有杆泵采油装备

第二章有杆泵采油装备主讲：朱永爱采油装备工业训练基础中国石油大学机电装备实习总厂2/171(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。有杆泵采油装备主要由地面驱动设备抽油机，安装在井下的抽油泵，连接抽油机与抽油泵的抽油杆和井口装置等组成。目录1、抽油机2、游梁式抽油机的运动转换机构3、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理4、常规型游梁式抽油机的选择5、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析6、有杆抽油泵7、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施8、抽油杆及采油管柱配套工具4/1711、抽油机抽油机属于地面动力传动装置，其作用是通过减速器、曲柄连杆或其它机构等将动力机的旋转运动变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程，并悬挂抽油杆，承受负荷。它将电能转化为机械能，地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。按是否有游梁可分为：游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。5/1711、抽油机6/1711、抽油机7/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号1、游梁式抽油机的结构和特点（1）常规游梁式抽油机1）组成结构

目前国内油田使用最广泛地一种抽油机，其结构特点是：支架位于游梁的中部，驴头和曲柄连杆装置分别位于游梁的两端，曲柄轴中心基本位于游梁尾部轴承的正下方，上下冲程运行时间相等。2）工作原理电机将高速旋转运动通过皮带轮传给减速器的输入轴，经中间轴带动输出轴减速旋转，减速器的输出轴带动曲柄做低速旋转运动。同时，曲柄通过连杆、横梁拉着游梁后臂上下摆动，从而带动驴头上下摆动，驴头通过悬绳器再带动抽油杆，抽油泵柱塞做上下往复运动，将井中的原油抽到地面。3）性能特点优点：体积小、耐用、皮实，在恶劣的环境下如沙漠、盐碱、风吹雨淋等都可以正常运转。缺点：效率不高、能耗大、冲程小。8/171游梁式抽油机分类：后置式抽油机前置型抽油机1、抽油机前置型抽油机结构图后置型抽油机结构图9/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号1、游梁式抽油机的结构和特点（2）前置型游梁式抽油机结构特点：支架位于游梁的一端，驴头和曲柄连杆位于另一端；在相同曲柄半径下，前置型抽油机的冲程长度明显大于常规型，而抽油机的规格尺寸较常规型小巧。这种抽油机的上冲程运行时间大于下冲程运行时间，从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷。前置型抽油机多为重型长冲程抽油机。10/171②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。前置型抽油机结构图①游梁和连杆的连接位置不同。后置型与前置型的不同点：1、抽油机后置型抽油机结构图11/171新型抽油机：为了节能和加大冲程。异相型游梁式抽油机前置型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1、抽油机抽油机发展方向：1、朝着低能耗的方向发展；2、朝着多功能方向发展；3、朝着长冲程无游梁方向发展；4、朝着自动化和智能化方向发展。12/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号1、游梁式抽油机的结构和特点（3）双驴头游梁式抽油机1）组成结构又称异形抽油机，该种抽油机与常规游梁式抽油机相比，其结构特点是：用一个后驴头代替了游梁式抽油机游梁的尾轴，并用驱动绳连接横梁，构成了抽油机的变参数四连杆机构。2）工作原理电机通电后通过皮带轮、减速器带动曲柄做低速旋转，然后通过连杆、横梁、驱动绳带动前后驴头上下摆动。前驴头再通过悬绳器带动抽油杆和抽油泵上下往复运动，将原油从地下抽到地面。3）性能特点优点：冲程长、动载小、工作平衡、能耗低、综合效率高。缺点：驱动绳易磨损，需要经常更换。13/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号1、游梁式抽油机的结构和特点（4）异相型游梁式抽油机结构特点：曲柄轴中心不在游梁尾部轴承的下方而是存在一定的距离，曲柄平衡重中心线与曲柄中心线存在偏移角，使得上冲程时曲柄转角明显大于下冲程，上冲程的悬点运动速度较下冲程慢，从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，达到减小抽油机载荷，延长抽油杆寿命和节能的目的。14/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号2、游梁式抽油机的型号（1）游梁式抽油机基本参数基本参数是用来表征机械产品的主要性能、基本结构和主要尺寸的一组物理量与几何量。游梁式抽油机的基本参数有3个：额定悬点载荷、光杆最大冲程和减速器额定扭矩。1）额定悬点载荷指被游梁式抽油机机架强度和刚度所限制的作用与悬绳器上的最大载荷允许值，单位为kN，代号用[W]表示。15/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号2、游梁式抽油机的型号（1）游梁式抽油机基本参数2）光杆最大冲程游梁式抽油机所能提供的光杆上下往复运动的最大位移称为光杆最大冲程，单位为m，代号用[Smax]表示。3）减速器额定扭矩指被减速器中各零件的强度和刚度所限制的作用于减速器输出轴上最大扭矩的允许值，单位为kN·m，代号用[T]表示。16/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号2、游梁式抽油机的型号（2）游梁式抽油机的型号表示方法平衡方式代号减速器齿轮齿形代号减速器额定扭矩，kN·m光杆最大冲程，m额定悬点载荷，X10kN游梁式抽油机类别代号17/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号2、游梁式抽油机的型号（2）游梁式抽油机的型号表示方法类别代号平衡方式代号齿轮齿形代号常规型游梁式抽油机前置型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机游梁平衡曲柄平衡复合平衡气动平衡点啮合双圆弧齿轮传动渐开线齿轮传动CYJCYJQCYJYCYJSYBFQH省略18/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号2、游梁式抽油机的型号（2）游梁式抽油机的型号表示方法例如：平衡方式为曲柄平衡减速器齿轮采用点啮合双圆弧齿轮减速器额定扭矩为37kN.m光杆最大冲程为3m额定悬点载荷为80kN常规型游梁式抽油机CYJ8—3—37HB19/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号3、抽油机的其它参数（1）冲程抽油机工作时，光杆在驴头带动下，上下往复运动一次叫一个冲程。光杆运动的最高点到最低点之间的距离称为冲程长度。单位：m（2）冲次光杆每分钟上下往复的次数叫冲次。单位：次/min。20/1711、抽油机1.1游梁式抽油机的结构和型号3、抽油机的其它参数（3）防冲距防冲距是指抽油泵柱塞在下死点位置时，游动阀和固定阀之间的距离（或柱塞下端到固定阀罩之间的距离）。主要是为防止由于抽油杆和油管在自重和载荷作用下而伸长，导致游动阀和固定阀相互碰撞，保证抽油泵正常工作。防冲距要求越小越好，特别是在气体多的井里更应小些，防冲距一般是根据泵深决定的。21/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件1、驴头驴头装在游梁前端，由钢板和角钢焊接而成，驴头有一个较大的弧面，钢丝绳挂在驴头弧面的上部。驴头的作用是保证抽油时光杆始终对准井口中心位置，因此在制作驴头弧面时应以支架轴为圆心，以轴到驴头前端长为半径做圆弧，弧面长度为抽油机最大冲程Smax的1.2-1.3倍。22/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件1、驴头驴头是抽油机的主要承载部件，工作载荷全部由驴头承担。分类：按结构形式分为幅板式驴头和桁架式驴头；按与游梁的连接方式可分为悬挂式连接驴头、穿销式连接驴头和螺栓连接驴头；按驴头让位方式的不同分为驴头穿销为横穿式，驴头可上翻180°；驴头穿销为立穿式，驴头可侧转180°；螺栓连接可以拆卸三种。23/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件1、驴头（1）幅板式驴头驴头由钢板组合焊接制成，驴头两侧板用整张钢板切割下料而成，驴头承受的载荷也全部由两侧板承担，这种结构的驴头在生产制造过程中，焊接变形小、容易控制、操作灵活方便，有无工装设备均可实现对结构尺寸精度的控制，在强度、承载能力和工艺性等方面都有一定的优越性。只是重量较重，材料消耗高，但仍不失为一种比较理想的结构，目前被广泛采用。24/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件1、驴头（2）桁架式驴头桁架式驴头由各种不同的型材组合焊接而成，驴头承受的载荷通过连接支撑板辐射传递到整个桁架，驴头的受力情况良好，而且这种结构用料少，重量轻，材料利用合理。但是整个驴头焊缝接口较多，变形不太容易控制，结构尺寸精度必须有专门的工装设备来保证，生产工艺及操作有一定困难。25/1711、抽油机26/1711、抽油机27/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件2、游梁游梁装在支架轴上，前端安装驴头承受井下载荷，后端通过尾部轴承和横梁相连，抽油机工作时，游梁绕支架轴作上下往复运动传递动力，同时承受悬点载荷、连杆的拉力载荷等。分类：按材料不同分为型材游梁和幅板箱式游梁；按结构和截面形式不同可分为等截面游梁、变截面游梁和绷绳桁架游梁。28/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件2、游梁

(1)型材游梁型材游梁一般情况下用工字钢制成，也有用槽钢组合焊接而成的，这种游梁结构简单，生产制造方便，但材料利用不够合理，而且有些局部结构尺寸在设计中会因材料的原因受到一定的限制，因此型材游梁一般多用于中小型抽油机。29/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件2、游梁

(2)幅板游梁幅板箱式游梁可以全部用不同规格的板材经切割下料后组焊制成，其特点是可以根据不同机型、不同规格的设计需要，任意选择板材厚度和游梁的外形结构，不受材料限制；但焊缝较多、易变形，需合理安排焊接工艺，才能保证质量。30/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件3、横梁横梁是联接连杆和游梁的中间部件，动力经过横梁才能带动游梁做上下往复运动。横梁按结构可分为船型横梁、翼型横梁和直型横梁三种。其中船型横梁较为常用，它与连杆的连接点和与游梁的连接点在同一水平线上，增加了连杆和横梁的刚性并改善了连接销轴的工作条件。31/1711、抽油机32/1711、抽油机33/1711、抽油机34/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件4、连杆每台抽油机都有两根连杆，它是传递力矩的主要受力杆件。5、曲柄和平衡块曲柄是传递减速器输出扭矩的主要部件，必须具有一定的强度和传动可靠性。曲柄上装有根据油井工况所配得平衡块。平衡块的作用是减少电机上下冲程的载荷差。抽油机上冲程时平衡块向下运动，帮助电机做功；下冲程时平衡块向上运行，储存能量以便在上冲程时释放。35/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件5、曲柄和平衡块图2-2

曲柄的结构示意图图2-3曲柄与平衡块连接示意图36/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件6、电机和减速器电机是抽油机的动力源，它的可靠运行是整机正常运行的基本保证。一般根据额定功率和额定转速来选择电机。减速器是游梁式抽油机的重要部件，它的作用是传递动力和降低运转速度，即将电机的高速转动转变为抽油机曲柄的低速运动。游梁式抽油机上使用的减速器一般采用三轴二级齿轮传动，总传动比在25-40左右。37/1711、抽油机38/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件7、刹车装置刹车装置的作用是当电源切断后，使抽油机立即停止转动或停留在任意位置，分为外抱式和内胀式。外抱式刹车装置，结构简单，安装调试、维护保养方便，刹车效果一般，防风沙性能好，但防油效果差，大多在中小型抽油机上使用。39/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件7、刹车装置内胀式刹车装置，与外抱式相比结构稍复杂些，但安装调试、维护保养都很方便。防风沙效果差、防油效果好，多用于重型抽油机。40/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件8、支架和底座支架经轴承与游梁相连，在抽油机工作过程中，承受着悬点载荷和连杆拉力，是重要的承载部件，必须要有足够的强度和刚度。根据结构的不同，可分为三腿支架和四腿支架，支架用螺栓固定在底座上。底座是一个基础部件，用来安装减速器、支架以及电机等，一般用钢板或型钢焊接而成。抽油机工作时，用地脚螺栓把底座固定在井口的混凝土基础上。41/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件9、钢丝绳和悬绳器光杆和驴头的连接件多采用钢丝绳，钢丝绳是井口载荷的主要承重件，必须要保证有足够的强度；另外钢丝绳还要周而复始地在驴头弧面上盘绕、释放、弯曲、伸直，所以又要求有良好的柔韧性，保证他耐用、安全可靠。驴头向上运动时，钢丝绳上行盘绕在驴头圆弧面上，驴头向下运动时，钢丝绳逐步释放为直线向下运动。这样就理想地完成了由圆周运动转换成直线往复运动的过程。42/1711、抽油机1.2常规型游梁式抽油机的主要部件9、钢丝绳和悬绳器悬绳器由悬绳器上下体、顶钉和光杆方卡等零件组成。正常工作时，光杆载荷通过卡瓦传到悬绳器上体，再通过顶钉和悬绳器下体传给钢丝绳，成为驴头的悬点载荷。悬绳器上下体之间可以放置动力示功仪，以便测绘抽油机的悬点示功图。43/1711、抽油机1.3无游梁式抽油机1、组成结构无游梁式抽油机种类很多，目前国内各大油田常用的皮带式抽油机。皮带式抽油机又称宽带抽油机。该抽油机与游梁式抽油机相比，其结构特点是：没有游梁和四连杆机构，用皮带和换向装置带动抽油杆做上下往复运动。2、性能特点优点：冲程长，冲次低适用于稠油深井开采。缺点：皮带频繁地弯曲和伸直，易发生疲劳损坏。44/1711、抽油机1.3无游梁式抽油机3、工作原理电机通过皮带轮、减速器带动主动轮减速旋转，主动轮带动链条运行，链条上的换向装置和配重箱也随链条运行。当换向装置和配重箱从下往上运行时，皮带带动抽油杆从上往下运行，完成抽油机的下冲程；换向装置和配重箱到达从动轮时，通过换向装置的换向，配重箱改变运动方向从上往下运行，皮带带动抽油杆从下往上运行，完成抽油杆的上冲程。实现了抽油杆的上下往复运动，将原油从地下抽到地面。45/1712、游梁式抽油机的运动转换机构游梁式抽油机是通过曲柄、连杆和游梁后臂（摇杆）构成的四连杆机构将减速器输出轴的旋转运动转换成抽油杆的上下往复直线运动。2.1四连杆机构的基本知识46/1712、游梁式抽油机的运动转换机构2.1四连杆机构的基本知识

1、四连杆机构的特点（1）可以传递较大的动力、制造简便、易于获得较高的精度，便于润滑，满足重型机械的要求。

（2）能够实现多种运动形式的相互变换。（3）连杆上各点的运动轨迹曲线具有多样性，这些曲线称为连杆曲线，利用这些曲线可以实现实际生产中多种特殊运动的要求。（4）在四连杆机构的运动过程中，一些构件所产生的惯性力难以平衡，当高速运转时会大大增加机构的动载荷，产生较大的强迫振动，所以连杆机构一般不宜用在高速场合。47/1712、游梁式抽油机的运动转换机构2.1四连杆机构的基本知识2、四连杆机构的类型（1）曲柄摇杆机构曲柄通常为原动件，并作匀速运动；而摇杆为从动件，作变速往复摆动。（2）双曲柄机构通常一个曲柄为原动件且做匀速的连续转动，另一个曲柄为从动件一般做变速或等速的连续转动，如图所示。（3）双摇杆机构因为摇杆做往复摆动，所以双摇杆机构工作时所需空间尺寸相对较小，如图所示。

48/1712、游梁式抽油机的运动转换机构2.2常规型游梁式抽油机的四连杆机构常规型游梁式抽油机以游梁支点和曲柄轴中心的连线作为固定杆，以曲柄、连杆和游梁后臂为三个运动杆构成曲柄摇杆机构，如图所示。49/1712、游梁式抽油机的运动转换机构2.3双驴头游梁式抽油机的“变参数”四连杆机构双驴头抽油机也是通过曲柄摇杆机构实现运动转换的，它的曲柄AB是曲柄摇杆机构中的曲柄，连杆和驱动绳组成曲柄摇杆机构中的连杆，游梁后臂是摇杆。50/1712、游梁式抽油机的运动转换机构2.3双驴头游梁式抽油机的“变参数”四连杆机构双驴头抽油机由于用变径圆弧形的后驴头取代了常规机的游梁后臂，游梁与横梁之间采用柔性件即驱动绳连接。游梁后臂的有效长度随着曲柄转角变化。由于连杆与游梁后臂是连接着的，因而连杆的长度也会随之变化，因此，称为“变参数”四连杆机构。51/1712、游梁式抽油机的运动转换机构2.3双驴头游梁式抽油机的“变参数”四连杆机构这种机构的曲柄顺时针旋转时上冲程的曲柄转角为190°，下冲程的曲柄转角为160°，可以实现“慢上快下”的工作方式；而曲柄逆时针旋转时，可实现“慢下快上”的工作方式。能够满足不同粘度原油开采的需要。52/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析计算悬点载荷时，一般只考虑抽油杆柱的重量、液柱的重量及抽油杆柱引起的惯性载荷，其它载荷不考虑。53/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程1、抽油杆柱的重量上冲程时，游动阀关闭，柱塞上下流体不连通，悬点所承受的是抽油杆柱在空气中的重量。下冲程时，游动阀打开，柱塞上下流体连通，抽油杆收到液体浮力的作用，所以悬点承受的是抽油杆在液体中的重量。54/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程1、抽油杆柱的重量（1）抽油杆柱在空气中的重量—抽油杆柱在空气中的重量，N—抽油杆的截面积，m2—抽油杆的密度，kg/m3—抽油杆的总长度（即下泵深度），m—每米抽油杆在空气中的重量，N/mL55/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析1、抽油杆柱的重量（1）抽油杆柱在空气中的重量抽油杆数据表规格杆径dr截面积fr,mm2每米抽油杆重量qr,N/m弹性常数Er,10-5kN-1mminCYG13131/2126.4510.513.7280CYG16165/8198.0616.492.3792CYG19193/4285.1623.791.6542CYG22227/8387.7432.401.2158CYG25251506.4542.320.9311CYG292911/8641.2953.560.736256/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程1、抽油杆柱的重量（2）抽油杆柱在液体中的重量—抽油杆柱在液体中的重量，N—抽油杆柱所受浮力，N—每米抽油杆在液体中的重量，N/m—井中液体的密度，kg/m3—水的密度，kg/m3—油的密度，kg/m3—含水率，%钢杆57/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程2、液柱的重量上冲程时由于固定阀打开，游动阀关闭，柱塞上下流体不连通，液柱重量通过抽油杆作用在驴头悬点上。下冲程，由于固定阀关闭，游动阀打开，柱塞上下流体连通，液体重量通过游动阀转移到油管上，因而悬点不承受液柱重量。—作用在柱塞上的液柱重量，N—柱塞的截面积，m258/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程3、惯性载荷一般冲次不太大的情况下，在计算惯性载荷时通常忽略液柱引起的惯性载荷，此时，惯性载荷只与抽油杆柱的质量和悬点的加速度有关。惯性载荷的大小与加速度成正比，方向与加速度方向相反，习惯上取加速度方向向上，载荷方向向下为正。59/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程3、惯性载荷上冲程时抽油杆柱的惯性载荷下冲程时抽油杆柱的惯性载荷60/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程下冲程4、悬点的最大载荷和最小载荷悬点的最大载荷发生在抽油机的上冲程，最小载荷发生在抽油机的下冲程。（1）悬点最大载荷（2）悬点最小载荷61/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析例题：某井使用CYJ5-2.1-13HB型抽油机，下泵深度L=1000m，泵径D=56mm，连杆长度l=1800mm，冲程S=1.4m，曲柄半径r=495mm，冲次为9次/min，使用21/2in油管、3/4in抽油杆，原油密度为900kg/m3,油井含水率33%，计算悬点最大和最小载荷，并计算上冲程中各种载荷占最大载荷的百分比。解：井中液体密度查表可得3/4in抽油杆截面积为2.85X10-4m2，每米抽油杆在空气中的重量为23.79N/m，56mm抽油泵的活塞截面积为24.63X10-4m2。62/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.1常规型游梁式抽油机驴头悬点载荷分析上冲程中各种载荷占最大载荷的比例从结果看，作用在抽油机驴头悬点上的载荷主要是静载荷，惯性载荷所占比例很小，在冲次较小的情况下可以忽略不计。63/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡抽油机不平衡的原因：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。抽油机不平衡的危害有以下几个方面：1）由于载荷不均匀，会缩短电机的使用寿命，浪费能源。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。2）由于载荷不均匀，会引起抽油机的振动，缩短抽油机的使用寿命。3）由于载荷不均匀，会破坏曲柄旋转速度的均匀性，使驴头上下摆动不均匀，影响抽油机和抽油泵的正常工作。64/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡1、抽油机的平衡原理在抽油机曲柄或游梁的尾部加一重物，当驴头悬点做下冲程运动时，让抽油杆自重和电机一起对重物做功，使重物具有一定的势能，把能量储存起来。上冲程时重物释放势能和电机一起举升抽油杆与抽油泵，这样既可以消除下冲程时电机做负功的现象，又可以减少上冲程时电机的能量消耗，从而使上、下冲程电机做功接近相等。65/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡2、抽油机的平衡方式游梁式抽油机的平衡方式分为机械平衡和气动平衡两种。1）机械平衡在游梁后臂或曲柄上安装平衡块，使平衡块在下冲程时储存能量，在上冲程时释放能量，辅助电机做功，保证电机在上下冲程的输出功率大致相等。根据平衡块所处的位置将机械平衡分为游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡三种。66/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡2、抽油机的平衡方式1）机械平衡（1）游梁平衡平衡块安装在游梁尾部，该种平衡方式简单，简化了曲柄轴结构；但在抽油机运动过程中易产生摆动，冲次越高，惯性越大。（2）曲柄平衡平衡块安装在曲柄上，减少了游梁平衡引起的摆动，这种方式是目前普遍采用的平衡方式。（3）复合平衡同时采用游梁平衡和曲柄平衡，其特点是若想小范围调节平衡时，可调节游梁平衡块；若想大范围调节平衡时，则调节曲柄平衡块。67/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡2、抽油机的平衡方式2）气动平衡利用气体的压缩与膨胀来储存和释放能量，达到平衡的目的，如图所示。其特点是抽油机工作平稳，但调节平衡难度较大。1—气缸2—活塞3—气包气动平衡简图68/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡2、抽油机的平衡方式2）气动平衡特点：(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)。1—气缸2—活塞3—气包气动平衡简图69/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡3、检验抽油机平衡的方法检验抽油机是否平衡的方法主要有三种：观察法、测时法和电流强度法。1）观察法抽油机若平衡时：（1）电机易启动，无“呜呜”的怪叫声。（2）抽油机突然停止运转时，驴头和曲柄可以停留在任意位置。平衡偏重：驴头运动上快下慢，停抽时，曲柄摆动后停在下方，驴头停在上死点。平衡偏轻（又称欠平衡）：驴头运动上慢下快，停抽时，曲柄摆动后停在上方，驴头停在下死点。70/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡3、检验抽油机平衡的方法2）测时法若驴头上冲程的时间为t上，下冲程时间为t下，则：当t上＝t下时，说明抽油机平衡；

t上＞t下时，说明抽油机平衡偏轻；

t上＜t下时，说明抽油机平衡偏重。3）测电流强度法若驴头上冲程的电流强度峰值为I上，下冲程为I下，则：当I上＝I下时，说明抽油机平衡；

I上＞I下时，说明平衡偏轻；

I上＜I下时，说明平衡偏重。71/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡3、检验抽油机平衡的方法调整抽油机平衡的基本原则1）游梁平衡的调整平衡块偏轻时，应在游梁尾端加平衡块平衡块偏重时，应将游梁尾端的平衡块减小2）曲柄平衡的调整平衡块偏轻时，增加平衡半径，向远离曲柄轴的方向调整平衡块；平衡块偏重时，减少平衡半径，向靠近曲柄轴的方向调整平衡块72/1713、常规型游梁式抽油机的悬点载荷与平衡原理3.2常规型游梁式抽油机的平衡3、检验抽油机平衡的方法

平衡率是下冲程电流强度峰值与上冲程电流强度峰值之比的百分数，其表达式为：I上—下冲程电流强度峰值，AI下—上冲程电流强度峰值，Aα—抽油机的平衡率，%当85%≤α≤100%，说明抽油机接近平衡，不用调整。当α<85%时，说明抽油机平衡偏轻；当α>100%时，说明抽油机平衡偏重。73/1714、常规型游梁式抽油机的选择4.1选择游梁式抽油机的原则和依据1、原则选择的抽油机应该在油井经济寿命期内满足油层最大供液能力的需要；应在使用期的大部分时间内具有较高的载荷、扭矩和电机功率的利用率，一般要求Wmax≤0.95[W]，Tmax≤0.9[T]。一般条件的油井应选用常规型抽油机，对稠油井或产能较高而套管直径相对较小的井，应选用具有较长冲程的前置型、异相型或双驴头抽油机。抽油机应进行区域统筹，对同一油区或同一油矿区所选的机型不宜太杂，流体物性和载荷要求都相近的井尽量选用同一规格和型号的抽油机。74/1714、常规型游梁式抽油机的选择4.1选择游梁式抽油机的原则和依据2、依据1）油井的下泵深度，L,m；2）油井的产液量，Q，m3/d3）井液的物理性质，主要是井液粘度ν，Pa.s和密度ρf,kg/m4)油井的开采条件，如井斜、含砂、蜡、气等情况，以及油井周围环境的气温和地形等。75/1714、常规型游梁式抽油机的选择4.2游梁式抽油机的选择方法游梁式抽油机的选择方法就是根据下泵深度L和油井的产液量Q确定抽油机的基本参数，即确定抽油机额定悬点载荷[w]、减速器额定扭矩[T]和光杆最大冲程Smax的方法从而确定抽油机的型号。在实际选用时，一般采用计算法和图表法，这两种方法都是确定抽油机型号后，再进行必要的校核和参数调整。油田现场往往是按已有抽油机所选用的设备，根据经验选择抽油机型号后，在校核调整其他参数。76/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析光杆示功图：反映悬点载荷随悬点位移变化规律的图形。理论示功图：理想状况下，只考虑悬点所受的静载荷及由静载荷引起的杆管变形，而不考虑其它因素的影响，所绘制的示功图。1、绘制理论示功图的假设条件1）抽油泵和油管没有漏失，泵工作正常；2）油层供液能力充足，泵充满情况良好；3）不考虑动载荷的影响；4）不考虑油井砂、蜡、气、水的影响和稠油的影响；5）不考虑油井连抽带喷的现象；6）认为进入泵内的液体是不可压缩的，阀是顺时开、关的。77/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制1）悬点载荷与变形的分析根据公式，只考虑静载荷时,上冲程时悬点所受的最大载荷为：下冲程时悬点所受着最小载荷为：78/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制1）悬点载荷与变形的分析抽油机由下冲程转为上冲程时，悬点静载荷由变为，载荷增加，会使细长的抽油杆柱伸长；而在由上冲程转为下冲程时，悬点静载荷由变为，载荷减小，会使细长的抽油杆柱缩小，其变形量为。总的静载变形量λ为抽油杆柱与油管柱两部分静载荷变形之和即对于油管来说，如果油管底部不锚定，在抽油机由下冲程转为上冲程，随着游动阀关闭，固定阀打开，在抽油杆柱增载的同时，油管柱会减载，使油管柱缩短；同样，在由上冲程转为下冲程时，油管柱会增载，使油管柱伸长，其变形量为。79/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制1）悬点载荷与变形的分析抽油机由下冲程转为上冲程的过程中，即在抽油杆伸长和油管柱缩短的变形期间，虽然驴头悬点向上运行了λ距离，但实际上柱塞相对泵筒并没有运动，如图（a）（b）。此时，游动阀虽已关闭，但固定阀尚未打开，因此，泵并不抽油。只有当驴头悬点向上运动λ距离后，即抽油杆和油管柱的静变形结束后，柱塞和泵筒之间才产生相对运动，固定阀打开，泵开始抽油。80/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制1）悬点载荷与变形的分析在下冲程开始阶段，虽然悬点向下运动，但由于杆柱缩短和管柱伸长，柱塞和泵筒之间也无相对运动，如图(c)、(d)所示。此时，只有当驴头悬点向下的位移超过了λ以后，柱塞和泵筒之间才产生相对运动，游动阀打开，柱塞下面的液体才被排到柱塞上面来。81/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制1）悬点载荷与变形的分析抽油机在由下冲程转为上冲程时，驴头悬点尽管由下死点上升到上死点走了冲程长度S，但是由于抽油杆柱和油管柱静变形的结果使得抽油泵柱塞的行程Sp

相对S有所减小即82/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制2）与绘制示功图有关的概念（1）减程比：光杆冲程在图上的长度与实际冲程长度之比，用“a”表示。（2）力比：实际悬点载荷与其在图上的长度之比，用“b”表示，单位为kN∕mm。83/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制3）理论示功图的绘制（1）计算并在图上画出悬点最大载荷和最小载荷最大载荷在图上的高度为：最小载荷在图上的高度为：84/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制3）理论示功图的绘制（2）计算并在图上画出光杆冲程、柱塞冲程和冲程损失柱塞冲程在图上的长度为：光杆冲程在图上的长度为：85/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制3）理论示功图的绘制四个点：A点-驴头下死点B点-固定阀打开，游动阀关闭，柱塞开始上行程；C点-驴头上死点，柱塞运行到最高点；D点-固定阀关闭，游动阀打开，柱塞开始下行程。86/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析2、理论示功图的绘制3）理论示功图的绘制六条实线：AB线-增载线BC线-柱塞上行程线，也是最大载荷线CD线-卸载线DA线-柱塞下行程线，也是最小载荷线ABC线-驴头上行程线CDA线-驴头下行程线两条虚线：BB’、DD’—杆柱与管柱的静变形之和，即冲程损失。87/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析3、示功图的测试目前使用的测试示功图的仪器有:金时或金时+3油井诊断仪、德国生产的DYM-77型动力仪及远传装置等。不论是哪种测试仪器都是由传感器部分、信号接收及记录两部分组成，传感器部分接在悬绳器上，信号接收部分可根据输入的抽油杆长度、杆径、密度，液体的密度，柱塞直径自动绘出理论示功图，并根据测试情况直接打印测示功图。88/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析4、典型实测示功图的分析1）泵工作正常时的示功图这种示功图与理论示功图差异不大，为一近似的平行四边形。除了抽油设备的轻微振动引起一些微小波纹外，其它因素的影响不明显。图中虚线是人为根据油井抽汲参数绘制的理论负载线，上边一条是最大理论负载线，下边一条是最小理论负载线。89/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析4、典型实测示功图的分析2）连抽带喷的示功图油井具有一定的自喷能力，固定阀和游动阀都处于开启状态，抽汲只起助喷作用，液柱载荷基本上不作用在悬点上，示功图的位置及载荷的大小取决于喷势的大小90/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析4、典型实测示功图的分析3）气体影响的示功图上行程：气体随油进入泵内，气体体积膨胀使泵内压力不能很快降低，造成增载缓慢，固定阀推迟打开。泵内气体越多，增载越缓慢，固定阀打开得越滞后，进入泵内的液体就越少，泵效就越低，严重时会出现固定阀打不开，游动阀关不上，造成气锁现象。下行程：泵内气体被压缩使泵内压力增加缓慢，游动阀推迟打开，卸载缓慢。泵内气体越多，游动阀打开越迟缓，卸载越缓慢，严重时游动阀打不开，也会造成气锁现象。91/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析4、典型实测示功图的分析4）供液不足的示功图上行程：示功图正常，只是泵筒未充满。下行程：由于泵筒未充满且液面低，开始悬点载荷不降低，只有当柱塞碰到液面时才开始卸载，卸载线基本上与理论示功图的卸载线平行。示功图出现刀把现象，充满程度越差，刀把越长。92/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析4、典型实测示功图的分析5）出砂井的示功图油井出砂，有砂卡现象，上下行程会出现振动载荷，示功图呈锯齿状。93/1715、常规型游梁式抽油机示功图的测试与分析4、典型实测示功图的分析5）结蜡井和稠油井的示功图结蜡井和稠油井，上下行程流动阻力增加，上行程时，流动阻力的方向向下，使悬点载荷增加；下行程时，流动阻力的方向向下，使悬点载荷减小。稠油井的最大和最小载荷振动要比结蜡井小，但两种示功图都会出现肥大。稠油井示功图结蜡井示功图94/1716、有杆抽油泵6.1抽油泵的分类和型号表示方法有杆抽油泵是有杆抽油系统的重要组成部分，作业时它装于油管柱的下部，沉没于井内液体中，由地面部分的抽油机及中间部分的抽油杆柱带动抽油泵的柱塞上下往复运动。1、抽油泵的分类和型号表示方法按其在油井中连接方式的不同分为95/1716、有杆抽油泵6.1抽油泵的分类和型号表示方法1、抽油泵的分类和型号表示方法96/1716、有杆抽油泵6.1抽油泵的分类和型号表示方法2、抽油泵的型号表示方法CYB/

GLZ软密封柱塞，整体泵筒（无代号为金属柱塞，多节缸套）固定阀可打捞（无代号为固定阀不可打捞，带泄油器）管式泵（无代号为杆式泵）冲程长度，m泵公称直径，mm抽油泵代号例如：CYB43/3GLZ；CYB32/497/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点抽油泵：机械能转化为流体压能的设备一般要求：a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；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。主要组成工作筒(外筒和衬套)、柱塞、游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)98/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点分类：按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵和杆式泵管式泵：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。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。99/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点1、管式泵的结构和特点管式泵的泵筒直接固定在油管柱的下端，柱塞随抽油杆下入泵筒内。图示管式泵为三阀管式泵，因为他有一个固定阀和两个游动阀。由于三阀管式泵在柱塞下端也装有游动阀，所以柱塞走到下柱塞末端时，下游动阀和固定阀之间的容积即余隙容积比较小，适用于含气多的油井1—柱塞杆2、12—外管接箍3—上游动阀罩4、10—游动阀球5、11—游动阀座6—衬套7—工作筒外管8—柱塞9—下游动阀罩13—辅助阀球14—固定阀球15—固定阀座16—固定阀罩17—固定阀座接头管式泵结构图100/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点1、管式泵的结构和特点只有一个游动阀的双阀管式泵由于防气性能差，已很少应用。固定阀是双球阀，有一大一小两个球，大球跳起时由于小球的作用，迫使大球旋转，使大球磨损均匀，阀罩不易结蜡，减少了固定阀发生蜡卡和砂卡的故障。管式泵的主要部件有工作筒、柱塞、游动阀和固定阀。1—柱塞杆2、12—外管接箍3—上游动阀罩4、10—游动阀球5、11—游动阀座6—衬套7—工作筒外管8—柱塞9—下游动阀罩13—辅助阀球14—固定阀球15—固定阀座16—固定阀罩17—固定阀座接头管式泵结构图101/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点1、管式泵的结构和特点1）工作筒又称泵筒，由外管、多级衬套和外管接箍组成。接箍的作用是把多级衬套紧压在外管里，使衬套内孔对齐成为很长、精度很高的工作面，以便柱塞在里面往复运动。制造泵筒用的毛坯是精密钢管分为两种：①直缝焊接、芯轴拉拔的精密钢管。②冷拔、冷轧无缝管。由于泵筒内表面要求质量很高，因此需要强化处理，国内使用的工艺主要有碳氮共渗、氮化和镀铬等，目前又出现了辉光离子氮化工艺、激光硬化工艺灯，增强泵筒的耐磨损和抗腐蚀性能。102/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点1、管式泵的结构和特点2）柱塞柱塞与泵筒组成运动副，它是游动阀和阀罩等零部件的支持件。柱塞外开有环状防砂槽。环状防砂槽的作用有两个：①能储存少量砂子，防止砂子磨损柱塞和泵筒表面；②能储存少量油液，起到润滑作用。103/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点1、管式泵的结构和特点3）泵阀由阀球和阀座组成，是抽油泵的易损件。4）阀罩阀罩按出油结构分为开口阀罩和闭式阀罩两类，如图是典型的开口阀罩。104/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点1、管式泵的结构和特点管式泵的特点：（1）泵径较大、排量大、适用于产量高、含砂量较高的井；（2）适用于产气量较小的井；（3）结构简单，加工方便，价格便宜；（4）由于工作筒接在油管下端，所以修井检泵时需起出泵上全部油管，工作量大。105/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点2、杆式泵的结构杆式泵有内外两个工作筒，使用时把外工作筒固定在油管柱下端，再把装有柱塞的内工作筒连接在抽油杆上，下放到外工作筒中；同样，在起出时也是通过抽油杆把内工作筒拔出，所以也叫插入式泵。按其固定形式的不同分为动筒式和定筒式两种，如图所示。定筒式杆式泵动筒式杆式泵106/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点2、杆式泵的结构（1）定筒式杆式泵工作时，泵筒固定，抽油杆柱与柱塞连接，在抽油机和抽油杆的带动下柱塞在泵筒内作往复运动，泵筒一般由卡簧和支撑环固定在外工作筒内。定筒式杆式泵又分为底部固定和顶部固定两种形式。定筒式杆式泵动筒式杆式泵107/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点2、杆式泵的结构（2）动筒式杆式泵工作时，泵筒在抽油杆柱的带动下作往复运动，而柱塞和固定阀一起固定在油管下端的锥座上。动筒式杆式泵的固定阀位于固定柱塞的顶部，游动阀位于游动泵筒的顶部。定筒式杆式泵动筒式杆式泵108/1716、有杆抽油泵6.2抽油泵的结构和特点2、杆式泵的结构（3）杆式泵的特点1）检泵方便，起出抽油杆即可，不用起出油管；2）泵径小，适用于产量低的深井；3）泵在下井前可以试抽，从而保证了质量；4）泵的结构较复杂，加工难度大，成本高；5）不能用于易出砂的浅井，内外工作筒容易因砂卡而使泵卡在油管内。109/1716、有杆抽油泵6.3抽油泵的工作原理上冲程：柱塞上行，游动阀关闭，泵筒内压力下降，当泵筒内压力低于泵入口处压力时，固定阀被顶开，液体进入泵内。与此同时，如果油管内已逐渐被液体所充满，柱塞上面的液体沿油管排到地面。所以，上冲程是泵内吸入液体，而井口排出液体的过程。造成吸液进泵的条件是泵内压力（吸入压力）低于沉没压力。下冲程：柱塞下行，泵筒内压力升高，游动阀打开，固定阀关闭，液体从泵内排出到柱塞以上的油管中。同时，由于有相当于冲成长度的一段光杆从井外进入油管，将排挤出相当于这段光杆体积的液体。所以，下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液体的条件是泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。（a）上冲程（b）下冲程抽油泵的工作原理图1—游动阀2—柱塞3—泵筒4—固定阀110/1716、有杆抽油泵6.4抽油泵的理论排量在理想情况下，柱塞上下运动一次进入泵内和排到地面的液体体积相等，即等于柱塞在上行时走过的几何体积V。柱塞上行程吸入泵内的液体体积为：柱塞上行程排出井外的液体体积为：柱塞下行程排出井外的液体体积为：柱塞上下运动一次排出井外的液体体积为：111/1716、有杆抽油泵6.4抽油泵的理论排量所以泵每日的理论排量为：泵径，mm283238434451活塞截面，X10-4m26.158.0411.3414.5215.2020.43排量系数K0.891.161.632.092.192.94泵径，mm565763708395活塞截面，X10-4m224.6325.5231.1738.4854.1070.88排量系数K3.553.674.495.547.7910.21抽油泵的排量系数表112/1716、有杆抽油泵6.5抽油泵的选择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）要考虑整个系统的综合效率；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，优先选用小泵径长冲程和常用的泵型规格。113/1716、有杆抽油泵6.5抽油泵的选择2、基本选择方法1）根据提供的油井的产液量，确定抽油泵泵径。2）根据抽油泵泵径查表得到排量系数K值。3）根据抽油机参数，确定冲程长度S和冲次n，在确定S、n时还应考虑到抽油泵的下泵深度、被抽汲液体的物性等，推荐S×n的数值可在20～50m/min内。4）根据已确定的k、s、n查表得出抽油泵的理论排量。理论排量应大于油井产液量，校核抽油泵的理论排量和油井产液量。根据实践经验0.6～0.7倍的理论排量应等于油井实际产液量，若相差太大，则应重新选择S、n甚至是泵径，直到符合为止。114/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施泵实际排量与泵理论排量之比的百分数称为泵效，泵效是衡量泵工作状况好坏的重要参数，也是反映油井管理水平的一项重要技术指标。泵效的表达式为：计算泵效时，泵的实际排量和理论排量单位要统一，都用质量排量或都用体积排量。一般除连抽带喷的井外，泵效都是小于100％的，若泵效大于70％说明泵的工作状况良好。在实际生产中，一般泵效都低于70％。115/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素1、油井工作制度的影响

油井工作制度选择不合理指的是冲程、冲次、泵径选得过大，而地层能量供不应求，致使泵效降低。2、冲程损失的影响冲程损失是指光杆冲程与柱塞冲程之差，行程冲程损失的原因主要是上下冲程中抽油杆柱和油管柱承受交变载荷而产生弹性伸缩，使柱塞冲程小于光杆冲程，从而减小了柱塞所让出的体积，使泵效降低。116/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素2、冲程损失的影响（1）静载荷引起的冲程损失1）冲程损失的形成过程由于液柱载荷在上下冲程中交替的作用在抽油杆和油管上，使得作用在抽油杆柱和油管柱上的载荷交替的增大和减小，从而引起抽油杆柱和油管柱交替地伸长和缩短。117/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素2、冲程损失的影响（1）静载荷引起的冲程损失2）冲程损失的计算油井使用单级杆柱时的计算公式式中：fr—抽油杆柱的截面积，m2ft—油管的截面积，m2fp

—柱塞的截面积，m2E—抽油杆材料的弹性模量，Pa刚的弹性模量为2.1x1011PaL—下泵深度，m。118/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素2、冲程损失的影响（1）静载荷引起的冲程损失2）冲程损失的计算油井使用多级杆柱时的计算公式式中：L1、L2—分别为第一级、第二级抽油杆柱的长度，mfr1、fr2—分别为第一级、第二级抽油杆的截面积，m2119/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素2、冲程损失的影响（1）静载荷引起的冲程损失2）冲程损失的计算柱塞的截面积越大，冲程损失越大；下泵深度越大，冲程损失越大；液体的密度越大，冲程损失越大；抽油杆的截面积越大，冲程损失越小；油管的截面积越大即油管壁越厚，冲程损失越小。冲程损失影响的泵效：120/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素例题：某井使用的油管直径为21/2in(外径73mm、内径62mm),选用56mm的管式泵，下泵深度为1000m，由直径为7/8in的抽油杆400m、直径为3/4in的抽油杆600m组成二级抽油杆柱，井内液体密度为900kg/m3，光杆冲程为1.8m，试计算静载荷引起的冲程损失及对泵效的影响。解：查表得7/8in、3/4in抽油杆的截面积分别为387.74mm2和285.16mm2121/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施静载荷引起的冲程损失对泵效的影响：只考虑静载荷引起的冲程损失一项的影响，泵效就能达到70%多，所以实际泵效一般都低于70%。122/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素2、冲程损失的影响（2）惯性载荷对冲程损失的影响当悬点上升到上死点时，抽油杆受向上最大惯性力作用，悬点到上死点后，抽油杆在该惯性力的作用下带着柱塞仍然上行，使柱塞比只有静载荷作用下，向上多移动一段距离λ′。当悬点运行到下死点时，抽油杆受到向下的最大惯性力，柱塞比只有静载荷作用下，向下多移动一段距离λ〞。在惯性载荷的作用下，使柱塞的冲程比只有静载荷时要增加λi。123/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素2、冲程损失的影响（2）惯性载荷对冲程损失的影响根据虎克定律，由惯性力产生柱塞冲程的增量为：（3）考虑惯性载荷和静载荷的活塞冲程为：124/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素3、气体对泵效的影响1）相关概念（1）余隙容积：当柱塞运动到下死点位置时，固定阀与游动阀之间的泵筒容积。用Vs表示。（2）充满系数：柱塞上冲程时，吸入泵内的液体体积与柱塞让出泵筒容积之比，用β表示。式中：Vp—柱塞让出泵筒容积；V′o

—进入泵筒中液体的体积。（3）气锁：大量气体进入泵内，在抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，使固定阀和游动阀无法打开，导致泵抽不出油的现象。125/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素3、气体对泵效的影响1）气体对泵效的影响如图所示，柱塞从下死点运行到上死点时，泵内进入油气的情况。由于抽油机井的井底压力都比较低，泵入口的压力一般都低于饱和压力，在抽汲时，总会有气体随液体一起进入泵内。气体占据一定的泵内容积，柱塞上行时泵内气体膨胀，泵筒内压力不能及时下降，使固定阀不能及时打开，游动阀不能及时关闭，影响液体进泵；当柱塞下行时，压缩泵筒内的气体，使泵筒内压力不能立即上升，游动阀推迟打开，固定阀推迟关闭，泵筒不能及时排油。因此，气体进入泵内会降低泵效，当大量气体进入泵内，还会产生气锁，使泵无法工作。126/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素3、气体对泵效的影响1）气体对泵效的影响如图所示，柱塞从下死点运行到上死点时，泵内进入油气的情况。127/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素4、漏失的影响漏失会使泵效降低，常见的漏失包括以下三方面。1）油管漏失包括接头螺纹漏、腐蚀穿孔漏、制造缺陷的管壁砂眼等。2）选泵不合理柱塞与泵筒间的配合间隙过大。3）抽油泵零件磨损和被卡引起的漏失。造成这种漏失的原因有以下几种：（1）油井出砂；（2）油井结蜡；（3）井内液体含有腐蚀性物质；（4）原油粘度过高；（5）井身弯曲；（6）钢质部件发生磁化。128/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.1影响泵效的因素5、供液不足的影响若油层能量低或沉没度较小时，使得柱塞的运动速度大于吸入液体的速度，会使泵充不满而影响泵效。129/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2提高泵效的措施提高和维持油层能量，保证有充足的供油能力。1、油层方面采取的措施提高和维持油层能量，保证有充足的供油能力。对于注水开发的油田，合理注水是保证高产、高泵效的根本措施；对于井底附近油层物性不好的，可采取增产措施如压裂、酸化等增大井底附近油层的渗透率，以提高油层供油能力。130/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素2、油井方面采取的措施

1）选择合理的油井工作制度连续抽油的井，油井的工作制度是指冲程、冲次、泵径和下泵深度的合理选择；间歇抽油的井，油井的工作制度指的是合理选择开、停抽时间。（1）连续抽油的井在满足产量要求的条件下，选择抽汲参数的最佳配合。选择油井工作制度的原则是：长冲程、低冲次、小泵径及合理的下泵深度。131/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素1）选择合理的油井工作制度（1）连续抽油的井选用长冲程的优点是：可相对减小冲程损失对泵效的影响；可减小余隙百分比，以减小气体对泵效的影响；在冲次不变的情况下，可相对提高柱塞的运动速度，减小漏失量。选用低冲次的优点是：可减小悬点的惯性载荷和振动载荷，改善抽油机的工作条件，有利于提高泵的充满系数。选用小泵径的优点是：在同样下泵深度条件下，泵径小，光杆载荷小，可减小冲程损失，提高泵效。下泵深度的选择，也直接影响泵效。下泵深度过大会使悬点载荷增加，增加冲程损失；下泵深度过小会减小泵的沉没度，增加气体对泵效的影响，使泵供液不足。132/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素1）选择合理的油井工作制度（2）间歇抽油的井当地层供液能力很差，连续抽油会使泵效大大降低，不仅浪费动力资源而且损坏抽油设备，为了避免能源和设备的损耗而采用间抽得方法进行采抽。间抽井选择油井工作制度主要指确定油井合理的开、关时间，使油井供油能力与泵的工作能力相适应。133/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素2）使用油管锚，减小冲程损失用油管锚将油管下端固定，可以消除油管变形、减少冲程损失、改善受力状况。目前在油田使用的油管锚分为机械式和液力式两大类,机械式包括张力式油管锚、压缩式油管锚和旋转式油管锚三种；液力式包括压差液力式油管锚和憋压式油管锚两种。张力式油管锚的结构如图所示。134/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素2）使用油管锚，减小冲程损失

图2-26张力式油管锚结构图1—锥体2—卡瓦3—卡瓦托4—摩擦块5—倒J型定位槽6—中心管7—上接头135/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素3）合理利用气体能量，减小气体的影响（1）控制套管气对于地层能量较高且具有自喷能力的井，应控制套管气，利用气体能量举油，可以提高泵效。对于没有自喷能力但气油比较高的井，通过控制套管气，使动液体稳定，提高泵的充满程度，使气体到达柱塞以上再分离，提高泵效。对于含气较少的井，可以适当地放套管气，以提高泵的沉没度。（2）减小防冲距在保证不碰泵的情况下，尽量减小防冲距，减小余隙容积，减小气体对泵效的影响。136/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素3）合理利用气体能量，减小气体的影响（3）使用气锚减少气体影响气锚是一种井下气液分离器。气锚有四种类型，分别是利用滑脱效应的简单气锚、利用离心效应的螺旋气锚、利用捕集效应的盘式气锚、利用气帽排气的气锚。其中，利用滑脱效应的气锚结构最简单。如图所示。图2-27简单气锚结构示意图1—上接头2—外管3—内管4—堵头137/1717、影响抽油泵泵效的因素和提高泵效的措施7.2影响泵效的因素4）减小漏失对泵效的影响①防止油井出砂，对于由于油井出砂而使泵漏失的井，应采用防砂措施。②防止油井结蜡，对于由于油井结蜡而使泵漏失的井，应制定合理的防清蜡措施。③防腐蚀，对于由于腐蚀而使泵漏失的井，要制定合理的防腐措施。138/1718、抽油杆及采油管柱配套工具抽油杆柱是有杆泵采油装置的一个重要组成部分，抽油杆柱上连抽油机，下连抽油泵，起传递动力作用。8.1抽油杆柱抽油杆柱由光杆、抽油杆、抽油杆接箍和加重抽油杆组合而成。1、光杆抽油杆柱最上面的一根抽油杆称为光杆。光杆有两个作用：1）通过光杆方卡把整个抽油杆柱悬挂在悬绳器上；2）和井口盘根配合密封井口。光杆分为普通型和一端镦粗型两种。

139/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱

普通型光杆两端均为相同的抽油杆螺纹，杆体直径大于两端螺纹最大外径，两端无镦粗头。其特点是两端可互换使用，能充分利用杆体全部。

一端镦粗型光杆是光杆的一端镦粗并加工出抽油杆螺纹，另一端未镦粗直接加工出抽油杆螺纹，杆体直径小于镦粗部分直径。其特点是镦粗端螺纹连接性能好，但两端不可互换。常用的光杆杆体直径有Φ25、Φ28、Φ32、Φ38四种规格。140/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱2、抽油杆抽油杆是两端加粗并车制螺纹的实心或空心杆，用于连接光杆与抽油泵，并将地面动力传递给抽油泵。普通钢质抽油杆又称为常规抽油杆，制造工艺简单、成本低、直径小、使用范围广，约占有杆抽油井的90%以上。（1）常规抽油杆的结构和规格常规抽油杆是一种具有圆形断面而两头镦粗的金属细长杆件，一般长度为8米左右，如图所示。杆头部分由外螺纹、卸荷槽、推承面台阶和扳手方颈等组成，结构如图所示。为了调节抽油杆柱的长度，还配有多种长度的短抽油杆。141/1718、抽油杆及采油管柱配套工具图

常规抽油杆的结构示意图图

常规抽油杆镦粗部分结构示意图1—外螺纹接头2—卸荷槽3—推承面台肩4—扳手方颈5—凸缘6—圆弧过渡区142/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱2、抽油杆（1）常规抽油杆的结构和规格国标将常规抽油杆分为C、D和K三个等级，其中C级抽油杆用于轻、中负荷的油井，一般用40号或45号优质碳素钢或锰钢制造；D级抽油杆用于中、重负荷的油井，由碳钢或20CrMo合金钢制造；K级抽油杆用于有腐蚀性的油井，由镍钼合金钢制造。抽油杆要经过镦粗、整体热处理、外螺纹滚压加工、喷丸强化、油溶性涂料防护等加工过程，使其获得一定的抗疲劳和抗腐蚀性能。143/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱2、抽油杆（2）常规抽油杆的型号表示方法和技术规范CYG/材料强度代号，B为合金钢，调制处理；C为碳钢，正火处理。短抽油杆长度，mm抽油杆杆体直径，mm抽油杆代号在抽油杆型号中，若未注明长度，则表示抽油杆是长度为8米的标准抽油杆。例如：CYG22BCYG25/1500C144/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱3、抽油杆接箍抽油杆接箍按结构特征的不同分为普通接箍和异径接箍。普通接箍如图（a）(b)所示，它用于连接等直径抽油杆。145/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱3、抽油杆接箍异径接箍如图（C）（D），两端的螺纹直径不等，用于连接不同直径的抽油杆。146/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.1抽油杆柱4、加重抽油杆加重抽油杆是一种本体直径较大的抽油杆，两端带有抽油杆螺纹，一端车有吊卡颈和打捞颈的实心圆杆。它替代部分抽油杆以增大抽油杆柱下部重量，减少抽油杆柱的纵向弯曲。加重抽油杆的结构如图所示。147/1718、抽油杆及采油管柱配套工具8.2抽油井井口装置抽油井井口装置一