常规有杆泵采油4

1、1 l 抽油装置及泵的工作原理抽油装置及泵的工作原理 l 抽油机悬点运动规律及悬点载荷抽油机悬点运动规律及悬点载荷 l 抽油机平衡、扭矩及功率计算抽油机平衡、扭矩及功率计算 l 泵效计算泵效计算 l 有杆抽油系统设计有杆抽油系统设计 l 有杆抽油系统工况分析有杆抽油系统工况分析 l 附录附录a api rp 11la api rp 11l2 有杆泵采油典型特点：有杆泵采油典型特点： 地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。(1)(1) 常规有杆泵采油：常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。给

2、井下柱塞泵。(2)(2) 地面驱动螺杆泵采油：地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。杆传递给井下螺杆泵。有杆泵采油分类：有杆泵采油分类： 常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有大约有80%80%以上的油井采油采用该举升方式。以上的油井采油采用该举升方式。3 一、抽油装置一、抽油装置抽油机抽油机抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵其它附件其它附件设设备备组组成成三抽设备三抽设备4 一、抽油装置一、抽油装置抽油机抽油机抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵其它附件其它附件设设备备组组成成抽油过程介绍抽油过程

3、介绍 三抽设备三抽设备6 工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。( (一一) )抽油机抽油机 有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。两种。游梁式抽油机组成游梁式抽油机组成 游梁游梁- -

4、连杆连杆- -曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置工作原理工作原理 游梁式抽油机分类游梁式抽油机分类 后置式和前置式后置式和前置式游梁游梁连杆连杆曲柄机构曲柄机构减速箱减速箱动动力力设设备备辅辅助助装装置置7 运动规律运动规律不同不同后置式上、后置式上、下冲程的时间基本相等；前下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。置式上冲程较下冲程慢。 后置式抽油机结构简图后置式抽油机结构简图 前置式气动平衡抽油机结构简图前置式气动平衡抽油机结构简图游梁和连杆的游梁和连杆的连接位置连接位置不同。不同。不同点：不同点：平衡方式平衡方式不同不同后置式多采用后置式多采用机

5、械平衡；前置式多采用气动平机械平衡；前置式多采用气动平衡。衡。 8 新型抽油机：新型抽油机：为了节能和加大冲程。为了节能和加大冲程。异相型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机 异形游梁式抽油机异形游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机链条式抽油机宽宽带传动抽油机带传动抽油机液压抽油机液压抽油机节能节能加大冲程加大冲程9 常规型游梁式抽油机常规型游梁式抽油机异型游梁式抽油机异型游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机调径变矩游梁式抽油机调径变矩游梁式抽油机10 链条式抽油机链条式抽油机皮带式抽油机皮带式抽油机11 链传式抽油机链传式抽油机天轮式抽油机天轮式抽油机直线往

6、复式抽油机直线往复式抽油机图31 有杆泵抽油系统示意图 结构：驴头为圆弧形，并以支座的支点为圆心，作圆弧运动，保证光杆始终与驴头相切，使其抽油杆作上下往复直线运动。 冲程的调节，是移动曲柄上的孔眼。 冲数的调节，是靠更换皮带轮的大小。 曲柄每分钟旋转的圈数，正好与抽油机的冲数相同。 曲柄旋转的方向为顺时针方向。（3）异相型抽油机（如图3-4）其结构特点是：使曲柄中心轴承与连杆和游梁的连接销(横梁轴)不在一条垂线上；使曲柄平衡重的中心线与曲柄中心线之间有一相位角。 其结构就导致了曲柄上冲程转角大于190。,下冲程小于170。，使上冲程驴头悬点运动速度较下冲程慢，相应地降低了上冲程悬点的加速度，从

7、而降低了上冲程悬点的惯性载荷。优点：可减小光杆最大负荷10，因而能延长抽油杆的寿命，还能节省电力10左右。 减速器额定扭矩,kn.m 光杆最大冲程,m 额定悬点载荷,10kn4.游梁式抽油机的规格和型号(1)游梁式抽油机规格代号表示法：例如：某游梁式抽油机，规格代号为4-1.5-9,表示该抽油机的额定悬点载荷为40kn，光杆最大冲程为1.5m，减速器额定扭矩为9kn.m。eg：cyj10-3-53b常规型游梁式抽油机，额定悬点载荷为100kn，光杆最大冲程为3m，减速器额定扭矩为53kn.m，抽油机的平衡方式为曲柄平衡。y 游梁平衡b 曲柄平衡f 复合平衡q 气动平衡cyj 常规型cyjq 前

8、置型cyjy 异相型平衡方式抽油机类型代号19 游梁式抽油机系列型号表示方法游梁式抽油机系列型号表示方法cyj 12cyj 123.33.370(h) f(y70(h) f(y，b b，q)q)游梁式抽油机系列代号游梁式抽油机系列代号cyj-cyj-常规型常规型cyjq-cyjq-前置型前置型cyjy-cyjy-异相型异相型悬点最大载荷，悬点最大载荷，10 kn10 kn光杆最大冲程，光杆最大冲程，m m减速箱曲柄轴最大允许扭矩减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kn.m,kn.m减速箱齿轮形代号，减速箱齿轮形代号，h h为点啮合双为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方

9、式代号平衡方式代号f f：复合平衡：复合平衡y y：游梁平衡：游梁平衡b b：曲柄平衡：曲柄平衡q q：气动平衡：气动平衡20 (2)(2)抽油泵：抽油泵：机械能转化为流体压能的设备机械能转化为流体压能的设备工作筒工作筒( (外筒和衬套外筒和衬套) )、柱塞及游动阀、柱塞及游动阀( (排出排出阀阀) )和固定阀和固定阀( (吸入阀吸入阀) )按照抽油泵在油管中的按照抽油泵在油管中的固定方式固定方式可分为：管式泵和杆式泵可分为：管式泵和杆式泵主要组成：主要组成：分类：分类：按照抽油泵按照抽油泵性能特点性能特点可分为：常规泵、防砂泵、防气泵、可分为：常规泵、防砂泵、防气泵、 抽稠泵等等抽稠泵等等工

10、作筒工作筒 ( (外筒和衬套外筒和衬套) )柱塞柱塞固定阀固定阀 ( (吸入阀吸入阀) )游动阀游动阀 ( (排出阀排出阀) )21 a-a-管式泵管式泵 b-b-杆式泵杆式泵管式泵：管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。管式泵特点管式泵特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大

11、，产量较高的油井。杆式泵：杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度管预定深度( (下泵深度下泵深度) )上的卡簧固定在油管上，上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。检泵时不需要起油管。杆式泵特点：杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。上压紧接箍上压紧接箍上游动凡尔上游动凡尔衬套衬套活塞活塞泵筒泵筒下游动凡尔下游动凡尔加长短节加长短

12、节固定凡尔固定凡尔下压紧节箍下压紧节箍上下管式泵结构图管式泵实物图管式泵实物图泵体连接固定凡尔4. 管式泵和杆式泵的比较，如表3-2。表表3-2 管式泵与杆式泵比较管式泵与杆式泵比较泵 的类型泵工作原理优点缺点管 式泵结构简单,维修方便 在 相同 油管 内可下入较大的泵,适应高产井检 泵 时必 须起 油管杆式泵相同检泵时,不需起油管适应于深井结构较复杂,在相同油管内,允许下入的泵径较小5. 抽油泵的型号表示法cyb 加长短节长度,m 柱塞长度,m 泵筒长度,m 定位部件型式 定位部位 泵筒型式 抽油泵型式:r杆式泵; t管式泵 公称直径, mm 抽油泵代号c-皮碗式m-机械式a-定筒式,顶部定

13、位b-定筒式,底部定位c-动筒式,底部定位h 厚壁泵筒l 组合泵筒w 薄壁泵筒 薄壁泵筒p - 厚壁泵筒金属柱塞泵软密封柱塞泵定位部件型式定位部位泵筒型式27 (3)(3)抽油杆：抽油杆： 能量传递工具。能量传递工具。1-1-外螺纹接头；外螺纹接头； 2-2-卸荷槽；卸荷槽； 3-3-推承面台肩；推承面台肩； 4-4-扳手方径；扳手方径； 5-5-凸缘；凸缘； 6-6-圆弧过渡区圆弧过渡区28 抽油杆的杆体直径抽油杆的杆体直径分别为分别为1313、1616、1919、2222、2525、28mm28mm，抽油杆的长度抽油杆的长度一般为一般为8000mm8000mm或或7620mm7620mm，

14、另外，为了调节抽油杆，另外，为了调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。接箍接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。普通接箍：普通接箍：连接等直径的抽油杆连接等直径的抽油杆异径接箍：异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆用于连接不同直径的抽油杆特种接箍：特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。井中降低抽油杆柱

15、与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。扶正器扶正器抽油杆的强度：抽油杆的强度：c c级杆级杆(570mpa)(570mpa)、d d级杆级杆(810mpa)(810mpa)29 超高强度抽油杆超高强度抽油杆玻璃钢抽油杆玻璃钢抽油杆空心抽油杆空心抽油杆电热抽油杆电热抽油杆连续抽油杆连续抽油杆柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆特特种种抽抽油油杆杆井口装置及辅助设备井口装置及辅助设备1.井口装置如图3-11井口装置由套、油管三通，盘根盒、套管闸门、生产闸门、套压表和油压表等组成。1)连接套管、悬挂油管，承受井内生产和作业管柱的载荷。2)密封油、套管环形空间，控制套管气。3）控制油管

16、内的油、气，引导油、气进入出油管线。4)保证洗井、冲砂、酸化、压裂等井下作业的顺利进行。5)录取油压、套压资料。6)取井口油样，测井内液面、压力资料等。2.悬绳器 作用：连接光杆和驴头，承受抽油时的工作载荷； 为动力仪测示功图时提供光杆载荷。图312 悬绳器结构图1垫板；2销；3内套管；4下盘；5顶丝；6弹簧圈；7钢丝紧固器；8上盘；9钢丝绳；10特制螺帽；11光杆紧固器；12弹簧圈图313 井口盘根盒结构图1弹簧座；2弹簧；3下压帽；4胶皮盘根；5盘根盒；6上压帽；7盘根帽；8撬杆；9装机油；10光杆3.盘根盒（又叫光杆密封装置）其作用是密封光杆与油管之间的环形空间，防止井口漏油。4.泄油器

17、泄油泄油器泄油活塞活塞主体主体销钉销钉密封垫密封垫抽油杆抽油杆销钉式泄油器销钉式泄油器投投20-80m抽油杆，油管抽油杆，油管液面下降后再起液面下降后再起4.泄油器泄油器是抽油泵的一种配套设备。在油井(起管柱)作业时，使油管和油套管环空连通，将油管内的液体释放到井筒内，使起出的管柱内不带井液。图315 泄油器总成1垫圈；2接箍；3套筒凡尔；4密封圈；5短节；6接头；7开泄爪；8弹簧；9剪钉；10销子安装时，将泄油器接在泵上面的第一根油管接箍处。在泵正常工作状态下套筒凡尔在油管内处于密封状态的位置。开泄器连在活塞拉杆上。下抽油杆时，开泄器的爪子压缩扭簧而通过套筒凡尔。起抽油杆时，开泄器的爪子顶着

18、套筒凡尔的下台肩并将其拉至上台肩，使短节上的泄油孔外露，从而使油、套管连通，达到泄油目的。抽油杆继续上提，开泄爪剪断销钉，便可起出抽油杆柱。35 ( (一一) )泵的抽汲过程泵的抽汲过程 抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力和自重作用而关闭。阀受管内液柱压力和自重作用而关闭。泵吸入的条件：泵吸入的条件： 泵内压力泵内压力( (吸入压力吸入压力) )低于沉没压力。低于沉没压力。上冲程上冲程（1 1）上冲程）上冲程 泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力( (沉没压力沉没压力) )与泵内压力之差的作用下被

19、打开。与泵内压力之差的作用下被打开。 泵内吸入液体、井口排出液体。泵内吸入液体、井口排出液体。36 下冲程下冲程（2 2）下冲程）下冲程 柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件：泵排出的条件： 泵内压力泵内压力( (排出压力排出压力) )高于柱塞以上的液柱压力。高于柱塞以上的液柱压力。 柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。成进油与排油的过程。 光杆冲程光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。光杆从上死点到下死点的距离。 泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压泵内压力增加，当泵内压力大

20、于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。力时，游动阀被顶开。 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。排出液体。37 （二（二) )泵的理论排量泵的理论排量 泵的工作过程泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即是由三个基本环节所组成，即柱塞在柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵泵内让出容积，井内液体进泵和和从泵内排出井内液体。从泵内排出井内液体。 sfvp 在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：体积都等于柱塞让出的体积： snfvpm每分钟的排量为：每分钟的排量为： snks

21、nfqppt1440每日排量每日排量: :泵的理论排量泵的理论排量冲次：一分钟的时冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与间内抽油泵吸入与排出的周期数。排出的周期数。38 )cos1 ()cos1 (trrsb一、抽油机悬点运动规律一、抽油机悬点运动规律( (一一) )简化为简谐运动时悬点运动规律简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：假设条件：r/lr/l 0 0、r/br/b 0 0 抽油机四连杆机构简图抽油机四连杆机构简图 游梁和连杆的连接点游梁和连杆的连接点b b的运动可看做的运动可看做简谐运动简谐运动，即认为，即认为b b点的运动规律和点的运动规律和d d点点做圆运动时在垂直中心线上的投影做圆

22、运动时在垂直中心线上的投影(c(c点点) )的运动规律相同。的运动规律相同。则则b b点经过点经过t t时间时间( (曲柄转角曲柄转角)时位移为：时位移为：rcosr39 ( (二二) )简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：假设条件：0r/l0r/l1/4 1/4 把把b b点绕游梁支点的弧线运动近似地看做点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。块运动。 曲柄滑块机构简图曲柄滑块机构简图a a点加速度点加速度: :bardtdvwaa)2cos(cos2a a点位移：点位移：b

23、arsa)sin2cos1 (2a a点速度点速度: : bardtdsvaa)2sin2(sin40 悬点速度变化曲线悬点速度变化曲线 1-1-按简谐运动计算；按简谐运动计算；2-2-精确计精确计算；算；3-3-按曲柄滑块机构计算按曲柄滑块机构计算悬点加速度变化曲线悬点加速度变化曲线 1-1-按简谐运动计算；按简谐运动计算；2-2-精确计精确计算；算；3-3-按曲柄滑块机构计算按曲柄滑块机构计算41 ( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷静载荷静载荷动载荷动载荷42 pcpt上冲上冲程程地层地层动液面动液面outpakeintpinpjppinrpoutlfp)ff(pfghffp

24、lv22322)(1029. 71snffopl液柱的惯性力和振动力液柱的惯性力和振动力 静载静载荷荷 动载荷动载荷杆柱惯性力和振动力杆柱惯性力和振动力抽油杆柱重力抽油杆柱重力抽油杆柱下端面承受的液体抽油杆柱下端面承受的液体作用力作用力 泵柱塞与衬套间的摩擦力泵柱塞与衬套间的摩擦力 杆管摩擦力杆管摩擦力管液摩擦力管液摩擦力 多级抽油杆柱接合处承受的液多级抽油杆柱接合处承受的液体作用力体作用力( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷glqglffrsrrrjrjfpf14094.0eppddfnffrt3 . 1/ffrltl43 下冲程下冲程pcpt地层地层动液面动液面outpakei

25、ntp静载荷静载荷动载荷动载荷抽油杆柱惯性力和振动力抽油杆柱惯性力和振动力抽油杆柱重力抽油杆柱重力泵柱塞与衬套间的摩擦力泵柱塞与衬套间的摩擦力抽油杆柱下端面承受液体抽油杆柱下端面承受液体压强所产生的力压强所产生的力 多级抽油杆柱接合处承受液多级抽油杆柱接合处承受液体压强所产生的力体压强所产生的力流体通过游动阀孔所产生的力流体通过游动阀孔所产生的力 杆管摩擦力杆管摩擦力( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷rmoutlfpf 杆液摩擦力杆液摩擦力 22o3p2l2lv)sn(ff1029. 71fmax222) 1(ln) 1(12mmmmlfrl44 惯性载荷惯性载荷( (忽略杆液弹

26、性影响忽略杆液弹性影响) )： 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷45 arrwgwi 抽油杆柱抽油杆柱的惯性力：的惯性力：allwgwi 液柱液柱的惯性力：的惯性力：rtfrpffff 为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数 上冲程上冲程: :前半冲程前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而而增加增加悬点载荷；悬点载荷；后

27、半冲程后半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而力向上，从而减小减小悬点载荷。悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程下冲程: :与上冲程相反，与上冲程相反，前半冲程前半冲程惯性力向上，惯性力向上，减小减小悬点载荷；悬点载荷；后后半冲程半冲程惯性力向下，将惯性力向下，将增大增大悬点载荷。悬点载荷。( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷上冲程上冲程下冲程下冲程46 抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷 lrnswlrnsgwlrsgwirrrru13021

28、302)1 (2222上冲程：上冲程：14402snwirru取取r/lr/l=1/4=1/4时，时，)1 (1790)1 (222lrsnwlrsgwirrrd下冲程：下冲程：液柱引起的悬点最大惯性载荷液柱引起的悬点最大惯性载荷 lrsnwlrsgwilllu11790)1 (222上冲程：上冲程：下冲程下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷悬点最大惯性载荷悬点最大惯性载荷 luruuiii上冲程：上冲程：rddii 下冲程：下冲程：( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷47 振动载荷：振动载荷： 抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运

29、动和抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽抽油杆柱的长度油杆柱的长度、载荷变化周期载荷变化周期及及抽油机结构抽油机结构有关。有关。 ( (在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍) )( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷48 vuiutlrtprjlrmaxfffffffffvdidrtrlvprjlrminffffffffff( (

30、二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷1.1.计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：思考题思考题1 1：分析课堂所介绍的悬点载荷计算方法与教材所介绍的：分析课堂所介绍的悬点载荷计算方法与教材所介绍的悬点载荷计算方法的相同点和不同点。悬点载荷计算方法的相同点和不同点。49 2.2.考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算 初变形期之后，抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动。在此过初变形期之后，抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动

31、。在此过程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外，还会在抽油杆柱上程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外，还会在抽油杆柱上引起引起动载荷动载荷。初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振产生的振动初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振产生的振动载荷载荷初变形期初变形期：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。抽油杆柱做变速运动所产生的惯性载荷抽油杆柱做变速运动所产生的惯性载荷动动载载荷荷忽略液柱对抽油杆柱动载荷的影响忽略液柱对抽油杆柱动载荷的影响( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷抽油杆和油管弹性伸缩示意图抽油杆和油管弹性伸缩示意图50 抽油杆柱

32、自由纵振产生的振动载荷抽油杆柱自由纵振产生的振动载荷( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷51 抽油杆柱的惯性载荷抽油杆柱的惯性载荷 惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量、悬点加速度及其在杆惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量、悬点加速度及其在杆柱上的分布。悬点加速度的变化决定于抽油机的几何结构。柱上的分布。悬点加速度的变化决定于抽油机的几何结构。tsacos220简谐运动时，悬点加速度为：简谐运动时，悬点加速度为：)(cos22axtsax抽油杆柱距悬点抽油杆柱距悬点x x处的加速度为：处的加速度为： 初变形期之后抽油杆柱随悬点做变速运动，必然会由于强迫运初变形期之后抽油杆柱随悬点

33、做变速运动，必然会由于强迫运动而在抽油杆柱内产生附加的动载荷。为了使问题简化，动而在抽油杆柱内产生附加的动载荷。为了使问题简化，把强迫运把强迫运动产生的动载荷只考虑为抽油杆柱随悬点做加速度运动而产生的惯动产生的动载荷只考虑为抽油杆柱随悬点做加速度运动而产生的惯性载荷性载荷。( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷52 sinsin2) 12sin() 12() 1(8000202alttttsaeftnnaefwwffwwprnnrlrivlrsin)(sin200maxtaltsaefaefwwprrlr悬点最大载荷悬点最大载荷 初变形期后，悬点载荷初变形期后，悬点载荷p p是抽

34、油杆柱载荷、液柱载荷、及振动、是抽油杆柱载荷、液柱载荷、及振动、惯性载荷叠加而成，即惯性载荷叠加而成，即: :t t0 0为初变形期经历的时间为初变形期经历的时间 取最大振动载荷出现的时间为悬点出现最大载荷的时间取最大振动载荷出现的时间为悬点出现最大载荷的时间, ,则得到计则得到计算悬点最大载荷的公式：算悬点最大载荷的公式：alt02( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷53 0sin2sin2tssrr)sin(2maxalsaefwwprrlra.a.油管下端固定油管下端固定 在油管下端固定的情况下，初变形期末柱塞对悬点的相对运在油管下端固定的情况下，初变形期末柱塞对悬点的相

35、对运动速度等于悬点运动速度，即动速度等于悬点运动速度，即油管下端固定时悬点最大载荷为：油管下端固定时悬点最大载荷为：b.b.油管下端未固定油管下端未固定初变形期末悬点运动速度：初变形期末悬点运动速度：sin2s初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度将小于悬点运动速度，并且：初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度将小于悬点运动速度，并且：sin2.ssin)1 ()sin(2maxalsaefwwprlr油管下端未固定时悬点最大载荷为：油管下端未固定时悬点最大载荷为：( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷54 3.3.计算悬点最大载荷的其它公式计算悬点最大载荷的其它公式1371maxsnw

36、wplri179012maxsnwwplrii)1 (17902maxlrsnbwwprliii)17901 (2maxsnwwprliv)17901)(2maxsnwwplrv一般井深及低冲数油井一般井深及低冲数油井简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷55 一、抽油机平衡计算一、抽油机平衡计算不平衡原因不平衡原因 不平衡造成的后果不平衡造成的后果 上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的上下冲程中悬点载荷不同

37、，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。功不相等。上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机运转，造成运转，造成功率的浪费功率的浪费，降低电动机的效率和寿命；，降低电动机的效率和寿命； 由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响抽油抽油装置的寿命。装置的寿命。 破坏曲柄旋转速度的破坏曲柄旋转速度的均匀性均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。，影响抽油杆和泵正常工作。56 ( (一一) )平衡原理平衡原理 在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量来在下冲程中把能量储存

38、起来，在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。 所以，为了使抽油机平衡，在所以，为了使抽油机平衡，在下冲程中需要储存的能量下冲程中需要储存的能量或或上上冲程中需要释放的能量冲程中需要释放的能量应该是悬点载荷在上下冲程中所做功之和应该是悬点载荷在上下冲程中所做功之和的一半。的一半。下冲程：下冲程：dwmdaaa上冲程：上冲程：wumuaaa平衡条件：平衡条件：mumdaa2duwaaa57 ( (二二) )平衡方式平衡方式气动平衡气动平衡机械平衡机械平衡游梁平衡：游梁平衡：游梁尾部加平衡重；游梁尾部

39、加平衡重；曲柄平衡曲柄平衡( (旋转平衡旋转平衡) )：平衡块加在曲柄上；平衡块加在曲柄上；复合平衡复合平衡( (混合平衡混合平衡) )：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。游梁尾部和曲柄上都有平衡重。(1) (1) 气包内的气体压缩与膨胀气包内的气体压缩与膨胀(2) (2) 多用于大型抽油机；多用于大型抽油机；(3) (3) 节约钢材；节约钢材；(4) (4) 改善抽油机受力状况；改善抽油机受力状况；(5) (5) 加工质量要求高加工质量要求高( (如气包的密封性等如气包的密封性等) )。58 ( (三三) ) 平衡计算平衡计算1)1)复合平衡复合平衡cbcccbbuccblrwwrwrbcwxwr

40、bawwr2平衡半径公式平衡半径公式: :复合平衡复合平衡swwaaalrduw22bars222lrwwwbaraucbcccbwxwbcrwrrwa22259 2)2)曲柄平衡曲柄平衡平衡半径公式：平衡半径公式：cbcccbubcblrwwrwxrwrbawwr2曲柄平衡曲柄平衡3)3)游梁平衡游梁平衡ucrbxcawww)2(1达到平衡所需要的游梁平衡块重达到平衡所需要的游梁平衡块重: : 游梁平衡游梁平衡60 ( (四四) )抽油机平衡检验方法抽油机平衡检验方法1)1)测量驴头上、下冲程的时间测量驴头上、下冲程的时间 平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。平衡条件下上、下冲程所用的时

41、间基本相等。 如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。2)2)测量上、下冲程中的电流测量上、下冲程中的电流 平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。 如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。61 ( (一一) )电动机功率计算电动机功率计算 电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽油设电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽油设备与油层生产能力。备与油层生产能力。a.a.负荷是脉冲的，而且变化大；负荷是脉冲的，而且变化大；游梁式抽油装置的特

42、点：游梁式抽油装置的特点： 目前国产抽油机所选配的电动机大多是目前国产抽油机所选配的电动机大多是高起动转矩系列的三相高起动转矩系列的三相异步封闭式鼠笼型电动机。异步封闭式鼠笼型电动机。b.b.启动条件困难，要求有大的启动转矩；启动条件困难，要求有大的启动转矩；c.c.所用的电动机功率不太大，但总的数量大；所用的电动机功率不太大，但总的数量大；d.d.在露天工作，要求电动机维护简单、工作可靠。在露天工作，要求电动机维护简单、工作可靠。62 9549nmnem)(2iiemm9549mnnm电动机功率与曲柄轴上的扭矩关系式为：电动机功率与曲柄轴上的扭矩关系式为： 由于抽油机悬点载荷是变化的，所以电

43、动机功率与传到曲柄由于抽油机悬点载荷是变化的，所以电动机功率与传到曲柄轴上的扭矩也是变化的，因此在变负荷条件下，电动机选择的一轴上的扭矩也是变化的，因此在变负荷条件下，电动机选择的一般是根据扭矩的变化规律，按等值扭矩来计算，即：般是根据扭矩的变化规律，按等值扭矩来计算，即：等值扭矩等值扭矩me ：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，使：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，使其电动机的发热条件相同，则此固定扭矩即为实际变化的扭矩的其电动机的发热条件相同，则此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。等值扭矩。63 8640086400lgqqlghpllh（二）抽油效率计算（二）抽油效率

44、计算100060snwhplpr(3) (3) 光杆功率计算的近似计算：光杆功率计算的近似计算：水力功率：水力功率：在一定时间内将一定量的液体提升一定距离所需要在一定时间内将一定量的液体提升一定距离所需要的功率。的功率。光杆功率：光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。100060100lasnchppr(1) (1) 根据实测示功图准确计算：根据实测示功图准确计算：(2) (2) 根据示功图绘制扭矩曲线准确计算光杆平均功率。根据示功图绘制扭矩曲线准确计算光杆平均功率。64 mprnhp地面地面效率：地面效率：电动机效率电动机效率皮

45、带和减速箱效率皮带和减速箱效率四连杆机构效率四连杆机构效率盘根盒效率盘根盒效率抽油杆效率抽油杆效率抽油泵效率抽油泵效率管柱效率管柱效率prhhphp井下井下效率：井下效率：mhnhp井下地面抽油抽油效率：抽油效率：65 提高抽油机井生产系统效率和管理水平提高抽油机井生产系统效率和管理水平是当前经济条件下油田生产的重要研究课题。是当前经济条件下油田生产的重要研究课题。 (1) (1)能量传递与转化的过程能量传递与转化的过程 (2)(2)在能量传递和转化的每一环节均会产在能量传递和转化的每一环节均会产生能量损失。生能量损失。 地面部分：地面部分：电动机、皮带和减速箱、电动机、皮带和减速箱、四连杆机

46、构四连杆机构 井下部分：井下部分： 盘根盒、抽油杆、抽油泵盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱和管柱以悬绳以悬绳器为界器为界抽油机井系统效率分析（专题）抽油机井系统效率分析（专题）66 目前我国抽油机井生产系统效率较低，平均在效率为目前我国抽油机井生产系统效率较低，平均在效率为20%20%左右。左右。 抽油机井井数多，抽油机井井数多，5 510104 4口左右。口左右。 通过优化设计抽油机井生产系统的工作制度、选择合理的生产设备、通过优化设计抽油机井生产系统的工作制度、选择合理的生产设备、提高油井的管理水平来提高抽油机井系统效率不仅可以节约大量的能源，提高油井的管理水平来提高抽油机井系统效率不仅可以节

47、约大量的能源，降低生产成本，而且还能缓解国家用电紧张状况，具有良好的经济效益和降低生产成本，而且还能缓解国家用电紧张状况，具有良好的经济效益和社会效益。社会效益。抽油机井系统效率分析（专题）抽油机井系统效率分析（专题）67 技术装备水平技术装备水平。高水平和好性能的技术装备是提高抽油机井生产系高水平和好性能的技术装备是提高抽油机井生产系统效率的重要基础。要想从根本上解决抽油机井系统效率低的问题，统效率的重要基础。要想从根本上解决抽油机井系统效率低的问题，就应采用较先进的、节能型的技术装备。就应采用较先进的、节能型的技术装备。 抽油机井生产系统优化设计水平抽油机井生产系统优化设计水平。它是提高抽

48、油机井系统效率的技它是提高抽油机井系统效率的技术依托。在一定油井条件和设备条件下，优化生产系统的工作制度，术依托。在一定油井条件和设备条件下，优化生产系统的工作制度，将在一定程度上提高抽油设备的运行效率和油井的生产效率。将在一定程度上提高抽油设备的运行效率和油井的生产效率。 管理水平管理水平。高的管理水平是提高抽油机井生产系统效率的必要条件。高的管理水平是提高抽油机井生产系统效率的必要条件。及时准确地分析油井及其设备的工作状况、调整工作制度等，都会及时准确地分析油井及其设备的工作状况、调整工作制度等，都会影响抽油机井的系统效率。影响抽油机井的系统效率。 抽油机井系统效率与油田本身的条件有密切的

49、关系。在油井条件抽油机井系统效率与油田本身的条件有密切的关系。在油井条件一定的情况下，抽油机井的系统效率主要受到以下三种因素的影响：一定的情况下，抽油机井的系统效率主要受到以下三种因素的影响：抽油机井系统效率分析（专题）抽油机井系统效率分析（专题）68 常规有杆抽油系统采油是通过抽油设备将地面的电能转常规有杆抽油系统采油是通过抽油设备将地面的电能转化、传递给井筒中的生产流体，从而将其举升至地面的采油化、传递给井筒中的生产流体，从而将其举升至地面的采油方式。整个系统的工作实质上就是能量不断传递和转化的过方式。整个系统的工作实质上就是能量不断传递和转化的过程，在能量的每一次传递和转化时都会有一定的

50、能量损失。程，在能量的每一次传递和转化时都会有一定的能量损失。从地面供入系统提供的能量扣除系统中的各种损失，就是系从地面供入系统提供的能量扣除系统中的各种损失，就是系统给井筒流体的有效能量，其与系统输入的能量之比即为统给井筒流体的有效能量，其与系统输入的能量之比即为抽抽油机井的系统效率油机井的系统效率。显然，无论是节能还是提高经济效益，。显然，无论是节能还是提高经济效益，都要求常规有杆抽油系统有较高的系统效率。都要求常规有杆抽油系统有较高的系统效率。一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识69 1.1.定义定义 （1 1）有杆抽油系统）有杆抽油系统 包括原动机、抽油机、抽油杆、抽油泵、

51、井下管柱和井口装置包括原动机、抽油机、抽油杆、抽油泵、井下管柱和井口装置以及油层供液系统。以及油层供液系统。 （2 2）抽油机的输入功率（）抽油机的输入功率（p p入入） 拖动抽油机的电动机输入功率为抽油机的输入功率。拖动抽油机的电动机输入功率为抽油机的输入功率。 （3 3）抽油机的光杆功率（）抽油机的光杆功率（p p光光） 提升液体和克服井下各种阻力消耗的功率为抽油机的光杆功率。提升液体和克服井下各种阻力消耗的功率为抽油机的光杆功率。 （4 4）抽油机系统的有效功率（）抽油机系统的有效功率（p p水水） 将井下液体提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水力功率将井下液体提升到地面所需要的功率

52、叫有效功率，也叫水力功率一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识70 2.2.效率分解效率分解 抽油机系统的效率分为两部分，即抽油机系统的效率分为两部分，即地面效率地面效率和和井下效率井下效率。以。以光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积为积为地面效率地面效率；悬绳器以下到抽油泵为；悬绳器以下到抽油泵为井下效率井下效率，即：，即：井地入光光水入水pppppp一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识71 地面部分的能量损失发生在电动机、皮带和减速箱、四地面部分的能量损失发生在电动机、皮带和减速箱、四连

53、杆机构中：连杆机构中：321kp/p入光地一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识四连杆机构效率四连杆机构效率皮带和减速箱效率皮带和减速箱效率电动机效率电动机效率有效载荷系数有效载荷系数2311k 为有效功系数：抽油机每一冲程所做的有效功与为有效功系数：抽油机每一冲程所做的有效功与抽油机上冲程时所做功的比值。抽油机上冲程时所做功的比值。72 7654p/p光水井 井下部分能量损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱井下部分能量损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱中，中，因此：因此：一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识73 787676565454pppppppp各个效率又分别表示为

54、：各个效率又分别表示为：式中式中 p5光杆经盘根盒后传给抽油杆的功率，光杆经盘根盒后传给抽油杆的功率，kw； p6抽油泵的输入功率，抽油泵的输入功率，kw； p7抽油泵的输出功率，抽油泵的输出功率，kw； p8有杆抽油系统的有效功率，即有杆抽油系统的有效功率，即p水水，kw。 一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识？74 为了确定为了确定、地地、井井及各部分效率及各部分效率i必须求得从电机必须求得从电机输入到抽油机系统输出的各部分功率输入到抽油机系统输出的各部分功率pi。7654321k井地一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识75 3.3.测试参量与测点测试参量与测点 （

55、1 1）电动机部分）电动机部分 电动机的测试参量有：电动机的测试参量有：有功功率、无功功率、电流、电压、电有功功率、无功功率、电流、电压、电机转速、电机输出扭矩等。机转速、电机输出扭矩等。 （2 2）皮带、减速箱部分）皮带、减速箱部分 皮带、减速箱应当分别测试，从而分别计算它们的效率。但由皮带、减速箱应当分别测试，从而分别计算它们的效率。但由于抽油机的结构原因，单独测试困难，将它们作为一个组件。测试于抽油机的结构原因，单独测试困难，将它们作为一个组件。测试参量有：参量有：输出轴扭矩、输出轴转速输出轴扭矩、输出轴转速一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识76 （3 3）光杆部分）光杆部

56、分 光杆的测试参数有：光杆的测试参数有：光杆载荷、光杆位移和光杆功率。光杆载荷、光杆位移和光杆功率。 （4 4）盘根盒）盘根盒 盘根盒的测试参数有：盘根盒的测试参数有：光杆与盘根盒的摩擦力、光杆运动速度。光杆与盘根盒的摩擦力、光杆运动速度。 （5 5）抽油杆部分）抽油杆部分 抽油杆的测试参数为：抽油杆的测试参数为：抽油杆在运动中的摩擦耗功（抽油杆在运动中的摩擦耗功（pp杆）。杆）。 一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识77 （6 6）抽油泵部分）抽油泵部分 抽油泵的测试参数有：抽油泵的测试参数有：抽油泵的实际产液量、泵的吸入压力、抽油泵的实际产液量、泵的吸入压力、抽油泵的排出压力。

57、抽油泵的排出压力。 （7 7）井下管柱部分）井下管柱部分 井下管柱的测试参数有：井下管柱的测试参数有：油井产量、油井动液面深度等。油井产量、油井动液面深度等。一、系统效率分析基础知识一、系统效率分析基础知识78 二、节能抽油设备与油井管理概述二、节能抽油设备与油井管理概述新型长冲程抽油机。新型长冲程抽油机。长冲程抽油机采用长冲程、低冲次抽油方长冲程抽油机采用长冲程、低冲次抽油方式，改善了抽油机的运动特性、动力特性和平衡特性，有利抽油式，改善了抽油机的运动特性、动力特性和平衡特性，有利抽油机井的地面效率和井下效率。如皮带抽油机和链条抽油机等。机井的地面效率和井下效率。如皮带抽油机和链条抽油机等。

58、 改进结构的抽油机。改进结构的抽油机。主要是通过对抽油机四杆机构的优化设计主要是通过对抽油机四杆机构的优化设计和抽油机平衡方式的完善来改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和抽油机平衡方式的完善来改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平坦，减少负扭矩，从而减小抽油机的周期载和大小，使其波动平坦，减少负扭矩，从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率，达到节能的目的。如异相曲柄荷系数，提高电动机的工作效率，达到节能的目的。如异相曲柄平衡抽油机、双驴头抽油机平衡抽油机、双驴头抽油机(又称异形机又称异形机)、二次平衡抽油机等。、二次平衡抽油机等。1.1.节能抽油设备概述节能抽油设备概述7

59、9 改变动力机的工作特性。改变动力机的工作特性。由于抽油机所用的动力机绝大部分由于抽油机所用的动力机绝大部分是电动机，所以改变动力机工作特性的主要办法是用高转差率是电动机，所以改变动力机工作特性的主要办法是用高转差率电动机（转差率电动机（转差率8%13%）和超高转差率电动机代替常规转差）和超高转差率电动机代替常规转差率电动机（转差率小于率电动机（转差率小于5%）。与普通电动机相比，在同样油井）。与普通电动机相比，在同样油井工况下，使用超高转差率电动机的电流和功率曲线平均值明显工况下，使用超高转差率电动机的电流和功率曲线平均值明显减小，曲线波动明显平坦。减小，曲线波动明显平坦。 增加抽油机的转动

60、惯量。增加抽油机的转动惯量。抽油机节能的另一个方法是增加抽抽油机节能的另一个方法是增加抽油机的转动惯量，充分发挥其动能均衡作用，降低电动机承受油机的转动惯量，充分发挥其动能均衡作用，降低电动机承受扭矩的波动量，达到节能的目的，如节能蓄能器。扭矩的波动量，达到节能的目的，如节能蓄能器。 其它。如电机调压节能技术、电机调速节能技术其它。如电机调压节能技术、电机调速节能技术二、节能抽油设备与油井管理概述二、节能抽油设备与油井管理概述80 开 始 油井生产数据、设备特性参数输入 解曲柄轴运动微分方程求曲柄旋转角速度 计算悬点速度、加速度 计算载荷扭矩和曲柄轴净扭矩 计算电机扭矩和电机转速 地面设备各部