有杆抽油系统设计
斜井有杆泵抽油系统的设计优化
斜井有杆泵抽油系统的设计优化[概述] 随着石油工业的发展，由于提高采收率的需要和地面环境的限制，斜井在油田开发中的作用越来越重要。
目前，有杆抽油在斜井生产中还是最主要的举升方式。
关于斜井的有杆抽油系统设计很多是基于直井的考虑，通过经验方法在狗腿度和观察偏磨位置加装扶正器。
这会导致较大的计算误差和错误的设计。
随着井斜轨迹的趋于复杂，对于有杆泵的设计的研究也迅速发展。
本文通过RODSTAR软件的使用，通过实例分析，介绍了斜井有杆抽油设计中的一些方法和技巧，在生产实践中取得了良好的效果。
[关键词]有杆抽油；波动方程；斜井；偏磨；扶正器；加重杆自60年代以来，Gibbs提出了一维粘性阻尼波动方程，为有杆抽油系统的预测和诊断技的计算机仿真技术奠定了基础，该模型在垂直油井的应用取得了良好的效果。
在此基础上，国内外许多学者做了大量研究，建立了一些斜井的有杆抽油系统模型。
RODSTAR是美国THETA油田服务公司在Gibbs提出的三维波动方程的基础上开发的有杆抽油系统设计和预测软件，本文结合该软件的使用，探讨了斜井有杆抽油系统设计中应该注意的问题，在实际生产中取得了良好的效果。
数学模型九十年代Gibbs提出了适用于斜井的有杆抽油系统动态特征预测的三维波动方程（公式1），该模型充分考虑了模拟了了斜井中的抽油杆的动态特征、阻尼和杆管的库伦阻力，可用于斜井有杆抽油系统的预测、设计和诊断。
（1）（2）其中模拟惯性，表示声波在抽油杆的传播速度，模拟弹性变形沿抽油杆以传播，g表示抽油杆的重力。
为阻尼因子，阻尼被认为是一个与抽油杆各点传播速度与的乘积。
实际应用中，阻尼因子是一个速度相关的可以调整的效应，是系统能量由于液体摩擦的损失。
表示库伦摩擦力，库伦摩擦与运动方向相反，受轴向力和井轨迹控制，但是与运动速度无关。
图1 计算库仑力和不计算库仑力的示功图对比三维波动方程是一个较为精确的可用于斜井有杆抽油系统的数学模型，最新的RODSTAR软件在此基础上，充分考虑了油管和液柱对有杆抽油系统的影响，结合抽油机结构参数和悬点运动规律的描述，适用于各种型号的抽油机。
采油工程课程设计--有杆泵抽油系统设计
采油工程课程设计课程设计任务书前言 (4)一、设计内容 (5)（一）基础数据 (5)（二）生产动态数据 (5)（三）设计数据 (5)（四）设计内容与步骤 (5)二、流入动态预测 (6)（一）根据原始生产动态数据计算采液指数 (6)（二）IPR曲线的绘制 (7)（三）由设计数据和IPR曲线计算井底流压和动液面 (8)三、工作参数的确定 (10)（一）作充满程度与下泵深度（沉没度）关系曲线 (10)（二）初选下泵深度 (12)（三）由产液量和下泵深度选择抽油机和泵径 (13)（四）确定冲程和冲次 (14)（五）抽油杆柱设计 (14)（六）计算泵效： (19)（七）产量校核 (21)（八）抽油机校核 (22)（九）结论 (23)四、最优泵效与下泵深度选择 (23)（一）由产液量和下泵深度选择抽油机和泵径 (24)（二）确定冲程和冲次 (24)（三）抽油杆柱设计 (25)（五）计算泵效 (29)（六）产量校核 (30)（七）抽油机校核 (31)（八）结论 (32)五、总结 (33)参考文献 (33)前言采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项技术措施的总称。
作为一门综合应用学科，它所研究的是可经济有效地作用于油藏，以提高油井产量和原油采收率的各项工程技术措施的理论、工程设计方法及实施技术。
有杆泵采油包括游梁式抽油机井有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油，它们都是用抽油杆将地面动力传递给井下泵。
前者是将抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵；后者是将井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。
有杆抽油系统包括油层、井筒流动、机-杆-泵和地面出油管线到油气分离器。
有杆抽油系统设计主要是选择机、杆、泵、管以及抽汲参数，并预测其工况指标，使整个系统高效而安全地工作。
设计原则是以油藏供液能力为依据，以油藏与抽油设备的协调为基础，最大限度地发挥设备和油藏潜力，使抽油系统高效而安全地工作。
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。
有杆抽油系统设计原理
有杆抽油生产系统设计原理有杆抽油系统包括油层，井筒流体、油管、抽油杆、泵、抽油机、电动机、地面出油管线直到油气分离器。
有杆抽油系统设计就是选择合理的机，杆，泵，管以及相应的抽汲参数，目的是挖掘油井潜力，使生产压力差合理，抽油设备工作安全、高效及达到较好的经济效益。
在生产过程中，井口回压h p 基本保持不变，可取为常数。
它与出油管线的长度、分离器的入口压力有关，此处取Mpa p h0.1 。
抽油井井底流压为wf p 向上为多相管流,至泵下压力降至泵的沉没压力(或吸入口压力)n p ,抽油泵为增压设备,故泵出口压力增至z p ,称为泵的排出口压力.在向上,为抽油杆油管间的环空流动.至井口,压力降至井口回压h p 。
(1)设计内容对刚转为有杆泵抽油的井和少量需调整抽油机机型的有杆抽油井可初选抽油机机型。
对大部分有杆抽油油井。
抽油机不变，为己知。
对于某一抽油机型号，设计内容有：泵径、冲程、冲次、泵深及相应的板径、杆长，并求载荷、应力、扭矩、功率、产量等技术指标。
(2)需要数据井：井深，套管直径，油层静压，油层温度混合物：油、气、水比重，油饱和压力生产数据：含水绿，套压，油压，生产气油比，原产量，原流压（或原动液面）。
(3)设计方法这里介绍给定配产时有杆抽油系统的设计方法。
首先需要获得油层的IPR 曲线。
若没有井底流压的测试值，可根据测试液面和套压计算得井底流压，从而计算出采液指树及IPR 曲线。
1）根据测试液面计算测试点流压从井口到井底可分为三段。
从井口到动液面为气柱段，若忽略气柱压力，则动液面顶端压力仍为套压。
从动液面到吸入口为纯油柱段，可以将这一段分为许多小段，采用迭代压力方法可求出每小段油的密度，最后求出吸口处的压力。
从吸入至油层中部分多相管流段。
通过分小段计算多相管流压力分布，可求得测试点流压。
2）根据测试点流压和产量计算IPR 曲线3）给定配产量时有杆油油井设计步骤（简化设计方法）a ．利用IPR 曲线，由给定产量'Q 计算流压。
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。
有杆泵抽油系统设计采油工程课程设计
目录序言 (2)第一章流入动态预测 (2)1.1 根据原始生产动态数据和设计数据作IPR曲线 (2)第二章垂直多相管流5 2.1 计算充满程度、下泵深度、动液面深度与沉没度的关系 (4)2.2 作充满程度、下泵深度、动液面深度与沉没度关系曲线 (9)2.3 初选下泵深度 (11)第三章杆泵及其工作参数 (11)3.1 由下泵深度和产液量初选抽油机和泵径 (11)3.2 确定冲程和冲次 (13)3.3 抽油杆柱设计（采用近似等强度组合设计方法） (14)3.4 计算泵效 (18)3.5 产量校核 (19)3.6 抽油机校核 (19)3.7 曲柄轴扭矩计算 (20)第四章设计结果 (20)4.1 作下泵深度与泵效曲线 (21)4.2 各种功率的计算 (22)4.3 确定平衡半径 (22)4.4确定泵型及间隙等级 (24)参考文献 (25)序言对于某一抽油机型号，设计的内容有：泵型、泵径、冲程、冲次、泵深及相应的杆柱组合和材料，并预测相应抽汲参数的工况指标，包括载荷、应力、扭矩、功率、产量及电耗等。
选择合适的有杆抽油系统，不仅能大大地节省材料，而且可以获得最优的泵效。
然而，泵效的高低正是反映抽油设备利用效率和管理水平的一个重要指标，提高泵效，从而可以获得更加大的采收率，得到更好的经济效益。
有杆泵抽油系统包括油层、井筒流动、机-杆-泵和地面出油管线到油气分离器。
有杆泵抽油系统设计主要是选择机、杆、泵、管以及抽汲系数，并预测其工况指标，使整个系统高效而安全的工作。
通过两周的采油工程课程设计，我从其中学到了很多，包括动手能力及设计思路和方法，我可以从另外的角度去学习采油工程这门课程，同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的学习生活打下一个良好的基础。
尤其是团队合作共处解决问题的能力，也是我充分认识到在集体中我们要善于倾听和理解，学会边听边思考，发散自己的思维，联想生活中经常见到的事物或现象帮助自己理解抽象的难以理解的概念等等。
有杆抽油系统——第2章 抽油杆
2.1 抽油杆结构及制造工艺
抽油杆的工作环境及其结构对抽油杆的制造工艺提出 了很高的要求。另外，不同等级的抽油杆除了材料不同外， 其工艺方法及工艺流程也有所不同。抽油杆制造的典型工 艺流程如图所示。
2.2 特种抽油杆
3．玻璃钢抽油杆的类型 按杆身直径、最高工作温度和端部接头的级别划分。 例如： 7／8 —93℃-A
其中：7／8 —杆身直径； 93℃—最高工作温度； A— 端 部 接 头 强 度 级 别 ， A 级 为 620793MPa ， B 级 为 793965MPa。
2.2 特种抽油杆
插入式抽油杆扶正器插入式抽油杆扶正器抽油杆短接活动式刮腊扶正器抽油杆短接活动式刮腊扶正器抽油杆扶正器抽油杆扶正器抽油杆尼龙扶正器抽油杆尼龙扶正器扭卡式抽油杆扶正器扭卡式抽油杆扶正器2424抽油杆柱附属器具抽油杆柱附属器具滚动式抽油杆扶正器的用途滚动式抽油杆扶正器的用途滚轮式扶正器又称滚轮接箍滚轮式扶正器除了具有普通接箍的连接作用外在加长接箍圆周上装有滚轮这样改善了油井中抽油杆与油管之间的工作条件变滑动摩擦为滚动摩擦减少了抽油杆与油管的磨损
2.1 抽油杆结构及制造工艺
（4）锻造杆头 ① 将杆料的一端放入加热炉加热至锻造始锻温度。 ② 将被加热的杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。 ③ 将杆料的另一端加热至锻造始锻温度。 ④ 将被加热的另一端杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
（5）热处理 使整个抽油杆通过加热炉加热，整体正火、 正火+回火或调质处理，使其达到预期的机械性能。
有杆抽油系统
有杆抽油生产系统姓名：班级：学号：中国石油大学（北京）年月目录1．设计基础数据 (1)2．具体设计及计算步骤 (1)（1）根据测试点数据计算IPR曲线 (1)（2）井筒多相管流计算 (1)（3）悬点载荷及抽油杆柱设计计算 (1)（4）抽油机校核计算 (1)（5）泵效计算 (1)（6）举升效率计算 (1)3．设计计算总结果表 (1)一、设计基础数据井深：2000m套管内径：0.124m油层静压：18 MPa油层温度：90℃恒温层温度：16℃地面脱气油粘度：30mPa.s油相对密度：0.84气相对密度：0.76水相对密度：1.0油饱和压力：10MPa含水率：0.4套压：0.5MPa油压：1MPa生产气油比：50m3/m3原产液量(测试点)：30t/d原井底流压(测试点)：12MPa（根据测试液面计算得到）抽油机型号：CYJ10353HB配产量：50t/d泵径：44mm(如果产量低，而泵径改为56mm，38mm) 冲程：3m冲次；6rpm沉没压力：3MPa电机额定功率：37kw二、设计及计算步骤1、根据测试点数据计算并画出IPR曲线：(1)、采油指数：已知：wftest p =12Mpa ， test q =30t/d ，b p =10Mpa ，p =18Mpa ；因为b wftest p p ≥： 则：采油指数wftest testp p q j -==）（121830-=5；原井底测试点流压—wftest p ； 原测试点产液量—test q ； 油饱和压力—b p ； 油藏压力—p（2）、产量10t/d 时井底流压wf p ： 因为：)(b t t p p j q -==5)10(-t p ；所以：t p =5tq +10 8.1b b omzx jp q q +== 8.110*530+=57.8 若101=q ，则： 由t p =5tq +10可得出：1p =12 因为30100<<，由jq p p twf -=1可得： 1wf p =12-530=6， 以此类推：产量q 在20时的井底流压为2wf p =8若omzx t q q q <<1则按流压加权平均进行推导得；])(80811[)1(125.0)(max 111bo b b w w wf q q q q p f j q p f p ---+--+-=取3q =40，4q =50可得出压力：3wf p =8.67，4wf p =6.88若1q q omzx <，则综合IPR 曲线的斜率可近似常数。
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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。