抽油井系统设计指导

抽油井系统设计指导

一、基础数据

二、设计要求

三、设计步骤

四、设计原理及计算

五、设计结果

一、基础数据

抽油井系统杆柱设计所必须的基础数据主要有基础生产数据、原油粘温关系数据、抽油机型参数、抽油杆参数、抽油泵参数。其中, 抽油机型、抽油泵这三方面的参数、抽油杆参数、抽油泵参数。其中,抽油机型、抽油杆、抽油泵泵这三方面的参数均可由《采油技术手册》（修订本四）查得。

1.基础生产数据

基础生产数据是进行抽油井系统设计的基本条件,它包括油井井身结构、油层物性、流体（油、气、水）物性、油井条件，传热性质以及与油井产能有关的试井参数等，详见表1。

表1 基础生产数据

25 m

997.40 kg/m

1000.00 kg/m

2.原油粘温关系数据

原油粘度是影响摩擦载荷的主要因素，因此原油粘度数据的准确度是影响设计结果合理性的重要参数。原油粘度随温度变化非常敏感，通过对现场实测原油粘温关系数据进行回归分析，可以得到原油粘度随温度变化的关系式。这样，不仅可以提高抽油井系统设计结果的准确度，而且还易于实现设计的程序化。

现场可以提供的原油粘温关系数据，如表2所示。

表2 某区块原油粘温关系数据

3.抽油机参数

抽油机参数是指常规型游梁式抽油机的型号、结构参数、可以提供的冲程冲次大小。目前已有93种不同型号的常规型抽油机，其型号意义如下：

不同型号抽油机的参数可见《采油技术手册》（修订本四）。这里，以宝鸡产CYJ10-3-48型抽油机为例，其有关参数见表3。

表 3 抽油机参数

另外，由抽油机型号CYJ10-3-48，根据型号意义可直接得出：

许用载荷[P max]=100 kN；许用扭矩[M max]=48 kN

4.抽油杆参数

抽油杆的材质为普通碳钢，其许用应力一般为90 N/mm，可提供的直径有：

16 mm、19 mm、22 mm 、25 mm和29 mm。

二、设计要求

根据以上的基础数据，在产液量为28.29 m/d时，对该井进行系统选择设计以下内容：

(1) 确定出该井的井温分布；

(2) 确定出原油粘温关系表达式；

(3) 确定合理的下泵深度；

(4) 选择合适的冲程和冲次；

(5) 选择合适的抽油泵；

(6) 确定出抽油杆直径及组合；

(7) 计算出悬点的最大和最小载荷；

(8) 计算并校核减速箱扭矩；

(9) 计算电机功率并选电机；

(10) 选择出合适的抽油机。

三、设计步骤

针对该井的已知条件，系统设计的步骤如下：

(1) 根据油井条件，建立热传导能量方程，计算出井温沿井深的温度分布;

(2) 通过对原油粘温关系数据进行回归分析,拟合出原油粘温关系表达式;

(3) 根据试井参数，确定出该井的流入动态方程，并进一步确定出在设计排量条件下的井底流压;

(4) 根据设计沉没度确定泵吸入口压力;

(5) 根据井底流压和泵吸入口压力,确定下泵高度,并进一步确定下泵深度;

(6) 初选抽油机，并根据油井条件，选择合适的冲程和冲次;

(7) 根据冲程、冲次和设计排量，确定抽油泵的直径;

(8) 自下而上，计算并确定抽油杆直径及组合;

(9) 计算悬点最大和最小载荷，并对所选择的抽油机进行载荷校核;

(10) 计算减速箱的最大扭矩，并进行扭矩校核;

(11) 计算需要的电机功率，并进行电机功率校核;

(12) 选择抽油机。

四、设计原理及计算

1.油井温度分布

原油越稠，原油粘度随井温变化就越敏感。因此，井温分布对

抽油井系统选择设计是十分重要的。

根据热传导，可建立井筒的能量方程为：

(1)

式中∶——油管中L位置处原油的温度，℃；

K1——总传热系数，W/( m·℃)；

——内热源，W/m；

W——水当量，W/ ℃

——井底原油温度，℃；

m——地层温度梯度，℃/m。

对于常规采油来说，由于没有内热源，故可取=0。

水当量W可如下计算：

W=M f C f+M g C g

式中∶M f——井液质量流量，kg/s；

C f——井液比热，W/(g·℃)；

M g——气体质量流量，kg/s；

C g——气体的比热，W/(g·℃)；

g——重力加速度，m/s。

将已知数据代入方程(1），可计算出任意深度所对应的油井温度，由此温度便可以计算出处于该深度处原油的粘度，从而可以进一步计算摩擦载荷、选择抽油设备。另外，还可以根据计算结果做出井温沿井深的分布曲线，如图1所示。

2.原油粘温关系

将现场实测原油粘温数据通过回归分析，发现原油粘度随温度的变化服从指数规律，可用下式表达：

(2)

式中∶——原油的动力粘度，mPa·s；

t ——原油的温度，℃；

a——系数常数；

b ——温度指数。

其中，a=9.7861,b=3.9483。对于不同区块原油，a、b的取值不同。

3.井底流压

井底流压是确定下泵深度的重要参数，因此，进行抽油井系统设计时必须首先确定。井底流压主要是利用油井产能并根据设计排量来确定。油井流入动态具有多种类型，这里采用沃格尔方程：

(3)

式中∶q1——对应于井底流压p wf下的油井产量；

q1max——油井的极限产量；

p wf——井底流压；

p r ——平地层压力。

将已知数据代入上式，在设计排量为q1=28.29 m/d的条件下，求得该井流压为：p wf=4.50 MPa。

4.泵吸入口压力

泵吸入口压力是确定下泵深度的重要参数，主要根据设计沉没度来估算。

沉没段油、水混合液的平均密度为：

(4)

代入已知数据，得=998.18m/d。

再根据沉没度h s=200 m，可求得泵吸入口压力p s=1.958 MPa。

5.下泵深度

下泵深度是抽油井系统设计的重要数据，它决定了抽油杆的总长度，并且影响着悬点载荷、冲程损失以及泵效。

下泵深度主要是根据井底流压与泵吸入口压力的差值，应用相应的方法来确定。确定方法主

要有三类：