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有杆泵抽油系统软件设计技术手册


有杆泵抽油系统软件设计 技术手册及操作手册 一、技术手册
根 据 SY/T5873.1-93、 SY/T5873.2-93 标 准 和 油 井 产 能 预 测 及 生 产 或 试 油 情 况 ,结 合 有 杆 泵 工 艺 技 术 水 平 和 实 践 经 验 ,进 行 有 杆 泵 抽 油 系统设计。 (一)下泵深度计算 根 据 SY/T5873.1-93 标 准 推 荐

方 法 计 算 有 杆 抽 油 泵 下 泵 深 度 :
Lp = H ? p wf ? p s

γ

l

( 1) ( 2) ( 3) H— 油 层 中 部 深 度 , m;

ps =

Rtp p sc p b (1 ? f w )( 273 + t ) / 293 p b (1 / β ? 1) + Rtp p sc (1 ? f w )( 273 + t ) / 293

ρl = ρ w f w + ρ o (1 ? f w )
式 中 : L p — 下 泵 深 度 , m; P w f — 流 压 , Pa; ρ l — 井 液 密 度 ,t/m 3 ρ o — 地 面 原 油 密 度 , t/m 3 γ l — 井 液 重 度 , N/m 3 ; ( γ l =ρ l×9800) R t p — 生 产 油 气 比 , m 3 /m 3 ; P b — 饱 和 压 力 , Pa; P s c — 泵 挂 深 处 压 力 , Pa; P s c — 标 准 状 况 压 力 , 取 101×10 3 Pa; t— 泵 挂 深 处 井 温 , ℃ ;

f w — 井 液 初 期 含 水 率 , f; ρ w — 水 密 度 ,t/m 3 , 一 般 取 1.0

β — 要 求 的 泵 充 满 程 度 , 无 因 次 小 数 , 取 0.4~0.6。 以上公式中,油气比对下泵深度影响较大。 参考计算结果, 合油田实际生产情况, 对泵深进行适当调整, 结 可 使其更能满足实际生产需要。 (二)有杆泵抽汲参数优选 根 据《 采 油 工 程 手 册 》推 荐 方 法 对 抽 油 参 数 进 行 优 选 。为 减 轻 抽 油 杆 柱 的 疲 劳 ,减 少 弹 性 变 形 影 响 和 冲 程 损 失 ,原 则 上 按 抽 油 机 最 大

冲 程 来 初 选 冲 程 。 用 加 速 度 因 子 ( C) 计 算 初 选 冲 数 ( n) , 冲 数 由 下 式计算:
n = c × 1790 s

( 4)

在 选 择 冲 程 和 冲 数 时 一 般 要 保 证 C< 0.225 。 根 据 “ 长 冲 程 、 低 冲 次 、合 理 泵 挂 、较 高 泵 效 ”的 原 则 ,结 合 油 田 试 采 生 产 情 况 或 生 产 实践经验,优选抽汲参数。 常规情况下以最大冲程、 等冲次为原则, 稠油或较深泵挂井, 中 对 应以最大冲程、较低冲次计算得出。 最 大 冲 程 常 用 的 为 4.8、 3.2、 2.7、 2.1, 要 结 合 抽 油 机 类 型 定 。 (三)初期泵径计算及泵型选择 根 据 SY/T5873.1-93 标 准 推 荐 方 法 由 下 式 计 算 泵 径 :
D = 0 . 02974 qo (1 ? fw ) Sn ηρ l

( 5)

式 中 : D— 泵 径 , m; S— 冲 程 , m; ρ l — 井 液 密 度 , t/m 3

q o — 初 期 日 产 油 量 , t/d; n— 冲 数 , min - 1 ; f w — 初 期 含 水 率 , f,

η — 泵 效 , 无 因 次 小 数 , 一 般 取 0.6~ 0.7。 根 据 油 藏 工 程 部 署 和 产 能 预 测 , 根 据 公 式 ( 5) 结 果 确 定 泵 径 。 泵径要与下泵深度结合考虑。 1 给出各种常用泵在实际应用中的最 表 大下泵深度(主要考虑冲程损失及杆强度)。 表 1 泵 径 mm 泵深 m 常用泵在实际应用中的最大下泵深度统计表 28 32 38 44 56( 57) 3100 2600 2300 2000 1800

70 1200

(四)抽油杆柱设计 抽油杆柱设计按各级抽油杆顶部最大应力相等原则设计。根据 SY/T5873.1-93 和 SY/T5873.2-93 标 准 , 结 合 油 田 有 杆 泵 采 油 实 践 经 验: 按 抽 油 杆 大 小 一 般 来 说 : 二 级 抽 油 杆 的 组 合 为 25、 22; 22、 19; 19、16 三 种 ,三 级 抽 油 杆 组 合 为 25、22、19;22、19、16 两 种 组 合 。 按 泵 的 大 小 一 般 来 说 : φ 56( 57) mm 及 以 下 泵 的 抽 油 杆 选 择 三

级 组 合 杆 , φ 70mm 及 以 上 泵 选 择 二 级 组 合 。 视泵下深度及抽油杆顶部应力大小最后确定抽油杆组合。 一般采用 D 级抽油杆,超深抽井采用 H 级杆或玻璃钢杆。 常 用 抽 油 泵 杆 组 合 可 参 考《 采 油 技 术 手 册 》给 出 的 数 值( 见 表 2、 表 3) 然 后 根 据 油 田 ( 区 块 ) 的 具 体 情 况 和 各 级 杆 柱 强 度 校 核 值 再 , 进行适当调整。
表 2 泵 径 mm 最大泵深 m 杆 (mm) 组 合 (%) 表 3 泵 径 mm 最大泵深 m 杆 (mm) 组 合 (%) 各级泵在最大允许下深的情况下 D 级杆抽油杆组合推荐值 28 3000 25 *22 *19 17 *20 *63 32 2800 25 *22 *19 19 *21 *60 38 2500 25 *22 *19 21 *24 *55 44 2200 25 *22 *19 23 *27 *50 56( 57) 1800 25 *22 *19 30 *35 *35 70 1350 25 *22 40 *60

各级泵在最大允许下深的情况下 H 级杆抽油杆组合推荐值 28 4300 25 *22 *19 18 *20 *62 32 4000 25 *22 *19 19 *22 *59 38 3500 25 *22 *19 21 *24 *55 44 3150 25 *22 *19 24 *27 *49 56( 57) 2350 25 *22 *19 31 *35 *34 70 1850 25 *22 40 *60

在 交 变 载 荷 作 用 下 ,抽 油 杆 柱 往 往 由 于 疲 劳 而 发 生 破 坏 ,所 以 应 进 行 抽 油 杆 柱 强 度 校 核 。 根 据 SY/T5873.1-93 标 准 ,应 用 原 苏 联 奥 金 格计算方法进行抽油杆强度校核计算。

σ c = σ maxσ a
σa = σ max ? σ min
2
c

( 6)
Pmax ? Pmin 2 fr

=

( 7) ( 8)

σ
式中:

≤ [σ

?1

]

σ c — 折 算 应 力 ,N/mm 2 ;σ m a x — 抽 油 杆 顶 部 最 大 应 力 ,N/mm 2 ; σ m i n — 抽 油 杆 顶 部 最 小 应 力 , N/mm 2 ; σ a — 应 力 幅 度 , N/mm 2 ; [σ - 1 ]— 抽 油 杆 的 许 用 应 力 , D 级 抽 油 杆 许 用 应 力 为 90N/mm 2 ; H 级 抽 油 杆 许 用 应 力 为 100~120N/mm 2 ; P m a x — 各 级 杆 悬 点 最 大 载 荷 ,N;P m i n — 各 级 杆 悬 点 最 小 载 荷 ,N; f r — 抽 油 杆 柱 截 面 积 , mm 2 。 一 般 认 为 抽 油 杆 应 力 利 用 率 范 围 在 0.60-0.95 之 间 为 合 理 , 根 据 强 度 校 核 计 算 ,各 级 抽 油 杆 折 算 应 力 均 应 小 于 抽 油 杆 许 用 应 力 ,且 应

力利用率要比较均衡地分布在合理范围之内。 果各级应力大小分布 如 差别较大或折算应力比抽油杆许用应力小很多, 考虑对抽油杆的组 要 合重新进行调整。 (五)抽油机选择 选择抽油机主要参考抽油机载荷利用率和扭矩利用率两项参数, 故选择抽油机应根据前面优选的工作参数及杆组合计算出最大悬点 载 荷 和 最 大 扭 矩 ,并 进 行 载 荷 利 用 率 和 扭 矩 利 用 率 计 算 。各 型 号 抽 油 机的额定悬点载荷和额定扭矩见表 4 一 般 认 为 抽 油 机 载 荷 利 用 率 和 扭 矩 利 用 率 合 理 范 围 为 40%~80%, 所 选 抽 油 机 应 满 足 载 荷 和 扭 矩 要 求 。 表 4 常用抽油机的额定载荷、扭矩及配套电机一览表 抽油机型号 额定悬点载 额定扭矩 最大冲 配套电机功率 荷(kN) (kN*m) 程(m) (kW) 5.5 CYJ3-1.5-6.5HB 30 6.5 1.5 7.5 CYJ3-2.1-13HB 30 13 2.1 CYJ5-2.1-13HB CYJ5-2.7-26HB CYJ6-2.5-26HB CYJ8-3-48HB CYJ10-3-47HB CYJ10-3-48HB CYJ10-3-53HB CYJ12-4.8-73HB CYJ12-5-73HB CYJ14-4.8-73HB 50 50 60 80 100 100 100 120 120 140 13 26 26 48 48 48 53 73 73 73 2.1 2.7 2.5 3 3 3 3 4.8 5 4.8
15 22 18.5 30 37 37 37 45 45 55

1、 载 荷 计 算 : 根 据 SY/T5873.1-93 标 准 , 悬 点 最 大 、 最 小 载 荷 由下式计算:
P max = ( W
r

+ W l ' )( 1 +

Sn 2 ) 1790

( 9) ( 10)

Pmin = W r (1 ?

Sn 2 ) 1790

式 中 : P m a x — 悬 点 最 大 载 荷 , N; ; P m i n — 悬 点 最 小 载 荷 , N; W r — 抽 油 杆 在 空 气 中 的 重 力 , W r =q r gL p , N; W l ’ — 液 柱 在 柱 塞 面 积 上 的 重 力 , W l ’ =A p L p gρ l , N;

S— 冲 程 , m;

n— 冲 次 , min - 1 。

2、扭 矩 计 算 :根 据《 采 油 工 程 手 册 》推 荐 经 验 公 式 计 算 最 大 扭 矩。其计算公式如下:
M max = 1800 S + 0 . 202 S ( Pmax ? Pmin ( 11) )

式 中 : M m a x — 减 速 箱 输 出 轴 最 大 扭 矩 , N.m; 其 余 符 号 同 前 。 3、 电 动 机 功 率 计 算 : 根 据 SY/T5873.1-93 标 准 计 算 电 动 机 功 率 。 计 算 公 式 如 下 : 2π M max n ( 12) N = × 10 ? 3 60η zc 式 中 : N— 电 动 机 功 率 , kW; η z c — 总 传 动 效 率 ,及 减 速 箱 传 动 效 率 与 皮 带 轮 传 动 效 率 的 乘 积 , 取 0.85; 其余符号同前。 4、 抽 油 机 型 号 选 择 根据上述悬点载荷和扭矩计算选择油机型号时,除要求能满足 目 前 生 产 需 要 ,还 应 考 虑 油 田 开 发 后 期 含 水 上 升 和 提 液 需 要 ,故 抽 油 机型号应选偏大些。 抽油机选择应遵循以下原则: a.选 择 抽 油 机 应 该 在 油 井 经 济 生 产 期 内 满 足 最 大 供 液 能 力 的 需 要 ; b.应 在 使 用 期 内 有 较 高 的 载 荷 、 扭 距 利 用 率 在 40-80%之 间 ; c.一 般 条 件 下 油 井 应 选 用 常 规 型 抽 油 机 ,对 稠 油 井 或 产 能 较 高 而 套 管直径相对较小的井,应选用具有较大冲程的抽油机; d.所 选 抽 油 机 应 进 行 区 域 统 筹 ,对 同 一 区 域 或 同 一 采 油 矿 区 所 选 机 型尽量不要太杂。 (六)油管柱选择 参 考 SY/T5873.1-93 标 准 和 《 采 油 工 程 手 册 》 推 荐 方 法 , 结 合 油 田 实 际 应 用 情 况 , 油 管 一 般 选 择 φ 89mm、 φ 73mm 油 管 ( 以 73mm 油 管 为 主 ) , 钢 级 为 J55 或 N80( 以 J55 油 管 为 主 ) 。 表 5 泵 径 ( mm) 油 管 外 径 ( mm) 根据抽油泵选择油管尺寸一览表 28 32 38 44 56 70 73 73 73 73 73 89

二、操作手册
当用户正确启动了这个程序之后,将会出现下面的窗体:

本程序主要用于有杆泵抽油系统杆、管、泵及抽油机设计。

1.程序菜单
从上图可以看出,本程序有五个菜单项,从左到右分别是"参数输入"、"抽油杆 柱最佳匹配"、"帮助"、"切换"。各项按钮功能介绍如下:(从左到右介绍) (1)当用户打开"参数输入"时,出现"基础参数输入"、"输入合理值"菜单项: ①单击"基础参数输入"菜单项,将会出现如上的窗体:表中 E3:E15、F15: G16 数据要输入。 E1:输入冲程数据,要结合抽油机型号定,初期选 4.8 或 3.2 或 2.7。 E2:输入油层中部深度数据。 E3:输入井液初期含水率数据,要根据油藏实际定,如没有一般选 0.1。 E4:输入生产油气比数据,这个数据很重要,对泵下深度影响较大。 E5:输入饱和压力数据,注意单位为 Pa。

E6:输入流压数据,注意单位为 Pa,该值一般由油藏工程提供,如果没有, 可以按饱和压力的 80%-85%给值。 E7: 输入泵挂深处井温数据, 该值一般由油藏工程提供的油藏中部温度折算。 E8:输入初期日产油量数据,该值一般由油藏工程单井产能设计结果确定。 E9:输入泵效数据,一般取 0.6-0.7。 E10:输入地面油密度数据,该值一般由油藏工程提供。 E11:输入油井最大产液含水率数据,该值一般由油藏工程开发指标预测结 果提供。 E12:输入抽油杆钢级别数据,初选 D 级杆。 E15: G15: 自上而下输入抽油杆直径选择数据, 级 抽 油 杆 的 组 合 为 25、 二 22、 22; 22、 19、 19; 19、 16、 16 三 种 , 三 级 抽 油 杆 组 合 为 25、 22、 19; 22、 19、 16 两 种 。 F16:G16:自上而下输入抽油杆占的比例。如不输则计算机默认给定。如果 要抽杆最佳匹配,则可以不输。 ②单击"输入合理值"菜单项,将会出现如上的窗体:

F4:G4:输入两种不同冲次。根 据 “ 长 冲 程 、 低 冲 次 、合 理 泵 挂 、 较 高 泵 效 ”的 原 则 ,根 据 E4 提 供 的 计 算 结 果 ,所 选 的 值 要 小 于 计 算 值 。 F5:输入下泵深度。根 据 E5 提 供 的 计 算 结 果 ,所 选 的 值 要 大 于 等 于 计 算 值 , 计 算 值 ( E5) 不 要 超 过 右 表 提 供 的 最 大 下 泵 深 度 值 。 F6:输入泵径。根 据 E6 提 供 的 两 个 冲 次 计 算 的 泵径结 果 ,所 选 的 值 要大于或等于计算值。

(2)当用户打开"抽油杆柱最佳匹配"时,将出现"要最佳匹配时请按此"菜单项, 单击"要最佳匹配时请按此"菜单项,计算机自动计算并给出最合理抽油杆比例 值。 (3)当用户打开"结果表"时,将出现"结果表"、"最下级抽杆比例图"、"中间级 抽杆比例图"、"下泵深度与气油比关系图"菜单项: ①单击"结果表 结果表"时,进入"结果"工作表,显示 3 种计算结果: 结果表 a :有杆泵采油系统设计表:冲次、下泵深度、泵径、悬点最大载荷、悬点 最小载荷、减速箱输出轴最大扭矩、电动机功率、选定抽油机型号、油管外径选 择、钢级等。 b :抽油杆柱设计表:抽油杆直径、抽油杆长度、抽油杆重量、液柱在柱塞 面积上的重力(f=0.9)、液柱在柱塞面积上的重力(f=0.1) 等应力。 c :抽油杆柱许用应力计算表:不同冲次三级抽油杆最大、最小,应 力 幅 度 , 抽 油 杆 的 许 用 应 力 等 。其中上中下三个级别抽 油 杆 的 许 用 应 力 应 该 满 足 以 下 条 件 :许 用 应 力 相 近 且 不 超 过 最 大 许 用 应 力( D 级 抽 油 杆 许 2 2 用 应 力 为 90N/mm 、 H 级 抽 油 杆 许 用 应 力 为 100-120N/mm ) ②单击"最下级抽杆比例图"时,进入"3"工作图,显示最下级抽杆最大比例值及 最下级抽杆比例与应力关系曲线。 ③单击"中间级抽杆比例图"时,进入"2"工作图,显示中间级抽杆最大比例值及 中间级抽杆比例与应力关系曲线。 ④单击"下泵深度与气油比关系图"时,进入"下泵深度图"工作图,显示气油比与 下泵深度关系曲线。 将出现"帮助"菜单项,单击"帮助" 则进入帮助。 (4)当用户打开"帮助"时,将出现"帮助"菜单项,单击"帮助"时,则进入帮助。 当用户打开"帮助" 打开 excel"的菜单项: (5)当用户打开"切换"时,将出现一个"返回到 excel"的菜单项:如果用户单 当用户打开"切换" 打开 将出现一个" 击,将退出本软件主菜单,进入 EXCEL 主菜单。在 EXCEL 主菜单按"切换"的"切 换到采油工程计算软件"菜单项,可进入本软件主菜单。这样可来回切换。

2.程序使用: 程序使用:
该程序的实际使用主要借助于"采油工程计算软件"菜单栏中的各按钮进行。 具体使用步骤如下: (1)单击"参数输入"中的"基础参数输入",:表中 E3:E15、F15:G15 数据要 输入,F16:G16 数据可根据情况输,如不输则计算机默认。 (2)单击"参数输入"中的"输入合理值",:表中 F4、G4、F5、F6 数据要输入。。 (3)单击"抽油杆柱最佳匹配"中的"要最佳匹配时请按此",计算机自动计算并

给出最合理抽油杆比例值。此项步骤视情况再定。如果用户自己输入抽油杆比例 则该步骤不操作,如果要计算机自动给出抽油杆比例则进行此操作 (4)单击"结果"中的"结果表",列出计算结果表。 (5)单击"结果"中的"最下级抽杆比例图",显示最下级抽杆最大比例值,并可 打印曲线。 (6)单击"结果"中的"中间级抽杆比例图",显示中间级抽杆最大比例值,并可 打印曲线。 (7)单击"结果"中的"下泵深度与气油比关系图",显示曲线并可打印曲线。 (8)在完成后,单击"切换"中的"返回到 excel"的菜单项时,可对文件进行保 存。 (9)完成以上工作后可单击 EXCEL"文件"的"退出"按钮,退出该程序。


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