板徑、桿長(zhǎng)，并求載荷、

19、應(yīng)力、扭矩、功率、產(chǎn)量等技術(shù)指標(biāo)。</p><p><b>　　(2)需要數(shù)據(jù)</b></p><p>　　井：井深，套管直徑，油層靜壓，油層溫度</p><p>　　混合物：油、氣、水比重，油飽和壓力</p><p>　　生產(chǎn)數(shù)據(jù)：含水綠，套壓，油壓，生產(chǎn)氣油比，原產(chǎn)量，原流壓（或原動(dòng)液面）。</p>&

20、lt;p>　　(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(méi)有井底流壓的測(cè)試值，可根據(jù)測(cè)試液面和套壓計(jì)算得井底流壓，從而計(jì)算出采液指樹(shù)及IPR曲線。</p><p>　　根據(jù)測(cè)試液面計(jì)算測(cè)試點(diǎn)流壓</p><p>　　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

21、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(guò)分小段計(jì)算多相管流壓力分布，可求得測(cè)試點(diǎn)流壓。</p><p>　　根據(jù)測(cè)試點(diǎn)流壓和產(chǎn)量計(jì)算IPR曲線</p><p>　　給定配產(chǎn)量時(shí)有桿油油井設(shè)計(jì)步驟（簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法）</p><p>　　利用IPR曲線，由給定產(chǎn)量計(jì)算流壓。</p>&

22、lt;p>　　按由流壓向上進(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(jiǎn)便，此處可按深度增量迭代方法分兩段計(jì)算。若井底流壓高于飽和壓力，則以飽和壓力點(diǎn)為分界線分為兩段，從 到為一段，從到零為一段。若井底流壓底于飽和壓力，則以為分界線分為兩段，從到為一段，從到零為一段。</p><p>　　根據(jù)泵沉沒(méi)壓力內(nèi)插確定泵深；</p><p>　　初選桿、

23、管直徑，按由井口向下進(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(jiǎn)化計(jì)算，給定壓力分布；</p><p>　　對(duì)某一抽汲參數(shù)組合：泵徑、沖程、沖次、泵沉沒(méi)壓力，計(jì)算液柱載荷，設(shè)計(jì)抽油桿柱；</p><p>　　計(jì)算扭矩和需要電機(jī)功率等校核抽油機(jī)：</p><p>　　計(jì)算泵效：從而計(jì)算出產(chǎn)量</p><p>　　判斷。若不成立，則

24、換另一組抽汲參數(shù)，轉(zhuǎn)第e步；若成立轉(zhuǎn)第i步。</p><p><b>　　計(jì)算舉升效率。</b></p><p>　　通過(guò)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。</p><p>　　1.2 油井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算</p><p>　　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

25、，它反映了油藏向該井供油的能力，從單井來(lái)講，IPR曲線表示了油層工作特性。因而，他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(cè)試點(diǎn)計(jì)算采液指數(shù)時(shí)，是按產(chǎn)量加權(quán)平均；當(dāng)預(yù)測(cè)產(chǎn)量或流壓加權(quán)平均。</p><p><b>　　采液指數(shù)計(jì)算&

26、lt;/b></p><p>　　已知一個(gè)測(cè)試點(diǎn)；、和飽和壓力及油藏壓力。</p><p>　　如果則 （1）</p><p><b>　　如果</b></p><p><b>　　采液指數(shù)</b></p>&l

27、t;p><b>　?。?） </b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　— 對(duì)應(yīng)流壓時(shí)總產(chǎn)液量；</p><p><b>　　— 含水率，小樹(shù)：</b></p><p>　　— 油 IPR 曲線的最大產(chǎn)油量。</p><p

28、>　　某一產(chǎn)量 下的流壓 </p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?、偃魟t</b></p><p><b>　　（5）</b></p><p>

29、;　　若則按流壓加權(quán)平均進(jìn)行推導(dǎo)得；</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　?、廴?，則綜合IPR曲線的斜率可近似常數(shù)。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　1．3 流體物性參數(shù)計(jì)算方法</p><p><b>　　

30、（1）原油密度計(jì)算</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中，—在壓力P 及溫度T下的原油密度，；</p><p>　　—地面條件下的原油相對(duì)密度：</p><p>　　—地面條件下的氣相對(duì)密度：</p><p>　　—在壓力P及溫度下的溶解油汽比，

31、：</p><p>　　—在壓力P及溫度T下的原油體積系數(shù)，。</p><p>　?。?）原油的API度</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中，—原油的API度。</p><p>　　（3）原油體積系數(shù)的計(jì)算</p><p><b>

32、;　?。?0）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　?。?）溶解油氣比的計(jì)算</p><p>　　1）當(dāng)時(shí)，使用standing的相關(guān)式</p><p><b>　?。?1）</b></p><p><b>　　式中，&

33、lt;/b></p><p><b>　　T—溫度，℃；</b></p><p>　　P—泡點(diǎn)壓力（在多相管流中取計(jì)算段的平均壓力P），Pa。</p><p>　　2）當(dāng)時(shí)，使用Lastater的相關(guān)式</p><p><b>　　（12）</b></p><p>　　

34、式中，—地面脫氣原油的有效分子量；</p><p>　　—天然氣的摩爾分?jǐn)?shù)。</p><p>　　其中，和可以通過(guò)差圖來(lái)獲得。為便于計(jì)算，我們可以采用以下公式計(jì)算和。</p><p><b>　　的計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng)時(shí) （13）</

35、p><p>　　當(dāng)時(shí) （14）</p><p><b>　　的計(jì)算；</b></p><p>　　首先計(jì)算泡點(diǎn)壓力系數(shù)； （15）</p><p>　　當(dāng)時(shí)

36、 （16）</p><p>　　當(dāng)時(shí) （17）</p><p>　?。?）油水混合液體的密度</p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　式中，——體積含水，小數(shù)。</p><p><b>　?。?）液體黏度&

37、lt;/b></p><p><b>　　1）原油黏度</b></p><p>　　“死油”（脫氣油）黏度</p><p><b>　?。?9） </b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　“活油”（飽和油）黏度；

38、</p><p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　—原油死油與活油黏度，。</p><p><b>　　2）水的黏度</b></p><p><b>　?。?1）</b>

39、</p><p><b>　　式中，—水的黏度，</b></p><p><b>　　3）液體的黏度</b></p><p>　?。?）油、天然氣的表面張力</p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　式中，—油、氣的表面張力，；&

40、lt;/p><p>　?。?）水、天然氣的表面張力</p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　　其中 ， </b></p><p>　　式中，—溫度為t℃時(shí)水、氣的表面張力，；</p><p>　　1．4井筒溫度場(chǎng)計(jì)算</p><

41、p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿井筒的溫度分布：</p><p><b>　?。?4）</b></p><p>　　式中，——油井產(chǎn)液量，t/d；</p><p>　　——重量含水率，小數(shù)；</p><p>　　——恒溫層溫度，℃；</p><p><b>　　——油層溫度，℃；<

42、/b></p><p>　　H——油層中部溫度，m；</p><p>　　L——井筒中任意點(diǎn)深度，m。</p><p>　　1．5 井筒多相流計(jì)算</p><p>　　1.5.1井筒多相流壓力梯度方程</p><p>　　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(shì)能、流體因加速而增加的動(dòng)能和流體

43、沿管路的摩阻損失，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(25)</b></p><p>　　式中為多相混合物的密度；為多相混合物的流速；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。</p><p>　　1.5.2多相垂直管流壓力分布計(jì)算步驟</p><p>

44、　　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：按深度增量迭代和按壓力增量迭代。</p><p>　?。?/p>

45、1)按深度增量迭代的步驟</p><p>　?、僖阎我稽c(diǎn)(井口或井底)的壓力作為起點(diǎn)，任選一個(gè)合適的壓力降作為計(jì)算的壓力間隔。一般選～1.0MPa，具體要根據(jù)流體流量(油井的氣、液產(chǎn)量)、管長(zhǎng)(井深)及流體性質(zhì)來(lái)定。</p><p>　?、诠烙?jì)一個(gè)對(duì)應(yīng)的深度增量，以便根據(jù)溫度梯度估算該段下端的溫度 。</p><p>　　③計(jì)算出該管段的平均溫度及平均壓力 ，并確

46、定在該 和下的全部流體性質(zhì)參數(shù)(溶解氣油比、 原油體積系數(shù)和粘度、 氣體密度 和粘度，混合物粘度及表面張力…等)。</p><p>　?、苡?jì)算該段的壓力梯度。</p><p>　　⑤計(jì)算對(duì)應(yīng)于的該段管長(zhǎng)(深度差)。</p><p>　　⑥將第步計(jì)算得的與第②步估計(jì)的進(jìn)行比較，兩者之差超過(guò)允許范圍，則以新的作為估算值，重復(fù)②～⑤的計(jì)算，使計(jì)算的與估計(jì)的之差在允許范圍內(nèi)

47、為止。</p><p>　?、哂?jì)算該段下端對(duì)應(yīng)的深度及壓力</p><p>　　i=1,2,3,…n</p><p>　?、嘁蕴幍膲毫槠瘘c(diǎn)，重復(fù)②～⑦步，計(jì)算下一段的深度和壓力，直到各段的累加深度等于或大于管長(zhǎng)()時(shí)為止。</p><p>　　(2)按壓力增量迭代的步驟</p><p>　?、僖阎我稽c(diǎn)(井底或井口)

48、的壓力， 選取合適的深度間隔(一般可選50～100米，可將管等分為n段)。</p><p>　?、诠烙?jì)一個(gè)對(duì)應(yīng)于計(jì)算間隔的壓力增量。</p><p>　?、塾?jì)算該段的和 ，以及、下的流體性質(zhì)參數(shù)。</p><p><b>　?、苡?jì)算該段壓力梯度</b></p><p>　　⑤計(jì)算對(duì)應(yīng)于的壓力增量</p>&

49、lt;p>　?、薇容^壓力增量的估計(jì)量與計(jì)算值 ，若二者之差不在允許范圍內(nèi)，則以計(jì)算值作為新的估計(jì)值，重復(fù)第②～⑤步，使兩者之差在允許范圍之內(nèi)為止。</p><p>　?、哂?jì)算該段下端對(duì)應(yīng)的深度和壓力 </p><p>　　⑧以處的壓力為起點(diǎn)壓力重復(fù)第②～⑦步，計(jì)算下一段的深度和壓力 ，直到各段累加深度等于或大于管長(zhǎng)時(shí)為止。</p><p>　　為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通

50、常對(duì)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。</p><p>　　1.5.3計(jì)算氣-液兩相垂直管流的Orkiszewski方法</p><p>　　本設(shè)計(jì)井筒多相流計(jì)算采用Orkiszewski方法。</p><p>　　Orkiszewski法提出的四種流動(dòng)型態(tài)是泡流、段塞流、過(guò)渡流及環(huán)霧流

51、。如圖1所示。在處理過(guò)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(duì)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。</p><p>　　圖1 氣液混合物流動(dòng)型態(tài)(Orkiszewski)</p><p>　　1.壓力降公式及流動(dòng)型態(tài)劃分界限</p><p>　　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(shì)能變化和動(dòng)能變化之

52、和。寫(xiě)出多項(xiàng)垂直管流的壓力降公式：</p><p><b>　　(26)</b></p><p>　　式中 —壓力，Pa；</p><p>　　—摩擦損失梯度，Pa/m；</p><p><b>　　—深度，m；</b></p><p>　　—重力加速度，m/s2；<

53、/p><p>　　—混合物密度，kg/m3；</p><p>　　—混合物流速，m/s。</p><p>　　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)大于液體體積流量。根據(jù)氣體定律，動(dòng)能變化可表示為：</p><p><b>　　(27)</b></p><p>　　式中 —

54、管子流通截面積，m2；</p><p>　　—流體總質(zhì)量流量，kg/s；</p><p>　　—?dú)怏w體積流量，m3/s。</p><p>　　將式(27)代入式(26)，并取，，，經(jīng)過(guò)整理后可得：</p><p><b>　　(28)</b></p><p>　　式中 —計(jì)算管段壓力降，Pa；&

55、lt;/p><p>　　—計(jì)算管段的深度差，m；</p><p>　　—計(jì)算管段的平均壓力，Pa。</p><p><b>　　表1 流型界限</b></p><p>　　不同流動(dòng)型態(tài)下的和的計(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。</p><p>　　

56、2.平均密度及摩擦損失梯度的計(jì)算</p><p>　　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。</p><p><b>　　(1)泡流</b></p><p><b>　　平均密度</b></p><p><b>　　(29)</b></p>

57、<p>　　式中 —?dú)庀啻嫒荼?含氣率)，計(jì)算管段中氣相體積與管段容積之比值；</p><p>　　—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；</p><p>　　—在下氣、液和混合物的密度，kg/m3。</p><p>　　氣相存容比由滑脫速度來(lái)計(jì)算。滑脫速度定義為：氣相流速與液相流速之差。</p><p>

58、<b>　　(30)</b></p><p><b>　　可解出：</b></p><p><b>　　(31)</b></p><p>　　式中 —滑脫速度，由實(shí)驗(yàn)確定，m/s；</p><p>　　、—?dú)庀嗪鸵合嗟谋碛^流速，m/s。</p><p>

59、;　　泡流摩擦損失梯度按液相進(jìn)行計(jì)算：</p><p><b>　　(32)</b></p><p>　　式中 —摩擦阻力系數(shù)； </p><p>　　—液相真實(shí)流速，m/s。</p><p>　　摩擦阻力系數(shù)可根據(jù)管壁相對(duì)粗造度和液相雷諾數(shù)查圖2。</p><p><b>　　液相雷

60、諾數(shù) </b></p><p><b>　　(33)</b></p><p>　　式中 —在下的液體粘度，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。</p><p>　　(2)段塞流混合物平均密度</p><p><b>　　(34)</b></p>

61、<p>　　式中 —液體分布系數(shù)；</p><p>　　—滑脫速度，m/s。</p><p>　　滑脫速度可用Griffith和Wallis提出的公式計(jì)算：</p><p><b>　　(35)</b></p><p><b>　　(3)過(guò)渡流</b></p><

62、p>　　過(guò)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(lái)確定相應(yīng)的數(shù)值。</p><p><b>　　(36)</b></p><p><b>　　(37)</b></p><p>　　式中的、及、為分別按段塞流和霧流計(jì)算的混合物密度及摩擦梯度。</p><p>

63、;<b>　　(4)霧流</b></p><p>　　霧流混合物密度計(jì)算公式與泡流相同：</p><p>　　由于霧流的氣液無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，即滑脫速度接近于霧，基本上沒(méi)有滑脫。所以</p><p><b>　　(38)</b></p><p>　　摩擦梯度則按連續(xù)的氣相進(jìn)行計(jì)算，即</p>

64、;<p><b>　　(39)</b></p><p>　　式中 —?dú)怏w表觀流速， ，m/s。</p><p>　　霧流摩擦系數(shù)可根據(jù)氣體雷諾數(shù)和液膜相對(duì)粗糙度由圖2查得。</p><p>　　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需要根據(jù)流動(dòng)型態(tài)界限確定其流動(dòng)型態(tài)。

65、圖3為Orkiszewski方法的計(jì)算流程框圖。</p><p>　　圖3 Orkiszewski方法計(jì)算流程框圖</p><p>　　1．6 抽油桿柱設(shè)計(jì)</p><p>　　抽油桿柱設(shè)計(jì)的一般方法見(jiàn)《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(zhǎng)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

66、桿長(zhǎng)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。</p><p>　　由于綜合課程設(shè)計(jì)時(shí)間較少，所以這里提供一種簡(jiǎn)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(zhǎng)成線性關(guān)系的下面公式。它是針對(duì)液體粘度較低、直井、游梁抽油機(jī)的桿柱載荷公式。 </p><p>　

67、　懸點(diǎn)最大、最小載荷的計(jì)算公式：</p><p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　?。?1）</b></p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　式中：——第i級(jí)桿每米桿在空氣中的質(zhì)量，Kg/m</p><p&g

68、t;　　——第i級(jí)桿桿長(zhǎng)，m；</p><p>　　i —— 抽油桿級(jí)數(shù)，從下向上計(jì)數(shù)；</p><p>　　PZ——泵排出口壓力，Pa；</p><p>　　PN——泵的沉沒(méi)壓力，Pa；</p><p>　　N——沖次，rpm;</p><p>　　S——光桿沖程，m；</p><p>　　f

69、P——活塞截面積，m2；</p><p>　　g——重力加速度，m/s2；</p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　?。?4）</b></p><p><b>　　式中：令fr0=0</b></p><p>　　Pj——第

70、j級(jí)抽油桿底部斷面處壓力,Pa：</p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　Pt——井口壓力，可取Pt＝106Pa;</p><p>　　ρ0——地面油密度，kg/m3;</p><p>　　fw——體積含水率，小數(shù)；</p><p>　　應(yīng)力范圍比計(jì)算公式：</p&

71、gt;<p><b>　　（46）</b></p><p><b>　?。?7）</b></p><p>　　抽油桿柱的許用最大應(yīng)力的計(jì)算公式：</p><p>　　式中：——抽油桿許用最大應(yīng)力，Pa；</p><p>　　T——抽油桿最小抗張強(qiáng)度，對(duì)C級(jí)桿，T=6.3*108Pa,對(duì)

72、D級(jí)桿T=8.1*108Pa;</p><p>　　——抽油桿最小應(yīng)力，Pa；</p><p>　　——使用系數(shù)，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)可考表2來(lái)選值。</p><p>　　表2 抽油桿的使用系數(shù)</p><p>　　若抽油桿的應(yīng)力范圍比小于[]則認(rèn)為抽油桿滿足強(qiáng)度要求，此時(shí)桿組長(zhǎng)度可根據(jù)[]直接推導(dǎo)出

73、桿柱長(zhǎng)度的顯示公式。</p><p>　　對(duì)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（[]＝0.85）計(jì)算第一級(jí)桿長(zhǎng)L1，若L1大于等于泵深L，則抽油桿為單級(jí)桿，桿長(zhǎng)為L(zhǎng)，并計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力范圍比，若L1小于泵深L,則由應(yīng)力范圍比的計(jì)算公式及給定的應(yīng)力范圍比計(jì)算第二級(jí)桿長(zhǎng)L2，若L2大于等于（L-L1

74、）,則第二級(jí)桿長(zhǎng)為L(zhǎng)2，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[]重新設(shè)計(jì)桿的長(zhǎng)度。</p><p>　　在設(shè)計(jì)抽油桿的過(guò)程中油管直徑一般?。▋?nèi)徑62mm）。若泵徑大于或等于70mm，則油管全用（內(nèi)徑89mm

75、），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，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(jí)桿時(shí)油管長(zhǎng)度比25mm桿長(zhǎng)多10m。</p><p>　　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(jiǎn)化處理，采用單級(jí)桿設(shè)計(jì)（19mm）。</p><p><b>　　1．7抽油機(jī)校核</b></p>

76、<p>　?。?）最大扭矩計(jì)算公式</p><p><b>　　（48）</b></p><p>　　式中：——最大扭矩，N·m;</p><p>　　——懸點(diǎn)最大載荷，N;</p><p>　　——懸點(diǎn)最小載荷，N;</p><p><b>　　S——沖程，m。

77、</b></p><p>　　（2）電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算，</p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　式中：Nt——需要的電動(dòng)機(jī)功率，W；</p><p>　　n——沖數(shù)，rpm；</p><p>　　如果計(jì)算的最大扭矩超過(guò)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

78、率超過(guò)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。</p><p><b>　　1．8泵效計(jì)算</b></p><p>　?。?）泵效及其影響因素</p><p>　　在抽油井生產(chǎn)過(guò)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，η表示，</p><p><b>　　（50）

79、</b></p><p><b>　?。?）產(chǎn)量計(jì)算</b></p><p>　　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</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　式中：Q——實(shí)際產(chǎn)量，m3/d;</p><p>　　Qt——理論

80、產(chǎn)量，m3/d;</p><p>　　Sp——柱塞沖程，m；</p><p>　　S——光桿沖程，m；</p><p>　　——抽油桿柱和油管柱彈性伸縮引起沖程損失系數(shù)；</p><p>　　Bl——泵內(nèi)液體的體積系數(shù)；</p><p>　　β——泵的充滿系數(shù)；</p><p>　　qleak—

81、—檢泵初期的漏失量，m3/d;</p><p><b>　　理論排量計(jì)算</b></p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　式中：Qt——泵的理論產(chǎn)量，m3/d;</p><p><b>　　沖程損失系數(shù)的計(jì)算</b></p><p&

82、gt;　　根據(jù)靜載荷和慣性載荷對(duì)光桿沖程的影響計(jì)算</p><p>　　當(dāng)油管未錨定時(shí)； （53）</p><p>　　當(dāng)油管錨定時(shí)： （54）</p><p><b>　　式中：u＝ωL/a</b></p><p>　　ω——曲柄角速度，rad/s；ω＝πN/30；</p><

83、p>　　a——聲波在抽油桿柱中的傳播速度，5100m/s；</p><p>　　——考慮沉沒(méi)度影響后的液柱載荷為上下沖程中靜載荷之差，N;</p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　PZ——泵排出口壓力，Pa；</p><p>　　Pin——泵內(nèi)壓力，Pa；當(dāng)液體粘度較低時(shí)，可忽略泵吸入口壓

84、力，故Pin≈PN；</p><p>　　PN——泵的沉沒(méi)壓力，Pa；</p><p>　　fp、fr、ft——活塞、抽油桿及油管金屬截面積，m2；</p><p>　　L——抽油桿柱總長(zhǎng)度，m；</p><p>　　ρl——液體密度，kg/m3;</p><p>　　E——鋼的彈性模數(shù)，2.06×1011P

85、a；</p><p>　　Lf——?jiǎng)右好嫔疃?，m；</p><p>　　L1、L2、L3——每級(jí)抽油桿的長(zhǎng)度，m；</p><p>　　fr1、fr2 、fr3——每級(jí)抽油桿的截面積，m2</p><p>　　3)充滿系數(shù)β的計(jì)算</p><p><b>　?。?6）</b></p>

86、<p>　　式中：K——泵內(nèi)余隙比；</p><p><b>　　R——泵內(nèi)氣液比；</b></p><p><b>　?。?7）</b></p><p>　　——地面生產(chǎn)氣油比，m3(標(biāo))/m3;</p><p>　　——泵內(nèi)溶解氣油比， m3(標(biāo))/m3;</p>&l

87、t;p><b>　　——沉沒(méi)壓力Pa;</b></p><p>　　——體積含水率,小數(shù)；</p><p>　　——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的絕對(duì)壓力；P0=105Pa;</p><p>　　——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的絕對(duì)溫度，T0=293K</p><p>　　——泵吸入口處的的絕對(duì)溫度，K，＝273＋t；</p><

88、;p><b>　　Z——?dú)怏w壓縮因子</b></p><p>　　4）泵內(nèi)液體的體積系數(shù)Bl</p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　式中：、泵內(nèi)油和水的體積系數(shù)</p><p><b>　　5）漏失量的計(jì)算</b></p><

89、;p><b>　　檢泵初期的漏失量為</b></p><p><b>　?。?9）</b></p><p>　　式中：qleak——檢泵初期的漏失量，m3/d;</p><p><b>　　D——泵徑，m；</b></p><p>　　μ——液體動(dòng)力粘度；Pa·

90、s；</p><p>　　l——柱塞長(zhǎng)度，m；</p><p>　　ΔP——柱塞兩端的液柱壓差，ΔP≈PZ—PN，Pa；</p><p>　　g——重力加速度，m/s2</p><p>　　e——徑向間隙，m；</p><p>　　Vp——柱塞平均速度，, m/s;</p><p><b&

91、gt;　　S——沖程，m；</b></p><p>　　N——沖次，rpm；</p><p><b>　　1．9舉升效率計(jì)算</b></p><p>　　光桿功率：P光= SN/60 （60）</p><p>　　水力功率：P水力＝Q實(shí)際（PZ—PN

92、）/86.4 （61）</p><p>　　井下效率：η井下＝P光/ P水力 （62）</p><p>　　地面效率：η地＝P光/ P電機(jī) （63）</p><p>　　系統(tǒng)效率：η總＝P地/ P井下