目录1.设计任务 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计内容 (1)1.3设计原则 (1)1.4设计步骤 (2)2．基本数据 (2)3．设计计算方法 (3)3.1油井产能预测或流压的确定 (3)3.1.1确定井底流压 (3)3.1.2确定沉没压力 (3)3.1.3确定下泵深度 (4)3.2初选抽汲参数 (4)3.2.1泵效 (4)3.3初选抽油杆柱 (5)3.4 有杆抽油装置的设计(API方法) (7)3.4.1 S=3,N=8(Dp=44.45mm) (7)3.4.2 S=2.67,N=9(Dp=44.45mm) (9)3.4.3 S=2,N=12(Dp=44.45mm) (11)3.4.4结论 (14)4.参考文献 (14)5.设计小结、体会与建议 (15)1.设计任务1.1设计目的给定的新井和转抽井选定一套合理的机、杆、泵组合，并确定其合理的工作参数，并对目前的生产井调整工作参数。

1.2设计内容在上述已知条件下，通过系统设计，最后可完成的设计内容包括以下三个方面：（1）确定油井产量或已知产量下的流压；（2）计算各种载荷并确定系统中各机械设备（主要指抽油机、抽油杆、抽油泵和原动机）的类型和规格；（3）确定系统的工作参数。

在确定系统中各机械设备的同时，还要选定系统的工作参数，这里只要指的是抽油机的冲程长度S、冲数n、所需的平衡力矩M。

然后根据S，n，M即可进一步确定连杆销轴在曲柄上的位置、电动机小皮带带轮尺寸，以及平衡重的调整位置。

1.3设计原则要合理地设计有杆抽油系统，应遵循以下几条基本原则：（1）符合油层及油井的工作条件。

所选的抽油设备，应该适合该井或该地区的自然条件和生产条件，诸如气候条件、地表条件、流体物性条件、生产维护条件等等。

（2）能充分发挥油层的生产能力。

所选择的抽油设备，应该在其经济寿命期内，能满足油井在开发界限上的最大供液能力，以防止因抽油设备的限制而是油井生产受到影响。

（3）设备利用率较高且能满足安全生产的需要。

所选的抽油设备，应在使用周期中的大部分时间内有较高的载荷利用率、扭矩利用率、电机功率利用率以及抽油杆应力利用率等经济技术指标，但又不至于因超负荷而造成设备非寿命损坏。

（4）有较高的系统效率和经济效益。

选用抽油设备应从多方面统筹考虑，尽可能采用先进技术设备，把高指标、低成本、低消耗统筹考虑，并获得尽可能高的经济效益。

1.4设计步骤由于有杆抽油系统的各个部件是相互联系、共同工作、不可分割的，所以，企图首先完全地确定其中的某一环节，然后在此基础上进行设计计算，一次性地确定出系统的各个部分，在实际中几乎是不可能的。

由于上述特点，基本上都用的是试算（试凑）法，一般都包括以下几个步骤，即：（1）确定油井产量或已知产量下的流压；（2）根据原始要求和条件初选设备及工作参数；（3）对初选出的系统进行校核设计计算；（4）将核算结果与原始要求进行对比，如不满足，则需改变初选参数或初选设备，再进行核算，如此进行，直到满足要求为止。

由此可见，有杆抽油系统的设计，就是根据油井的条件和生产动态，使用按物理逻辑关系建立的有关解析表达式，从产能预测开始逐步进行计算，以此选出满足要求的泵、杆、机等抽油设备。

2．基本数据有杆抽油系统工程设计基本数据：地层平均压力：Pr=19MPa；原油饱和压力Pb=8.5MPa；含水率：fw=60%；油层中部深度H=1860m；油管内径Dti=62mm（2.441in）；原油相对密度：0.85；地层水相对密度：1.02；杆柱使用系数：SF=0.9；试井产量：Qt=36m3/d，产液指数J=4.0 m3/(d•MPa)；设计产量（配产）Qx=40m3/d井口套管生产压力：Pc=0.1MPa；泵入口温度：80℃；GOR：40m3/m3（生产油气比）3．设计计算方法随着科学技术的进步，有杆抽油系统的设计计算、校核方法也在不断发展。

归结起来设计计算方法大致可分为三类：近似公式计算法、以电模拟计算机工作为基础的API RP 11L 所推荐的方法、解振动方程的纯数学方法。

在以上三种方法中，近似公式计算法应用方便，但计算误差较大，一般可用于预选有杆抽油系统的校核计算；解振动方程的纯数学方法过于复杂；API 方法是在模拟电子计算机上通过大量模拟试验得到的，虽然它也是在若干假设基础上得到的，但它比近似公式的计算精度要高，因此，采用API 方法计算。

3.1油井产能预测或流压的确定3.1.1确定井底流压（9Mpa ）Qb=J(Pr-Pb)=4×(19-8.5)=42 MpaQomax=Qb+Qc=Qb+JPb/1.8=42+4×8.5/1.8=60.889 m 3/d而Qt=36m 3/d, 则0＜Q t ＜Q b ，此时产量与流压呈线性关系 则Q t 下的井底流压可通过下式计算： P wf =P r -Q t /J=19-36/4=10 Mpa3.1.2确定沉没压力 (2.5367Mpa)计算沉没压力公式如公式273(1)2931273(1)(1)293p sc b w s b p sc w tR p p f P t p R p f β+-=+-+-以上公式计算沉没压力，β为未知数，可自己设定一个β值,β=0.655367.274.0*101.0*40293)165.0(5.84.0*5.8*101.1*40*29380273ps =+-+=则Ps=2.53673.1.3确定下泵深度o w w w f f ρρρ)1(1-+= 952.085.04.002.16.01=⨯+⨯=ρ Kg/m³泵挂深度的公式为g P P P H L c s wf M p 16)(10ρ---==1860-106(9-2.5367-0.1)/0.952×9.8×1000=1177.9mLp=11783.2初选抽汲参数3.2.1泵效泵效ηp 采用如下公式计算：ηp=1-0.4(Lp/(Lp+300))2 ηp=1-0.4×（1178/（1178+300））2=0.746≈0.75Qt （PD ，泵的理论排量）=Qx/ηp Qt=42/0.75=56s ×n=Qt/(1.131×10-3Dp 2) s ×n=56/(1.131×10-3Dp 2)由于s 、n 、Dp 都是未知的，应采用不同的泵径Dp 来确定s 、n 的组合由于油管内径Dti=62mm ，因而泵径Dp 不应大于油管内径，则可供选择的泵径为： 38.1mm ，44.45mm ，57.15mm 则有：1、Dp=38.1mm时，s×n=32.52、Dp=44.45mm时，s×n=243、Dp=57.15mm时，s×n=14。

4(舍去)原则上：s×n=20-50 m/min 则1、2符合要求选用Dp=38.1mm和Dp=44.45mm的泵径，柱塞长度选用1.2m，防冲距0.8m。

根据不同的泵径，选择不同的s、n组合。

①Dp=38.1 s×n=32.5则有：②Dp=44.45 s×n=24 则有：3.3初选抽油杆柱（1） Dp=38.1mm, s×n=32.5Fo=103×Dp2×Lp×γl×g×π/4Fo=10-3 ×38.12 ×1178×1×9.8×3.14/4= 12523 KNF————作用在整个活塞截面积上的液柱载荷，即上下冲程中静液柱载荷之差，KN；oγl————液体的相对密度1)计算无因次冲数N/No'单级抽油杆的自然振动频率：No=15a/L=15×4980/1178=63.42（次/min）a————声波在抽油杆中的传播速度，a≈4980m/s；L————抽油杆长度，m；Fc————频率系数，初选抽油杆住时可选Fc=1.15得出：N/No'=N/(No×Fc)=0.2以上计算的弹性系数值大于表7-6中的弹性系数值。

故全部舍去以上计算的弹性系数值中0.037虽然符合，但其数值还是太大，故应舍去，其他三组均不符合要求，所以应全部舍去。

(2） Dp=44.45mm， s×n=24Fo=103×Dp2×Lp×γl×g×π/4Fo=10-3 ×44.452 ×1178×1×9.8×3.14/4= 17.045 kNNo=15a/L=15×4980/1178= 63.416N/No'=N/(No×Fc) =0.2以上计算的弹性系数值只有0.04不符合，其他三组符合要求表中Er=0.0398虽然符合抽油杆柱中弹性系数值，但其数字仍然太大，故应将其舍去，但其他三组均符合要求。

综合可知，只有Dp=44.45mm，s*n=24时符合抽油杆柱的设计。

3.4 有杆抽油装置的设计(API方法)3.4.1 S=3,N=8(Dp=44.45mm)（15.9mm杆比例为56.4%，12.7mm杆比例43.6%）1、计算基本参数Wr，Wrf，Kr，Kt，N，Fc，Fo。

查表得抽油杆柱的qr=1.42kg/m，则（1）计算Wr的值：Wr=qr×g×L=1.42×9.8×0.001×1178=16392 N/m（2）计算Wrf的值：Wrf=Wr(1-ρl /ρs) ×L×9.8×10^-3=14.402 kN（3）计算Kr及Kt的值：Fc=1.137Er= 0.0297mm/(kN⋅m)Et = 4.14×10-3= 0.00414 mm/(kN⋅m)Kr=Er×L×103=0.035 kN/mKt=1/( Et×L)=0.00488 kN/m（4）计算No的值：No=15a/L=63.42rpm（5）计算Fo的值：Fo=Dp2×Lp×γ1×g×10-6×π/4= 17045N= 17.045 kN2、计算无因次变量1/kr=Er×L×10-3=0.035Skr=S/(1/kr)=85.751Fo/Skr=0.19877N/No=N/(15a/L)=0.1262N/No'=(N/No)/Fc=0.11095Wrf/(Skr)=0.1680由图7-6至图7-11查得无因次参数如下：F 1/(Skr)=0.28F 2/(Skr)=0.062T/(S2kr)=0.21F 3/(Skr)=0.18计算得调整百分数c=5%3、计算抽汲工况指标（1）求柱塞冲程查表得：Sp/S=0.8Sp=[(Sp/s) ×s]-[Fo×(1/Kt)]=2.3169m（2）求泵排量PD=1.131×10-3×Sp×N×Dp2=41.419m3/d由于设计的产量为42m3/d，而通过参数计算出的泵排量为41.42m3/d，满足相对误差小于10%的要求(3)求工作参数①光杆最大载荷PPRLPPRL=Wrf+[(F1/Skr) ×Skr]=38.413kN=38413N②光杆最小载荷MPRLMPRL=Wrf-[(F2/Skr)*Skr]=9.2572kN=9257.2N③曲柄最大扭矩PTTa=1+(Wrf/Skr-0.3)×10c=0.9332PT=[2T/(S2kr)]×Skr×S×0.5×Ta=25.228N m④光杆功率PRHPPRHP=[F3/(Skr)]×Skr×S×N/60=6.1741kW⑤求有效平衡值CBECBE=1.06(Wrf+Fo×0.5)=24.3N4、抽油杆强度校核最粗的抽油杆直径为15.9mmAtop=198.46mm2σmin=MPRL/A top=46.646N/mm2σT=965 N/mm2 (查表得)σa=(σT/4+0.5626σmin)×SF=239.6 N/mm2σmax=PPRL/A top=240.74 N/mm2很明显，σa ＞σmaxR s =（σmax-σmin）/(σa-σmin)= 0.7659 N/mm2满足0.5＜Rs＜1因而抽油杆柱校核准确，S=3，N=8，Dp=44.45mm满足要求5、计算利用率与系统效率杆应力利用率：σmax /σa=0.80401有效扬程He ：He=Hm-(Pwf×1000)/(γl×g)= 895.33m水力功率HPh ：HPh=Q×He×γl×g/86400=4.0605KW电动机输出功率Pi ：Pi=PRHP/ηs=8.4955KW系统效率η：η=HPh /Pi=0.478计算举升效率LE：LE=HPh/PRHP=0.6577计算经济指数EI：EI=(PPRL×PT×PRHP)/LE=9097.6(kN2⋅m⋅kW)(最小) 经比较选择，该方案为最优方案3.4.2 S=2.67,N=9(Dp=44.45mm)（15.9mm杆比例为83.4%，12.7mm杆比例16.6%）1、计算基本参数Wr，Wrf，Kr，Kt，N，Fc，Fo。