2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p>  課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>  2014年 07月 18 日</p><p> 課 程石油工程課程設(shè)計(jì)</p><p> 題 目抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 院 系石油工程學(xué)院</p><p> 專業(yè)班級(jí)石油工程</p><p><b&

2、gt;  課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>  課程 石油工程課程設(shè)計(jì)</p><p>  題目 抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>  主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等</p><p><b>  設(shè)計(jì)主要內(nèi)容:</b>

3、;</p><p>  根據(jù)已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí),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(jì)算,最終選出抽油泵、抽油桿、抽油機(jī)。</p><p> ?、?計(jì)算出油井溫度分布; ② 通過(guò)回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達(dá)式;</p><p> ?、?確定井底流壓; ④ 確定出油井的合理下泵深度;</p><p>

4、;  ⑤ 確定合適的沖程、沖次; ⑥ 選擇合適的抽油泵;</p><p>  ⑦ 確定抽油桿直徑及組合; ⑧ 計(jì)算出懸點(diǎn)的最大、最小載荷;</p><p>  ⑨ 選出合適的抽油機(jī); ⑩ 編制實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容的計(jì)算機(jī)程序程序。</p><p>  2. 設(shè)計(jì)基本要求:</p><p>  要求學(xué)生選擇一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立

5、地完成設(shè)計(jì)任務(wù),最終以設(shè)計(jì)報(bào)告的形式完成本專題設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)報(bào)告的具體內(nèi)容如下:</p><p>  ① 概述; ② 基礎(chǔ)數(shù)據(jù); ③ 基本理論; ④ 設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序;⑤ 設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析; ⑥ 結(jié)束語(yǔ); ⑦ 參考文獻(xiàn)。</p><p>  設(shè)計(jì)報(bào)告采用統(tǒng)一格式打印,要求圖表清晰、語(yǔ)言流暢、書寫規(guī)范,論據(jù)充分、說(shuō)服力強(qiáng),達(dá)到工程設(shè)計(jì)的基本要求。</p>

6、<p>  3. 主要參考資料:</p><p>  陳濤平等, 石油工程(第二版),石油工業(yè)出版社,2011</p><p>  蔣加伏,張林峰主編 Visual basic程序設(shè)計(jì)教程,北京郵電大學(xué)出版社,2009</p><p>  完成期限 2014.06.30~ 2014.07.18 </p><p><b

7、>  目 錄</b></p><p><b>  第1章 概述1</b></p><p>  1.1 設(shè)計(jì)的目的意義1</p><p>  1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1</p><p>  第2章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2</p><p>  2.1 抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)2</p

8、><p>  2.2 原油粘度溫度關(guān)系數(shù)據(jù)2</p><p>  2.3 抽油桿基本參數(shù)3</p><p>  2.4抽油機(jī)基本參數(shù)3</p><p>  第3章 基礎(chǔ)理論6</p><p>  3.1井溫分布計(jì)算6</p><p>  3.2原油粘溫關(guān)系7</p><

9、;p><b>  3.3井底流壓7</b></p><p>  3.4 泵吸入口壓力8</p><p>  3.5 下泵深度9</p><p>  3.6 確定沖程和沖次9</p><p>  3.7 確定泵徑9</p><p>  3.8 懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核方法11&

10、lt;/p><p>  3.9 確定抽油桿直徑及組合12</p><p>  3.10計(jì)算與校核載荷13</p><p>  3.11計(jì)算與校核扭矩13</p><p>  3.12計(jì)算需要的電機(jī)功率14</p><p>  第4章 設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序15</p><p>  4.1 設(shè)

11、計(jì)框圖15</p><p>  4.2 計(jì)算機(jī)程序15</p><p>  第5章 設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析18</p><p>  5.1 井溫分布18</p><p>  5.2 原油粘溫關(guān)系18</p><p>  5.3 井底流壓19</p><p>  5.4泵吸入口壓力20&

12、lt;/p><p>  5.5 下泵深度20</p><p>  5.6 沖程和沖次20</p><p>  5.7 選擇抽油泵21</p><p>  5.8 抽油桿直徑及組合21</p><p>  5.9 懸點(diǎn)最大和最小載荷;21</p><p>  5.10 計(jì)算并校核減速箱扭矩

13、21</p><p>  5.11 計(jì)算電機(jī)功率并選擇電機(jī)22</p><p>  5.12 選擇出合適的抽油機(jī)22</p><p>  5.13 程序運(yùn)行界面22</p><p><b>  結(jié)束語(yǔ)23</b></p><p><b>  參考文獻(xiàn)24</b>&l

14、t;/p><p><b>  附錄1:25</b></p><p><b>  附錄227</b></p><p><b>  第1章 概述</b></p><p>  1.1 設(shè)計(jì)的目的意義</p><p>  通過(guò)自選一組基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用所學(xué)過(guò)的專業(yè)知

15、識(shí),在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立地完成并提交整個(gè)抽油井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,從而掌握抽油井系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的選擇設(shè)計(jì)方法,將理論知識(shí)運(yùn)用到解決實(shí)際問(wèn)題中去,從而通過(guò)該專題設(shè)計(jì)的訓(xùn)練,加強(qiáng)學(xué)生理論知識(shí)的運(yùn)用能力,掌握相關(guān)學(xué)科知識(shí)的綜合能力,計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用技能,以及解決實(shí)際問(wèn)題的工程應(yīng)用能力</p><p>  鞏固已學(xué)的專業(yè)知識(shí)、程序設(shè)計(jì)知識(shí);</p><p>  掌握一種工程設(shè)計(jì)方法,即抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)方

16、法;</p><p>  提高計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力:基本理論(數(shù)學(xué)模型)→程序代碼; </p><p>  為今年畢業(yè)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備:專業(yè)課、畢業(yè)設(shè)計(jì)之間的橋梁。</p><p>  1.2 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>  根據(jù)已有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí),通過(guò)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(jì)算,最終選出三抽設(shè)備——抽油泵、

17、抽油桿、抽油機(jī)。</p><p><b>  設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下:</b></p><p>  計(jì)算出油井溫度分布;</p><p>  通過(guò)回歸分析確定原油粘溫關(guān)系表達(dá)式;</p><p><b>  確定井底流壓;</b></p><p>  確定出油井的合理下泵深度;&l

18、t;/p><p>  確定合適的沖程、沖次;</p><p><b>  選擇合適的抽油泵;</b></p><p>  確定抽油桿直徑及組合;</p><p>  計(jì)算出懸點(diǎn)的最大、最小載荷;</p><p><b>  選出合適的抽油機(jī);</b></p><

19、;p>  編制實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容的計(jì)算機(jī)程序程序。</p><p><b>  第2章 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p>  抽油井系統(tǒng)桿柱設(shè)計(jì)所必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要有基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)、抽油機(jī)型參數(shù)、抽油桿參數(shù)、抽油泵參數(shù)。其中, 抽油機(jī)型、抽油泵這三方面的參數(shù)、抽油桿參數(shù)、抽油泵參數(shù)。其中,抽油機(jī)型、抽油桿、抽油泵這三方面的參數(shù)均可由《采油技術(shù)手冊(cè)》(修

20、訂本四)查得。</p><p>  2.1 抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)</p><p>  基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)是進(jìn)行抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本條件,它包括油井井身結(jié)構(gòu)、油層物性、流體(油、氣、水)物性、油井條件,傳熱性質(zhì)以及與油井產(chǎn)能有關(guān)的試井參數(shù)等,詳見(jiàn)表2-1。</p><p>  表2-1 抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)</p><p>  2.2 原油粘度溫度關(guān)

21、系數(shù)據(jù)</p><p>  原油粘度是影響摩擦載荷的主要因素,因此原油粘度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度是影響設(shè)計(jì)結(jié)果合理性的重要參數(shù)。原油粘度隨溫度變化非常敏感,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,可以得到原油粘度隨溫度變化的關(guān)系式。這樣,不僅可以提高抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確度,而且還易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的程序化。</p><p>  現(xiàn)場(chǎng)可以提供的原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù),如表2-2所示。</p>

22、<p>  表2-2 原油粘溫關(guān)系數(shù)據(jù)</p><p>  2.3 抽油桿基本參數(shù)</p><p>  表2-3 抽油桿基本參數(shù)</p><p>  2.4抽油機(jī)基本參數(shù)</p><p>  抽油機(jī)參數(shù)是指常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的型號(hào)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、可以提供的沖程沖次大小。目前已有93種不同型號(hào)的常規(guī)型抽油機(jī),其型號(hào)意義如下:</p

23、><p>  不同型號(hào)抽油機(jī)的參數(shù)可見(jiàn)《采油技術(shù)手冊(cè)》(修訂本四)。這里,以寶雞產(chǎn)CYJ10-3-48HB型抽油機(jī)為例,其有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2-4。</p><p>  表 2-4 抽油機(jī)參數(shù)</p><p>  另外,由抽油機(jī)型號(hào)CYJ10-3-48HB,根據(jù)型號(hào)意義可直接得出:</p><p>  許用載荷[Pmax]=100 kN;許用扭矩[Mm

24、ax]=48 kN</p><p>  表2-5 抽油機(jī)型號(hào)及參數(shù)</p><p><b>  第3章 基礎(chǔ)理論</b></p><p>  抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì),就是根據(jù)油井條件,選擇合適的抽油設(shè)備(抽油泵、抽油桿、抽油機(jī)及減速箱和電動(dòng)機(jī)),油井產(chǎn)量和下泵深度是選擇抽油設(shè)備的基本依據(jù),而油井產(chǎn)能和下泵深度決定于油井產(chǎn)能。因此要對(duì)抽油井進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)

25、,應(yīng)將油層到地面看作統(tǒng)一的整體來(lái)進(jìn)行。</p><p><b>  3.1井溫分布計(jì)算</b></p><p>  由地面到油層溫度是按地溫梯度逐漸增加的。所謂地溫梯度,即深度每增加100米地層溫度的升高值。而在井筒中,由于地層流體不斷地向上流動(dòng),地層流體便作為熱載體將熱量不斷地?cái)y帶上來(lái),通過(guò)套管、水泥環(huán)向地層傳導(dǎo)。因此,井溫總是比地溫要高。</p>&

26、lt;p>  原油粘度對(duì)溫度的變化非常敏感,表現(xiàn)為升溫降粘特性。原油越稠,原油隨井溫變化越顯著。稀油井,原油粘度很小,摩擦載荷很小,用地溫代替井溫對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果影響不大;而稠油井,由于摩擦載荷很大,不能用地溫代替井溫,因此井溫分布計(jì)算對(duì)抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。</p><p><b>  地溫的計(jì)算公式為:</b></p><p><b>  井筒能量方程

27、為:</b></p><p><b>  式中:</b></p><p>  θ —— 油管中距井底L位置處原油溫度,℃;</p><p>  K1 —— 總傳熱系數(shù),W/(m·℃) ;</p><p>  —— 井底原油溫度,℃;</p><p>  m —— 地層溫度梯度

28、,℃/m;</p><p>  —— 內(nèi)熱源,W/m 。</p><p>  在同一口井中,地溫梯度m和井底溫度都是不變的,傳熱系數(shù)K1則受地層物性和地層熱阻、油管環(huán)形空間介質(zhì)及其物性和油井的產(chǎn)量等多種因素的影響,而產(chǎn)量對(duì)K1的影響較小。故在一定的地層條件及井筒狀況下,也可近似地認(rèn)為K1為一常數(shù)。這樣,整個(gè)井筒的溫度分布就只受與油井產(chǎn)量有關(guān)的水當(dāng)量W和距井底的距離L的影響。水當(dāng)量W可如下計(jì)

29、算:</p><p><b>  式中:</b></p><p>  —— 地層油的質(zhì)量流量,kg/s;</p><p>  —— 地層水的質(zhì)量流量,kg/s;</p><p>  —— 地層油的比熱,J/(kg·℃);</p><p>  —— 地層水的比熱,J/(kg·℃)

30、;</p><p>  將已知數(shù)據(jù)代入方程,可計(jì)算出任意深度所對(duì)應(yīng)的油井溫度,由此溫度便可以計(jì)算出處于該深度處原油的粘度,從而可以進(jìn)一步計(jì)算摩擦載荷、選擇抽油設(shè)備。</p><p>  根據(jù)上式可以計(jì)算出任一深度處的井溫和地溫值,然后繪制出井溫地溫分布曲線。</p><p><b>  3.2原油粘溫關(guān)系</b></p><

31、p>  將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)原油粘溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)回歸分析,發(fā)現(xiàn)原油粘度隨溫度的變化服從指數(shù)規(guī)律,可用下式表達(dá):</p><p><b>  式中: </b></p><p>  ——原油的動(dòng)力粘度,MPa?s;</p><p>  ——原油的溫度,℃;</p><p><b>  ——系數(shù)常數(shù);</b>&

32、lt;/p><p><b>  ——溫度指數(shù)。</b></p><p>  對(duì)于不同區(qū)塊原油,、的取值不同。</p><p><b>  3.3井底流壓</b></p><p>  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(lái)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:</p>

33、;<p>  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(duì)油井產(chǎn)量的綜合影響。</p><p> ?。?) 對(duì)于單相滲流(Pwf>Pb),由于各參數(shù)隨壓力變化很小,可忽略這種變化,流入動(dòng)態(tài)曲線則呈現(xiàn)線性關(guān)系,即: </p><p> ?。?) 對(duì)于兩相滲流(),流入動(dòng)態(tài)曲線則呈非線性關(guān)系,可由沃格爾方程來(lái)描述,即: </p><

34、;p>  (3) 對(duì)于單相與兩相組合型(),則流入動(dòng)態(tài)方程為一分段函數(shù),可由如下一組方程表達(dá):</p><p>  其中是通過(guò)試油來(lái)確定的:</p><p><b>  若Pwf>Pb,則</b></p><p><b>  若Pwf<Pb, </b></p><p>  根據(jù)以

35、上相應(yīng)的產(chǎn)能計(jì)算公式,便可繪制出油井的流入動(dòng)態(tài)曲線。利用該曲</p><p>  線,便可確定出設(shè)計(jì)排量(開(kāi)發(fā)方案或調(diào)整方案中給出)所對(duì)應(yīng)的井底流壓pwf值,以便進(jìn)一步根據(jù)油井條件確定沉沒(méi)度,最終確定下泵深度。</p><p>  當(dāng)設(shè)計(jì)排量未知時(shí),可根據(jù)油井條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,確定出設(shè)計(jì)排量大小。確定時(shí),應(yīng)注意使q0/q0max的值具有一個(gè)合理水平。其值越大,油井產(chǎn)量就越高,但井底壓力過(guò)低將

36、增加舉升的難度;反之,液面過(guò)高而產(chǎn)量過(guò)小,將不能充分發(fā)揮出油井產(chǎn)量的作用。</p><p>  3.4 泵吸入口壓力</p><p>  泵吸入口壓力是確定下泵深度的重要參數(shù),主要根據(jù)設(shè)計(jì)沉沒(méi)度來(lái)估算。沉沒(méi)段油、水混合液的平均密度為:</p><p><b>  泵吸入口壓力:</b></p><p><b>

37、  3.5 下泵深度</b></p><p>  下泵深度是抽油井系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù),它決定了抽油桿的總長(zhǎng)度,并且影響著懸點(diǎn)載荷、沖程損失以及泵效。</p><p>  下泵深度主要是根據(jù)井底流壓與泵吸入口壓力的差值,應(yīng)用相應(yīng)的方法來(lái)確定,確定方法主要有三類:</p><p>  將油、氣、水看成是三相,應(yīng)用相應(yīng)的相關(guān)式來(lái)計(jì)算; </p>

38、<p>  將油、水處理成液相,這樣便應(yīng)用氣、液兩相垂直管流理論來(lái)計(jì)算; </p><p>  是對(duì)于象稠油井氣體較少,從而可不考慮氣體,只考慮單相液體進(jìn)行估算。</p><p>  3.6 確定沖程和沖次</p><p>  沖程和沖次是確定抽油泵直徑、計(jì)算懸點(diǎn)載荷的前提,選擇原則為:</p><p>  一般情況下應(yīng)采用大沖程較

39、小泵徑的工作方式。這樣,即可以減小氣體對(duì)泵效的影響,也可以降低液柱載荷,從而減小沖程損失。</p><p>  如原油比較稠,一般選用大泵徑、大沖程和低沖次的工作方式。</p><p>  對(duì)于連抽帶噴的井,則選用高沖次快速抽汲,以增強(qiáng)誘噴作用。</p><p>  深井抽汲時(shí),要充分注意振動(dòng)載荷影響的S和n配合不利區(qū)。</p><p>  

40、所選擇的沖程和沖次應(yīng)屬于抽油機(jī)提供的選擇范圍之內(nèi)。</p><p>  所選擇的的沖程和沖次,應(yīng)與下面的泵徑相互配合,滿足設(shè)計(jì)排量的要求。</p><p>  對(duì)于該井,由于油比較稠,因此將沖程確定為最大值S=3m,沖次確定為最小值n=6 1/min。所選擇的的沖程和沖次,應(yīng)與下面的泵徑相互配合,滿足設(shè)計(jì)排量的要求。</p><p><b>  3.7 確

41、定泵徑</b></p><p>  根據(jù)設(shè)計(jì)排量,及上一步確定的沖程、沖次,按照泵的實(shí)際排量公式來(lái)確定。</p><p><b>  式中:</b></p><p>  Q —— 泵的實(shí)際排量,m3/d;</p><p>  Dp—— 泵徑,m;</p><p>  S —— 光桿沖程

42、,m;</p><p>  n —— 沖次,1/min;</p><p>  η —— 泵效,小數(shù),取0.7。</p><p>  計(jì)算得出=44.02 mm,再?gòu)某橛捅玫囊?guī)格參數(shù)表中選出最為接近計(jì)算值的泵徑。</p><p>  表3-7 抽油泵基本參數(shù)表</p><p>  3.8 懸點(diǎn)載荷計(jì)算及抽油桿強(qiáng)度校核方法

43、</p><p>  (1) 懸點(diǎn)載荷計(jì)算</p><p>  在下泵深度及沉沒(méi)度不是很大,井口回壓及沖次不是很高的油井內(nèi),在計(jì)算最大和最小載荷時(shí),通??梢院雎哉駝?dòng)、沉沒(méi)壓力、井口回壓、液柱慣性產(chǎn)生的懸點(diǎn)載荷,此時(shí),懸點(diǎn)最大和最小載荷可表示為:</p><p><b>  式中:</b></p><p>  、—— 懸點(diǎn)

44、承受的最大和最小載荷,kN;</p><p>  ——上沖程中抽油桿柱所受的重力與浮力之差產(chǎn)生的載荷,kN;</p><p>  ——下沖程中液柱的重力與對(duì)抽油桿的浮力產(chǎn)生的載荷,kN;</p><p>  、 ——上、下沖程中抽油桿產(chǎn)生的最大慣性載荷,kN;</p><p>  、 ——上、下沖程中的最大摩擦載荷,kN。</p>

45、<p><b>  其中:</b></p><p><b>  式中:</b></p><p>  L —— 抽油桿長(zhǎng)度,m;</p><p>  ρS —— 抽油桿材料的密度,kg/m3;</p><p>  ρl —— 抽汲液的密度,kg/ m3;</p><p

46、>  fr —— 抽油桿截面積, m2;</p><p>  fp —— 抽油泵活塞截面積,m2;</p><p>  fo —— 游動(dòng)凡爾孔截面積,m2;</p><p>  r —— 抽油機(jī)曲柄回旋半徑,m;</p><p>  l —— 抽油機(jī)連桿長(zhǎng)度,m;</p><p>  Frl —— 抽油桿與液柱之

47、間的摩擦力,N;</p><p>  μ —— 凡爾流量流數(shù)。</p><p><b>  式中:</b></p><p>  μ —— 井內(nèi)液體的動(dòng)力粘度,Pa·s;</p><p>  m —— 油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比,;</p><p>  dt —— 油管內(nèi)徑,m;</p

48、><p>  dr —— 抽油桿直徑,m;</p><p>  Vmax —— 抽油桿柱最大下行速度,m/s;</p><p>  Vmax可按懸點(diǎn)最大運(yùn)動(dòng)速度來(lái)計(jì)算,當(dāng)采用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)模型時(shí),其值為:</p><p>  (2) 抽油桿強(qiáng)度校核</p><p>  抽油桿柱在工作時(shí)承受著交變負(fù)荷,因此,抽油桿受到非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)

49、力的作用。其強(qiáng)度條件為:</p><p><b>  式中:</b></p><p>  σc —— 抽油桿的折算應(yīng)力;</p><p>  [σ-1] —— 非對(duì)稱循環(huán)疲勞極限應(yīng)力,與抽油桿的材質(zhì)有關(guān)。</p><p><b>  其中:</b></p><p><b

50、>  式中:</b></p><p>  σa —— 循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅值。</p><p>  3.9 確定抽油桿直徑及組合</p><p>  當(dāng)下泵深度確定后,抽油桿的總長(zhǎng)度便確定下來(lái)。下面將進(jìn)一步確定抽油桿的直徑及組合。抽油桿的直徑及組合是抽油井系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容,確定的具體步驟如下:</p><p>  假定一個(gè)

51、液柱載荷W10(初值) ;</p><p>  以抽油泵處為起點(diǎn)。其高度為</p><p><b>  ,</b></p><p>  給定最下一級(jí)抽油桿直徑(最小直徑);</p><p>  設(shè)計(jì)算段長(zhǎng)度,則該計(jì)算段的起點(diǎn)高度為,末點(diǎn)高度為:</p><p>  如果H1> H時(shí),則令H1

52、= H,該段的長(zhǎng)度應(yīng)為:</p><p>  該計(jì)算段的平均高度為,計(jì)算該點(diǎn)的溫度和混合物的粘度。</p><p>  分別計(jì)算該計(jì)算段的最大載荷ΔPmax與最小載荷ΔPmin。</p><p>  分別計(jì)算累積最大和最小載荷:</p><p>  計(jì)算抽油桿的折算應(yīng)力σc,進(jìn)行該段抽油桿強(qiáng)度校核;</p><p> 

53、 如不滿足強(qiáng)度要求,則換次一級(jí)抽油桿直徑,返回到步驟(2)重新計(jì)算;</p><p>  如滿足強(qiáng)度要求,則以 H1作為下一計(jì)算段的起點(diǎn)H0,進(jìn)行下一段計(jì)算;</p><p>  當(dāng)H0 = H時(shí)則結(jié)束,否則返回到步驟(3)繼續(xù)計(jì)算,直到H0 = H為止;</p><p>  校核液柱載荷。如果計(jì)算值與假設(shè)值的誤差達(dá)到精度要求,則計(jì)算結(jié)束,如果未達(dá)到精度要求,則以計(jì)

54、算值作為新的假設(shè)值,重新計(jì)算。</p><p>  3.10計(jì)算與校核載荷</p><p>  在進(jìn)行抽油桿直徑及組合確定計(jì)算結(jié)束時(shí),便可得到懸點(diǎn)的最大載荷和最小載荷。再和該抽油機(jī)的許用載荷 [Pmax] 比較,看是否滿足載荷要求。</p><p>  3.11計(jì)算與校核扭矩</p><p>  曲柄軸處的最大扭矩可采用如下公式計(jì)算:<

55、/p><p><b>  式中:</b></p><p>  Mmax —— 曲柄軸最大扭矩,kN·m;</p><p>  S —— 光桿沖程,m;</p><p>  Pmax —— 懸點(diǎn)最大載荷,N;</p><p>  Pmin —— 懸點(diǎn)最小載荷,N。</p><

56、;p>  三個(gè)公式分別計(jì)算出最大扭矩,取三個(gè)值中的最大值,若最大扭矩小于所選抽油機(jī)的許用扭矩則滿足校核要求。</p><p>  3.12計(jì)算需要的電機(jī)功率</p><p>  電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率可如下計(jì)算:</p><p><b>  式中:</b></p><p>  Nmax ——電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率,

57、kW;</p><p>  Mmax —— 曲柄軸最大扭矩,kN·m;</p><p>  S —— 光桿沖程,m;——沖次,1/min:——傳動(dòng)效率,取0.9。</p><p>  第4章 設(shè)計(jì)框圖和計(jì)算機(jī)程序</p><p>  新投產(chǎn)或轉(zhuǎn)抽的油井,需要合理的選擇抽油設(shè)備。油井投產(chǎn)后,還必須檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。當(dāng)設(shè)備的工作狀況和油層工

58、作狀況發(fā)生變化時(shí),還需要對(duì)原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。</p><p>  進(jìn)行有桿泵采油井的系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是:符合油井及油層的工作條件、充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率較高、有較長(zhǎng)的免修期,以及有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>  這些設(shè)備相互之間不是孤立的,而是作為整個(gè)有桿泵抽油系統(tǒng)相互聯(lián)系和制約的。因此,應(yīng)將有桿泵系統(tǒng)從油層到地面,作為統(tǒng)一的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì),其步驟

59、如下:</p><p> ?。?)根據(jù)油井產(chǎn)能跟設(shè)計(jì)排量確定井底流壓;</p><p> ?。?)根據(jù)油井條件確定沉沒(méi)度、沉沒(méi)壓力;</p><p> ?。?)應(yīng)用多相垂直管流理論或相關(guān)式確定下泵高度和下泵深度;</p><p>  (4)根據(jù)油井條件和設(shè)備性能確定沖程和沖次;</p><p>  (5)根據(jù)設(shè)計(jì)排量、

60、沖程和沖次,以及油井條件選擇抽油泵;</p><p> ?。?)選擇抽油桿,確定抽油桿柱的組合;</p><p> ?。?)選擇抽油機(jī)、減速箱、電動(dòng)機(jī)及其他輔助設(shè)備。</p><p><b>  4.1 設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>  抽油機(jī)井系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>  抽油機(jī)井系統(tǒng)設(shè)

61、計(jì)的框圖如圖4-1。</p><p><b>  抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>  抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖如圖4-2。</p><p><b>  4.2 計(jì)算機(jī)程序</b></p><p><b>  計(jì)算機(jī)程序見(jiàn)附錄2</b></p><p>

62、  圖 4-1 抽油機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</p><p>  圖4-2 抽油桿柱設(shè)計(jì)框圖</p><p>  第5章 設(shè)計(jì)結(jié)果及結(jié)果分析</p><p><b>  5.1 井溫分布</b></p><p>  該井的井溫度分布如圖5-1所示。由圖可知:對(duì)于1845m井深,井底溫度為91.8℃時(shí),井口溫度為44.67℃。而按地

63、溫計(jì)算,井口溫度則為31.09℃。井口處的井溫大于地溫13.58℃,因此地溫代替井溫,將會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的誤差。如圖所示,也可見(jiàn)兩條曲線相距一定距離,故地溫與井溫有硬頂差距。</p><p>  圖5-1 井溫曲線</p><p>  5.2 原油粘溫關(guān)系</p><p><b>  原油粘溫關(guān)系附合:</b></p>&l

64、t;p>  經(jīng)確定,=12.845,=5.1804。</p><p>  原油粘溫關(guān)系曲線如圖5-2所示。由圖象可知,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(lái)越大。</p><p>  從粘溫關(guān)系曲線可以看出,井筒中任一點(diǎn)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

65、設(shè)計(jì)結(jié)果更加符合實(shí)際,應(yīng)充分考慮井液粘度的變化情況。</p><p>  圖5-2 原油粘溫關(guān)系</p><p><b>  5.3 井底流壓</b></p><p><b>  根據(jù)已知數(shù)據(jù):</b></p><p>  地層壓力=11.09 (MPa) > 飽和壓力pb=9.63 (MP

66、a) > 試井流壓pwftest=5.88(MPa)</p><p>  試井產(chǎn)液=23.1(m3/d)</p><p>  將已知數(shù)據(jù)代人采油指數(shù)公式得:</p><p><b>  =</b></p><p>  = 4.82 (m3/(d·MPa))</p><p>  =4

67、.82×(11.09-9.63)=7.04 m3/d</p><p>  ==25.79 m3/d</p><p><b>  設(shè)計(jì)排量qo>qb</b></p><p><b>  由:</b></p><p>  可得:pwf = 4.97(MPa)</p><

68、;p>  由上式還可以算出各產(chǎn)量下所對(duì)應(yīng)的井底流壓(數(shù)據(jù)見(jiàn)運(yùn)行結(jié)果),從而繪制IPR曲線如圖3-1所示</p><p>  圖5-3 IPR曲線</p><p><b>  5.4泵吸入口壓力</b></p><p>  代入已知數(shù)據(jù),得=945.47 m3/d。</p><p>  再根據(jù)沉沒(méi)度hs =213.

69、95 m,可求得泵吸入口壓力 =1.982 MPa。</p><p><b>  5.5 下泵深度</b></p><p>  這里采用單相估算法。 </p><p>  自油層中部到泵吸入口之間的壓差為2.988 MPa,根據(jù)靜液柱估算,該壓差對(duì)應(yīng)的高度為322.48 m。因此,下泵深度則為:</p><p><

70、;b>  m</b></p><p><b>  5.6 沖程和沖次</b></p><p>  因?yàn)樗O(shè)計(jì)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(jī)</p><p>  型作為程序設(shè)計(jì)所用來(lái)確定抽油泵徑。因此經(jīng)確定:</p><p><b>  S=3 m</b>&

71、lt;/p><p><b>  n=6 1/min</b></p><p><b>  5.7 選擇抽油泵</b></p><p>  由油井條件試選擇泵徑為44 mm的桿式抽油泵。</p><p>  泵型取決于油井條件,在1000 m以內(nèi)的油井,含砂量小于0.2%,油井結(jié)蠟較嚴(yán)重或油較稠,應(yīng)采用管式

72、泵;產(chǎn)量較小的中深或深井,可采用桿式泵。本次設(shè)計(jì)中選用的是管式泵。</p><p>  5.8 抽油桿直徑及組合</p><p>  由cy0070井號(hào)運(yùn)行程序可確定的抽油桿直徑及組合如下表</p><p>  5.9 懸點(diǎn)最大和最小載荷;</p><p>  計(jì)算的懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷分別為:</p><p>  

73、=121.33 kN = 49.63kN</p><p>  計(jì)算懸點(diǎn)載荷時(shí),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(guò)游動(dòng)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(duì)懸點(diǎn)載荷也會(huì)造成不可忽略的影響。</p><p>  5.10 計(jì)算并校核減速箱扭矩</p><p>

74、  曲柄軸處的最大扭矩可采用如下任一公式計(jì)算:</p><p><b> ?。?lt;/b></p><p><b> ??;;</b></p><p>  用第一個(gè)公式計(jì)算得:Mmax = 33.67 kN·m</p><p>  1.2×Mmax =40.40 kN·m&l

75、t;/p><p>  由于該抽油機(jī)的許用扭矩為[Mmax]=48 kN·m ,故[Mmax]>1.2×Mmax,因此滿足扭矩要求。</p><p>  隨著井溫的增大,最大載荷減小,最小載荷增加 ,扭矩增加。</p><p>  5.11 計(jì)算電機(jī)功率并選擇電機(jī)</p><p>  電機(jī)實(shí)際輸出的最大功率可如下計(jì)算:</

76、p><p>  由程序計(jì)算得電機(jī)最大功率為Nmax = 23.51 kW </p><p>  實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)選擇功率稍大于計(jì)算值的電機(jī)。</p><p>  5.12 選擇出合適的抽油機(jī)</p><p>  由計(jì)算出的最大扭矩以及最大載荷查抽油機(jī)基本參數(shù)表,選擇寶雞10-3-48HB型抽油機(jī)較為合適。</p><p>  

77、5.13 程序運(yùn)行界面</p><p>  課程設(shè)計(jì)程序運(yùn)行界面:見(jiàn)附錄1. </p><p><b>  結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>  此次抽油機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)共歷時(shí)三周,在第一周我主要進(jìn)行的工作是強(qiáng)化設(shè)計(jì)所必須的理論基礎(chǔ)知識(shí),明確了設(shè)計(jì)要求及目的,結(jié)合設(shè)計(jì)指導(dǎo)書進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算,對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,用excel進(jìn)行圖表的繪制。計(jì)算的過(guò)程并

78、不復(fù)雜,在自身所學(xué)的知識(shí)的基礎(chǔ)之上合理的運(yùn)用公式,在用excel進(jìn)行制圖時(shí)也運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí):通過(guò)第一周的基礎(chǔ)計(jì)算,對(duì)整個(gè)課程設(shè)計(jì)有了大致的了解,要設(shè)計(jì)符合油層及油井工作條件的抽油系統(tǒng),充分發(fā)揮油層產(chǎn)能,設(shè)備利用效率較高且有較長(zhǎng)的免修期,并且具有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。第二周在時(shí)間較為倉(cāng)促的情形下,針對(duì)自己的數(shù)據(jù)特點(diǎn)(如多相流,高粘中深井)抓住主要矛盾,勾勒出了設(shè)計(jì)框圖和關(guān)鍵環(huán)節(jié)編程草稿,整體分析設(shè)計(jì)過(guò)程中可能遇到的困難及避免

79、程序中不必要的錯(cuò)誤,以最大程度上接近最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。在最后一步將設(shè)計(jì)以程序的方式呈現(xiàn),我選用了VB程序語(yǔ)言編相關(guān)的程序。但是做這個(gè)的時(shí)候,距離VB基礎(chǔ)知識(shí)課結(jié)業(yè)已經(jīng)有一定的時(shí)間,運(yùn)用到VB編程的時(shí)候還是有一點(diǎn)生疏,在此期間又惡補(bǔ)了VB知識(shí),在自身?xiàng)l件的允許下,設(shè)計(jì)出了VB程序。在設(shè)計(jì)程序的時(shí)候,也遇到過(guò)瓶頸,在和同學(xué)討論之后加上老師的指點(diǎn),設(shè)計(jì)出了整個(gè)的程</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</

80、b></p><p>  [1] 王鴻勛,張琪.采油工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1989.</p><p>  [2] 王常斌,鄭俊德,陳濤平.機(jī)械采油工藝原理[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.</p><p>  [3] 李子豐.油氣井桿管柱力學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1996.</p><p>  [4] 胡常

81、忠.稠油開(kāi)采技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1998.</p><p>  [5] 蔣漢青,趙子剛.采油工藝實(shí)踐[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1993.</p><p>  [6] 葛家理.油氣層滲流力學(xué)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1982.</p><p>  [7] 〔美〕K.E.布朗.升舉法采油工藝(卷一,卷二)[M].北京:石油工業(yè)出版社,198

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