抽油杆、管设计
抽油杆详解(普通抽油杆、空心抽油杆、玻璃钢抽油杆、超高强度抽油杆、加重杆)
抽油杆培训资料内训专用抽油杆的现状及发展C 级抽油杆抽油杆的基本分类普通抽油杆特种抽油杆KD级抽油杆EL级抽油杆超高强度抽油杆空心抽油杆玻璃钢抽油杆其它D 级抽油杆加重杆HS级抽油杆断裂失效类型脱扣钢材的质量内在因素外在因素制造的质量运输保管损伤施工损伤腐蚀介质载荷影响井况偏磨抽油杆失效影响因素抽油杆现状及发展有杆泵采油问题：断、脱抽油杆载荷：1、抽油杆柱自身的重量。
2、油管内活塞以上杆管之间环空液柱的重量。
3、杆柱、液柱的惯性力4、摩擦力、杆柱弹性变形引起的振动5 、冲击载荷、回压、沉没压力等作用：它将抽油机的运动和能量传递给井下抽油泵。
要求：1、杆身直、螺纹清洁光滑、螺纹与杆体同心2、耐疲劳、耐磨、强度高普通抽油杆结构普通抽油杆的杆体为实心圆形断面的钢杆，两端为镦粗的杆头。
卸荷槽圆弧过渡区扳手方颈推承面台肩外螺纹接头凸缘杆头结构：外螺纹接头用来与接箍相连接。
卸荷槽用来减轻由于螺纹和截面变化引起的应力集中，提高抽油杆的疲劳强度。
推承面台肩在接箍与抽油杆连接时，使得接箍端面与推承面台肩的端面间产生足够大的应力，从而有效防止抽油杆在使用过程中脱扣及井液对螺纹的腐蚀。
扳手方颈用来装卸抽油杆时搭扳手用。
凸缘是作业时用来吊装抽油杆。
圆弧过渡区是避免构件截面和刚度的急剧变化，减小应力集中。
卸荷槽圆弧过渡区扳手方颈推承面台肩外螺纹接头凸缘抽油杆的规格：抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、29mm，长度一般为8m或7.62m。
为了调节抽油杆柱的长度，还有长度分别为0.41、0.61、0.91、1.22、1.83、2.44、3.05、3.66m的短抽油杆。
等级材料抗拉强度σbMPa屈服点σsMPa伸长率δ%200mm收缩率ψ%冲击韧性JK 镍钼合金钢588-794≥372≥13≥60≥115.8C 碳钢或锰钢620-794≥412≥13≥50≥81.3D 碳钢或合金钢794-965≥620≥10≥50≥60.8抽油杆的材料及机械性能普通抽油杆分为C、D和K三个等级，C级抽油杆用于轻、中负荷的油井，D级抽油杆用于中、重负荷的油井，K级抽油杆用于轻、中负荷并有腐蚀性的油井。
排油烟管道设计规范
排油烟管道设计规范一、引言二、管道材料选取1.管道材料应具有阻燃、耐腐蚀的特性，一般选用不锈钢304材料。
2.管道内表面应平整，不得有明显的凹凸、孔隙等缺陷。
3.管道的连接部分应采用焊接或螺纹连接，以确保连接处的可靠性和密封性。
三、管道设计1.管道布置要合理，尽量缩短排烟距离，保证烟机排放的油烟能够迅速排至室外。
2.管道应呈弯状布置，避免出现直角或过小的弯角，以减小阻力，提高排烟效率。
3.管道的坡度应保持在2%-5%之间，以保证油烟顺利流向排气孔。
4.管道尽量避免穿过室内梁柱等结构物，在穿越时应采取加固措施，以防止结构受损。
5.管道的直径应根据厨房面积和烟机功率确定，一般情况下，每平方米厨房面积需配备150立方米/小时排油量。
四、排油烟管道布置图纸1.布置图纸应清晰明了，标注清楚管道的尺寸、材料、连接方式等重要信息。
2.布置图纸应包括油烟烟机、油烟管道、排气孔等重要设备和构件的位置和尺寸。
3.清晰标注管道的坡度和弯头位置，确保施工过程中的准确性。
五、管道安装与维护1.管道安装时应保证连接处的密封性，防止油烟泄漏。
2.管道的支架应牢固可靠，承重能力要符合设计要求。
3.定期对管道进行清洗和维护，确保排油烟管道的畅通。
4.定期检查排气孔的开启情况，清理积尘和杂物。
六、总结合理的排油烟管道设计可以有效地保证厨房空气的质量，保护人员的健康和安全。
在设计过程中，需要充分考虑管道材料的选取、管道的布置、管道的尺寸和坡度等因素。
同时，在安装和维护时需要严格按照相关规范进行操作，确保排油烟管道的正常运行。
有杆抽油系统工艺设计
针对高粘度原油的特点，选择具有较大排量和较 高扬程的抽油泵，同时采用加热和降粘措施来降 低原油粘度。
实施效果
通过工艺设计，该油田的有杆抽油系统实现了对 高粘度原油的有效开采，提高了采收率。
案例三：复杂地形有杆抽油系统工艺设计
背景介绍
某油田处于复杂地形区，地面起伏较大，给有杆抽油系统的建设带 来了一定的难度。
有杆抽油系统工艺设计
目录
CONTENTS
• 有杆抽油系统概述 • 工艺设计基础 • 工艺设计流程 • 工艺设计案例分析 • 工艺设计发展趋势与挑战
01 有杆抽油系统概述
CHAPTER
定义与特点
定义
有杆抽油系统是一种利用抽油杆作为 动力传输元件，通过往复运动将地下 的石油抽取到地面的机械采油方式。
自动化操作
利用机器人技术和自动化设备，实现抽油系统的自动化操作，减少 人工干预和操作成本。
数据驱动优化
通过实时采集和分析生产数据，对抽油系统进行优化调整，提高采 收率和降低能耗。
提高采收率与节能减排
采收率提升
研究和应用新型抽油技 术，提高油井的采收率， 增加油田的产量和经济 效益。
节能减排
采用高效节能技术和设 备，降低抽油系统的能 耗和排放，符合绿色环 保要求。
02 工艺设计基础
CHAPTER
抽油杆选择
根据油井的产液量、井深、井 口压力等条件选择合适的抽油 杆，确保能够满足生产需求。
考虑抽油杆的强度和刚度，以 确保在正常生产过程中不会发 生弯曲或断裂。
选择与现有抽油机相匹配的抽 油杆，以保持系统的协调性和 稳定性。
抽油泵选择
根据油井的产液量、含水率、粘度等参数选择合 适的抽油泵，确保能够有效地将井液抽出。
有杆抽油系统的设计
188.5380.61860620.851.0290.9436400.1β=0.6580P s = 2.537400.1019.8ρl =0.95249801.15L p =11787850钢材的密度7850kg/m 3标准状况下压力：P sc =0.101MPa频率系数F c =1.15声波在抽油杆中的速度a=4980m/s泵挂深度的公式为书中（重力加速度：g=9.8计算沉没压力公式如公式以上公式计算沉没压力，β为可自己设定一个β值，则0＜Q t ＜Q b ，此时产量与流压Q omax =Q b +Q c =Q b +JP b /1.8=而Q t =36m 3/d.一：油井产能预测或流1、确定井底流压（9Mpa）Q b =J(P r -P b )=3、确定下泵深度（1178m）ρl =ρw f w +(1-f w )ρo 设计产量（配产）：Q x =40m 3/d井口套管压力：P c =0.1Mpa则Q t 下的井底流压可通过下式P wf =P r -Q t /J=2、确定沉没压力（2.537Mpa 泵入口温度：80℃GOR（气油比）：40m 3/m 3油管内径：D ti =62mm(2.44Lin)产液指数：J=4.0m 3/(d*Mpa)试井产量：Q t =36m 3/d原油相对密度：0.85地层水相对密度：1.02杆柱的使用系数：SF=0.9有杆抽油系统的设计地层平均压力：P r =18MPa原油饱和压力：P b =8.5MPa含水率：f w =60%油层中部深度：H=1860m56.89ηp =0.750.75Q t =53.3952①D p =38.1s*n=32.5②D p =44.5s*n=24则：1、2符合要求选用D p =38.1mm和D p =44.45mm的泵径（2）：柱塞长度选用1.2m，防冲距0.8m。
（3）：根据不同的泵径，选择不同的s、n组合应大于油管内径，则可供选择的泵径为38.1mm，44.45mm，57.15mm则有：1、D p =38.1mm时，s*n=32.52、D p =44.45mm时，s*n=243、D p =57.15mm时，s*n=14.4(舍去)原则上：s*n=20-50m/min由于油管内径D ti =62mm，因而泵径D p 不书中（7-24）s*n=Q t /(1.131*10-3D p 2)s*n=53.3/(1.131*10-3D p 2)如公式（7-23）压力，β为未知数，由于s、n、D p 都是未知的，应采用不同的泵径D p 来确定S、N的组合二、初选抽汲参数1、泵效泵效ηp 采用如下公式计算：ηp =1-0.4(L p /(L p +300))2，此时产量与流压呈线性关系Q t （PD，泵的理论排量）=Q x /ηp b +JP b /1.8=测或流压的确定（9Mpa）（1178m）-f w )ρo 流压可通过下式计算：（2.537Mpa）则有：F o=1252312.523F o=1704563.40.2、n组合。
抽油杆柱下部失稳分析与加重杆设计方法
阻力 ， 增大抗弯强度 ， 再以不小于 ｄ 的数值确 ｚ
定标准杆径 ｄ ｚ 。最后根据
Ｐ － ｃ Ｆ ・ ｚ ｏ－ 。 ｕＰｒ ｚ ‘ ｓ ｇ － ＝ Ｌ （ Ｍ） 得到加重杆长度
Ｐ —抽油杆柱下端所受向上的合力， ； ｕ Ｎ
ｃ— 件直径 ， ； 卜杆 ｍ Ｐｒ 界压 力 ，； ｃ ｆ 占 Ｎ Ｉ ＿ 油杆单根长度， ｒ 由 ．｝ ｍ； ｄ ｒ啪 油杆直径 ， ； ｍ ｄ 计算的加重杆直径 ， 一 ｍ； ｄ 定的加重杆直径 ， ｚ ｍ； Ｆ一力重杆 的断面积 ， ： ｚ＿Ⅱ － Ｉ： ｌ ｌ ｐ＿力重杆 的密度 ， ｇ ３ ｓ＿ｔ ．ｌ ｋ／ ； ｍ Ｌ —加重杆 长度 ，。 ｚ ｍ
其 中， ｐ＝ｖｐ・ Ａ ｖｈ・ｌ ｇ
ａ＝ ， ６ ｒ２ｒ ０ ｍ／
ｅ ）
分析 以上关系式 ， 以看出 ： 可 １． ．１随着 ｖ值增 大 ，ｅ １ ｌ Ｒ 减小 ， 减小 ，ｖ ｈ 减小 ，ｖ Ｐ 增大 ，即液流阻力 Ｐ 与液体的运动粘 ｖ 度 ｖ成正 比。 ｌ １２ 随着 Ｆ ． １ 增大 ， 一方面 （ ， 大（ Ｆ ） 增 对于 标准游动阀， ｏ Ｆ 的值近似常数 ， Ｄｄ）—２ ＝ ｆ ｉ 为（／ ２ ２ ｏ ４， ｖ 大 ； 一方面 ｄ 增 大 ， ｅ 大 ， Ｐ ）Ｐ 增 另 ０ Ｒ增 使 ｖ 减小。通过实例计算表 明， 随着泵径 Ｄ的增 大 ， 液流阻力 Ｐ 静增大 。 ｖ １３ 随着 Ｓｎ ． １ ＊ 值增大 ，ｏ Ｖ 增大 ，ｖ ｈ 增大 ， 但 同时 Ｒ 增大 ， ｅ 增大， ｈ 减小 ， 使 ｖ 通过实例计 算表明，随着抽汲速度 （ 由冲程 Ｓ 和冲次 ｎ 决 定） 的增大， 通过游动阀的局部水力损失 ｈ 静 ｖ 增大， 进而使液流阻力 Ｐ 增大。 ｖ １ － ２柱塞摩擦力 荐 公式计算 。 １ ． ３浮力
抽油杆、油管、抽油泵管理办法
发行版本：C抽油杆、油管、抽油泵管理办法修改次数：0文件编号：QG/HBYT031-2008页码：1/51 范围本办法规定了抽油杆、油管、抽油泵及井下配套工具的存放、发放、领取、杆柱组合设计、现场施工、作业监督及更新等管理内容与要求。
本办法适用于公司各油气生产单位、采油工艺研究院。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本办法的引用而成为本办法的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本办法，然而，鼓励根据本办法达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件中，其最新版本适用于本办法。
SY/T 5903-93 抽油杆杆柱组合设计方法3 职责3.1 钻采工程部是抽油杆、油管、抽油泵及井下配套工具的归口管理部门，负责组织进行质量技术分析及适用性评价，监督、检查库存、日常保养、发放、回收及修复等管理工作。
3.2 各油气生产单位负责抽油杆、油管、抽油泵及井下配套工具的日常使用及维护管理工作。
3.3 采油工艺研究院负责新区新井的杆柱组合设计；各油气生产单位负责老区新井和老区老井的杆柱组合设计。
4 管理内容中国石油华北油田公司2008-07-04 发布2008-07-04实施QG/HBYT 031-2008 页码：2/54.1 杆柱组合设计杆柱设计时，设计单位要严格执行SY/T 5903-93《抽油杆杆柱组合设计程序》、QG/HBYT046-2008《采油工程方案设计管理程序》。
设计工作必须根据诊断测试结果进行，并注明最大允许使用载荷。
4.2 购置钻采工程部组织抽油杆、油管、抽油泵及井下配套工具的适用性分析，提出技术参数、性能及要求。
电子商务部组织产品的购置，执行QG/HBYT075-2008《物资采购与供应管理程序》。
4.3 拉运杆、管拉运时应用平板车，装车时要保持杆、管平直、不许互相碰撞、蹩劲，防止弯曲。
同时，杆、管两端必须带好护丝以免损坏丝扣。
有杆泵采油有杆泵采油系统选择设计
有杆泵采油有杆泵采油系统选择设计有杆泵采油系统选择设计新投产或转抽的油井，需要合理地选择抽油设备；油井投产后，还必须检验设计效果。
当设备的⼯作状况和油层⼯作状况发⽣变化时，还需要对原有的设计进⾏调整。
进⾏有杆泵采油井的系统选择设计应遵循的原则是：符合油井及油层的⼯作条件、充分发挥油层的⽣产能⼒、设备利⽤率较⾼且有较长的免修期，以及有较⾼的系统效率和经济效益。
这些设备相互之间不是孤⽴的，⽽是作为整个有杆泵抽油系统相互联系和制约的。
因此，应将有杆泵系统从油层到地⾯，作为统⼀的系统来进⾏合理地选择设计，其步骤为：1) 根据油井产能和设计排量确定井底流压；2) 根据油井条件确定沉没度和沉没压⼒；3) 应⽤多相垂直管流理论或相关式确定下泵深度；4) 根据油井条件和设备性能确定冲程和冲次；5) 根据设计排量、冲程和冲次，以及油井条件选择抽油泵；6) 选择抽油杆，确定抽油杆柱的组合；7) 选择抽油机、减速箱、电动机及其它附属设备。
⼀、井底流压的确定井底流压是根据油井产能和设计排量来确定的。
当设计排量⼀定时，根据油井产能便可确定相应排量下的井底流压。
设计排量⼀般是由配产⽅案给出的。
⼆、沉没度和沉没压⼒的确定沉没度是根据油井的产量、⽓油⽐、原油粘度、含⽔率以及泵的进⼝设备等条件来确定。
确定沉没度的⼀般原则是：1) ⽣产⽓油⽐较低的稀油井，定时或连续放套管⽓⽣产时，沉没度应⼤于50 ；2) ⽣产⽓油⽐较⾼，并且控制套管压⼒⽣产时，沉没度应保持在150 以上；3) 当产液量⾼、液体粘度⼤(如稠油或油⽔乳化液时)，沉没度还应更⾼⼀些。
由于稠油不仅进泵阻⼒⼤，⽽且脱出的溶解⽓不易与油分离，往往被液流带⼊泵内⽽降低泵的充满程度，因此，稠油井需要有较⾼的沉没度。
这样，既有利于克服进泵阻⼒，⼜可减少脱⽓，以便保持较⾼的充满程度。
⼀般情况下，稠油井的沉没度应在200 以上。
当沉没度确定后，便可利⽤有关⽅法计算或根据静液柱估算泵吸⼊⼝压⼒。
抽油杆、管设计
结构：杆体、杆头
杆头由6部分组成： 外螺纹结头、卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸 缘、圆弧过渡区。
第二部分
抽油杆设计
抽油杆分类
长度8m、7.62m。
1、按直径分：13、16、19、22、25、29mm；
2、按材质或强度分（普通杆）：
等级 K C D 材料 镍钼合金钢 碳钢或锰钢 碳钢或合金钢 抗拉强度(MPa) 588-794 620-794 794-965 使用范围 轻、中负荷，腐蚀 轻、中负荷 中、重负荷
以H级杆柱为例32mm泵下深2200m、38mm泵下深2000m、44mm泵下深1800m等。
第二部分
抽油杆设计
抽油杆失效分析
失效类型：抽油杆断裂、抽油杆脱扣 ，主要失效形式是疲劳断裂
抽油杆断裂部位：抽油杆接箍（母扣）、抽油杆公扣及根部、卸荷槽、 扳手方颈、圆弧过渡区、抽油杆本体。
抽油杆断裂失效分析
（1）杆头加工存在薄弱环节：如卸荷槽 （2）设计不合理，存在不满足强度要求的部位 （3）疲劳失效 （4）井筒偏磨 （5）井筒腐蚀 （6）其它：活塞卡、管线堵塞等
抽油杆脱扣失效分析
（1）冲次偏高 （2）油稠 （3）腐蚀 （4）小泵拉杆与活塞连接部位 （5）作业质量（扭矩不达标、偏扣） （6）丝扣质量、异物卡等
气举法 其它
柱塞气举 捞油等
第二部分
抽油杆设计
抽油杆用途、结构
抽油杆分类 抽油杆柱设计
抽油杆失效分析
第二部分
抽油杆设计
抽油杆用途、结构
用途：将抽油机驴头悬点的往复运动传递给井下抽油泵
（有杆泵重要部件、将地面动力传递给井下抽油泵的纽带）
（具体到抽油机井，单根抽油杆通过接箍连接成杆柱，上经光 杆与抽油机相连，下接抽油设计
抽油杆柱设计方法
抽油杆柱设计方法抽油杆柱设计方法 9.3.4.1 抽油杆柱力学模型抽油杆柱力学模型是用来对抽油杆柱在抽油过程中受力状况进行分析计算的工具。
在抽油过程中，抽油杆承受到交变载荷的作用，要使得其能够安全有效的工作，其受力状况分析至关重要。
另外，抽油杆柱在抽油过程中的受力状况也是进行抽油机井工况分析和生产参数优化设计的重要依据。
(1) 抽油杆重力gL q F r r =(9-25)式中，r F 为抽油杆柱在空气中的重力，N ；L 为抽油杆柱长度，m ；r q 为抽油杆柱的每米质量，kg/m 。
(2) 液柱载荷(折算) in p out rm p l P A P A A F ?-?-=)((9-26)式中，l F 为作用在柱塞上的液柱载荷，N ；rm A 为最下一级抽油杆截面积，m 2；p A 为抽油泵活塞截面积，m 2；out P 为泵排出口处压力，Pa ；in P 为泵吸入口处压力，Pa 。
(3) 流体通过凡尔孔的阻力2232)(72925.1N S f A F p p l v =μρ (9-27)式中，v F 为流体通过凡尔孔的阻力，N ；l ρ为流体密度，kg/m 3；0f 为凡尔孔过流面积，m 2；p S 为活塞有效冲程，m ；N 为冲数，rpm ；μ为由实验确定的凡尔流量系数，由下式计算：<-?=≥-?+=4Re 6.0Re 4Re 7.1Re 10)3(lg 225.010)4(lg 325.0225.0N N N N μμ(9-28)llp p Vo f N S A d N μρ=0Re 19(9-29)式中，0v d 为凡尔孔直径，m ；l μ为流体粘度，Pa.S 。
(4) 抽油杆柱惯性载荷=ri F )/1(17902l r N S F r +??(上冲程) (9-30)=ri F )/1(17902l r N S F r -??(下冲程) (9-31)式中，ri F 为抽油杆柱惯性载荷，N ；S 为冲程，m ；r 为抽油机曲柄半径，m ；l 为抽油机连杆长度，m 。
JY02机械原理课程设计-抽油烟机系统设计
机械原理课程设计说明书设计题目：抽油机机械系统设计设计者：指导教师：2010年5月24日目录1、设计任务 (1)2、执行机构的选择与比较 (2)3、主要机构设计 (4)4、机构运动分析 (8)5、原动机的选择 (9)6、传动机构的选择与比较 (9)7、机构循环图 (10)8、设计心得与体会 (10)9、参考文献 (11)10、机构简图 (11)一、设计任务抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一。
常用的有杆抽油设备由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。
抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变换为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。
整体工作原理见图1：图1悬点—执行系统与抽油杆的联结点悬点载荷P(kN)—抽油机工作过程中作用于悬点的载荷抽油杆冲程S(m)—抽油杆上下往复运动的最大位移冲次n(次/min)—单位时间内柱塞往复运动的次数图2悬点载荷P的静力示功图（图2）——在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为P1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为P2，它就等于抽油杆和柱塞自身的重量。
假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为T。
选择油井工况为：1. 根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图；2. 根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统(执行机构)的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能；3. 建立执行系统输入、输出(悬点)之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图(取抽油杆最低位置作为机构零位)；4. 机构静态分析，通过建立机构仿真模型，并给系统加力。
大庆地区L4-283井抽油杆扶正器布置优化设计
２抽油杆柱动力学模 型 建立抽油杆柱转子 动力 学模型的时候 ， 应 依据有限元理论和抽油杆柱的结构 。沿抽油杆 柱轴线将其离散为若干个空间梁单元 ，在扶正 器安放位置处建轴承单元 ， 两个扶正器 间的抽 油杆柱绕扶正器的两点连线旋转㈣ 。为 了模拟 抽油杆柱工作时匀速转动 ，将井 口边界简化为 角速度为 已知边界 ， 它均为 固定边界。 其 同时将 井底边界处理成线位移弹性约束 ，来模拟单螺 杆泵横向的往复运动。 应用转子动力学分析时 ，
Ⅳ ＝
经化简得细长梁非线性瞬态动力学分析的单
元运动方 程 ：
Ｍ ｆ ｃ （ （ ｆ 】 ＋ ） Ｉ ）ｌ ＋ ） ｆ ￣ｔ ｒ ｔ５ 《 ＋ ）－ １ 】 （＋ｅ Ｘ ） 雕 Ｋ （＝ ） ｄ
（） 考 虑抽油杆柱在 自身重力 、 浮力 、 ４ 液体 螺杆泵 产 磨位 置大致 吻合 。 根据此种算法 ， 以杆柱的侧 向
一
式 中： 、Ｋ 、Ｋ 和 分别为单元 、Ｅ 的线性刚度矩阵、 大位移刚度矩阵、 几何刚度矩阵、 动力间隙元刚度矩阵 、 等效节点力向量和动力间隙 元附加力 向量 （ 和阻力矩 ） 。 将离散后的所有单元 向整体坐标系转化 ， 经 拼装可得细长梁非线性瞬态动力学分析的总体动 力 学方程 ：
方 程为 ：
ｄｔ
表 １Ｌ — ８ ４ ２ ３井基本参数
扶正 器布 置方案
共 １７根抽油杆 ，光杆 一根 ，短接 一根； ０ 转子上 １ ５根 、其 余每 ３根 １ 扶正器扶 正器 ； 个
有杆抽油系统设计
第五节 有杆抽油系统设计¾教学目的：正确分析抽油杆柱的受力特征；掌握抽油杆柱的强度计算方法以及多级抽油杆的强度校核方法；并对有杆抽油井生产系统的设计方法和步骤以及钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术有一个初步的了解。
¾教学重点、难点：9教学重点1、抽油杆的受力特征2、组合抽油杆柱的强度校核9教学难点1、修正古德曼图2、抽油杆柱设计方法¾教法说明：课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的曲线图。
¾教学内容：1.抽油杆强度计算及杆柱设计2.有杆抽油井生产系统设计3.钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术安全区二、有杆抽油井生产系统设计有杆抽油系统组成：有杆抽油系统设计内容：(1) 油层(2) 井筒(4) 地面出油管线(3) 采油设备(机、杆、泵等)(4) 工况指标预测。
(1) 油井流入动态计算；(2) 采油设备(机、杆、泵等)选择；(3) 抽汲参数(冲程、冲次、泵径和下泵深度等)确定；有杆抽油系统设计目标：经济、有效地举升原油。
(1) 油井和油层数据；(2) 流体物性参数；(3) 油井生产数据。
有杆抽油系统设计依据：有杆抽油系统设计理论基础：有杆抽油系统设计基础数据：油藏供液能力节点系统分析方法三、钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术玻璃钢杆优点(1) 重量轻，可减少设备投资，节省能源和增加下泵深度。
(2) 弹性好，可以实现超冲程。
(3) 耐腐蚀，可减少断脱事故。
玻璃钢杆缺点(1) 价格贵：是钢质抽油杆的1.6～1.8倍。
(2) 不能承受轴向压缩载荷（底部加重以保证受拉），使用 温度不能超过93.3℃。
(3) 报废杆不能溶化回收利用。
(4) 怕磨损和碰伤。
目前钢—玻璃钢组合杆柱设计理论与普通全钢杆设计相同。
抽油杆断脱对抽油机井管柱设计的影响
内蒙古石油化工 2010 年第 21 期
Ξ
抽油杆断脱对抽油机井管柱设计的影响
于洋洋, 梁东亮, 高 翔, 田晶蒙, 黄晓蒙
(冀东油田钻采工艺研究院)
摘 要: 目前, 油管柱的设计大多是参考套管设计的标准, 通常油管柱的设计也没有考虑抽油杆断 脱后对油管柱底部的冲击载荷的影响, 本文建立了抽油杆断脱后冲击载荷的数学模型, 结合实例计算得 出冲击载荷的具体大小, 并编制了相关软件, 对油管柱的设计提出了新的建议。 关键词: 抽油杆断脱; 冲击载荷; 管柱设计 中图分类号: TE933+ 1 2 文献标识码: A 文章编号: 1006— 7981 ( 2010) 21—0054— 03 抽油机井由于杆柱偏磨、 疲劳等原因使得杆柱 发生断脱 , 如果断脱发生在上死点 , 整个抽油杆柱将 会对底部管柱产生较大冲击载荷 , 瞬间的冲击载荷 可能会拉断油管或使油管螺纹发生断裂, 断裂的油 管被墩弯。 这给井下作业带来了一定的难度 , 严重时 还可能导致油井报废, 给油田带来巨大的经济损失; 因此 , 在对抽油机井进行油管柱设计时 , 有必要考虑 抽油杆断脱时产生的冲击载荷的影响。 1 抽油杆断脱产生的冲击载荷数学模型的建立 1. 1 抽油杆断脱产生的冲击速度 假设抽油机运动到上死点时抽油杆断脱。 抽油 杆在上死点发生断脱后的受力主要有: ①抽油杆自 身的重力 G d; ②液流通过游动阀所产生的柱塞下行 阻力 F v; ③浮力F f。 当液体粘度不大时可以忽略抽油 杆与液柱之间的摩擦力。 下面给出几个主要力的计 算公式: 液流通过游动阀所产生的柱塞下行阻力为[ 1 ]: Θ 1 fp 1 ( sn ) 2 (1) 2 7. 29× 102 Ν f2 0 F v —— 液流通过 游动阀所产 生的柱塞 下行阻 F v= Θ l hfp g= 力, N ; Θ 1 —— 液 体密度, kg � m ;Ν —— 阀 流量系 数; f p —— 柱塞截面积, m 2; f 0 ——阀孔截面积 ,m 2 抽油杆受到的浮力: F f= Θ 1 gV d ( 2) F f —— 下冲程时抽油杆受到的浮力 , N ; V d —— 抽油杆的体积, m 3; 不考虑冲程损失时杆柱的最大 冲击速度 , md a= g- F v- F f md
有杆抽油系统设计方法
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3、选择在一定抽汲条件下的抽油杆直径及组合。 叙：对于深井，为了节约钢材，减少悬点载荷，或增 加抽油杆的下入深度，从等强度原则出发，通常都采 用上部直径大，下部直径小的多级组合抽油杆柱。 （如采用直径7/8英寸和3/4英寸的两级组合或三级组 合杆柱等） （1）多级抽油杆组合的选择原则：
（二）有杆抽油系统设计内容 １、油井流入动态计算； ２、采油设备（机、杆、泵等）选择；（地层情况和设备
功能两个方面都应兼顾） ３、抽汲参数（冲程、冲次、泵径和下泵深度等）确定； ４、工况指标预测；（全面情况）
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设计目标：经济、高效地举升原油。
设计理论基础：节点系统分析方法。 设计基础数据：
１、油井和油层数据； ２、流体物性参数； ３、油井生产数据。 设计思路：(见P148设计方法一)
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式中： max1 a1 为第一级抽油杆柱上端面的折算应力；
max2 a2 第二级抽油杆柱上端面的折算应力。
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下部采用加重杆：活塞下行时，会发生纵向弯曲，因 而产生弯曲应力。
下部采用加重杆，一方面可提高杆柱刚度；另外， 这部分杆柱总量能够克服一部分活塞下行阻力，减少 弯曲。
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2.修正古得曼图法 修正古得曼图法是美国石油学会(API)推荐方法。
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原因：如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆柱的断 裂事故，主要应该发生在拉应力最大的上部，但是矿场使用 抽油杆的实践表明，在上中下部都有断裂。因此抽油杆必须 根据式） 在非对称循环应力下抽油杆的强度条件为：
[ －1 ] ≥ c
[
－1
]
=
－1
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小结：（１）中深井：一般采用多级杆柱组合； （２）杆柱下部采用加重杆。
抽油杆课程设计报告
东北石油大学课程设计课程_______ 石油工程课程设计 _______ 题目抽油井系统设计________ 院系_________ 石油工程学院 _________ 专业班级_____________ 石油工程__________ 学生姓名___________ 喵喵大人___________ 学生学号__________ 11020450556 _______ 指导教师李铭曲国辉_________2014年07月18日东北石油大学课程设计任务书课程石油工程课程设计题目抽油井系统设计专业石油工程姓名喵喵大人学号11045140506565主要内容、基本要求、主要参考资料等1. 设计主要内容：根据已有的基础数据，利用所学的专业知识，完成抽油井系统从油层到地面的所有相关参数的计算，最终选出抽油泵、抽油杆、抽油机。
①计算出油井温度分布；②通过回归分析确定原油粘温关系表达式；③ 确定井底流压；④ 确定出油井的合理下泵深度；⑤确定合适的冲程、冲次；⑥选择合适的抽油泵；⑦ 确定抽油杆直径及组合；⑧ 计算出悬点的最大、最小载荷；⑨ 选出合适的抽油机；⑩ 编制实现上述内容的计算机程序程序。
2. 设计基本要求：要求学生选择一组基础数据，在教师的指导下独立地完成设计任务，最终以设计报告的形式完成本专题设计，设计报告的具体内容如下：① 概述；② 基础数据；③ 基本理论；④ 设计框图和计算机程序；⑤ 设计结果及结果分析；⑥ 结束语；⑦ 参考文献。
设计报告采用统一格式打印，要求图表清晰、语言流畅、书写规范，论据充分、说服力强，达到工程设计的基本要求。
3. 主要参考资料：陈涛平等，石油工程（第二版），石油工业出版社，2011蒋加伏，张林峰主编Visual basic 程序设计教程，北京邮电大学出版社，2009完成期限2014.06.30~ 2014.07.18指导教师旗木卡卡西专业负责人张继红2014 年07 月18 日目录第1 章概述 (1)1.1 设计的目的意义 (1)1.2 设计的主要内容 (1)第2 章基础数据 (3)2.1 抽油系统设计基本数据 (3)2.2 原油粘度温度关系数据 (3)2.3 抽油杆基本参数 (4)2.4抽油机基本参数 (4)第3 章基础理论 (7)3.1井温分布计算 (7)3.2 原油粘温关系 (8)3.3井底流压 (9)3.4 泵吸入口压力 (10)3.5 下泵深度 (10)3.6 确定冲程和冲次 (11)3.7 确定泵径 (11)3.8 悬点载荷计算及抽油杆强度校核方法 (13)3.9 确定抽油杆直径及组合 (15)3.10计算与校核载荷 (16)3.11计算与校核扭矩 (16)3.12计算需要的电机功率 (16)第4 章设计框图和计算机程序 (16)4.1 设计框图 (17)4.2 计算机程序 (18)第5 章设计结果及结果分析 (20)5.1 井温分布 (20)5.2 原油粘温关系 (20)5.3 井底流压 (21)5.4泵吸入口压力 (22)5.5 下泵深度 (23)5.6 冲程和冲次 (23)5.7 选择抽油泵 (23)5.8 抽油杆直径及组合 (23)5.9 悬点最大和最小载荷； (24)5.10 计算并校核减速箱扭矩 (24)5.11 计算电机功率并选择电机 (24)5.12 选择出合适的抽油机 (25)5.13 程序运行界面 (25)结束语................................................. 错.. 误!未定义书签。
3-2 抽油混合杆柱的设计方法
抽油混合杆柱的设计方法中国石油大学（北京）石油天然气工程学院 檀朝东应用抽油混合杆柱的目的在于尽可能地提高有效冲程进而提高泵效，因此设计中采用由多级抽油杆组成的混合抽油杆柱，并增大它在整个混合杆柱中所占的比例，各级钢丝绳抽油杆仍采用等强度设计原则，而在钢丝绳和常规杆（加重杆部分）间不采用此原则设计杆柱长度，但必须满足强度要求。
1 混合抽油杆上行程的力学分析[1-2]在上行程时混合抽油杆柱的受力主要有以下几部分： 1）柱塞上的静液柱载荷上冲程中，游动凡尔关闭，液柱作用在柱塞上的载荷：())(j r l j z zl L L g A A F +-=ρ （1）2）柱塞的重量和惯性力 )(z z Z zg a g A L F ±= （2）3）柱塞和衬套间的摩擦力当井液的含水不超过50％时，一般认为柱塞和衬套间为边界润滑，其摩擦力由下式计算 ：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+∆=δηδπzz z z d V L p d L F 2 （3） 当含水超过50％时，认为柱塞和衬套之间可能发生干摩擦，此时产生的摩擦力由下式计算：14094.0-=δz d dF （4）4）杆柱与液体之间的摩擦力① 钢丝绳杆段与液体之间的摩擦力[3]钢丝绳杆段与液体之间的摩擦力为V m f L F r r wr )(2πη=.ϕ （5）()()mmm m m m m m f r ln 11ln ln 21ln 2222++-+-+-=（6）ϕ为钢丝绳杆的表面特性的无量纲修正系数，一般由实验确定。
② 加重杆段与液体之间的摩擦力V m f L F j j wj )(2πη= （7）()()1ln 11)(222--+-=m m mm m f j所以总摩擦力()V m f L m f L F F F j j r r wj wr w )().(2+=+=ϕπη （8） 5）流体的惯性力[]max )()(a L A A L A A F j j t r r t l la -+-=ρ （9）6）液体与油管之间的摩擦阻力在上冲程，流体与油管之间的摩擦阻力作用在柱塞上，其最大值可由下式确定：()()p tl L V m m m m F max 2221ln 113.12⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-=πη （10）7）抽油杆在液体中的重量()()r r r r l j j jjl fg L A L AF ρρρρρρ-+-=18.918.9 （11）8）惯性载荷()max a L A L A F j j j r r r a ρρ+= （12）9）纵振在悬点上引起的振动载荷杆柱自由纵振在悬点上引起的振动载荷v F 为：()()()∑∞=++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=002212sin 1218n nj j j r rr v t n n a A E a A E V F ωπ （13） 0ω—自由振动圆频率，La20πω= 最大振动载荷发生在20πω=t 、5π…处，实际上由于存在阻尼，振动将会随时间快速衰减，故最大值是在20πω=t 处。
有杆泵抽油系统设计
1) 确定选型图
因该井原油较稠，故选择长 冲程抽油机，确定图A.4为此井选 型图。
2）选择机型
在横坐标轴上找出下泵深度 1150 m的点，由此点作横坐标轴 的垂线；再在纵坐标轴上找出和 油井产量70 m3/d对应的点，由此 点作纵坐标轴的垂线。两垂线的 交点落在8－3－37抽油机选择区 域范围内。该机型即为选择的机 型。
总长：
1960mm
最大外径： 114mm
内通径：
50mm
扶正块外径： 116~135mm、120-139mm
坐封载荷： 60~100KN
工作压力： 上压 15、25MPa
下压 ≤8MPa
工作温度： 120℃
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(2) Y111型封隔器
封隔器是一种靠尾管支撑、油管自 重坐封、上提油管解封的压缩式封隔器 。主要适用于分层试油、采油、找水堵
S12倒置防砂泵 S13可挂防砂泵 S14等径防砂泵
柱塞长度（米）
泵筒长度（米） 泵筒型式—厚壁筒（无衬套）
管式泵 公称直径（mm） 抽油泵代号
注解:公称直径38mm，泵筒长度为6.6m，金属柱塞长度为 1.2m的防腐耐磨管式泵表示为CYB38TH6.6-1.2F。
.
3
抽油泵规格及标注
序号
名称
1 普通泵
CYB38TH6.6-1.2（F2）
φ32、φ38
9 深抽泵 小口径φ32深抽泵
CYB32TH6.6-1.2（F2）小口径 φ32
带泵套小口径φ32深 抽泵
CYB32TH6.6-1.2（F2A）小口径
φ32
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带沉砂泵套的抽油泵
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上出油阀
泵筒 柱塞 加长筒 沉砂管 下出油阀
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第三部分
油管设计
油管失效类型： 漏失、断裂、脱扣
第二部分
抽油杆设计
抽油杆分类
加重杆（35、38、51mm）、拉杆（19、22mm）
3、按用途分：光杆（25、28、32、38mm）、抽油杆、 4、特种抽油杆:
1）超高强度抽油杆（H级）：抗拉强度=1035-1347MPa，适用于深 井、稠油井等。
2）玻璃钢抽油杆：本体重量轻、耐腐蚀，节能效果明显；价格高、 不能承受轴向压缩载荷、不能熔化回收利用。 3）空心抽油杆（22/55/28/32/36/40mm）：用于电加热热采、 空心 杆短路热洗。 4）防腐抽油杆 5）连续抽油杆 6）柔性（钢丝绳）抽油杆
第三部分 分类：来自油管设计1、按强度：J55、N80；
2、按直径：60.3、73、89mm；
3、按丝扣：平式扣、加大扣。
常见组合：
第三部分
油管设计
1、73加大+73平式+泵+平式； 2、89加大（平式）+73加大（平式）+泵+73平式； 3、73平式+泵+73平式+导锥； 4、73加大+60.3加大+泵+60.3平式； 5、60.3加大+泵+60.3平式； 6、89加大（平式）+70泵+73平式等。
（1）杆头加工存在薄弱环节：如卸荷槽 （2）设计不合理，存在不满足强度要求的部位 （3）疲劳失效 （4）井筒偏磨 （5）井筒腐蚀 （6）其它：活塞卡、管线堵塞等
抽油杆脱扣失效分析
（1）冲次偏高 （2）油稠 （3）腐蚀 （4）小泵拉杆与活塞连接部位 （5）作业质量（扭矩不达标、偏扣） （6）丝扣质量、异物卡等
结构：杆体、杆头
杆头由6部分组成： 外螺纹结头、卸荷槽、推承面台肩、扳手方颈、凸 缘、圆弧过渡区。
第二部分
抽油杆设计
抽油杆分类
长度8m、7.62m。
1、按直径分：13、16、19、22、25、29mm；
2、按材质或强度分（普通杆）：
等级 K C D 材料 镍钼合金钢 碳钢或锰钢 碳钢或合金钢 抗拉强度(MPa) 588-794 620-794 794-965 使用范围 轻、中负荷，腐蚀 轻、中负荷 中、重负荷
以H级杆柱为例32mm泵下深2200m、38mm泵下深2000m、44mm泵下深1800m等。
第二部分
抽油杆设计
抽油杆失效分析
失效类型：抽油杆断裂、抽油杆脱扣 ，主要失效形式是疲劳断裂
抽油杆断裂部位：抽油杆接箍（母扣）、抽油杆公扣及根部、卸荷槽、 扳手方颈、圆弧过渡区、抽油杆本体。
抽油杆断裂失效分析
气举法 其它
柱塞气举 捞油等
第二部分
抽油杆设计
抽油杆用途、结构
抽油杆分类 抽油杆柱设计
抽油杆失效分析
第二部分
抽油杆设计
抽油杆用途、结构
用途：将抽油机驴头悬点的往复运动传递给井下抽油泵
（有杆泵重要部件、将地面动力传递给井下抽油泵的纽带）
（具体到抽油机井，单根抽油杆通过接箍连接成杆柱，上经光 杆与抽油机相连，下接抽油泵柱塞）
第二部分
抽油杆设计
抽油杆柱设计
1、设计原则：等强度设计原则 考虑因素：（1）杆柱各部位均满足给定的强度条件，杆柱安全可靠； （2）杆柱重量尽量轻； （3）杆柱弹性伸长造成的冲程损失较小； （4）成本低。
2、杆柱设计应考虑的具体参数 抽油杆类型选择、抽油泵泵径、抽油泵下入深度、原油物性、井斜、 机型及其参数等。 3、常见杆柱组合： （1）25+22+19+加重杆：适用于5 1/2寸套管井 （2）25+22+19：适用于5 1/2寸套管悬挂4寸套井 （3）22+19：适用于全井4寸套井 （4）25+22：适用于稠油井、一般深度井、70mm泵，从而提高杆柱的安 全性。
抽油杆、油管设计
工艺研究所
第一部分
原油开采方法简介 抽油杆设计 油管设计
第二部分 第三部分
第一部分 原油开采方法简介
开采原油的方法：
一、自喷采油法—利用地层本身的能量举升原油； 二、人工举升采油法—人为地用机械设备给井内补充能量，将原油 举升到地面
人 工 举 升 采 油 法
泵法抽油
（1）利用抽油杆柱传递能量（有杆泵）：（往复式）抽 油泵、杆柱驱动单螺杆泵； （2）利用电缆传递能量：电动潜油离心泵、电动潜油螺 杆泵 （3）利用液体传递能量：水力活塞泵、射流泵、涡轮泵