第3章有杆泵采油-1

1、主要内容：主要内容： 抽油装置及泵的工作原理 抽油机悬点运动规律及悬点载荷 抽油机平衡、扭矩及功率计算 泵效计算 有杆抽油系统设计 有杆抽油系统工况分析附录A API RP 11L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。(1) 常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。(2) 地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。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，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。 常用抽油机分类常用抽油机分类游梁式抽油机（第1代）无游梁式抽油机（第2代）多功能抽油机（第3代）单柄型

2、直驱多功能型高架作业型常规型变型退化游梁斜直井高架曲柄型电动机换向型机械换向型其他无游梁型为适应各油田不同情况的需要，国内外研制了相适应的抽油机：为适应各油田不同情况的需要，国内外研制了相适应的抽油机： 低矮型、前置式、紧凑型、无游梁长冲程等抽油机能够适应各低矮型、前置式、紧凑型、无游梁长冲程等抽油机能够适应各种自然地理条件的需要；种自然地理条件的需要； 液压缸式、增大冲程游梁式等抽油机能够适应高含水、含砂、液压缸式、增大冲程游梁式等抽油机能够适应高含水、含砂、含石膏、含石蜡等石油抽汲和稠油、低渗油层的开采；含石膏、含石蜡等石油抽汲和稠油、低渗油层的开采； 斜井抽油机、丛式井抽油机、双驴头抽油

3、机、双井平衡抽油机、斜井抽油机、丛式井抽油机、双驴头抽油机、双井平衡抽油机、紧凑型抽油机等能够适应垂直井、斜井、定向井、丛式井、水平紧凑型抽油机等能够适应垂直井、斜井、定向井、丛式井、水平井抽汲的需要。井抽汲的需要。 测示功图而只测定交流电压及电机的电流就能判断油井抽空情测示功图而只测定交流电压及电机的电流就能判断油井抽空情况，并能存储一个月的相关信息，其配套的控制程序能自动调节况，并能存储一个月的相关信息，其配套的控制程序能自动调节停抽时间间隔以优化油井的产量。停抽时间间隔以优化油井的产量。抽油机发展动态抽油机发展动态抽油机抽油机抽油机抽油机抽油机抽油机LCJ12-5LCJ12-5型链条式抽

4、油机型链条式抽油机抽油机抽油机悬点负荷悬点负荷:12t16t冲程冲程: 5m、6m冲次冲次:2、3、4min-1悬点运转匀速悬点运转匀速节能效果好节能效果好重量轻重量轻ROTAFLEXROTAFLEX皮带式抽油机皮带式抽油机 抽油机抽油机长冲程（长冲程（7.37.3米），低冲次米），低冲次杆柱运行平稳，泵的充满系数高杆柱运行平稳，泵的充满系数高 减速箱扭矩小，电机功率要求小减速箱扭矩小，电机功率要求小, ,节能效果好节能效果好 设计上充分考虑了安全、方便修设计上充分考虑了安全、方便修井、方便运输井、方便运输可靠性高，无需频繁维护保养可靠性高，无需频繁维护保养主要优点主要优点抽油机抽油机ROTA

5、FLEXROTAFLEX皮带式抽油机皮带式抽油机 ROTAFLEXROTAFLEX皮带式抽油机皮带式抽油机 抽油机抽油机悬点最大负荷，悬点最大负荷，t1016冲程长度，冲程长度，m57.3最高冲次，最高冲次，min-1非常小非常小5平衡方式平衡方式砝码平衡砝码平衡直线电机抽油机直线电机抽油机抽油机抽油机 特点特点1.1.适用于长冲程适用于长冲程2.2.动载小，运行平稳动载小，运行平稳3.3.传动效率高传动效率高4.4.可自动控制，实现可自动控制，实现抽油机智能控制抽油机智能控制5.5.适应性强，维修方适应性强，维修方便便抽油机抽油机直线电机抽油机直线电机抽油机抽油机抽油机直线电机抽油机直线电机

6、抽油机节能测试节能测试抽油机发展动向抽油机发展动向抽油机抽油机发展方向特点大载荷大载荷载荷载荷200kN200kN、泵挂、泵挂4000m4000m、利于大泵提液、利于大泵提液无游梁长冲程无游梁长冲程冲程最长为冲程最长为30.48m,30.48m,可抽稠油、可提高泵效可抽稠油、可提高泵效10%10%25%25%、延长系统寿命、节能延长系统寿命、节能自动化智能化自动化智能化运转平稳、寿命长、节能、抽空控制、安全可靠运转平稳、寿命长、节能、抽空控制、安全可靠节能型节能型重量轻、节能重量轻、节能10%10%35%35%特种型特种型连续抽油杆抽油机，冲程可达连续抽油杆抽油机，冲程可达40m40m150m

7、150m，适应性好，适应性好第一节 抽油装置及泵的工作原理一、抽油装置抽油机抽油杆抽油泵其它附件设备组成抽油过程介绍 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)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，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。游梁式抽油机组成游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置工作原理游梁式抽油机分类后置式和前置式运动规律不同后置式上、下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。图3-2 后置式抽油机结构简图图3-3 前置式气动平

8、衡抽油机结构简图游梁和连杆的连接位置不同。后置式与前置式的不同点：后置式与前置式的不同点：平衡方式不同后置式多采用机械平衡；前置式多采用气动平衡。新型抽油机：为了节能和加大冲程。异相型游梁式抽油机异形游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机宽带传动抽油机液压抽油机节能加大冲程游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q)游梁式抽油机系列代号游梁式抽油机系列代号CYJ-常规型CYJQ-前置型CYJY-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

9、代号，减速箱齿轮形代号，H为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方式代号平衡方式代号F：复合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：气动平衡 抽油泵的分类抽油泵的分类第1代衬套柱塞泵第2代整筒柱塞泵第3代自补偿泵管式泵、防气、防砂、稠油杆式泵同上+双作用过桥、串联、液压反馈、特殊用途等低摩阻泵液压自补偿机械自补偿指标指标美国美国苏联苏联中国中国排量排量,m3/d最大最大410510408扬程扬程,m最大最大453040003100泵效泵效,%552550免修期免修期,d360180150360国外国外以以APIAPI系列泵为主，发展了大排量、超深井、耐腐蚀抽油泵。系列泵为主，发展了大排量、超深井、

10、耐腐蚀抽油泵。国内国内抽油泵与国外基本一致，并针对复杂工艺要求研制了防砂泵、抽油泵与国外基本一致，并针对复杂工艺要求研制了防砂泵、抽稠泵、耐腐蚀泵等特种泵，免修期达到抽稠泵、耐腐蚀泵等特种泵，免修期达到150d150d360d360d，基本达到了国，基本达到了国际先进水平，但制造工艺、产品稳定性与国外相比有较大差距。际先进水平，但制造工艺、产品稳定性与国外相比有较大差距。抽油泵抽油泵有杆泵国内外动态有杆泵国内外动态长柱塞防砂抽油泵长柱塞防砂抽油泵抽油泵抽油泵 运用液力反馈原理解决稠油油藏由于油稠，运用液力反馈原理解决稠油油藏由于油稠，存在有杆泵柱塞下行困难，吸入性能差，泵效低、存在有杆泵柱塞下

11、行困难，吸入性能差，泵效低、检泵周期短的问题。与配套装置相配套时，可实检泵周期短的问题。与配套装置相配套时，可实现正反向洗井、冲砂、不配泄油器自动泄油，还现正反向洗井、冲砂、不配泄油器自动泄油，还可进行一次管柱注采循环生产。可进行一次管柱注采循环生产。 适用于粘度适用于粘度2000mPa.s 2000mPa.s 4000mPa.s4000mPa.s的常规的常规稠油井、蒸汽吞吐稠油井，含砂小于稠油井、蒸汽吞吐稠油井，含砂小于0.1%0.1%，含气，含气少的稠油井。少的稠油井。串联式抽稠泵串联式抽稠泵抽油泵抽油泵抽油泵抽油泵有杆抽油泵发展方向有杆抽油泵发展方向(1)加强开发适用于特种油气井的抽油泵

12、加强开发适用于特种油气井的抽油泵 出砂井用的耐砂泵出砂井用的耐砂泵; 稠油井用的抽稠油泵稠油井用的抽稠油泵; 高气油比井用的防气泵高气油比井用的防气泵;适应聚合物驱的低摩阻适应聚合物驱的低摩阻泵泵;适合三元复合驱的防垢泵适合三元复合驱的防垢泵;(2)发展长冲程抽油泵发展长冲程抽油泵,为长冲程抽油机配套为长冲程抽油机配套(3)发展自补偿泵发展自补偿泵,提高泵效提高泵效,降低摩阻降低摩阻,节能降耗节能降耗,延长泵的寿命延长泵的寿命提高加工质量（热处理工艺）及材料性能提高加工质量（热处理工艺）及材料性能(2)抽油泵：机械能转化为流体压能的设备工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入

13、阀)a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；一般要求按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵管式泵和杆式泵杆式泵主要组成分类b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长；c.规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强；d.便于起下；e.结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。A-管式泵B-杆式泵管式泵：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，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。管式泵特点：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。杆式泵：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

14、先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。杆式泵特点：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。(3)抽油杆：能量传递工具。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-圆弧过渡区抽油杆技术发展史第1类金属抽油杆第2类非金属抽油杆第3类连续抽油杆高强度、空心、电热、铝合金、不锈钢石墨、玻璃钢、碳纤维长方形、椭圆、钢丝绳抽油杆研究开发重点n采用新型材料和新热处理工艺和强化处理工艺制造抽油杆；n各种新型抽油杆的研究、开发和应用，如焊接抽油杆、空心抽油杆、喷涂不锈钢抽油杆、综合强化抽油杆、高强度抽油杆、

15、连续抽油杆、新材料抽油杆等。抽油杆抽油杆国外发展现状国外发展现状新结构：新结构：焊接抽油杆、空心抽油杆焊接抽油杆、空心抽油杆新工艺：新工艺：喷涂不锈钢、综合强化喷涂不锈钢、综合强化高强度：高强度：S80、KD级、级、EL级、级、97型型连续杆：连续杆：钢带、石墨带、钢带、石墨带、Corod抽油杆、钢绳抽油杆抽油杆、钢绳抽油杆新材料：新材料：不锈钢、铝合金、玻璃钢、钢带、石墨带不锈钢、铝合金、玻璃钢、钢带、石墨带耐腐蚀：耐腐蚀：不锈钢、铝合金、玻璃钢、不锈钢、铝合金、玻璃钢、 耐磨损：耐磨损：Corod抽油杆抽油杆 国内配套应用了国内配套应用了D D级抽油杆，超高强度杆、电加级抽油杆，超高强度杆

16、、电加热杆、空心抽油杆、玻璃钢抽油杆等抽油杆。近期热杆、空心抽油杆、玻璃钢抽油杆等抽油杆。近期研制和试验了研制和试验了钢质、碳素纤维、钢丝绳连续抽油杆。钢质、碳素纤维、钢丝绳连续抽油杆。等级材料抗拉强bMPa屈服点sMPa伸长率200mm%断面收缩率%艾式冲击韧性KIJD合金钢793-965620105060.8HL合金钢966-1136793-862124560.8 目前国内在抽油杆的新材料研究和应用、制造工艺、检测等方面与国外先进技术仍有较大差距。抽油杆抽油杆连续抽油杆连续抽油杆COILED ROD 没有接箍和丝扣，没有接箍和丝扣，减少了杆柱和油管减少了杆柱和油管的磨损的磨损减少了杆柱的应

17、力减少了杆柱的应力减轻杆柱重量，降减轻杆柱重量，降低了减速器扭距低了减速器扭距解决了活塞效应解决了活塞效应消除了接箍失效，消除了接箍失效，减少了停工时间减少了停工时间抽油杆抽油杆抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、28mm，抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，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。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异径接箍：异径接箍：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，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与

18、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：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa)超高强度抽油杆玻璃钢抽油杆空心抽油杆电热抽油杆连续抽油杆柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆特种抽油杆二、泵的工作原理(一)泵的抽汲过程 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。泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。1)上冲程 泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)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。2)下冲程 柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。 柱塞上下抽汲一

19、次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。 光杆冲程：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，使泵排出液体。（二)泵的理论排量 泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵和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体积都等于柱塞让出的体积： SNfVpm每分钟的排量为： SNkSNfQppt1440每日排量:泵的理论排量冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。)cos1 ()cos1 (trrSB第二节 抽油机悬点运动规律及载荷一

20、、抽油机悬点运动规律(一)简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l0、r/b0图3-7 抽油机四连杆机构简图 游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆运动时在垂直中心线上的投影(C点)的运动规律相同。则B点经过t时间(曲柄转角)时位移为：)cos1 (trbaSbaSBA 以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向，则悬点A的位移为：trbadtdVWAAcos2A点的加速度为:trbadtdSVAAsinA点的速度为:图3-8 简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：0r/l1/4 把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做

21、直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。图3-9 曲柄滑块机构简图A点加速度:bardtdVWAA)2cos(cos2A点位移：barSA)sin2cos1 (2A点速度: bardtdSVAA)2sin2(sin图3-10 悬点速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计算；3-按曲柄滑块机构计算图3-11 悬点加速度变化曲线1-按简谐运动计算；2-精确计算；3-按曲柄滑块机构计算(三三) 真实运动规律求解法真实运动规律求解法根据游梁式抽油机四连杆机构的几何关系和运动特点，并以游梁的摆动方程为基础，建立悬点运动的位移、速度、加速度的计算公式，从而给出求游梁式抽油机悬点运动参数精确解的

22、一种计算方法。游梁式抽油机的受力分析游梁式抽油机的受力分析n抽油机驴头悬点上的载荷 ：n静载荷n动载荷n摩擦载荷静载荷n抽油杆柱载荷n上冲程：杆柱在空气中的重量n下冲程：杆柱在液体中的重量n作用在柱塞上的液柱载荷n上冲程：作用在柱塞环空面积的载荷n下冲程：无n沉没压力对悬载的影响n上冲程：减轻悬载n下冲程：无n井口回压对悬载的影响n上冲程：增加悬载n下冲程：减小抽油杆柱载荷动载荷n惯性载荷：与加速度大小成正比，方向相反；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n抽油杆柱惯载（上冲程、下冲程都有）n液柱惯载（上冲程有、下冲程无）n振动载荷：抽油杆的自由纵振产生，大小与抽油杆柱的长度

23、、载荷变化周期及抽油机结构有关摩擦载荷n抽油杆柱与油管间：抽油杆柱与油管间：上冲程增加悬载；下冲程减小悬载n柱塞与衬套间：柱塞与衬套间：上冲程增加悬载；下冲程减小悬载n液柱与抽油杆柱间液柱与抽油杆柱间（与抽油杆柱长度、运动速度、液体粘度有关）n上冲程无n下冲程减小悬载n液柱与油管间液柱与油管间（与液流速度、液体粘度有关）n上冲程增加悬载n下冲程无n液体通过游动阀的摩擦力液体通过游动阀的摩擦力（与阀结构、液体粘度、液流速度有关，是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因）n上冲程无n下冲程减小悬载二、抽油机悬点载荷计算1.静载荷(一)悬点所承受的载荷包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬

24、点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响抽油杆柱载荷上冲程：上冲程：gLqgLfWrsrr（即杆柱在空气中的重力）bqqqrslsrr/ )(slsb/ )(下冲程：下冲程：LgqgLfWrlsrr)(（即杆柱在液体中的重力）gLffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱载荷上冲程 游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为： 下冲程 游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响上冲程 在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内，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向上的载荷:下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。pinpi

25、ifppfpP)(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悬点将产生附加的载荷。 )(rphhuffpP上冲程：上冲程：增加悬点载荷:rhhdfpP下冲程：下冲程：减小抽油杆柱载荷:2.动载荷(惯性载荷、振动载荷)惯性载荷(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，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。ArrWgWI 抽油杆柱的惯性力：AllWgWI 液柱的惯性力：rtfrpffff 为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性力

26、向上，从而减小悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。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r/l=1/4时，)1 (1790)1 (222lrSNWlrSgWIrrrd下冲程下冲程：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，没有液柱惯性载荷悬点最大惯性载荷luruuIII上冲程：上冲程：rddII

27、 下冲程：下冲程：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性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。(在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍)3. 摩擦载荷(1)抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）上冲程主要受(1)、(2)、(4)影响，增加悬点载荷(2)柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）(4)液柱与油管之间的摩擦力 （管液）(5)液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）下冲程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影响，减小悬点载荷max

28、222) 1(ln) 1(12mmmmLFrl602maxSNS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下冲程，摩擦力方向向上。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：液体粘度和抽油杆的运动速度。把悬点看做简谐运动，则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，故增大悬点载荷。 下冲程液柱与抽油杆柱间的摩擦力约为上冲程中油管与液柱间摩擦力的1.3倍。即：3.1rltlFFNfFrt杆管摩擦力：液体通过游动阀产生的阻力：ghfFplv22322)(1029. 71SNffop

29、l14094. 0eppddF柱塞与衬套之间的摩擦力： 抽油杆柱载荷、液柱载荷及惯性载荷是构成悬点载荷的三项基本载荷。稠油井内存在摩擦载荷及大沉没度的井沉没压力产生的载荷；在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面的撞击，将产生较大冲击载荷，从而影响悬点载荷。ivuhuulrPPFPIWWPmaxvdhddrPFPIWPmin)1 (1790)(2maxlrSNWgLffLqIWWPrlrprrulr(二)悬点最大和最小载荷1.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：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内，在计算最

30、大和最小载荷时，通常可以忽略Pv、F、Pi、Ph及液柱惯性载荷，则：gLfWgLfLqWlpllrrr)(令：则：)1 (17902maxlrSNWWWPrlrrdrIWPmin)1 (17902lrSNWLgqrr2.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载荷初变形期：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动载荷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

31、 在初变形期末激发起的抽油杆的纵向振动微分方程为:; 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:tnnaVEfxuEfFnnrxrv02020) 12sin() 12() 1(8用分离变量法求解为：LxntnnVtxunnn212sin) 12sin() 12() 1(8),(0020坐标原点选在悬点图3-13 随 的变化vFt0悬点的的振动载荷是 的周期函数。t0vaEfFrvmax所以，最大振动载荷发生在 处，实际上由于存在阻尼，振动将会随时间衰减，故最大振动载荷发生在 处，即：.25,20t20taLtm02抽油杆柱的惯性载荷

32、 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。tSacos220简谐运动时，悬点加速度为：)(cos22axtSax抽油杆柱距悬点x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。dxaxtSgqdFri)(cos22aLttsaEfdxaxtgSqFrrLi20sinsin2)(cos2在x处单元体上的惯性力将为：积分后可得任一时间作用在整个抽油杆柱L上的总惯性力：sinsin2) 12

33、sin() 12() 1(8000202aLttttSaEftnnaEfWWFFWWPrnnrlrivlrsin)(sin200maxtaLtSaEfaEfWWPrrlr悬点最大载荷 初变形期后，悬点载荷P是抽油杆柱载荷、液柱载荷、及振动、惯性载荷叠加而成，即:t0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,则得到计算悬点最大载荷的公式：aLt020sin2sin2tssrr)sin(2maxaLSaEfWWPrrlra.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：b.油管下端未固定初变形

34、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：sin2.Ssin)1 ()sin(2maxaLSaEfWWPrlr油管下端未固定时悬点最大载荷为：3.计算悬点最大载荷的其它公式1371maxSNWWPlrI179012maxSNWWPlrII)1 (17902maxlrSNbWWPrlIII)17901 (2maxSNWWPrlIV)17901)(2maxSNWWPlrV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、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷第三节 抽油机平衡、扭矩与功率计算一、 抽油机平衡计算不平衡原因 不平衡造成的后果

35、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运转，造成功率的浪费，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，而影响抽油装置的寿命。 破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。(一)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，在下冲程中需要储存的能量或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做功之和的一半。下冲程：dwmdAAA上冲程：wumuAAA平衡条件：mumdAA2duw

36、AAA(二)平衡方式气动平衡：机械平衡游梁平衡：游梁尾部加平衡重；曲柄平衡(旋转平衡)：平衡块加在曲柄上；复合平衡(混合平衡)：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。(1) 气包内的气体压缩与膨胀(2) 多用于大型抽油机；(3) 节约钢材；(4) 改善抽油机受力状况；(5) 加工质量要求高(如气包的密封性等)。(三) 平衡计算1)复合平衡图3-14 复合平衡cbcccbbuccblrWWRWrbcWXWrbaWWR2平衡半径公式:2)曲柄平衡平衡半径公式：cbcccbubcblrWWRWXrWrbaWWR2图3-15 曲柄平衡3)游梁平衡ucrbXcaWWW)2(1达到平衡所需要的游梁平衡块重: 图3-

37、16 游梁平衡平衡方式n机械平衡机械平衡n曲柄平衡：平衡重加在曲柄上，适用于大型抽油机n游梁平衡：在游梁尾部加平衡块，适用于小型抽油机n复合平衡：在游梁尾部和曲柄上都有平衡重，适用于中型抽油机n气动平衡气动平衡（主要用在前置型抽油机上）多用于大型抽油机n随动平衡方式随动平衡方式：平衡块在悬点的一个冲程中是往复运动的 n二次平衡方式二次平衡方式：在抽油机后部安装一个带小链轮的副曲柄装置 n利用可调相位角平衡装置实现抽油机平衡利用可调相位角平衡装置实现抽油机平衡：用组合平衡重来调节相位角的平衡方式 四、判断抽油机的平衡状况常用的方法 n扭矩曲线法扭矩曲线法：如果上冲程峰值扭矩大于下冲程峰值扭矩，则

38、表明上重下轻，平衡不够，需要增大平衡扭矩；否则需要减小平衡扭矩。 n观察法观察法：观察驴头和曲柄的停留位置和运行状况，驴头停在上死点，即曲柄方向向下，则表明平衡块偏重， n测时法：测时法：上冲程快，下冲程慢，则说明所加的平衡块过重；如果下冲程快，上冲程慢，则说明所加的平衡块过轻。但是，测时法不适用于异相平衡或气平衡的游梁式抽油机的平衡判断。n测电流法：测电流法：如果测得上冲程电流大于下冲程电流，则表明平衡重偏轻，否则表明平衡重偏重。 二、曲柄轴扭矩计算及分析(一)计算扭矩的基本公式 抽油过程中减速箱输出轴(曲柄轴)的扭矩M等于曲柄半径与作用在曲柄销处的切线力T的乘积，即：rTM sinsins

39、in)(cosrWrgaacWbcPbaMcAbcom复合平衡抽油机：sinsinsinrWrPbaMccr曲柄平衡抽油机：sinsin)(cosrgaacWbcPbaMAbwb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思考题：上述公式的推导。sinsinrbaPMTFp简化条件：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:sin)(maxccrMBPTFM曲柄平衡抽油机：)(bwbWacBPTFM游梁平衡抽油机：扭矩因数：悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。抽油机结构不平衡值B：等于连杆与曲柄销脱开时，为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)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(二)扭矩因数计算sinsinrbaPMTFp图3-17 抽油机几何尺寸与曲销受力图bLkrrkLb2)cos(2cos022221)(3600(三)悬点位移与曲柄转角的关系扭矩曲线b驴头在下死点位置时的 角t驴头在上死点位置时的 角随角而变的b和K之间的夹角tbbPR冲程百分数：抽油机运动规律实测示功图悬点载荷与曲柄转角的关系扭矩因数与