抽油系统设计(程序及开发文档)

前言随着我国经济的快速发展，对石油的需求与日俱增。

这对石油行业来说，既是机遇更是挑战。

它要求石油人具备更强的专业知识和能力。

因此它对石油专业的大学生提出了更高的要求。

本次课程设计就是为了适应上述要求而开设的。

它要求学生在熟练掌握理论知识的基础上，结合生产实践，自己独立完成一口井的采油设计。

编者2004年7月10日目录第一节.基础数据第二节.基本理论第三节.计算机程序及框图第四节.设计结果及分析第五节.认识及结论参考文献第一节.基础数据一.抽油系统设计基础数据井号 cy0046 试油产液量 25.5 m*m*m 油层深度 1725 m 试油流压 5.4 mpa油管内径 88.9 mm 体积含水率 32.5 ％套管直径 190 mm 原油密度 978.91 kg/m*m*m 地温梯度 3.25 c/100m 地层水密度 1000 kg/m*m*m 井底温度 87 c 原油比热 2142.36 w /kgc地层压力 10.53 mpa 地层水比热 4343.9 w /kgc饱和压力 11.32 mpa 设计沉没度 212.06 m传热系数 2.72 w/m.c 设计排量 25.8 m*m*m/d二.原油粘度温度关系数据井号 cy0046三.抽油机基本参数序号 73 型号 12-5-73HB 生产厂兰石最大载荷（KN）120最大扭矩 73 游梁前臂（mm）5010 游梁后臂（mm）2905 连杆长度（mm）4500 曲柄半径/冲程（mm/m） 1045/3.69，1215/4.33，1385/5冲次（1/min） 4，6，8四.抽油杆基本参数第二节.基本理论一.油井产能所谓油井产能，是指油井的生产能力，常用采油指数来衡量。

采油指数是指油井产量随流压的变化率，用公式表示为：J。

=- dq。

/dpwf (2-1)采油指数大小，反映了油层物性.流体参数.泄油面积及完井条件对油井产量的综合影响。

对于单相渗流（pwf>pb）,由于各项参数随压力变化很小可忽略这种变化，流入动态曲线呈线形关系，即：q。

= J。

=(pr-pwf) (2-2)对于两相渗流（pv<pb），流入动态曲线呈非线形关系，可用沃格尔方程来描述，：qo=qomax*[1-0.1*pwf/pr-0.8*(pwf/pb)*(pwf/pb)] (2-3)对于单相与两相组合型（pwf<pb<pr）,则流入动态方程为一分段函数，可有下一组方程表达:qo=J。

*(pr-pwf) (pwf>pb) qo=qb+qc*[1-0.2*(pwf/pb)-0.8*(pwf/pb)*(pwf/pb)] (pwf<pb) qb=J。

*(pr-pb)qc=(p/1.8)*J。

根据以上相应类型的产能计算公式，便可绘制出流入动态曲线。

利用该曲线确定出设计排量所对应的井底流压pwf值，以便进一步根据油井条件确定沉没度，最终确定下泵深度。

二.井温分布计算原油的粘度随温度变化很敏感，即表现为升温降粘特性。

原油或流体的粘度大小将直接影响摩擦载荷，从而影响悬点载荷和杆柱的设计结果。

对于稀油井，由于摩擦载荷很小，用地温代替井温对设计结果不会产生较大误差；但对于稠油井来说，由于摩擦载荷很大，将导致悬点载荷增加和最小载荷减小。

由于下行阻力过大，还将出现抽油杆弯曲和抽油杆浮漂现象。

而稠油井常常采取加热降粘来生产，因此稠油井设计时，必须采用井温而不能采用地温。

在井筒上截取dl长的一段微元，假设：（１）脱气及气体的膨胀功正好等于油气混合物举升所需要的功；（２）析蜡所释放的溶解热均匀分布与全井筒，并作为一种内热源。

则，可写出能量平衡方程式如下［K1*[θ–(t。

-m*L)]+(Ml+Mg)*g-q1］*dl=-W*dθ (2-8)式中θ—油管中L位置处原油的温度，℃K1—总传热系数，W/(m.℃);t。

-井底原油温度，℃；m—地层温度梯度，℃／m；Ml—井液的质量流量，kg／s；Mg—井筒中气体质量流量，kg／s；g—重力加速度，m／s＊s；q１—内热源，w／℃；W –水当量，w/℃。

水当量W可如下计算：W=Ml*Cl+Mg*Cg (2-9)式中Cl—产出液体的比热，J/(kg.℃);Cl—产出气体的比热，J/(kg.℃).式（２-８）的通解为：θ＝C*exp(-K1*L/W)+(t。

-m*L)+(W*m+q1)/K1 (2-10)C=[(θ。

-t。

+m*L。

)-(W*m+q1)/K1]*exp(-K1*L。

/W) (2-11) 式中θ。

--计算段起点温度，℃；L。

－计算段起点高度，m。

当取井底为计算段起点位置时，即L。

＝０，θ。

＝t。

，则C=-(W*m+q1)/K1将上式代入到式（２－１０）中，可得到井筒的能量方程为：θ＝（(W*m+q1）/K1)*[1-exp(-K1*L/W)]+(t。

-m*L) (2-12)式（２－１２）就是计算常规采油和井筒加热时沿井深温度分布的基本能量方程式。

对于常规采油来说，可取q１＝０。

三.原油粘温关系准确的确定原油粘度随温度的变化关系，对于合理地进行抽油井系统选择设计具有重要意义。

尤其对于稠油井来说，其粘温关系尤为重要。

确定原油粘温关系的另一方面的意义，是便于计算程序化。

目前，计算机应用技术已广泛应用于石油工程领域，从而可以解决以往人工所难以解决的许多问题。

为便于计算程序化，往往将一些实测关系数据，通过回归分析拟和出相关式。

研究表明，大部分原油的粘温关系服从指数规律，可用下式表达：u=a/pow（t，b）（2-13）式中 u—原油的动力粘度，m Pa.s;t—原油的温度，℃；a—系数常数；b—温度指数。

有有以上分析可知，井筒中任一点的温度都不同，将使原油及混合物的粘度变化很大，从而使各段杆柱的摩擦载荷大不相同。

为了使抽油杆柱设计结果更符合实际，应充分考虑井液粘度的变化情况。

即根据井温场分布，计算出某一点的温度，由该温度求出原油及混合物的粘度，再进行抽油杆柱设计。

第四节.计算机程序及框图一．框图图2-9 抽油机系统设计框图二.计算机程序工程文件program caiyou;usesForms,majform in 'majform.pas' {major},wnform in 'wnform.pas' {wndata}, cybform in 'cybform.pas' {cybcircumstance};{$R *.res}beginApplication.Initialize;Application.CreateForm(Tmajor, major); Application.CreateForm(Twndata, wndata); Application.CreateForm(Tcybcircumstance, cybcircumstance);Application.Run;end. 主窗体unit majform;interfaceusesWindows, Messages, SysUtils, V ariants, Classes, Graphics, Controls, Forms,Dialogs, StdCtrls;typeTmajor = class(TForm)wnbtn: TButton;Lable1: TLabel;Label2: TLabel;Label3: TLabel;Label4: TLabel;Label5: TLabel;Label6: TLabel;Label7: TLabel;Label8: TLabel;Label9: TLabel;jh: TEdit; ycsd: TEdit; ygnj: TEdit; tgzj: TEdit; dwtd: TEdit; jdwd: TEdit; dcyl: TEdit; bhyl: TEdit; crxs: TEdit; Label10: TLabel; Label11: TLabel; Label12: TLabel; Label13: TLabel; Label14: TLabel; Label15: TLabel; Label16: TLabel; Label17: TLabel; sycyl: TEdit; syly: TEdit; tjhsl: TEdit; yymd: TEdit; dcsmd: TEdit; sjcmd: TEdit; 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result1:arr3; x:real):real;vari,j:integer;t,s,m1:real;beginm1:=ln(x);s:=0;for i:=1 to m+1 dobegint:=qiumi(i-1,m1);s:=s+result1[i]*t;end;if m=1 thenoutputresult:=exp(s)elseoutputresult:=s ;end;function wendu(l:real):real;vart1,t2,t3,t:real;begint:=strtofloat( major.dwtd.Text)/100;wndata.w.Text:=floattostr(strtofloat(wndata.ml.Text)*strtofloat(wndata .cl.Text)+ strtofloat(wndata.mg.Text)*strtofloat(wndata.cg.Text) );t1:=strtofloat(wndata.w.Text)*t/(strtofloat(major.crxs. Text));t2:=1-exp(-strtofloat(major.crxs.Text)*l/strtofloat(wnd ata.w.Text));t3:=strtofloat(major.jdwd.Text)-t*l;wendu:=t1*t2+t3;end;procedure Twndata.niheClick(Sender: TObject); beginx[1]:=ln(strtofloat(x1.Text ));x[2]:=ln(strtofloat(x2.Text ));x[3]:=ln(strtofloat(x3.Text ));x[4]:=ln(strtofloat(x4.Text ));x[5]:=ln(strtofloat(x5.Text ));x[6]:=ln(strtofloat(x6.Text ));x[7]:=ln(strtofloat(x7.Text ));x[8]:=ln(strtofloat(x8.Text ));x[9]:=ln(strtofloat(x9.Text ));x[10]:=ln(strtofloat(x10.Text ));y[1]:=ln(strtofloat(y1.Text));y[2]:=ln(strtofloat(y2.Text));y[3]:=ln(strtofloat(y3.Text));y[4]:=ln(strtofloat(y4.Text));y[5]:=ln(strtofloat(y5.Text));y[6]:=ln(strtofloat(y6.Text));y[7]:=ln(strtofloat(y7.Text));y[8]:=ln(strtofloat(y8.Text));y[9]:=ln(strtofloat(y9.Text));y[10]:=ln(strtofloat(y10.Text));m:=strtoint(nhcs.Text);wnform.nihe(wnform.m,wnform.result );{shu chu jing yan gong shi}for i:=1 to m+1 dobeginif i=1 thenscqx.Text:='y='+floattostr(round(wnform.result[i]*100 )/100)elsescqx.Text:=scqx.Text+'+('+floattostr(round(wnform.result[i]*100) /100)+' x^'+inttostr(i-1)+')';end;{mi,zhi shu xing jing yan gong shi }if m=1 thenndqx.Text:='y='+floattostr(round(exp(result[1])*100)/ 100)+'x^'+floattostr(round(result[2]*100)/100)else ndqx.Text:=''end;procedure Twndata.inputClick(Sender: TObject);varcanshu:real;begincanshu:=strtofloat(l.Text);scwd.Text:=floattostr(round(wendu(canshu)*100)/100 );m:=strtoint(nhcs.Text);scnd.Text:=floattostr(round(wnform.outputresult(m,re sult,strtofloat(scwd.Text))*100)/100 );end;end.三抽设备单元文件unit cybform;interfaceusesWindows, Messages, SysUtils, V ariants, Classes, Graphics, Controls, Forms,Dialogs, StdCtrls;typeTcybcircumstance = class(TForm)Label1: TLabel;Label2: TLabel;Label3: TLabel;Label4: TLabel;Label5: TLabel; Label6: TLabel;Label7: TLabel;Label8: TLabel;Label9: TLabel;Label10: TLabel;Label11: TLabel;Label12: TLabel; xuhao: TEdit; xinghao: TEdit;sccj: TEdit;zdzh: TEdit;zdnj: TEdit;ylqb: TEdit;ylhb: TEdit;lgcd: TEdit;qbbj: TComboBox; chongcheng: TComboBox; Label13: TLabel;Label14: TLabel;Label15: TLabel;Label16: TLabel;Label17: TLabel;Label18: TLabel;Label19: TLabel;Label20: TLabel;Label21: TLabel;yiji: TEdit;erji: TEdit;sanji: TEdit;siji: TEdit;wuji: TEdit;chongci: TComboBox; xyyl: TEdit;Button1: TButton;Label23: TLabel;Label22: TLabel;Label24: TLabel;Label25: TLabel;Label26: TLabel;Label27: TLabel;Label28: TLabel; bengxing: TEdit;lgwj: TEdit;ccfw: TEdit;llpl: TEdit;lwzj: TEdit;Label29: TLabel;bdzj: TEdit;ydjbj: TEdit;xdmxc: TEdit;yhkd: TEdit;fqzj: TEdit;ccff: TEdit;yhsd: TEdit;Label30: TLabel;Label31: TLabel;Label32: TLabel;Label33: TLabel;Label34: TLabel;Label35: TLabel;Label36: TLabel;Label37: TLabel;Label39: TLabel;Memo1: TMemo;pmax: TEdit;pmin: TEdit;Label38: TLabel;Label40: TLabel;Label41: TLabel;Label42: TLabel;wl: TEdit;Edit4: TEdit;procedure Button1Click(Sender: TObject);procedure FormCreate(Sender: TObject); private{ Private declarations }public{ Public declarations }end;typearr=array[1..3]of real;arr1=array [1..12]of string[7];arr2=array[1..12]of real;arr3=array [1..5]of real;bengcanshu=recordzhijing:real;ljygwj:string;zsccfw:string;llpl:string;lwzj:real;end;constbengxiao=0.8;pi=3.14159;g=9.8;temporary=44;varcybcircumstance: Tcybcircumstance;bengcan:array[1..7]of bengcanshu;ccfh:arr1; //阀球尺寸符号fqzj1:arr2; //阀球直径drt,ll:arr3; //you gan zhi jingresult1:arr;scc,qcc:real;//冲程，排量ncc:real; //冲程//i,j:integer;x1,x2,x3,x4:real;//研合宽度，下段母线长度，圆倒角半径，研合深度upconst,downconst:real;//上下冲程常量hp:real; // 起点高度有待确定pmax,pmin:real;//最大最小载荷wl:real; //液柱载荷midu:real;//液柱密度有待确定bj:real;//泵径有待确定l:real;//泵下如深度有待确定function bengjing(s:real;n:real;q:real):real; function fqzhijing(dp:real):real;procedure fqcanshu(df:real);procedure chouyougan;function chosepump(d:real):real; implementationuses majform,wnform;{$R *.dfm}//ccfh[1]:='v11-125';function bengjing(s:real;n:real;q:real):real;//求泵径beginbengjing:=round(sqrt((4*q)/(1440*pi*s*n*bengxiao)) *100)/100;//!!! 单位：q:mm^3/s, s:m, n:/1s;end;function fqzhijing(dp:real):real; //球阀球直径beginfqzhijing:=round(0.7*dp-3.6);end;procedure fqcanshu(df:real);vari,m:integer; t,s:real;begint:=abs(df-fqzj1[1]);for i:=2 to 12 dobegins:=abs(fqzj1[i]-df);if s<t thenbegin t:=s; m:=i; end;end;ff.Text:=ccfh[m];cybcircumstance.fqzj.Text:=floattostr(fqzj1[m]);if df<25 thenbeginx1:=0.8;x2:=0.5;x3:=0.5;endelseif(df<50) and (df>25) thenbeginx1:=1.6;x2:=1.0;x3:=1.0;endelsebeginx1:=2.4;x2:=1.5;x3:=1.5;end ;x4:=round(0.5*(df-sqrt(sqr(df)-sqr(x1)))*100000)/100 000;cybcircumstance.yhkd.Text:=floattostr(x1); cybcircumstance.xdmxc.Text:=floattostr(x2); cybcircumstance.ydjbj.Text:=floattostr(x3); cybcircumstance.yhsd.Text:=floattostr(x4);end;function chosepump(d:real):real;vari,m:integer;t,s:real;beginwith bengcan[1] dobegint:=abs(zhijing-d);end;for i:=2 to 7 dobegins:=0;with bengcan[i] dobegins:=abs(zhijing-d);end;if s<t thenbegint:=s; m:=i;end;end;with bengcan[m] dobegincybcircumstance.bengxing.Text:='整体是泵';cybcircumstance.bdzj.Text:=floattostr(zhijing);chosepump:=zhijing;cybcircumstance.lgwj.Text:=ljygwj;fw.Text:=zsccfw;cybcircumstance.llpl.Text:=llpl;cybcircumstance.lwzj.Text:=floattostr(lwzj);end;end;procedure chouyougan;label hint1; label hint2; label hint3;vari,j:integer;t1,t2,t3,t4:real;//guo du bian liangdrconst,wl0:real;fp,fr,fo:real;//活塞，抽油杆，阀空截面积hvar:real;h1:real;//末点高度h0:real;//起点高度have,tave,ndave:real;t,niadu:real;dpmax,dpmin,dwr,diru,dfu,dwr1,dird,dfd:real;frl,frt,fv:real; //三种摩擦力fllxs:real;//阀流量系数ylmax,ylmin,yla,ylc,xyyl:real; //应力wl:real;begindrconst:=22/1000;fp:=pi*bj*bj/4; //泵径有待确定单位m^2fr:=pi*drconst*drconst/4; // 单位m^2wl0:=midu*(fp-fr)*g*l;h0:=hp;h1:=0;fllxs:=0.2; //有待另外确定fo:=pi*sqr(cybform.fqzhijing(bj*1000)/1000)/4;t1:=midu*fp*fp*sqr(strtofloat(cybcircumstance.chong cheng.Text))*sqr(strtofloat(cybcircumstance.chongci.Text));//密度有待确定t2:=729*fllxs*fllxs*fo*fo;fv:=t1/(3600*t2);hint1:pmax:=wl0+1717;pmin:=-1717-fv;hvar:=1; j:=1;hint2: ll[j]:=0;drconst:=drt[j]/1000;if drconst=0 thenexit;hint3: h1:=h0+hvar;if h1>l thenhvar:=l-h0;h1:=h0+hvar;have:=h0+hvar/2;t:=wnform.wendu(have);wnform.nihe(strtoint(wndata.nhcs.Text),wnform.result );niadu:=wnform.outputresult(strtoint(wndata.nhcs.Text ),wnform.result,t);//静载荷fr:=pi*drconst*drconst/4;dwr:=midu*g*hvar*(fp-fr)+7.86*(1e+3)*g*fr*hvar; //wr+wldwr1:=7.86*(1e+3)*g*fr*hvar-midu*g*hvar*fr;//惯性载荷diru:=(dwr*strtofloat(cybcircumstance.chongcheng.Te xt)*sqr(strtofloat(cybcircumstance.chongci.Text))*(1+0.2 3))/1790; //0.23是待定系数dird:=(dwr*strtofloat(cybcircumstance.chongcheng.Te xt)*sqr(strtofloat(cybcircumstance.chongci.Text))*(1-0.23 ))/1790;//摩擦载荷t1:=127/(drconst*1000); // 油管内径/抽油杆直径frl:=2*pi*(niadu/midu)*hvar*((t1*t1-1)/((t1*t1+1)*ln (t1*t1)-(t1*t1-1)))*(pi*strtofloat(cybcircumstance.chongcheng.Text)*strtofloat(cybcircumstance.chongci.Text))/60;frt:=frl/1.3;dfu:=0.015*7.86*(1e+3)*g*fr*hvar+frt;dfd:=0.015*7.86*(1e+3)*g*fr*hvar-frl;//pmax,pmindpmax:=dwr+diru+dfu;dpmin:=dwr1-dird-dfd;pmax:=pmax+dpmax;pmin:=pmin+dpmin;ylmax:=pmax/fr;ylmin:=pmin/fr;yla:=(ylmax-ylmin)/2 ;ylc:=round(sqrt(yla*ylmax)/(1e+6));xyyl:=strtofloat(cybcircumstance.xyyl.Text);if ylc>xyyl thenbeginll[j]:=h1-hp;j:=j+1;pmax:=pmax-dpmax;pmin:=pmin-dpmin;goto hint2;end;ll[j]:=l;if h1<l thenbeginh0:=h1;goto hint3;end;for i:=j downto 1 doll[i]:=ll[i]-ll[i-1];for i:=1 to j dobegint3:=t3+midu*g*pi*drt[i]*drt[i]*ll[i]/(1e+6);end;wl:=t;if (wl-wl0)>1 thenbeginwl0:=(wl+wl0)/2;goto hint1;end ;for i:=1 to j docybcircumstance.Memo1.Lines.Add(''+floattostr(drt[i])+' : '+floattostr(round(ll[i])));cybcircumstance.pmax.Text:=''+floattostr(round(pmax));cybcircumstance.pmin.Text:=''+floattostr(round(pmin));cybcircumstance.wl.Text:=''+floattostr(round(wl0));end;procedure Tcybcircumstance.Button1Click(Sender: TObject);vart1,t2,t3,pump:real;beginqcc:=strtofloat(major.qo.text)/(60*60*24);scc:=strtofloat(chongcheng.Text);ncc:=strtofloat(chongci.Text)/60;//dr.Text:=floattostr(round(bengjing(scc,ncc,qcc)*100 00)); midu:=strtofloat(major.tjhsl.Text)*strtofloat(major.yy md.Text)+(1-strtofloat(major.tjhsl.Text))*strtofloat(major.dcsmd. Text);t1:=strtofloat(chongcheng.Text);t2:=strtofloat(chongci.Text)/60;t3:=strtofloat(major.Qo.Text)*(1e+9)/(24*60*60);bj:=cybform.bengjing(t1,t2,t3)/1000;pump:=chosepump(bj*1000);fqcanshu(fqzhijing(pum p));//cybcircumstance.Dr.Text:=floattostr(bj);hp:=strtofloat(major.Hp.Text);l:=strtofloat(major.ycsd.Text)-hp;chouyougan;end;procedure Tcybcircumstance.FormCreate(Sender: TObject);begin//给抽油杆数组复制drt[1]:=strtofloat(cybcircumstance.yiji.Text);drt[2]:=strtofloat(cybcircumstance.erji.Text);drt[3]:=strtofloat(cybcircumstance.sanji.Text);drt[4]:=strtofloat(cybcircumstance.siji.Text);drt[5]:=strtofloat(cybcircumstance.wuji.Text);//下面付值标准阀球尺寸符号ccfh[1]:='v11-125';ccfh[2]:='v11-125';ccfh[3]:='v11-1 25';ccfh[4]:='v11-125';ccfh[5]:='v11-125';ccfh[6]:='v11-125';ccfh[7]:='v11-1 25';ccfh[8]:='v11-125';ccfh[9]:='v11-125';ccfh[10]:='v11-125';ccfh[11]:='v11 -125';ccfh[12]:='v11-125';//下面付值标准阀球直径fqzj1[1]:=19.050; fqzj1[2]:= 23.813; fqzj1[3]:= 28.575; fqzj1[4]:= 31.750;fqzj1[5]:= 34.925; fqzj1[6]:= 38.100; fqzj1[7]:= 42.683; fqzj1[8]:= 50.800;fqzj1[9]:= 57.150; fqzj1[10]:= 63.500; fqzj1[11]:= 69.850; fqzj1[12]:= 76.200;// 下面付值整体式泵参数with bengcan[1] dobeginzhijing:=32;ljygwj:='60.3,73.0';zsccfw:='0.6-6';llpl:= '7-69';lwzj:= 23.813;end;with bengcan[2] dobeginzhijing:=38;ljygwj:= '60.3,73.0';zsccfw:='0.6-6';llpl:='10-112';lwzj:=26.988;end;with bengcan[3] dobeginzhijing:=44;ljygwj:='60.3,73.0';zsccfw:='0.6-6';llpl:='14-138';lwzj:=26.988;end;with bengcan[4] dobeginzhijing:=57;ljygwj:='73.0';zsccfw:='0.6-6';llpl:='22-220';lwzj:=26.988;end;with bengcan[5] dobeginzhijing:=70;ljygwj:='88.9';zsccfw:='0.6-6';llpl:='33-328';lwzj:=30.163;end;with bengcan[6] dobeginzhijing:=83;ljygwj:='101.6';zsccfw:='1.2-6';llpl:='93-467';lwzj:=30.163;end;with bengcan[7] dobeginzhijing:=95;ljygwj:='114.3';zsccfw:='1.2-6';llpl:='122-613';lwzj:=34.915;end;end;end.第五节.设计结果及分析主窗体温度黏度窗体三抽设备窗体分析从设计结果中可以看出：抽油杆的最小载荷Pmin=-13.899776MPa,为一负值。