第3章有杆泵采油3-1(20073)

1、2 2）图解法确定气举阀位置）图解法确定气举阀位置绘制静液压力梯度曲线和绘制静液压力梯度曲线和井下温度分布曲线；井下温度分布曲线；确定井口到注气点的最小油确定井口到注气点的最小油管力分布曲线；管力分布曲线； 计算计算顶部顶部阀阀的位置；的位置； 从顶部阀位置点向左作从顶部阀位置点向左作水平水平线线与最小油管压力线相交；与最小油管压力线相交； 图解法确定阀位置图解法确定阀位置顶部阀处注汽压力和顶部阀处注汽压力和管内油管管内油管压力压力，确定顶部阀嘴尺寸，确定顶部阀嘴尺寸； 五、气举井试井五、气举井试井气举井试井曲线气举井试井曲线气举井试井方法：通过改变气举井试井方法：通过改变注入气量注入气量来改

2、变油井产量，测得来改变油井产量，测得油井产量油井产量和相应的和相应的井底流压井底流压与与注入气量注入气量的对应关系，以确定的对应关系，以确定油井的工作条件和工作状况。油井的工作条件和工作状况。小小 结结(1) (1) 自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每一自喷井生产系统一般包括四个基本流动过程，每一过程遵循各自的流动规律。过程遵循各自的流动规律。(2) (2) 自喷井生产系统设计与分析采用节点系统分析方法，自喷井生产系统设计与分析采用节点系统分析方法，求解点的选择取决于需要解决的问题。求解点的选择取决于需要解决的问题。(3) (3) 为了保证自喷井生产的稳定性，对有油嘴系统的设为了保证自

3、喷井生产的稳定性，对有油嘴系统的设计要求嘴流达到临界流动条件。计要求嘴流达到临界流动条件。(4) (4) 自喷井生产系统设计的内容主要包括产量的预测、自喷井生产系统设计的内容主要包括产量的预测、油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷油嘴的选择、生产管柱的选择、出油管线的选择、停喷条件的预测等。条件的预测等。小 结深井泵深井泵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抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。过抽油杆传递给井下柱塞

4、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井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。动通过抽油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%以上的油井采用该举升方式。以上的油井采用该举升方式。游梁式抽油机链条式抽油机 常规有杆泵采油：常规有杆泵采油：地面驱动螺杆泵抽油装置示意图地面驱动螺杆泵抽油装置示意图定子定子转子转子 地面驱动螺杆泵采油：地面驱动螺杆泵采油：第一节 抽油装置及泵的工作原理一、抽油装置油油 层层井井 筒筒地地 面面抽

5、油机抽油机电动机电动机电力系统电力系统出油管线出油管线油气分离系统油气分离系统井筒流体井筒流体油管油管抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵井下附件井下附件系统研究的基础，系统研究的基础，也是工程与地质也是工程与地质的交叉点的交叉点1.1.抽油机抽油机 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。不不同同点：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械平衡机械平衡；前置式多采用前置式多采用气动平衡气动平衡。运动规律运动规律不同不同后置式上、下冲程的时间后置式上、下冲程的时间基本相等；前置式上冲

6、程较下冲程慢。基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。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皮皮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又称曲柄偏置式又称曲柄偏置式游梁抽油机，平游梁抽油机，平衡重中心线与曲衡重中心线与曲柄中心线有一柄中心线有一相相位角位角，使，使峰值扭峰值扭矩矩降低，使上冲降低，使上冲程较下冲程慢。程较下冲程慢。 异相型抽油机异相型抽油机平衡重中心线平衡重中心线曲柄中心线曲柄中心线减少悬点减少悬点惯性载

7、荷惯性载荷；克服了常规机对游梁克服了常规机对游梁最大摆角的限制最大摆角的限制，使，使抽油机能在不增大其抽油机能在不增大其自身尺寸的前提下实自身尺寸的前提下实现现长冲程长冲程。能够满足能够满足不同粘度原不同粘度原油开采油开采的需要。的需要。圆弧面的后驴头圆弧面的后驴头部分连杆用柔性索部分连杆用柔性索电机安在底座专用的滑轨上电机安在底座专用的滑轨上圆弧面的后驴头圆弧面的后驴头部分连杆用柔性索部分连杆用柔性索电机安在底座专用的滑轨上电机安在底座专用的滑轨上异形抽油机异形抽油机异形抽油机异形抽油机双驴头抽油机双驴头抽油机双驴头抽油机双驴头抽油机采用采用平衡配重的平衡配重的平衡方式平衡方式使平衡使平衡易

8、调且平衡效果易调且平衡效果好，在一定程度好，在一定程度上具有上具有节能节能效果，效果，属于节能型游梁属于节能型游梁式抽油机。式抽油机。双驴头抽油机双驴头抽油机链条式抽油机链条式抽油机动载荷小；动载荷小；采用气平衡，调平采用气平衡，调平衡方便；衡方便；冲程大；冲程大；机械效率高；机械效率高；节能效果好；节能效果好；占地面积小。占地面积小。钢丝绳寿命短；钢丝绳寿命短；轨迹链条和主轴销轨迹链条和主轴销容易折断。容易折断。天车轮 轨迹链条 主动链轮 平衡链轮 钢丝绳 除具有链条抽油除具有链条抽油机的优点外，由机的优点外，由于采用于采用高强度皮高强度皮带带代替钢丝绳，代替钢丝绳，使用寿命长、性使用寿命长

9、、性能好。能好。皮带皮带 平衡重平衡重 从动链轮从动链轮 主动链轮主动链轮 链条链条 皮带式抽油机皮带式抽油机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

10、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：气动平衡主要功能：主要功能：将机械能转化为流体将机械能转化为流体压能。压能。a.a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；一般要求一般要求b.b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长寿命长；c.c.规格类型能满足油井排液量的需要，规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强适应性强；d.d.便于起下；便于起下；e.e.结构上应考虑防砂、防气，并带

11、有必要的辅助设备。结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。2.2.抽油泵抽油泵工作筒工作筒( (外筒和衬套外筒和衬套) )、柱塞及游动阀、柱塞及游动阀( (排出阀排出阀) )和固定阀和固定阀( (吸入阀吸入阀) )按照抽油泵在油管中的固定方式按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：可分为：管式泵管式泵和和杆式泵杆式泵主要组成主要组成分类分类A-A-管式泵管式泵B-B-杆式泵杆式泵1-外螺纹接头；2-卸荷槽；3-推承面台肩；4-扳手方径；5-凸缘；6-圆弧过渡区主要功能主要功能：传递能量传递能量接箍接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件连接零件。按其结构。按其结构特征

12、可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。特征可分为：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：主要有主要有滚轮式滚轮式接箍和接箍和滚珠式滚珠式接箍，用于斜井或接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油普通油井中降低抽油杆杆柱与油柱与油管管之间的之间的摩擦力摩擦力，减少对油，减少对油管的磨损管的磨损扶正器扶正器特特种种抽抽油油杆杆二、泵的工作原理二、泵的工作原理冲次冲次: : 每分钟内完成冲程的次每分钟内完成冲程的次数，用数，用n n来表示。来表示。液柱载荷由油管转移到抽油杆上

13、液柱载荷由油管转移到抽油杆上下冲程下冲程液柱载荷由抽油杆转移到油管上液柱载荷由抽油杆转移到油管上2.2.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泵内让出容积，井内液体进泵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： SNkSNfQppt1440每日排量每日排量: :)cos1 ()cos1 (trrSB第

14、二节 抽油机悬点运动规律及载荷一、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的运动可看的运动可看做做简谐运动简谐运动，即认为，即认为B B点点的运动规的运动规律和律和D D点做圆运动时在垂直中心线点做圆运动时在垂直中心线上的投影上的投影( (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)时时位移为：位移为： 抽油机四连杆机构简图抽油机四连杆机构简图)cos1 (trbaSbaSBAt

15、rbadtdVWAAcos2A A点的加速度为点的加速度为: :trbadtdSVAAsinA A点的速度为点的速度为: : 简谐运动时悬点位移、速度、简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线加速度曲线以下死点为坐标零点，以下死点为坐标零点，向上为坐向上为坐标正方向标正方向，则悬点，则悬点A A的位移为：的位移为：( (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/0r/1/4 1/4 =r/=r/ 把把B B点绕游梁支点的点绕游梁支点的弧线运动弧线运动近似地近似地看做看做直线运动直线运动，则可把抽油机的运动简化，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑

16、块运动。为曲柄滑块运动。A A点加速度点加速度: :bardtdVWAA)2cos(cos2A A点位移：点位移：barSA)sin2cos1 (2A A点速度点速度: : bardtdSVAA)2sin2(sin曲柄滑块机构简图曲柄滑块机构简图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二、抽油机悬点载荷计算二、抽油机悬点载荷计算1.1.静载荷静

17、载荷( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷包括包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷上冲程上冲程：gLqgLfWrsrr（即杆柱在空气中的重力）（即杆柱在空气中的重力）slsb/ )(bqqqrslsrr/ )(下冲程：下冲程：LgqgLfWrlsrr)(（即杆柱在液体中的重力）（即杆柱在液体中的重力）gLffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱载荷作用在柱塞上的液柱载荷上冲程上冲程 游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为

18、：游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为： 下冲程下冲程 游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作不作用于悬点用于悬点。0lW 沉没压力沉没压力( (泵口压力泵口压力) )对悬点载荷的影响对悬点载荷的影响上冲程上冲程 在沉没压力作用下，井内液体克服在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备泵入口设备的的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸阻力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力作用在柱塞底部产生入压力作用在柱塞底部产生向上向上的载荷的载荷: :下冲程下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响没有影响。pin

19、piifppfpP)(井口回压对悬点载荷的影响井口回压对悬点载荷的影响 液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。悬点将产生附加的载荷。 )(rphhuffpP上冲程：上冲程：增加悬点载荷增加悬点载荷: :rhhdfpP下冲程：下冲程：减小抽油杆柱载荷减小抽油杆柱载荷: :2.2.动载荷动载荷( (惯性载荷、振动载荷惯性载荷、振动载荷) )惯性载荷惯性载荷( (忽略杆液弹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抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速变速运动，运动，因而产生抽油杆柱和液柱的因而产生

20、抽油杆柱和液柱的惯性力惯性力。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，即加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而加速度向上，则惯性力向下，从而增加增加悬点载荷；悬点载荷；后半冲程后半冲程中加速度中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而上，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

21、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惯性力向上，性力向上，减小减小悬点载荷；悬点载荷；后半冲后半冲程程惯性力向下，将惯性力向下，将增大增大悬点载荷。悬点载荷。加速度加速度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lrNSWlrNSgWlrSgWIrrrru13021302)1 (2222上冲程：上冲程：14402SNWIrru取取r/l=1/4r/l=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

22、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：振动载荷振动载荷(P(PV V) )3.3.摩擦载荷摩擦载荷( (F F) )(1)(1)抽油杆柱与油管的摩擦力抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）（杆管）上冲程主要受上冲程主要受(1)(1)、(2)(2)、(4)(4)影响，增加悬点载荷影响，增加悬点载荷(2)(2)柱塞与衬套之间的摩擦力柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）（柱塞与衬套）(3)(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆

23、液）（杆液）(4)(4)液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力 （管液）（管液）(5)(5)液体通过游动阀的摩擦力液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）（阀阻力）下冲程主要受下冲程主要受(1)(1)、(2)(2)、(3)(3)、(5)(5)影响，减小悬点载荷影响，减小悬点载荷602maxSNS抽油杆柱与液柱之间的摩擦力抽油杆柱与液柱之间的摩擦力 抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在下冲程下冲程，摩擦力，摩擦力方向向方向向上上。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，最大值为：。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，最大值为：主要决定因素：主要决定因素：液体液体粘度粘度和抽油

24、杆的和抽油杆的运动速度运动速度。把悬点看做简谐运动，则把悬点看做简谐运动，则max222) 1(ln) 1(12mmmmLFrlrtddm 液柱与油管间的摩擦力液柱与油管间的摩擦力 上冲程时，游动阀关闭，油管内的液柱随抽油杆柱和上冲程时，游动阀关闭，油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞上行，液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的柱塞上行，液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的方向向下方向向下，故，故增大悬点载荷增大悬点载荷。 下下冲程冲程液柱与抽油杆柱液柱与抽油杆柱间的摩擦力约为间的摩擦力约为上冲程上冲程中中油管油管与液柱与液柱间摩擦力的间摩擦力的1.31.3倍。即：倍。即：3 . 1rltlFF

25、 NfFrt杆管摩擦力：杆管摩擦力：液体通过游动阀产生的阻力：液体通过游动阀产生的阻力：ghfFplv 22322)(1029. 71SNffopl14094. 0eppddF柱塞与衬套之间的摩擦力：柱塞与衬套之间的摩擦力：在直井内通常不超过抽油杆质量的在直井内通常不超过抽油杆质量的1.5%1.5%。 抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷、液柱载荷液柱载荷及及惯性载荷惯性载荷是构成悬点载荷是构成悬点载荷的三项基本载荷。的三项基本载荷。 稠油井内存在稠油井内存在摩擦载荷摩擦载荷及大沉没度的井及大沉没度的井沉没压力产生沉没压力产生的载荷的载荷； 在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞在低沉没度井内，由

26、于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面的撞击，将产生较大与泵内液面的撞击，将产生较大冲击载荷冲击载荷，从而影响悬点，从而影响悬点载荷。载荷。ivuhuulrPPFPIWWPmaxvdhddrPFPIWPmin( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷1.1.计算计算悬点最大载荷悬点最大载荷和最小载荷的一般公式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，最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：其值为：u、d上、下冲程中惯性载荷；Phu、Phd上、下冲程中井口回压造成的悬点载荷；Fu、 Fd 上、下冲程中的最大摩擦载荷；Pv振动载荷；Pi上冲程中沉没压力作

27、用在活塞上产生的载荷。)1 (1790)(2maxlrSNWgLffLqIWWPrlrprrulr在下泵深度及沉没度不很大在下泵深度及沉没度不很大, ,井口回压及冲数不高的稀油直井口回压及冲数不高的稀油直井内，计算最大和最小载荷时，通常可以忽略井内，计算最大和最小载荷时，通常可以忽略PvPv、F F、PiPi、PhPh及液柱惯性载荷，则：及液柱惯性载荷，则：glLpflWglLrfLrqrW)(令：则：)1 (17902maxlrSNrWlWrWP2.2.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，抽油杆柱带着柱塞随悬点做初变形期之后，抽油杆柱带着柱

28、塞随悬点做变速变速运动。运动。在此过程中，除了液柱和抽油杆柱产生的在此过程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静静载荷之外，还会载荷之外，还会在抽油杆柱上引起在抽油杆柱上引起动载荷动载荷。初变形期末抽油杆柱运动引起的初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振自由纵振产生的产生的振动载荷振动载荷初变形期：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抽油杆柱做变速运动所产生的惯性载荷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22222xuatu抽油杆柱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在初

29、变形期末激发起的抽油杆的纵向振动在初变形期末激发起的抽油杆的纵向振动微分方程微分方程为为: :;00 xu0Lxxu边界条件; 00tuLxtut0初始条件抽油杆柱的自由纵振在悬点上引起的振动载荷为抽油杆柱的自由纵振在悬点上引起的振动载荷为: :tnnavEfxuEfPnnrxrv02020) 12sin() 12() 1(8坐标原点选在悬点uu抽油杆柱弹性位移；抽油杆柱弹性位移； xx悬点到抽油杆柱截面的距离；悬点到抽油杆柱截面的距离；aa弹性波在抽油杆柱中的传播速度，等于抽油杆中的声速；弹性波在抽油杆柱中的传播速度，等于抽油杆中的声速；tt从初变形期算起的时间。从初变形期算起的时间。图3-

30、13 随 的变化vFt0悬点的的振动载悬点的的振动载荷是荷是 的周期的周期函数。函数。t0vaEfPrvmax最大振动载荷发生在最大振动载荷发生在 处，由于存在阻尼，处，由于存在阻尼，振动将会随时间衰减，故最大振动载荷发生在振动将会随时间衰减，故最大振动载荷发生在 处，处，即：即：.25,20t20taLtm02抽油杆柱的惯性载荷抽油杆柱的惯性载荷( (考虑杆弹性影响考虑杆弹性影响) )惯性载荷的大小取决于惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量抽油杆柱的质量、悬点加速度悬点加速度及其在杆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。

31、tSacos220简谐运动时，简谐运动时，悬点加速度悬点加速度为：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：aLttsaEfdxaxtgSqFrrLi20sinsin2)(cos2任一时间作用在整个抽油杆柱任一时间作用在整个抽油杆柱L L上的总惯性力：上的总惯性力：sinsin2) 12sin() 12() 1(8000202aLttttSaEftnnaEfWWFPWWPrnnrlrivlrsin)(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是抽油是抽油杆杆柱载

32、荷、柱载荷、液液柱载荷、柱载荷、及及振动振动、惯性惯性载荷叠加而成，即载荷叠加而成，即: :t t0 0为初变形期为初变形期经历的时间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, ,则则得到计算悬点最大载荷的公式：得到计算悬点最大载荷的公式：aLt020sin2sin2tssrr)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，初变形期末在油管下端固定的情况下，初变形期末柱塞柱塞对对悬点悬点的的相对运动速度等于悬点运动速度，即相对运动速度等于悬点运动速度，即油管下端固定时悬点最大

33、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：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：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1371maxSNWWPlrI179012maxSNWWPlrII)1 (17902maxlrSNbWWPrlIII)17901 (2maxSNWWPrlI

34、V)17901)(2maxSNWWPlrV中深井及低冲数油井中深井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，忽略简谐运动、杆柱惯性载荷，忽略液柱动载。液柱动载。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忽略了振动载荷、摩擦载荷、井忽略了振动载荷、摩擦载荷、井口回压载荷、沉没压力载荷、液口回压载荷、沉没压力载荷、液柱惯性载荷柱惯性载荷第三节 抽油机平衡、扭矩与功率计算一、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、下冲程中上下冲程中悬点载荷不同，造成

35、电动机在上、下冲程中所做的功不相等。所做的功不相等。上冲程中电动机承受着上冲程中电动机承受着极大的负荷极大的负荷，下冲程中抽油机带着，下冲程中抽油机带着电动机运转，造成电动机运转，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，而影响抽油装置的寿命。抽油装置的寿命。 破坏破坏曲柄旋转速度曲柄旋转速度的的均匀性均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。，影响抽油杆和泵正常工作。( (一一) )平衡原理平衡原理 在在下冲程下冲程中把能量储存起来，在中把能量储存起来，在上冲程上冲程中利用储存

36、的能中利用储存的能量来帮助电动机做功，从而使电动机在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上下冲程中都做相等的正功的正功。 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冲程中需要释放的能量上冲程中需要释放的能量应该是悬点载荷在上下冲程中所应该是悬点载荷在上下冲程中所做功之和的一半。做功之和的一半。下冲程：下冲程：dwmdAAA上冲程：上冲程：wumuAAA平衡条件：平衡条件：mumdAA2duwAAA悬点在下冲程作悬点在下冲程作的功的功( (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：

37、游梁尾部加平衡重；游梁尾部加平衡重；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) )。( (三三) ) 平衡计算平衡计算1)1)复合平衡复合平衡 复合平衡复合平衡cbcc

38、cbbuccblrWWRWrbcWXWrbaWWR2平衡半径公式平衡半径公式: :W Wcbcb曲柄平衡块总重；曲柄平衡块总重；W Wb b游梁平衡块重；游梁平衡块重；W Wc c曲柄自重曲柄自重( (两块两块) )；X Xucuc抽油机本身的不平衡值。抽油机本身的不平衡值。R Rc c曲柄本身的重心到曲柄轴心距离曲柄本身的重心到曲柄轴心距离 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(

39、 (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。若上冲程的电流峰值若上冲程的电流峰值大于大于下冲程的电流峰值，说明平衡下冲程的电流峰值，说明平衡不够。不够。二、曲柄轴扭矩计算及分析二、曲柄轴扭矩计算及分析( (一一) )计算扭矩的基本公式计算扭矩的基本公式 抽油

40、过程中减速箱输出轴抽油过程中减速箱输出轴( (曲柄轴曲柄轴) )的的扭矩扭矩M M等于曲柄半径与等于曲柄半径与作用在曲柄销处的切线力作用在曲柄销处的切线力T T的乘积，即：的乘积，即：rTM sinsinsin)(cosrWrgaacWbcPbaMcAbcom复合平衡抽油机：复合平衡抽油机：sinsinsinrWrPbaMccr曲柄平衡抽油机：曲柄平衡抽油机：sinsin)(cosrgaacWbcPbaMAbwb游梁平衡抽油机：游梁平衡抽油机：不同平衡方式的抽油机扭矩精确计算相关式不同平衡方式的抽油机扭矩精确计算相关式从水平位算起的游梁摆角； 连杆和曲柄之间夹角； 游梁后臂与连杆之夹角。简化条

41、件：简化条件：忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。sin)(maxcbcomMWacBPTFM复合平衡抽油机复合平衡抽油机: :sin)(maxccrMBPTFM曲柄平衡抽油机：曲柄平衡抽油机：)(bwbWacBPTFM游梁平衡抽油机：游梁平衡抽油机：不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式sinsinrbaPMTFp扭矩因数：扭矩因数：悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。的比值。抽油机结构不平衡值抽油机结构不平衡值B B：等于连杆与曲柄销脱开时，为等于连杆与曲柄销脱

42、开时，为了保持游梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。了保持游梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。 ( (方向向下为正方向向下为正) )( (二二) )扭矩因数计算扭矩因数计算抽油机几何尺寸与曲销受力图抽油机几何尺寸与曲销受力图bLkrrkLb2)cos(2cos022221)(3600sinsinrbaPMTFp( (三三) )悬点位移与曲柄转角的关系悬点位移与曲柄转角的关系扭矩曲线扭矩曲线b驴头在下死点位置时的驴头在下死点位置时的 角角t驴头在上死点位置时的驴头在上死点位置时的 角角随随角而变的角而变的b b和和K K之间的夹角之间的夹角tbbPR冲程百分数：冲程百分数：抽油机运动规律抽油机

43、运动规律实测示功图实测示功图悬点载荷与曲悬点载荷与曲柄转角的关系柄转角的关系濮濮1-31-3井扭矩曲线井扭矩曲线1.1.净扭矩；净扭矩；2.2.油井负荷扭矩；油井负荷扭矩；3.3.曲柄平衡扭矩曲柄平衡扭矩扭矩因数与曲扭矩因数与曲柄转角的关系柄转角的关系( (四四) )扭矩曲线的应用扭矩曲线的应用1.1.检查是否超扭矩及判断是否发生检查是否超扭矩及判断是否发生“背面冲突背面冲突”2.2.判断及计算平衡判断及计算平衡maxmaxduMM平衡条件：平衡条件：“背面冲突背面冲突”：抽油过程中曲柄轴上出现负扭矩现象时，抽油过程中曲柄轴上出现负扭矩现象时，减速箱的主动轮变为从动轮的现象。减速箱的主动轮变为

44、从动轮的现象。3.3.功率分析功率分析)()(MN减速箱减速箱输出输出的瞬时功率的瞬时功率: : 202021)(21dMdNNr减速箱的减速箱的平均输出功率平均输出功率：电动机电动机输出输出的的平均功率平均功率：cyjrmoNN电动机电动机输入输入的的平均功率平均功率：mmomiNNcyjcyj为减速箱传动效率为减速箱传动效率m m为皮带传动效率为皮带传动效率4.4.效率分析效率分析电机、皮带传动、减速箱的效率分析。电机、皮带传动、减速箱的效率分析。)(4)(2minmaxmaxmaxPPSCPSMeI( (五五) )最大扭矩计算公式最大扭矩计算公式2.2.计算最大扭矩的近似公式计算最大扭矩的近似公式(1) (1) 抽油机悬点运动简化为抽油机悬点运动简化为简谐运动简谐运动(2) (2) 忽略抽油机系统的忽略抽油机系统的惯性惯性和和游梁摆角游梁摆角的影响的影响(3) (3) 最大峰值扭矩发生在曲柄转角为最大峰值扭矩发生在曲柄转角为9090 时时简化条件：简化条件：1.1.根据扭矩曲线计算最大扭矩根据扭矩曲线计算最大扭矩有效平衡值有效平衡值： 抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生的抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生的平衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。平衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。eC在平衡条件下：在平衡条件下：2)(