采油工程设计

1、有杆抽油系统设计目录1.有杆抽油系统设计目的12.有杆抽油系统设计内容12.1系统的选取12.2设计依据的资料22.3.设计内容23.有杆抽油系统设计原则34.有杆抽油系统设计计算方法与步骤45.有杆抽油系统设计计算55.1有杆抽油系统设计基本资料55.2油井产能预测或流压确定65.3确定下泵深度65.4初选抽汲参数75.5初选抽油杆柱86.有杆抽油装置设计计算方法API RP 11L106.1有杆抽油装置的设计（API方法）原理106.2当选用S=3m ,N=8 次/min，(Dp=44.45mm)时各参数计算146.3当选用S=2.67m ,N=9次/min，(Dp=44.45mm)时各参

2、数计算176.4当选用S=2m ,N=12次/min，(Dp=44.45mm)时各参数计算207.有杆抽油系统设计结果228.设计小结、体会与建议23参考文献24有杆抽油系统设计1.有杆抽油系统设计目的有杆泵采油是由以“三抽”设备（抽油机、抽油杆、抽油泵）为主的有杆抽油系统来实现的。即在抽油机的驱动下，通过下入井中的抽油杆带动抽油泵柱塞上、下往复运动，将井液抽汲到地面。当一口油井或一个开发区块确定采用有杆泵采油后，必须正确地选择抽油设备并确定其工作参数。选择抽油设备必须以油井产量和下泵深度作为确定抽油机、杆、泵和电动机类型与大小的基本依据；确定工作参数必须在已选定设备的基础上，保证设备既能满足

3、产量要求，又有良好的工作效率。如果设备类型及工作参数与油层生产能力和油井条件不相适应，就不能保证油井在高产量、高泵效下稳定生产。油井投产后，还必须在实际生产中检验抽油设备是否按预想情况进行工作。此外，即使在短时间内设备适合油层和油井条件，但生产一段时间后，由于油层供油能力变化，含水上升和设备工作性能的变化等，将会使二者不相适应而影响油井产量和泵效，这就要求使用者根据油井条件的变化适当调整抽汲参数或更换抽油设备。因此，进行有杆抽油系统设计的主要目的是：（1）.为给定的某一口新油井或转油井选定一套合理的机、杆、泵的组合，并确定其合理的工作参数的配合。（2）对正在生产的油井提供工作参数的调整措施。2

4、. 有杆抽油系统设计内容2.1系统的选取对某个游梁抽油系统而言，影响系统生产的主要因素来自： (1)油藏条件； (2)井下泵的抽汲和抽油杆的负载能力； (3)地面抽油机的负载能力。考虑系统的完整性以及与外部的相对独立性，并保证所选取的系统能尽可能全面地反映 油井生产时的各种制约因素，我们选取从油藏供液到地面井口出油的生产过程作为研究对象，也就是说所选取的系统包括地面装置，、并筒设备以及油藏。2.2设计依据的资料油杆抽油系统设计所需的资料包括以下几个方面：1.油井静态资料地层压力 pr =18MPa ；饱和压力 pb =9MPa ；油井含水率 fw =0.6，小数 ；油层中部深度 Hm =186

5、0 m ；油管尺寸及长度 Dti=62 mm ；可供选用的抽油杆尺寸及长度 25mm杆368m，22mm杆360m，19mm杆272m ；可供选用的抽油机类型 CYJ10-2.7-48B, CYJ8-3-48B型；可供选用的抽油泵泵径 Dp =38.1、44.5、57.15 mm ；可供选用的电机类型 Y225M-8；抽汲液体中水的密度 w =1.02 kg/m3；原油密度 °=0.85 kg/m3 ；杆柱使用系数 SF =0.9 ，小数。2.油井动态资料试井产量 Qt =36 m3/d ；对应的试井井底压力 pwft =9MPa ；井口套管生产压力 pc=0.1MPa ；采液指数

6、J =4 m3/dMPa3.开发方案对流压和地层压力的要求或配产设计时需根据油藏工程研究，了解开发方案对油井投产或转抽后的流压Pwf和地层压力Pr的要求，或者是开发方案对油井配产的要求。2.3.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的类型和规格；（3）确定系统的工作参数。机械设备主要是指抽油机、抽油杆、抽油泵和原动机（1）抽油机确定抽油机的类型是游梁式还是非游梁式，如选用游梁式抽油机，还需进一步确定是常规式、偏置式、前置式或空气平衡式；如选用非游梁式抽油机，也需确定其具体的类型

7、。选定类型后，进一步确定其规格。此外，还应根据抽油机的负荷及冲程选用或校核减速箱，最后确定出具体的机型，例如：常规式抽油机CYJ10-2.7-48B。（2）抽油杆首先要确定是选用常规钢制抽油杆还是选用连续抽油杆、中控抽油杆，或其他非金属抽油杆；类型确定后，需进一步确定杆的长度，、强度等级及直径；对多级杆应确定选用几种直径及每种直径的杆长。例如：选择D级86杆，总长1000m，其中25mm杆368m，22mm杆360m，19mm杆272m。对于装扶正器的抽油杆柱，应确定扶正器的类型、尺寸、材料、数量，以及各扶正器的安装位置。在有些产量大的井中，稠油泵的柱塞直径大于油杆内径，抽油杆柱下端需状脱接器

8、。这是设计者还需选定脱接器的类型和规格。（3）抽油泵确定泵的类型，包括是选用管式泵、杆式泵、套管泵以及整筒泵，还是选用衬套泵等等，其次是确定泵的内径、柱塞长度及可运动长度，柱塞与衬套的配合间隙等级等。例如：56的管式衬套泵，柱塞长度1.2m，柱塞可运动长度3m，配合间隙为级。当泵下端需装砂锚或气锚时，设计者还需确定这些设备的类型与规格。（4）原动机 确定原动机的类型与规格，明确是选用异步电动机还是天然气发动机。如选用异步电动机，还需明确是哪一种电机，是Y系列、JO2 系列或是超高转差率异步电动机，最后确定原动机的具体型号，例如：Y225M-8型电动机。 在确定系统中个机械设备的同时，还要选定系

9、统的工作参数，这里主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、电动机小皮带轮尺寸以及平衡重的调整位置。3.有杆抽油系统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，应该适应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现在而使油井生产受到影响。具体的讲，就是所需的抽油机需适应其经济寿命期内的油井产液能

10、力，以防止在抽油机主要部件尚未到维修高峰期时，因满足不了油井排液量的需要而过着换型，造成经济损失。对选用的泵、杆来说，须适应一个检泵周期内的油井产能，以防止在泵况良好时因规格过小满足不了排液量和负载的变化需要而提前作业更好。只有这样才能保证油井在合理协调状况下长时期稳定生产，不出现因更换设备规格而造成的无谓施工或设备的浪费。（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

11、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。4. 有杆抽油系统设计计算方法与步骤随着科学技术的进步，有杆稠油系统的设计计算、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，一般可用于雨轩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，本文以API RP 11L方法为

12、设计依据介绍有杆抽油系统的设计计算。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，企图首先完全的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。例如，抽油机的负荷决定于泵、杆，而泵、杆的运动反过来受抽油机的制约。由于上述特点，基本上都用的是试算法，一般都包括以下几个步骤，即：（1）定油井产量或已知产量下的流压；(2)根据原始要求和条件（Q、H、f等）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，知道满足要求为止。由

13、此可见，油杆抽油机系统的设计，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计算，以此选出满足要求的泵、杆、机等抽油设备。5. 有杆抽油系统设计计算5.1有杆抽油系统设计基本资料地层平均压力Pr=18MPa原油饱和压力pb=8.5MPa含水率fw=60%油层中部深度H=1860 m油管内径Dti=62 mm(2.44Lin)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产液指数J=4.0m3/(d·MPa)试井产量Qt=36 m3/d设计产量（配产）Qx=40 m3/d井口套管压力pc=0.1Mpa泵入口温度80GOR（

14、气油比)25m3/m3标准状况下压力psc=0.101MPa重力加速度g=9.8m/s2声波在抽油杆中的速度a=4980m/s频率系数Fc=1.15钢材的密度7850kg/m35.2油井产能预测或流压确定5.2.1确定井底流压（9Mpa） Qb=J(Pr-Pb)=4.0×（18-8.5）=38m3/dQomax=Qb+Qc=Qb+JPb1.8=38+4.0×8.5/1.8=56.89m3/d 而Qt=36m3/d. 则0 QtQb，此时产量与流压呈线性关系,则Qt下的井底流压可通过下式计算:Pwf=Pr-QtJ=18-36/4.0=9MPa5.2.2确定沉没压力 计算沉没压

15、力由公式:Ps=273+t293Rp PscPb(1-fw) pb1-1 +273+t293Rp Psc(1-fw) 273+80293×25× 0.101×8.5×(1-0.6) 8.5×10.65-1 +273+80293×25× 0.101×(1-0.6) 以上公式计算沉没压力，为未知数 可自己设定一个值=0.65 Ps=1.79MPa5.3确定下泵深度1=wfw+(1-fw)0=1.02×103×0.6+0.4×0.85×1031=952 Kg/m3泵挂深度由公式 :

16、Lp=Hm-106(Pwf-Ps-Pc)/(lg) =1860-106×（9-1.79-0.1）952×9.8可得 Lp=1097.9m5.4初选抽汲参数 5.4.1选择原则(1）应使抽油泵的最大排量满足油井的供液能力；（2）要与所用抽油机参数、功率相匹配；（3）要考虑整个系统的系统效率是否合理；（4）要考虑油井类型和地质状况；（5）对特殊井，如出砂井、稠油出砂井等，还要考虑地层对渗流速度的承受能力。综合考虑上述因素后，优先选用长冲程小泵径和常用的泵型规格。5.4.2泵效 泵效p采用如下公式计算：p=1-0.4(LpLp+300)2=1-0.4(1097.91097.9+3

17、00)2p=0.75 Qt（PD，泵的理论排量）=Qx/p=40/0.75Qt=53.33m3/dS·n=Qt1.131×10-3Dp2=53.331.131×10-3Dp2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Dt1=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=32.5 m/min2. Dp=44.45mm时，S·n=24 m/min3. Dp=57.15mm时，S·n=14.4 m/m

18、in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 5.4.3柱塞长度柱塞长度选用1.2m，防冲距0.8m5.4.4根据不同的泵径，选择不同的s、n组合 Dp=38.1mm S·n=32.5 m/minn（次/min）68912S (m)5.4714.0633.6112.708 Dp=44.45mm S·n=24 m/minn（次/min）68912s (m)432.66725.5初选抽油杆柱5.5.1 Dp=38.1mm,S·n=32.5 m/min（1） 计算液柱重F0因为油管中的有些油要

19、超越水流动，出自安全考虑、液体相对密度1可取为1.0，F0的计算公式为F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×38.12×1097.9×1.0×9.8×10-6=12.26 KN(2)计算无因次冲数NN0·N0=15a/L=15×4980/1097.9=68.04次/min则 N/N0=N/(N0Fc)=N68.04×1.15式中： N0单级抽油杆的自然振动频率，次/min；a声波在抽油杆中的传播速度，计算时取a4980m/s； N0·多级抽油杆的自然振

20、动频率，次/min； Fc频率系数，初选抽油杆柱时，可取Fc =1.15；L抽油杆长度，m。S（m）5.4174.0633.6112.708N（次/min）68912 N/N00.0770.1020.1150.153取Sp/S=0.8 查图Sp/S-N/N0关系曲线得 F0/SKr=0.2SKr(KN)61.361.361.361.3Kr(KN·m)11.3215.0916.9822.64Er=(1/Kr)/(Lp·10-3),则有：Ermm/(KN·m)0.0800.0600.0540.040以上计算的弹性系数值大于表7-6中标准Er=0.0297，故全部舍去。

21、0.036虽然符合抽油杆柱中的弹性系数值，但是仍然太大，故也将其舍去。5.5.2Dp=44.45mm，S·n=24 m/min(1)计算液柱重F0因为油管中的有些油要超越水流动，出自安全考虑、液体相对密度1可取为1.0，F0的计算公式为F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 KN(2)计算无因次冲数NN0·N0=15a/L=15×4980/1097.9=68.04次/min则 N/N0=N/(N0F

22、c)=N68.04×1.15S（m）432.6672N（次/min）68912 N/N00.0770.1020.1150.153取Sp/S=0.8 查图Sp/S-N/N0关系曲线得 F°/SKr=0.2SKr(KN)83.4583.4583.4583.45 Kr (KN·m)20.8627.8231.2941.73 Er=(1/Kr)/(Lp·10-3),则有：Ermm/(KN·m)0.0440.0330.0290.022以上计算的弹性系数值只有0.044不符合, 其他三组符合要求综合可知，只有Dp=44.45mm，S·n =24 m

23、/min时符合抽油杆柱的设计。6.有杆抽油装置设计计算方法API RP 11L6.1有杆抽油装置的设计（API方法）原理1954年，美国成立了一个非营利性的“有杆抽油研究公司”，由中西部研究院在模拟计算机上完成了一系列研究。API RP 11L方法就是在归纳和总结电模拟研究成果的基础上提出来的。它由以无因次量表示的一系列图表和简单计算公式所组成。经API专家组推荐，于1967年公开发表，即API RP 11L。这套方法主要用于设计和预测。同时，还以公报形式发表了1100多张以无因次量表示由模拟计算机得到的示功图（即API BUL 11L2，可用来进行类比分析。API RP 11L方法的计算内容

24、包括：柱塞冲程sp；泵排量PD；光杆最大载荷PPRL；光杆最小载荷MPRL；最大扭矩PT；光杆马力PRHR；有效平衡值CBE。6.1.1基本假设及基本示功图1.基本假设(1)普通游梁式抽油机，且当尾部轴承在冲程中部时，该点处于曲柄轴正上方；(2)模拟的是相对低滑差的原动机；(3)模拟的是上粗下细的级次抽油杆；(4)泵完全充满（没有气体影响和液体撞击现象）(5)井下摩擦正常；(6)假定油管锚定的；(7)抽油机是完全平衡的，并且假定传动效率喂100%；(8)未考虑具体抽油机的几何特性；(9)计算最大扭矩时，认为最大、最小载荷分别发生在曲柄位于75°和285°处。2.基本示功图当

25、冲数n=0时。示功图表示静载的变化，此时，光杆最大负荷PPRL=F0+Wrf光杆最小负荷MPRL=Wrf当冲数n>0时，示功图是考虑动载以后光杆载荷的变化，此时，光杆最大负荷PPRL=F1+Wrf光杆最小负荷MPRL=Wrf-F2式中： F0作用在整个活塞截面积上的液柱载荷，即上下冲程中载荷之差，KN； Wrf 抽油杆在液中的重量，KN； F1最大载荷系数，是液柱载荷F0与上冲程最大动载之和； F2 最小载荷系数，即下冲程最大动载荷。6.1.2基本符号及无因次变量的含义1.基本符号及单位 sp柱塞冲程，m；PD泵排量，m3/d；PPRL光杆最大载荷，N；MPRL光杆最小载荷，N；PT最大

26、扭矩，N·m；PRHR杆马力，kW；CBE有效平衡值，N；H净提升高度（动液面深度），m；L下泵深度，m；n冲数，min-1；s光杆冲程，m；D柱塞直径，m（或cm、mm）； Er抽油杆弹性系数，表示1m长的抽油杆在1N力的作用下的伸长量，m/（N·m）；Er=1ArE Et油管弹性常数，表示1m长的油管在1N力的作用下的伸长量，m/（N·m）；Et=1AtEE钢的弹性模量，一般去2.06×1011Pa； Ar抽油杆截面积，m2； At油管金属截面积，m2； Kr整个抽油杆柱的弹簧常数，表示将整个抽油杆拉伸1m所需要的力，（N），N/m；Kr=ArEL

27、Kt油管柱未固定部分的弹簧常数，表示将未锚定的油管柱拉伸1m所需要的力，（N），N/m；Kt=AtEL n0单级杆柱的固有频率（自由振动频率）rpm；n0=a4L×60=15aLa声波在抽油杆柱中的传播速度，m/s（理论值为5100m/s，美国抽油计算中多采用4968m/s）； n0多级杆柱的雇佣频率，rpm；n0=Fc·15aL Fc多级杆柱频率修改系数，随杆柱组合而变，一般在11.2之间，单级杆柱为1；T曲柄扭矩，N·m； Wr每米抽油杆的重量，N/m； F3光杆功率系数； TsWrfsKr0.3时最大扭矩的调整常数。2.无因次自变量无因次充数nn0（或nn0

28、：冲数n与抽油杆柱固有频率n0（或n0）之比。无因次抽油杆伸长量F0sKr：抽油杆柱的伸长量F0Kr与光杆冲程之比。F0Kr表示在液柱载荷F0的作用下抽油杆柱的实际伸长量。sKr表示整个杆柱拉伸s米（一个冲程长度）所需要的力（N）。F0sKr也称无因次液柱载荷。3.无因次因变量 F1SKr用来计算光杆最大载荷的无因次最大动载荷函数； F2SKr用来计算光杆最小载荷的无因次最大动载荷函数； 2TS2Kr用来计算最大扭矩的无因次扭矩； F3SKr用来计算光杆功率的无因次载荷； sps用来计算活塞冲程的无因次活塞冲程。根据计算出的无因次自变量值NN0(或NN0)和F0SKr，查无因次曲线图或根据插值

29、可以确定以上五个无因次变量的值，代入公式便可求出所需的工作特性参数 6.1.3计算公式1.柱塞冲程sP=sps×s-F01Kt (m)注:如油管柱是锚定的，F0Kr=0,故代表锚定的油管柱的公式sp=(sPs)×s02.泵排量PD=0.1131sPnD 2(m3/d)3.最大载荷PPRL=Wrf+F1sKr×sKr (kN)4.最小载荷MPRL=Wrf-F2sKr×sKr (kN)5.最大扭矩PT=（2Ts2Kr)×sKr×s/2×Ta (kNm)式中： Ta-WrfSKr 0.3时，最大扭矩的调整值。当WrfsKr 0.3

30、时，先根据n/n0'和F0/sKr经查得到调整百分数c（用内插法）。再用调整百分数c和Wrf/sKr计算Ta:Ta=1+0.1C（WrfsKr-0.3）6.光杆马力PRHP=F3sKr×sKr×s×N1000×60 （kW)7.要求平衡重量CBE=1.06Wrf+12F0 (kN)6.2当选用S=3m ,N=8 次/min，(Dp=44.45mm)时各参数计算6.2.1计算基本参数（1）查表得抽油杆柱的qr=1.42kg/m，Fc=1.15（2）计算F0的值。F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=

31、4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 KN（3）计算Kr、Er及Et的值：Kr=F00.2×S =16.690.2×3=27.82KN/m Er=(1/Kr)/(Lp·10-3)=0.033 mm/(KN·m)At=Dto2-Dti24=7.32-6.224=11.66×10-4m2Et=1EAt=12.06×1011×11.66×10-4=0.00416 mm/(kN.m)6.2.2计算无因次变量（1）1/Kr=127.82=0.0

32、36m/KN(2)SKr=S/(1/Kr)=30.036=83.33KN(3)F0SKr=16.6983.33=0.20（4）N/N0=N15a/L =815×4980/10997.9=0.118（5）N/N0= N/(N0Fc)=868.04×1.150.102(6)1/ Kt=Et×L=0.00416×1097.9=0.0046m/KN6.2.3计算抽汲工况指标（1）求柱塞冲程。由图查得：（SpS）=0.81Sp=SpsS-F0Kr=0.81×3-16.69×0.0046=2.353m（2）求泵排量PD=0.1131×S

33、pND2=0.1131×2.353×8×4.4452=42.011 m3/d由于设计的产量为40m3/d，而通过参数计算出的泵排量为41.413m3/d，满足相对误差小于10%的要求6.2.4确定无因次参数（1）Wr=qr×L×9.8×10-3=1.42×1097.9×9.8×10-3=15.278KN（2）Wrf=Wr×(1-ls) =15.278×(1-9527850)=13.425KN（3）Wrf/（ SKr）=13.42583.33=0.161由图7-6至图7-11查得无因次参

34、数如下：（1）F1/（ SKr）=0.26（2）F2/（ SKr）=0.045（3）2T/（ S2Kr）=0.20（4）F3/（ SKr）=0.18（5）C=4%（6）Ta=1+Wrf/（ SKr）-0.3×10C=1+(0.161-0.3)×0.4=0.9446.2.5求工作特性参数（1）求最大载荷由图查得F1sKr=0.26，则：PPRL=Wrf+F1SKrSKr=13.44+0.26×83.33=35.106KN（2）求最小载荷。由图查得F2SKr=0.045，则：MPRL=Wrf-F2SKrSKr=13.44-0.045×83.33=9.690K

35、N（3）求最大扭矩。由图查得（2TS2Kr）=0.20。由图根据F0SKr=0.20和N/N0=0.102查的调整百分数为4%。由%利用式得Ta=94.4%。PT=（2TS2Kr)×SKr×S/2×Ta =0.20×83.33×3/2×0.944=23.599KN·m（4）求光杆功率。由图查得F3SKr=0.18，则PRHP=F3SKr×SKr×S×N60000=0.18×83.33×103×3×860000=6.00kW（5）求有效平衡值。CBE=1.0

36、6Wrf+12F0=1.06×（13.44+12×16.69）=23.092KN6.2.6抽油杆强度校核在抽汲过程中，抽油杆承受着交变载荷，在对初选出的杆柱进行强度校核时，目前多采用修正的古德曼图。图中的阴影区为抽油杆允许使用的安全区，抽油杆柱的应力点落在该区内时，抽油杆柱将不会发生疲劳破坏。根据修正的古德曼图，抽油杆柱的许用最大应力的计算公式为：min=MPRL/Atop=9.69×10315.92×3.144=48.83 N/mm2T=965 N/mm2a=T4+0.5626min·SF=（9654+0.5626×48.83）&#

37、215;0.9=241.85 N/mm2max=PPRLAtop=35.106×10315.92×3.144=176.90N/mm2式中： a抽油杆许用最大应力，N/mm2； T抽油杆最小抗拉强度，N/mm2；查表得T=965 N/mm2 min抽油杆最小应力； max抽油杆最大应力， Atop抽油杆上端部的截面积，mm2；SF安全使用系数，即考虑到流体腐蚀性等因素而附加的系数，SF1。查表7-6得最粗的抽油杆直径为15.9mm。根据杆柱载荷大小和杆柱在井中的工作环境来确定钢杆的强度级别和使用系数SF。比如，当负载不大，井液腐蚀不严重时，可采用API C级钢杆；当负荷比较大

38、，井液腐蚀不严重时，可以采用API D级钢材；当负荷不太大，井液腐蚀比较严重时，可以采用API K级钢杆。抽油杆使用系数SF 项目钢级使用介质适用条件抗拉强度N/mm2无腐蚀盐水含H2SC1.00.650.5轻、中载荷620794D1.00.90.7中、重载荷794 965K1.01.01.0腐蚀、轻、中载荷588 794要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏，抽油杆的最大应力max不应超过许用最大应力a。即maxa另外，在抽油杆柱设计及应力分析中常采用应力范围比Rs，即Rs=max-mina-min=176.9-48.83241.85-48.83=0.66合理的抽油杆柱组合比例不仅应保证各级抽油杆的R

39、s<1，而且各级杆顶部界面的Rs值应该比较接近。同时，为了有效地使用抽油杆，一般要求0.5<Rs<1。因而抽油杆柱校核准确，S=3 m，N=8次/min ，Dp=44.45mm满足要求。6.3当选用S=2.67m ,N=9次/min，(Dp=44.45mm)时各参数计算6.3.1计算基本参数（1）查表得抽油杆柱的qr=1.59kg/m，Fc=1.15（2）计算F0的值。F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 K

40、N（3）计算Kr、Er及Et的值：Kr=F00.2×S =16.690.2×2.67=31.25KN/m Er=(1/Kr)/(Lp·10-3)=0.029 mm/(KN·m)At=Dto2-Dti24=7.32-6.224=11.66×10-4m2Et=1EAt=12.06×1011×11.66×10-4=0.00416 mm/(kN.m)6.3.2计算无因次变量（1）1/Kr=131.25=0.032m/KN(2)SKr=S/(1/Kr)=2.670.032=83.44KN(3)F0SKr=16.6983.44

41、=0.20（4）N/N0=N15a/L =915×4980/1097.9=0.132（5）N/N0= N/(N0Fc)=968.04×1.150.115(6)1/ Kt=Et×L=0.00416×1097.9=0.0046m/KN6.3.3计算抽汲工况指标（1）求柱塞冲程。由图查得：（SpS）=0.81Sp=SpSs-F0Kr=0.81×2.67-16.69×0.0046=2.086m（2）求泵排量PD=0.1131×SpND2=0.1131×2.086×9×4.4452=41.95 m3/d由

42、于设计的产量为40m3/d，而通过参数计算出的泵排量为41.95m3/d，满足相对误差小于10%的要求6.3.4确定无因次参数（1）Wr=qr×L×9.8×10-3=1.59×1097.9×9.8×10-3=17.107KN（2）Wrf=Wr×(1-ls) =17.107×(1-9527850)=15.032KN（3）Wrf/（ SKr）=15.03283.44=0.180由图7-6至图7-11查得无因次参数如下：（1）F1/（ SKr）=0.28（2）F2/（ SKr）=0.062（3）2T/（ S2Kr）=0.

43、214（4）F3/（ SKr）=0.184（5）C=5%（6）Ta=1+Wrf/（ SKr）-0.3×10C=1+(0.180-0.3)×0.5=0.9406.3.5求工作特性参数（1）求最大载荷由图查得F1SKr=0.28，则：PPRL=Wrf+F1SKrSKr=15.032+0.28×83.44=38.395KN（2）求最小载荷。由图查得F2SKr=0.062，则：MPRL=Wrf-F2SKrSKr=15.032-0.062×83.44=9.858KN（3）求最大扭矩。由图查得（2TS2Kr）=0.214。由图根据F0SKr=0.20和N/N0=0.

44、115查的调整百分数为5%。由%利用式得Ta=94.0%。PT=（2TS2Kr)×SKr×S/2×Ta =0.214×83.44×2.67/2×0.94=22.408KN·m（4）求光杆功率。由图查得F3SKr=0.184，则PRHP=F3SKr×SKr×S×N60000=0.184×83.44×103×2.67×960000=6.15kW（5）求有效平衡值。CBE=1.06Wrf+12F0=1.06×（15.032+12×16.69）

45、=24.779KN6.3.6抽油杆强度校核在抽汲过程中，抽油杆承受着交变载荷，在对初选出的杆柱进行强度校核时，目前多采用修正的古德曼图。图中的阴影区为抽油杆允许使用的安全区，抽油杆柱的应力点落在该区内时，抽油杆柱将不会发生疲劳破坏。根据修正的古德曼图，抽油杆柱的许用最大应力的计算公式为：查表7-6得最粗的抽油杆直径为15.9mm。min=MPRL/Atop=9.858×10315.92×3.144=49.67 N/mm2T=965 N/mm2a=T4+0.5626min·SF=（9654+0.5626×49.67）×0.9=242.27 N/m

46、m2max=PPRLAtop=38.395×10315.92×3.144=193.47N/mm2要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏，抽油杆的最大应力max不应超过许用最大应力a。即maxa另外，在抽油杆柱设计及应力分析中常采用应力范围比Rs，即Rs=max-mina-min=193.47-49.67242.27-49.67=0.75合理的抽油杆柱组合比例不仅应保证各级抽油杆的Rs<1，而且各级杆顶部界面的Rs值应该比较接近。同时，为了有效地使用抽油杆，一般要求0.5<Rs<1。因而抽油杆柱校核准确，S=2.67m，N=9次/min ，Dp=44.45mm满足要求

47、。6.4当选用S=2m ,N=12次/min，(Dp=44.45mm)时各参数计算6.4.1计算基本参数（1）查表得抽油杆柱的qr=2.12kg/m，Fc=1.15（2）计算F0的值。F0=4Dp2·Lp·1×9.8×10-6F0=4×44.452×1097.9×1.0×9.8×10-6=16.69 KN（3）计算Kr、Er及Et的值：Kr=F00.2×S =16.690.2×2=41.73KN/m Er=(1/Kr)/(Lp·10-3)=0.022 mm/(KN·

48、m)At=Dto2-Dti24=7.32-6.224=11.66×10-4m2Et=1EAt=12.06×1011×11.66×10-4=0.00416 mm/(kN.m)6.4.2计算无因次变量（1）1/Kr=141.73=0.024m/KN(2)SKr=S/(1/Kr)=20.024=83.33KN(3)F0SKr=16.6983.33=0.20（4）N/N0=N15a/L =1215×4980/1097.9=0.176（5）N/N0= N/(N0Fc)=1268.04×1.150.153(6)1/ Kt=Et×L=0.

49、00416×1097.9=0.0046m/KN6.4.3计算抽汲工况指标（1）求柱塞冲程。由图查得：（SpS）=0.83Sp=SpSs-F0Kr=0.83×2-16.69×0.0046=1.583m（2）求泵排量PD=0.1131×SpND2=0.1131×1.583×12×4.4452=42.45 m3/d由于设计的产量为40m3/d，而通过参数计算出的泵排量为42.45m3/d，满足相对误差小于10%的要求6.4.4确定无因次参数（1）Wr=qr×L×9.8×10-3=2.12×1

50、097.9×9.8×10-3=22.810KN（2）Wrf=Wr×(1-ls) =22.81×(1-9527850)=20.044KN（3）Wrf/（ SKr）=20.04483.33=0.241由图7-6至图7-11查得无因次参数如下：（1）F1/（ SKr）=0.30（2）F2/（ SKr）=0.10（3）2T/（ S2Kr）=0.24（4）F3/（ SKr）=0.20（5）C=3%（6）Ta=1+Wrf/（ SKr）-0.3×10C=1+(0.241-0.3)×0.5=0.9716.4.5求工作特性参数（1）求最大载荷由图查得F

51、1SKr=0.30，则：PPRL=Wrf+F1SKrSKr=20.044+0.3×83.33=45.043KN（2）求最小载荷。由图查得F2SKr=0.10，则：MPRL=Wrf-F2SKrSKr=20.044-0.1×83.33=11.711KN（3）求最大扭矩。由图查得（2TS2Kr）=0.24。由图根据F0SKr=0.20和N/N0=0.153查的调整百分数为3%。由%利用式得Ta=97.1%。PT=（2TS2Kr)×SKr×S/2×Ta =0.24×83.33×2/2×0.971=19.419KN·m（4）求光杆功率。由图查得F3SKr=0.20，则PRHP=F3SKr×SKr×S×N60000=0.2×83.33×103×2×1260000=6.67kW（5）求有效平衡值。CBE=1.06Wrf+12F0=1.06×（20.044+12×16.69）=30.092KN6.4.6抽油杆强度校核在抽