《有杆泵采油》PPT课件.ppt

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1、第十章第十章 有杆泵采油有杆泵采油 有杆泵采油有杆泵采油 游梁式有杆泵采油游梁式有杆泵采油地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油 一、一、 系统组成及抽油装置系统组成及抽油装置 第一节第一节 系统组成及泵的工作原理系统组成及泵的工作原理组成：组成：三抽为主三抽为主+ 辅助装置辅助装置地面地面:抽油机抽油机地下地下:抽油泵抽油泵中间中间:抽油杆抽油杆1.1.抽油机抽油机（地面设备）（地面设备）分类分类游梁游梁无无游梁游梁常规型常规型前置型前置型变形变形游游梁梁 支架支架在驴头和在驴头和曲柄连杆曲柄连杆之间，之间， 上、下冲上、下冲程时间相程时间相等。等。常规型常规型 减速箱在支减速箱在支架的前面，

2、架的前面，缩短缩短了游梁的长度，了游梁的长度，减小了抽油机的减小了抽油机的规格尺寸，上、规格尺寸，上、下冲程时间不等，下冲程时间不等，从而降低了上冲从而降低了上冲程的程的v v、a a和动载和动载荷及减速箱的最荷及减速箱的最大扭距和需要的大扭距和需要的电机功率。电机功率。前置型：前置型：变形变形变形：变形：异相型、异相型、旋转驴头式、旋转驴头式、大轮式以及六大轮式以及六杆式双游梁。杆式双游梁。提高冲程、节提高冲程、节约能源及改善约能源及改善抽油机的结构抽油机的结构特性和受力状特性和受力状态态。无游梁无游梁 ：为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术

3、经济指标，特点多为长冲程范围以及改善其技术经济指标，特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。低冲次，适合于深井和稠油井采油。 机械式无游梁抽油机机械式无游梁抽油机液压式液压式无游梁抽油机无游梁抽油机： 链条式链条式机械式无游梁抽油机机械式无游梁抽油机 曲柄连杆式曲柄连杆式2. 2. 抽油泵抽油泵抽油泵是有杆抽油泵是有杆泵抽油系统中泵抽油系统中的主要设备的主要设备组组 成成分类分类（按结构）（按结构）分类分类（按用途）（按用途）工作筒（外筒工作筒（外筒+ +衬套）衬套）管式泵管式泵常规泵常规泵活塞（柱塞）活塞（柱塞）杆式泵杆式泵特种泵特种泵（防砂泵，防气泵）（防砂泵，防气泵）阀阀（游动阀，

4、固定阀）（游动阀，固定阀）特点：特点： 结构简单、成本低；泵径大，排量大；检结构简单、成本低；泵径大，排量大；检泵时需起出油管，修井工作量大。泵时需起出油管，修井工作量大。 应用范围：应用范围：下泵深度不大、产量较高的井下泵深度不大、产量较高的井。 （1 1）管式泵：）管式泵：是把外筒和衬套在地面组装好后，接是把外筒和衬套在地面组装好后，接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。 （2 2）杆式泵：）杆式泵：是整个泵在地面组装好后接在抽油是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端，整体

5、通过油管下入井内，由预先安装杆柱的下端，整体通过油管下入井内，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。 特点：特点： 检泵不需起出油管，检泵方便；结构复检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；排量小。杂，制造成本高；排量小。 适用范围：适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井下泵深度较大，但产量较低的井 3.3.光杆与抽油杆光杆与抽油杆光杆：光杆：联接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口联接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘根盒配合密封井口。盘根盒配合密封井口。 普通型普通型两端可互换，当一端磨损后可换另两端可互换，当一端磨损后可换另一端使用一端使

6、用 一端墩粗型一端墩粗型 联接性能好，但两端不能互换。联接性能好，但两端不能互换。 普普通通型型抽抽油油杆杆：结结构构简简单单、制制造造容容易易、成成本本低低；直直径径小小，有有利利于于在在油油管管中中上上下下运运行行。主主要要用用于于常常规规有有杆泵抽油方式。杆泵抽油方式。抽油杆抽油杆玻玻璃璃纤纤维维抽抽油油杆杆：耐耐腐腐蚀蚀，寿寿命命长长；重重量量轻轻，有有利利于于降降低低抽抽油油机机悬悬点点载载荷荷和和节节约约能能量量；弹弹性性模模量量小小，可实现超冲程，有利于提高泵效。可实现超冲程，有利于提高泵效。空空心心抽抽油油杆杆：由由空空心心圆圆管管制制成成，成成本本较较高高，可可用用于于热热油

7、油循循环环和和热热电电缆缆加加热热等等特特殊殊抽抽油油工工艺艺，也也可可以以通通过过空空心心通通道道向向井井内内添添加加化化学学药药剂剂。适适用用于于高高含含蜡蜡、高凝固点的稠油井。高凝固点的稠油井。此外此外, ,还有连续杆、钢丝绳杆、不锈钢杆还有连续杆、钢丝绳杆、不锈钢杆以及非金属带状杆等特殊用途的抽油杆。以及非金属带状杆等特殊用途的抽油杆。二、二、 泵的工作原理泵的工作原理 活塞上下运动一次称为一个活塞上下运动一次称为一个冲程冲程，分为上冲程，分为上冲程和下冲程。和下冲程。 每分钟内完成上、下冲程的次数称为每分钟内完成上、下冲程的次数称为冲次冲次，用，用n n来表示来表示 悬点在上、下死点

8、间的位移，称为悬点在上、下死点间的位移，称为光杆冲程光杆冲程，用用S S来表示。来表示。 活塞在上、下死点间的位移，称为活塞在上、下死点间的位移，称为活塞冲程，活塞冲程，用用SpSp来表示。来表示。 1.上冲程上冲程 抽油杆柱带动活塞向上运动抽油杆柱带动活塞向上运动。游动阀关闭，泵内游动阀关闭，泵内压力降低。固定阀在沉没压力与泵内压力构成的压压力降低。固定阀在沉没压力与泵内压力构成的压差作用下，克服重力而被打开，差作用下，克服重力而被打开，原油进泵而井口排原油进泵而井口排油。油。 抽油杆伸长加载；油管卸载抽油杆伸长加载；油管卸载而缩短。而缩短。沉没压力：沉没压力：作用在泵上的环形空间液柱压力。

9、作用在泵上的环形空间液柱压力。沉没度：沉没度：泵在动液面以下的深度。泵在动液面以下的深度。 2.2.下冲程下冲程 抽抽油油杆杆柱柱带带动动活活塞塞向向下下运运动动。固固定定阀阀关关闭闭，游游动动阀阀打打开开，当当泵泵内内压压力力升升高高到到大大于于活活塞塞以以上上液液柱柱压压力力和和游游动动阀阀重重力力时时，游游动动阀阀被被顶顶开开，泵泵内内液液体体排排向向油油管管。抽抽油油杆杆由由于于卸卸载载而而缩缩短短，油油管加载而伸长。管加载而伸长。第二节第二节 抽油机的悬点运动规律抽油机的悬点运动规律研究目的：是研究目的：是研究抽油装置动力学，从而进行抽油研究抽油装置动力学，从而进行抽油装置的设计、选

10、择以及工作状况分析的基础装置的设计、选择以及工作状况分析的基础 悬点：悬点：抽油杆在驴头上的悬挂点。抽油杆在驴头上的悬挂点。运动规律：运动规律：位移位移 S S、速度、速度 v v 、加速度、加速度 a a 。四四连杆机构可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动连杆机构可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动四四连连杆杆机机构构固定杆：游梁支点与曲柄轴固定杆：游梁支点与曲柄轴 的连线的连线游动杆：曲柄、连杆、游动杆：曲柄、连杆、 游梁后臂游梁后臂一一. .简化方法简化方法1.1.简谐运动模型简谐运动模型条件：条件：r/l0 r/l0 r/b0 r/b0 点点B B的运动可以看作简谐运动，即认为的运动可以看作简

11、谐运动，即认为B B点的运动规律和点的运动规律和D D点点做圆周运动时在做圆周运动时在垂直中心线垂直中心线上的投影（上的投影（C C点）的运动规律相点）的运动规律相同，即同，即B B点和点和C C点的运动规律相同。点的运动规律相同。B B点经过时间点经过时间t t时的位移时的位移 为：为：驴头在下死点驴头在下死点 曲柄垂直向上曲柄垂直向上 A的位移位移A的的速度速度A的的加速度加速度模型简单，结构粗略，模型简单，结构粗略，只能用于近似计算只能用于近似计算w 曲柄旋曲柄旋转角速度转角速度 2. 2. 曲柄滑块机构模曲柄滑块机构模r/lr/l和和r/br/b值不可忽略时。值不可忽略时。其其简化条件

12、简化条件为：为：r/lr/l1/41/4；B B点绕游梁支点的弧线运点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动。动近似地看做直线运动。令令 解的解的过程过程其中：其中：由杠杆原理，得：由杠杆原理，得：最大加速度：最大加速度：适用条件适用条件：应用于一般计算和分析，应用于一般计算和分析，在精确计算和分析及抽油机设计时，在精确计算和分析及抽油机设计时，则须按抽油机实际四连杆计算。则须按抽油机实际四连杆计算。通过游梁通过游梁摆角的变摆角的变化来求得化来求得位移位移 二、精确方法二、精确方法已知已知H H，I I，G G，a a，b b，l l，r r任一时间游梁与铅垂线任一时间游梁与铅垂线的的夹角夹角

13、为：为： 其中：其中： 游游梁梁摆摆动动时时存存在在一一个个最最小小夹夹角角 ，可可按按下式计算：下式计算：其中：因此，任意时刻游梁的因此，任意时刻游梁的角位移角位移为：为： 可进一步求出悬点的可进一步求出悬点的位移、速度位移、速度和和加速度加速度分别为：分别为： 考虑四连杆存在如下关系：考虑四连杆存在如下关系：变形后有：变形后有：上式上式证明如下：证明如下： 第三节第三节 抽油机悬点载荷计算抽油机悬点载荷计算 抽油机在工作时悬点所承受的载荷，是进行抽抽油机在工作时悬点所承受的载荷，是进行抽油设备选择及工作状况分析的重要依据。油设备选择及工作状况分析的重要依据。 一、一、 悬点承受的载荷悬点承

14、受的载荷动动载荷载荷静静载荷载荷其他载荷其他载荷振动振动惯性惯性摩擦摩擦杆重杆重液重液重沉没压力沉没压力井口回压井口回压 1. 1. 抽油杆柱的重力产生的悬点载荷抽油杆柱的重力产生的悬点载荷上上冲程：冲程：下下冲程：冲程：其中其中 2. 液柱的重力产生的悬点载荷液柱的重力产生的悬点载荷上冲程：上冲程：液柱的重力经抽油杆柱作用于悬点，液柱的重力经抽油杆柱作用于悬点， 其方向向下，使悬点载荷增加其方向向下，使悬点载荷增加 下冲程：下冲程：液柱的重力作用于油管上，因而对悬点液柱的重力作用于油管上，因而对悬点 载载 荷没有影响。荷没有影响。 3. 3. 振动载荷与惯性载荷振动载荷与惯性载荷初变形期：初

15、变形期：抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕，这一过程称之为初变形期。完毕，这一过程称之为初变形期。 周期性交变力周期性交变力 振动载荷振动载荷;变速运动变速运动 惯性载荷。惯性载荷。在下面的讨论中忽略了在下面的讨论中忽略了液柱液柱的振动载荷。的振动载荷。 (1) 抽油杆柱的振动引起的悬点载荷抽油杆柱的振动引起的悬点载荷 抽抽油油杆杆柱柱的的纵纵向向振振动动，可可用用一一端端固固定定、一一端端自自由由的的细细长杆的自由纵振动微分方程来描述长杆的自由纵振动微分方程来描述 假假定定悬悬点点载载荷荷在在初初变变形形期期的的变变化化接接近近于于静静变变形形，沿沿杆杆柱柱

16、的的速速度度按按直直线线规规律律分分布布，则则微微分分方方程的程的初始条件初始条件和和边界条件边界条件分别为：分别为： 初始条件初始条件 ：边界条件边界条件 ： 根根据据分分离离变变量量法法，在在以以上上初初始始条条件件和和边边界界条条件件下，方程组的解为：下，方程组的解为： 抽油杆柱自由振动的固有频率。抽油杆柱自由振动的固有频率。抽油杆柱的自由纵振动在悬点处产生的抽油杆柱的自由纵振动在悬点处产生的振动载荷振动载荷为：为： 最大振动载荷为最大振动载荷为 最最大大振振动动载载荷荷发发生生在在 , .处处。但但实实际际上上由由于于存存在在阻阻尼尼，振振动动将将会会随随时时间间逐逐渐渐衰衰减减，故故

17、最最大大振振动动载载荷荷发发生生在在处处 ，出出现现最最大大振振动动载载荷荷的的时时间间则则为为 : (2) 抽油杆柱与液柱的惯性产生的悬点载荷抽油杆柱与液柱的惯性产生的悬点载荷 1) 如忽略如忽略抽油杆柱和液柱的弹性抽油杆柱和液柱的弹性影响，则可影响，则可以认为抽油杆柱和液柱各点和悬点的运动规律完以认为抽油杆柱和液柱各点和悬点的运动规律完全一致。全一致。 最最大大惯惯性性载载荷荷：在在上上死死点点附附近近方方向向向向上上，减减小小悬悬点载荷；在下死点附近方向向下，增加悬点载荷。点载荷；在下死点附近方向向下，增加悬点载荷。 如果采用曲柄滑块机构模型来计算加速度，则如果采用曲柄滑块机构模型来计算

18、加速度，则上冲程上冲程最大惯性载荷值最大惯性载荷值为：为：下冲程下冲程最大惯性载荷值最大惯性载荷值为：为： 实际上，由于抽油杆柱和液柱的弹性，抽油实际上，由于抽油杆柱和液柱的弹性，抽油杆柱和液柱各点的运动与悬点的运动并非一致，杆柱和液柱各点的运动与悬点的运动并非一致，因此，上述按悬点最大加速度计算的惯性载荷将因此，上述按悬点最大加速度计算的惯性载荷将大于大于实际值。实际值。 2)考虑抽油杆柱的弹性时，抽油杆柱产生的惯性载荷考虑抽油杆柱的弹性时，抽油杆柱产生的惯性载荷 初初变变形形期期末末,抽抽油油杆杆柱柱随随悬悬点点做做变变速速运运动动， 由由于于强强迫迫运运动动而而产产生生附附加加的的惯惯性

19、性载载荷荷。惯惯性性载载荷荷的的大大小小取取决决于于抽抽油油杆杆柱柱的的质质量量、悬悬点点加加速速度度及及其其在杆柱上的分布在杆柱上的分布。 悬点运动近似地看做简谐运动。悬点运动近似地看做简谐运动。 从悬点下死点算起的上冲程时间。从悬点下死点算起的上冲程时间。 距悬点距悬点x处的处的加速度加速度为为 ：在在 x 处单元体上的处单元体上的惯性力惯性力 为：为： 积分有：积分有： 因因:所以所以:当当 时，抽油杆柱的惯性力随时，抽油杆柱的惯性力随 而减小而减小 当当 时，抽油杆柱的惯性力等于零；时，抽油杆柱的惯性力等于零；当当 时，惯性力改变方向，随时，惯性力改变方向，随 而增大。而增大。 故惯性

20、力与故惯性力与aA的瞬时值不成比例，而是正比于的瞬时值不成比例，而是正比于在在L/a 期间内悬点速度的增量期间内悬点速度的增量vA。 上下冲程中都存在，不超过抽油杆重量的上下冲程中都存在，不超过抽油杆重量的1.5。 (2) 柱塞与衬套之间的摩擦力柱塞与衬套之间的摩擦力 该该摩摩擦擦力力在在上上、下下冲冲程程中中都都存存在在，一一般般泵泵径径不超过不超过70 mm时，其值小于时，其值小于1717 N。 (3) 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 发生在下冲程，其摩擦力的方向向上，是稠发生在下冲程，其摩擦力的方向向上，是稠油井内抽油杆柱下行遇阻的主要原因。阻力的大油井内抽油杆柱下

21、行遇阻的主要原因。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化小随抽油杆柱的下行速度而变化 4. 摩擦载荷摩擦载荷 (1) 抽油杆柱与油管的摩擦力抽油杆柱与油管的摩擦力 (4) 液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力发生在上冲程，其方向向下，故增大悬点载荷。发生在上冲程，其方向向下，故增大悬点载荷。 (5) 液体通过游动阀的摩擦力液体通过游动阀的摩擦力 在高粘度大产量油井内，在高粘度大产量油井内，液体通过游动阀产生液体通过游动阀产生的阻力的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因，往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因，对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。 雷诺雷诺

22、数：数： 如果把活塞运动如果把活塞运动看成简谐运动看成简谐运动 ：液流通过游动阀时产生的液流通过游动阀时产生的压头损失压头损失为：为： 由由液液流流通通过过游游动动阀阀的的压压头头损损失失而而产产生生的的活活塞下行阻力为：塞下行阻力为： 5. 其它载荷其它载荷 沉没压力只发生在上冲程，减小悬点载荷：沉没压力只发生在上冲程，减小悬点载荷：泵泵吸入口压力吸入口压力沉没压力沉没压力液流产生的压降液流产生的压降 井口回压，将对悬点产生附加载荷，上冲程井口回压，将对悬点产生附加载荷，上冲程中增加悬点载荷中增加悬点载荷,下程中减小悬点载荷下程中减小悬点载荷 ：回压回压 二、二、 悬点的最大和最小载荷悬点的

23、最大和最小载荷上上下下 在下泵深度及沉没度不是很大，井口回压及冲数在下泵深度及沉没度不是很大，井口回压及冲数不很高的稀油直井内，常可以忽略不很高的稀油直井内，常可以忽略 , , , , 及及 。则最大和最小载荷分别简化为。则最大和最小载荷分别简化为 ：二、二、 悬点的最大和最小载荷悬点的最大和最小载荷 则则悬悬点点所所承承受受的的最最大大和和最最小小载载荷荷公公式式可可分分别写成另一种形式：别写成另一种形式：令：令：占据整个油管流通面积的液体重量，亦为占据整个油管流通面积的液体重量，亦为 上、下冲程静载荷差，上、下冲程静载荷差，N； s光杆冲程；光杆冲程； n 冲次。冲次。 式式中中 抽抽油油

24、杆杆在在液液柱柱中中的的重重量量，即即抽抽油油杆柱所受的重力与液体对其浮力之差，杆柱所受的重力与液体对其浮力之差，N； 第四节第四节 抽油机的平衡计算抽油机的平衡计算若不加平衡装置，上、下冲程中悬点载荷不均衡，若不加平衡装置，上、下冲程中悬点载荷不均衡，上冲程：上冲程：电动机做很大的功，才使驴头上行；电动机做很大的功，才使驴头上行；下冲程：下冲程：杆拉驴头下行，对电机做功。杆拉驴头下行，对电机做功。后果后果 (1) 电动机功率的浪费，降低电动机的效率和电动机功率的浪费，降低电动机的效率和寿命寿命； (2) 造成振动，缩短电动机及抽油装置的寿命造成振动，缩短电动机及抽油装置的寿命 (3) 破坏曲

25、柄旋转速度的均匀性，影响泵杆工作。破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响泵杆工作。 一、一、 平衡原理平衡原理 原理：电动机在上、下冲程中都做正功且做功相等。原理：电动机在上、下冲程中都做正功且做功相等。 解决办法解决办法: 下冲程：以某种方式将能量储存起来；下冲程：以某种方式将能量储存起来； 上冲程：储存的能量释放，帮助电机做功上冲程：储存的能量释放，帮助电机做功。 方法：方法：在抽油机游梁后臂上加一重物在抽油机游梁后臂上加一重物游梁平衡。游梁平衡。下冲程：让抽油杆自重和电机一起来下冲程：让抽油杆自重和电机一起来对重物做功对重物做功；上冲程：让重物储存的能量释放出来和电动机一起上冲程：让重物储存的能

26、量释放出来和电动机一起对悬对悬点做功点做功。 由由 二、二、 平衡方式平衡方式平衡方式平衡方式:为了使抽油机工作达到平衡状态，在下为了使抽油机工作达到平衡状态，在下冲程把抽油杆自重做的功和电机输出的能量储存起冲程把抽油杆自重做的功和电机输出的能量储存起来所采取的形式。来所采取的形式。 常用的平衡方式常用的平衡方式: 气动平衡气动平衡, 机械平衡。机械平衡。气气动动平平衡衡:是是通通过过游游梁梁带带动动的的活活塞塞压压缩缩气气包包中中的的气气体体，把把下下冲冲程程中中做做的的功功储储存存成成为为气气体体的的压压缩缩能能。在在上上冲冲程程中中被被压压缩缩的的气气体体膨膨胀胀，将将储储存存的的压压缩

27、缩能能转换成膨胀能帮助电动机做功。转换成膨胀能帮助电动机做功。 二、二、 平衡方式平衡方式 机机械械平平衡衡是是以以增增加加平平衡衡重重块块的的位位能能来来储储存存能能量量，而而在在上上冲冲程程中中平平衡衡重重降降低低位位能能来来帮帮助助电电动动机机做做功功的的平衡方式。平衡方式。机机械械平平衡衡有有三三种种类类型型，即即游游梁梁平平衡衡、曲曲柄柄平平衡衡和和复复合平衡合平衡。1) 游梁平衡游梁平衡是在游梁尾部加平衡重，是在游梁尾部加平衡重，适用于小型适用于小型抽油机抽油机。 2) 曲曲柄柄平平衡衡(旋旋转转平平衡衡)是是将将平平衡衡重重加加在在曲曲柄柄上上。这这种种平平衡衡方方式式便便于于调

28、调节节平平衡衡，并并且且可可避避免免在在游游梁梁上上造造成成过过大大的的惯惯性性力力，适适用用于于大大型型抽抽油油机。机。3) 复合平衡复合平衡(混合平衡混合平衡)在游梁尾部在游梁尾部和曲柄上都和曲柄上都加有平衡重，加有平衡重，是上述两种是上述两种方式的组合，方式的组合，多用于中型多用于中型抽油机。抽油机。 三、三、 平衡计算平衡计算 计算所需要的平衡物的重量或确定一定平衡计算所需要的平衡物的重量或确定一定平衡重量重物的位置重量重物的位置 。 悬点在上、下冲程中所做的功分别为：悬点在上、下冲程中所做的功分别为：故：故： 对于不同平衡方式，所需要重物的重量也不同。对于不同平衡方式，所需要重物的重

29、量也不同。 1. 游梁平衡游梁平衡下下冲程冲程 抬高抬高的距离为：的距离为： 重物在下冲程中所储重物在下冲程中所储存的能量为存的能量为 ：将其代入上式中可得平衡条件下重物的重量为：将其代入上式中可得平衡条件下重物的重量为： 抽抽油油机机本本身身的的不不平平衡衡值值，是是折折算算到到游游梁梁平平衡块重心位置上的衡块重心位置上的附加平衡力附加平衡力。 2. 曲柄平衡曲柄平衡 其重物在下冲程中所储存的能量为：其重物在下冲程中所储存的能量为：又又由于由于和和曲柄平衡通常是通过改变平衡半径来调节平衡曲柄平衡通常是通过改变平衡半径来调节平衡。 3. 3. 复合平衡复合平衡 注注：上上、下下冲冲程程中中电电

30、机机做做功功相相等等作作为为平平衡衡标标准准的的计计算方法。算方法。在在实实际际生生产产中中检检验验和和调调整整平平衡衡时时，大大多多简简便便地地采采用用上、下冲程的上、下冲程的扭矩或电流峰值相等扭矩或电流峰值相等作为平衡条件。作为平衡条件。第五节第五节 抽油机曲柄轴扭矩及电抽油机曲柄轴扭矩及电 机功率计算机功率计算抽油机的工作要求：抽油机的工作要求： 减速箱的许用减速箱的许用扭矩扭矩：1 1）限制着油井生产时限制着油井生产时所采用的最大抽汲参数；所采用的最大抽汲参数；2 2）限制着保证大参数）限制着保证大参数生产所需要的电动机功率。生产所需要的电动机功率。 计算曲柄轴扭矩的计算曲柄轴扭矩的用

31、途用途：1 1）可以检查减速）可以检查减速箱是否在超扭矩条件下工作；箱是否在超扭矩条件下工作；2 2）用来检查和计）用来检查和计算电动机功率的利用情况。算电动机功率的利用情况。 一、一、 曲柄轴扭矩的计算曲柄轴扭矩的计算 1. 计算扭矩的基本公式计算扭矩的基本公式 分分别别在在曲曲柄柄连连杆杆系系统统和和游游梁梁系系统统中中，取取力力矩矩平平衡衡可得可得:曲柄连杆系统：曲柄连杆系统：游梁系统：游梁系统：消去消去Fp，可求得复合平衡条件下的可求得复合平衡条件下的扭矩计算公式扭矩计算公式：曲柄平衡抽油机，曲柄平衡抽油机， ，则扭矩计算公式为：，则扭矩计算公式为：其中：其中：游梁平衡抽油机，游梁平衡

32、抽油机， ，则，则扭矩计算公式扭矩计算公式为：为：表示悬点载荷在曲柄轴上产生的扭矩，称之为表示悬点载荷在曲柄轴上产生的扭矩，称之为油井负荷扭矩油井负荷扭矩，用，用 表示，可写成：表示，可写成：令令 称称作作扭扭矩矩因因数数或或扭扭矩矩因因子子，即即为为悬悬点点载载荷荷在在曲曲柄柄轴轴上上造造成成的的扭扭矩矩(负负荷荷扭扭矩矩) 与与悬悬点点载载荷荷 的的比值。比值。 表表示示曲曲柄柄及及其其平平衡衡重重在在曲曲柄柄轴轴上上造造成成的的扭扭矩矩 ，称称之为之为曲柄平衡扭矩曲柄平衡扭矩，可写成：，可写成： 把曲柄轴上的负荷扭矩把曲柄轴上的负荷扭矩 与曲柄平衡扭矩与曲柄平衡扭矩 之差，称作之差，称作

33、净扭矩净扭矩，用，用 表示为：表示为：其中其中：当考虑抽油机本身的结构当考虑抽油机本身的结构不平衡不平衡时：时： 式中式中 B-抽油机结构不平衡值抽油机结构不平衡值，等于连杆与曲柄，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。光杆上的力。 为为了了简简化化计计算算，可可忽忽略略游游梁梁摆摆角角及及游游梁梁平平衡衡重重的惯性力矩产生的影响的惯性力矩产生的影响 ,则扭矩计算公式简化为则扭矩计算公式简化为:复合平衡：复合平衡：曲柄平衡：曲柄平衡： 游梁平衡：游梁平衡： 2. 计算最大扭矩公式计算最大扭矩公式 扭矩随曲柄转角的变化而

34、变化，计算很麻烦。扭矩随曲柄转角的变化而变化，计算很麻烦。而在应用分析中，常需要曲柄轴的最大扭矩；而在应用分析中，常需要曲柄轴的最大扭矩；因此用因此用近似计算公式或经验公式计算近似计算公式或经验公式计算最大扭矩。最大扭矩。 (1) 计算最大扭矩的近似公式计算最大扭矩的近似公式 当把抽油机悬点运动简化为简谐运动，并忽当把抽油机悬点运动简化为简谐运动，并忽 略抽略抽油机系统的惯性和游梁摆角的影响，以认为最大峰值油机系统的惯性和游梁摆角的影响，以认为最大峰值扭矩发生在扭矩发生在曲柄转角为曲柄转角为90度度时，则：时，则：令令:当当 = 时，抽油机达到了平衡，即工作在平衡时，抽油机达到了平衡，即工作在

35、平衡状态。状态。 实实际际有有效效平平衡衡值值 : 实实际际上上是是抽抽油油机机结结构构不不平平衡衡及及平平衡衡重重在在悬悬点点处处产产生生的的平平衡衡力力，它它表表示示被被实实际际平平衡掉的悬点载荷值。衡掉的悬点载荷值。 为了使抽油机工作达到平衡状态，实际所需要为了使抽油机工作达到平衡状态，实际所需要的有效平衡值应为的有效平衡值应为：代入：代入：达到最大值达到最大值,发生在发生在:把把 (2) 计算最大扭矩的经验公式计算最大扭矩的经验公式 1957年年，前前苏苏联联拉拉玛玛扎扎诺诺夫夫得得出出了了计计算算最最大大扭扭矩矩的的经验公式经验公式(SI单位制单位制)： 我我国国一一些些学学者者根根

36、据据国国内内油油井井扭扭矩矩曲曲线线的的峰峰值值，也建立了类似的经验公式也建立了类似的经验公式(SI单位制单位制)： 二、二、 扭矩曲线的绘制及应用扭矩曲线的绘制及应用 曲柄轴扭矩曲线：曲柄轴扭矩曲线：反映曲柄轴扭矩随曲柄转角的变反映曲柄轴扭矩随曲柄转角的变化曲线，简称化曲线，简称扭矩曲线。扭矩曲线。 1. 扭矩因数计算扭矩因数计算？l 另外，由于另外，由于 故可得故可得2. 悬点载荷数据的来源悬点载荷数据的来源 悬悬点点载载荷荷数数据据通通常常由由示示功功图图来来获获得得，可可在在示示功功图上读取任意一悬点位移下对应的悬点载荷值。图上读取任意一悬点位移下对应的悬点载荷值。 3. 悬点位移与曲

37、柄转角的关系悬点位移与曲柄转角的关系 欲欲绘绘制制扭扭矩矩曲曲线线，需需先先求求出出悬悬点点载载荷荷与与曲曲柄柄转转角的变化关系。角的变化关系。 4. 扭矩曲线的应用扭矩曲线的应用 (1) 检查是否超扭矩检查是否超扭矩 当当出出现现负负扭扭矩矩时时，说说明明减减速速箱箱的的主主动动轮轮变变为为从从动动轮轮。如如果果负负扭扭矩矩值值较较大大，将将发发生生从从动动轮轮冲冲击击主动轮，主动轮， 从从而而降降低低齿齿轮轮寿寿命命。这这种种现现象象常常发发生生在在不不平衡、轻载荷或载荷突变的油井上。平衡、轻载荷或载荷突变的油井上。若若 则超扭。则超扭。 (2) 判断及计算平衡判断及计算平衡 在在检检验验

38、平平衡衡和和进进行行调调整整平平衡衡的的计计算算时时，通通常常是是以上、下冲程的峰值扭矩相等为标准，即以上、下冲程的峰值扭矩相等为标准，即 若若 即即上上重重下下轻轻，说说明明平平衡衡不不够够，需需要要增增大大平平衡衡扭扭矩矩；反反之之，则则说说明明平平衡衡过过重重，需需要要减小平衡扭矩。减小平衡扭矩。 对对峰峰值值扭扭矩矩不不相相等等的的抽抽油油井井，为为使使其其达达到到平平衡衡，应首先计算需要的曲柄最大平衡扭矩。应首先计算需要的曲柄最大平衡扭矩。 为为了了简简化化计计算算，可可根根据据上上、下下冲冲程程中中扭扭矩矩曲曲线线峰峰值差来计算平衡半径的调整值：值差来计算平衡半径的调整值： 当当

39、为为正正时时，说说明明应应将将平平衡衡块块位位置置向向外外移移动动；为负值，则向内移动。为负值，则向内移动。 在在实实际际生生产产中中，油油井井的的某某些些变变化化都都会会改改变变抽抽油油井井的的平平衡衡状状况况，不不可可能能经经常常保保持持上上、下下冲冲程程扭扭矩矩峰峰值值完完全全相相等等。一一般般认认为为，只只要要 时时，抽抽油油机就能保持良好的平衡状况。机就能保持良好的平衡状况。 (3) 功率分析功率分析 减减速速箱箱输输出出的的瞬瞬时时功功率率等等于于瞬瞬时时扭扭矩矩与与曲曲柄柄角角速度的乘积，速度的乘积，即即因此，一个冲程中的因此，一个冲程中的平均功率平均功率为：为： 根根据据上上式

40、式便便可可利利用用扭扭矩矩曲曲线线求求得得减减速速箱箱的的平平均均输输出出功功率率。由由于于通通过过悬悬点点载载荷荷计计算算扭扭矩矩时时忽忽略略了了从从曲曲柄柄到到悬悬点点的的传传动动效效率率，因因此此，根根据据扭扭矩矩曲曲线线计计算算得出的功也就是光杆功率。得出的功也就是光杆功率。 电机输出平均功率：电机输出平均功率：电动机效率：电动机效率： 三、三、 电动机的功率计算电动机的功率计算 选选择择电电动动机机时时，除除了了确确定定适适合合于于抽抽油油机机工工作作特特点点的的类类型型之之外外，还还要要确确定定适适合合各各型型抽抽油油机机工工作作能能力力的电动机容量，即的电动机容量，即功率大小功率

41、大小。电机功率与曲柄轴扭矩关系为：电机功率与曲柄轴扭矩关系为：传动比传动比传动效率传动效率冲次冲次电机转数电机转数需要的电动机功率为：需要的电动机功率为： 曲曲柄柄轴轴扭扭矩矩在在工工作作过过程程中中是是变变化化的的，应应当当按按均均方根取其等值电流或等值扭矩来计算，即：方根取其等值电流或等值扭矩来计算，即：等等值值扭扭矩矩：就就是是用用一一个个固固定定扭扭矩矩来来代代替替变变化化的的实实际际扭扭矩矩，使使其其电电动动机机的的发发热热条条件件相相同同，则则此此固固定定扭扭矩矩称为实际变化扭矩的等值扭矩称为实际变化扭矩的等值扭矩(即均方根值即均方根值)。 可由扭矩曲线来计算：可由扭矩曲线来计算：

42、等等值值扭扭矩矩与与最最大大扭扭矩矩之之间间存存在在一一定定关关系系，可可以以写写成成如下形式：如下形式： k不同方法确定的比例系数，不同方法确定的比例系数， 简谐模型简谐模型k=0.707； 回归分析结果回归分析结果k=0.54； 建议值建议值k=0 .6.注意：注意：电动机的转数与皮带轮直径和冲次电动机的转数与皮带轮直径和冲次的配合，以及考虑电动机的超载能力和启的配合，以及考虑电动机的超载能力和启动特性。动特性。第六节第六节 泵效的影响因素及提高措施泵效的影响因素及提高措施 在在抽抽油油井井生生产产过过程程中中，泵泵的的实实际际排排量量 常常小小于于其其理理论论排排量量 ，二二者者的的比比

43、值值称称为为泵泵的的容容积积效效率率 ，油油田通称为田通称为泵效泵效，即，即其中其中 一、一、 泵效的影响因素泵效的影响因素 从泵三个从泵三个基本工作环节出发：基本工作环节出发：活塞让出体积活塞让出体积油进泵油进泵油从泵内油从泵内排出排出影响泵效的因素影响泵效的因素主要有主要有: 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 气体和充不满的影响气体和充不满的影响 漏失漏失1. 抽油杆和油管弹性伸缩的影响抽油杆和油管弹性伸缩的影响 抽抽油油杆杆柱柱和和油油管管柱柱的的弹弹性性伸伸缩缩，将将减减小小活活塞塞冲冲程程，因因而而降降低低泵泵效效。抽抽油油杆杆柱柱和和油油管管柱柱的的弹弹性性伸伸

44、缩缩量量越越大大，活活塞塞冲冲程程与与光光杆杆冲冲程程的的差差别别也也就就越越大大，泵泵效效也也就就越越低低。抽抽油油杆杆柱柱所所受受的的载载荷荷性性质质不不同，则伸缩变形的性质与程度也不同。同，则伸缩变形的性质与程度也不同。1）A B驴头上移，游驴头上移，游动阀关闭，动阀关闭， Wl 抽油抽油杆，杆伸长杆，杆伸长r 。2）B B与此同时，与此同时，管卸载，缩短管卸载，缩短t ，活塞与活塞与衬套无相对位移，吸入阀衬套无相对位移，吸入阀关闭。关闭。3）B C吸入阀打开，吸入阀打开，BC=Sp =S-(r + t )=S- (1) 静静载载荷荷对对活活塞塞冲冲程程的的影影响响 上冲程中：抽油杆加载

45、，油管卸载。上冲程中：抽油杆加载，油管卸载。 1）A B驴头上移，游动阀关闭，驴头上移，游动阀关闭， Wl 抽油杆，杆伸长抽油杆，杆伸长r 。 2）B B与此同时，管卸载，缩短与此同时，管卸载，缩短t ，活塞与衬套无相对位移，吸入阀关闭。活塞与衬套无相对位移，吸入阀关闭。3）B C吸入阀打开，吸入阀打开，BC=Sp =S-(r + t )=S- 1）C-D,抽油抽油杆卸载，缩短杆卸载，缩短r ；2）D-D，管加载，管加载，伸长伸长t ；3）D-E,游动阀打开，游动阀打开，DE=Sp=S-(r + t )下冲程：开始时固定阀关闭。下冲程：开始时固定阀关闭。*实际上，抽油杆和油管的伸缩是同时进行的

46、。实际上，抽油杆和油管的伸缩是同时进行的。冲程损失冲程损失: 由于抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩使活由于抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩使活塞冲程小于光杆冲程的值。塞冲程小于光杆冲程的值。 活塞冲程活塞冲程 ：1）C D,抽油杆卸载，缩短抽油杆卸载，缩短r ；2）D D，管加载，伸长管加载，伸长t ；3）D E,游动阀打开，游动阀打开，DE=Sp=S-(r + t ) 根据广义虎克定律根据广义虎克定律 ：推导如下：推导如下： (2) 惯性载荷对活塞冲程的影响惯性载荷对活塞冲程的影响 上死点：上死点：aA 最大，向下；最大，向下；Fi最大，向上，杆压缩，最大，向上，杆压缩，多向上移动多向上移动iu ；下死

47、点：下死点：aA 最大，向上；最大，向上；Fi最大，向下，杆拉长，最大，向下，杆拉长，多向下移动多向下移动id 活塞冲程比只有静载荷作用时要增加活塞冲程比只有静载荷作用时要增加 ：则则 由由于于抽抽油油杆杆柱柱上上各各点点的的惯惯性性力力不不同同，故故取取其其平平均均值。根据广义虎克定律可得：值。根据广义虎克定律可得：在在静载荷静载荷和和惯性载荷惯性载荷的共同作用下，的共同作用下，活塞冲程活塞冲程为：为： 考考虑虑到到弹弹性性波波在在抽抽油油杆杆中中的的传传播播速速度度 ，上上式还可写成：式还可写成：其中：其中：证明如下：证明如下：* 惯性载荷增加惯性载荷增加sp ，同时同时Wmax增加增加，

48、Wmin降低，降低，杆受力条件变差。所以，不采用增加惯性载荷的方杆受力条件变差。所以，不采用增加惯性载荷的方法增加法增加sp ，即不，即不采用快抽。采用快抽。 (3) 振动载荷对活塞冲程的影响振动载荷对活塞冲程的影响 理理论论分分析析和和实实验验研研究究表表明明：抽抽油油杆杆柱柱本本身身振振动动的的位位相相在在上上、下下冲冲程程中中几几乎乎是是对对称称的的，即即如如在在上上冲冲程程末末抽抽油油杆杆柱柱伸伸长长，则则在在下下冲冲程程末末抽抽油油杆杆柱柱缩缩短；反之亦然。短；反之亦然。 2. 气体和充不满的影响气体和充不满的影响 气锁：气锁：由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入由于气体在泵内的压缩

49、和膨胀，使得吸入阀无法打开而抽不出油，这种现象称为阀无法打开而抽不出油，这种现象称为“气锁气锁”。充满系数充满系数:是指每冲次吸入泵内的原油是指每冲次吸入泵内的原油(或液体或液体)的的体积体积 与活塞让出容积与活塞让出容积 之比，即之比，即 定义定义 为泵内的为泵内的气油比；气油比；可导出可导出充满系数充满系数表达式为：表达式为：为泵的为泵的余隙比余隙比； 推导过程如下：推导过程如下：讨论：讨论： 3. 漏失的影响漏失的影响 1) 排排出出部部分分漏漏失失：指指活活塞塞与与衬衬套套的的间间隙隙漏漏失失和和游游动阀漏失，将减少泵内排出的油量。动阀漏失，将减少泵内排出的油量。 2) 吸吸入入部部分

50、分漏漏失失：指指固固定定阀阀漏漏失失，它它将将会会减减少少进进入泵内的油量。入泵内的油量。3) 其其它它部部分分漏漏失失：由由于于油油管管丝丝扣扣、泵泵的的连连接接部部分分及泄油器不严，都将降低泵效。及泄油器不严，都将降低泵效。 二、二、 提高泵效的措施提高泵效的措施 泵泵效效的的高高低低，是是反反映映抽抽油油设设备备利利用用率率和和管管理理水水平的一个重要指标。平的一个重要指标。 泵泵效效同同油油层层条条件件有有相相当当密密切切的的关关系系，因因此此，提提高高泵泵效效的的一一个个重重要要方方面面是是要要从从油油层层着着手手，保保证证油油层层有足够的供液能力。有足够的供液能力。从油层入手，从油

51、层入手，应应加强注水，实施增产措施。加强注水，实施增产措施。 对于井筒方面，提高泵效应采取下述措施：对于井筒方面，提高泵效应采取下述措施： 1. 选择合理的工作方式选择合理的工作方式 选择合理的工作方式来提高泵效的选择合理的工作方式来提高泵效的基本原则基本原则是：是： 1) 当当抽抽油油机机已已选选定定，并并且且设设备备能能力力足足够够大大时时，在在保保证证产产量量的的前前提提下下，应应以以获获得得最最高高泵泵效效为为基基本本出出发发点来调整抽汲参数。点来调整抽汲参数。 2) 当当产产量量不不限限时时，应应在在设设备备条条件件允允许许的的前前提提下下，以以获得获得尽可能大的产量尽可能大的产量来

52、提高泵效。来提高泵效。 调调整整抽抽汲汲参参数数时时，在在保保证证Ap、s和和n的的乘乘积积不不变变(即即理理论论排排量量一一定定)的的条条件件下下，虽虽然然可可以以任任意意调调整整三三个个参参数数，但但当当其其组组合合不不同同时时，冲冲程程损损失失、气气体体的的影影响响及及漏漏失失的的影影响响也也不不同同。此此外外，对对于于深深井井抽抽汲汲时时，要充分注意振动载荷影响的要充分注意振动载荷影响的s和和n配合不利区。配合不利区。 2. 使用油管锚使用油管锚 使使用用油油管管锚锚将将油油管管下下端端固固定定，则则可可消消除除油油管管变变形，从而减小冲程损失。形，从而减小冲程损失。合理利用合理利用套

53、管气套管气带喷带喷井：井：利用气能举油，加油嘴控制利用气能举油，加油嘴控制不带喷井：不带喷井：稳定液面和产量，减少脱稳定液面和产量，减少脱气后引起的油粘度增加气后引起的油粘度增加正常抽油井：正常抽油井：增加沉没度，或安装气锚以减少气增加沉没度，或安装气锚以减少气体进泵体进泵3. 合理利用气体能量及减少气体影响合理利用气体能量及减少气体影响 第七节第七节 有杆泵采油系统选择设计有杆泵采油系统选择设计新投产或转抽新投产或转抽的油井的油井 要合理地选择要合理地选择抽油设备抽油设备 油井投产后油井投产后 必须检验设必须检验设计效果计效果 设备的工作设备的工作状况和油层状况和油层工作状况发工作状况发生变

54、化时生变化时 要对原有要对原有的设计进的设计进行调整行调整 需要对采需要对采油系统选油系统选择设计择设计 进进行行有有杆杆泵泵采采油油井井的的系系统统选选择择设设计计应应遵遵循循的的原则原则是：是： 1）符合油井及油层的工作条件；符合油井及油层的工作条件； 2）充分发挥油层的生产能力；充分发挥油层的生产能力； 3）设备利用率较高且有较长的免修期；设备利用率较高且有较长的免修期； 4）有较高的系统效率和经济效益。有较高的系统效率和经济效益。 将将有有杆杆泵泵系系统统从从油油层层到到地地面面，作作为为统统一一的的系系统统来来进行合理地选择设计，其步骤为：进行合理地选择设计，其步骤为： 1) 根据油

55、井产能和设计排量确定井底流压；根据油井产能和设计排量确定井底流压；2) 根据油井条件确定沉没度和沉没压力；根据油井条件确定沉没度和沉没压力；3) 应用多相垂直管流理论或相关式确定下泵深度；应用多相垂直管流理论或相关式确定下泵深度；4) 根据油井条件和设备性能确定冲程和冲次；根据油井条件和设备性能确定冲程和冲次；5) 根根据据设设计计排排量量、冲冲程程和和冲冲次次，以以及及油油井井条条件件选选择择抽油泵；抽油泵； 6) 选择抽油杆，确定抽油杆柱的组合；选择抽油杆，确定抽油杆柱的组合； 7) 选择抽油机、减速箱、电动机及其它附属设备选择抽油机、减速箱、电动机及其它附属设备。 井井底底流流压压是是根

56、根据据油油井井产产能能和和设设计计排排量量来来确确定定的的。当当设设计计排排量量一一定定时时，由由油油井井产产能能可可确确定定相相应应排排量量下下的的井井底底流流压压。设设计计排排量量一一般般是是由由配配产产方案给出的。由方案给出的。由IPR曲线求流压。曲线求流压。一、一、 井底流压的确定井底流压的确定 沉没度沉没度是根据油井的是根据油井的产量、气油比、原油粘度、含水产量、气油比、原油粘度、含水率以及泵的进口设备率以及泵的进口设备等条件来确定。等条件来确定。 确定沉没度的确定沉没度的一般原则一般原则是：是： 1) 生产气油比较低（生产气油比较低（80m3/m3)，并且控制套管压力生产时，并且控

57、制套管压力生产时，沉没度应保持在沉没度应保持在150 m以上；以上；二、二、 沉没度和沉没压力的确定沉没度和沉没压力的确定 当当沉沉没没度度确确定定后后，便便可可利利用用有有关关方方法法计计算算或或根据静液柱估算泵吸入口压力根据静液柱估算泵吸入口压力Pin。Pin=Pc+Ps 3) 当产液量高、液体粘度大当产液量高、液体粘度大(如稠油或油水乳化如稠油或油水乳化液时液时)，沉没度还应更高一些，沉没度还应更高一些，大于大于200m. 4)装气锚时，沉没度应小些。装气锚时，沉没度应小些。三、三、 下泵深度的确定下泵深度的确定 当井底流压当井底流压Pwf和泵吸入口压力和泵吸入口压力Pin确确定之后，应

58、用定之后，应用多相管流多相管流计算方法，可求计算方法，可求出泵吸入口在油层中部以上的高度出泵吸入口在油层中部以上的高度Hp，则下泵深度则下泵深度Lp为油层中部深度为油层中部深度Ho减去减去Hp 。 Lp= Ho-Hp 四、四、 冲程和冲次的确定冲程和冲次的确定 冲冲程程和和冲冲次次是是确确定定抽抽油油泵泵直直径径、计计算算悬悬点点载载荷荷的的前提，选择时应遵循下述前提，选择时应遵循下述原则原则： 1)一一般般情情况况下下应应采采用用大大冲冲程程、小小泵泵径径的的工工作作方方式式，这这样样既既可可以以减减小小气气体体对对泵泵效效的的影影响响，也也可可以以降降低低液液柱载荷，从而减小冲程损失。柱载

59、荷，从而减小冲程损失。 2)对对于于原原油油比比较较稠稠的的井井，一一般般是是选选用用大大泵泵径径、大大冲冲程和低冲次的工作方式。程和低冲次的工作方式。 3) 对于连抽带喷的井，则选用高冲次快速抽汲，对于连抽带喷的井，则选用高冲次快速抽汲，以增强诱喷作用。以增强诱喷作用。 4) 深井抽汲时，要充分注意振动载荷影响的和配深井抽汲时，要充分注意振动载荷影响的和配合不利区。合不利区。 5) 所所选选择择的的冲冲程程和和冲冲次次应应属属于于抽抽油油机机提提供供的的选选择择范围之内。范围之内。设计参数对比表设计参数对比表抽油机抽油机型号型号CYJ3-1.5-6.5HBCYJ3-1.5DCYJ4-1.5-

60、13HBCYJ4-1.5D悬点最大负荷（悬点最大负荷（KN）30304040冲程（冲程（m）0.9,1.2,1.50.9,1.2,1.50.9,1.2,1.50.9,1.2,1.5冲次（冲次（r/min）7,9,127,9,127,9,127,9,12减速机额定扭矩减速机额定扭矩(KN.m)6.53（现配（现配6.5）136.5电动机功率（电动机功率（KW）5.52.27.53平衡方式平衡方式曲柄平衡曲柄平衡吊重平衡吊重平衡曲柄平衡曲柄平衡吊重平衡吊重平衡 五、五、 抽油泵的选择抽油泵的选择 抽油泵的选择包括抽油泵的选择包括泵径、泵的类型泵径、泵的类型及其及其配合间隙配合间隙的选择。的选择。

61、泵径是根据前面确定的冲程、冲次、配产方案给泵径是根据前面确定的冲程、冲次、配产方案给出的设计排量以及统计给出的泵效，由计算得出。出的设计排量以及统计给出的泵效，由计算得出。 泵型取决于油井条件：泵型取决于油井条件：管管式式泵泵：在在1000 以以内内的的油油井井，含含砂砂量量小小于于0.2%，油井结蜡较严重或油较稠；，油井结蜡较严重或油较稠；杆式泵：杆式泵：产量较小的中深或深井产量较小的中深或深井。 活活塞塞和和衬衬套套的的配配合合间间隙隙，要要根根据据原原油油粘粘度度、井温以及含砂量等资料来选择，参见表井温以及含砂量等资料来选择，参见表101。 表表101 活塞与衬套的配合间隙选择活塞与衬套

62、的配合间隙选择配合等级 配合尺寸，mm 适 用 条 件 一一 级级 0.02-0.07 下泵深度大，含砂少，下泵深度大，含砂少，粘度较低的油井粘度较低的油井 二级二级 0.07-0.12 含砂不多的油井含砂不多的油井 三三 级级 0.12-0.17 含砂多，粘度高的浅井含砂多，粘度高的浅井 六、六、 抽油杆的选择抽油杆的选择 抽抽油油杆杆的的选选择择主主要要包包括括确确定定抽抽油油杆杆柱柱的的长长度度、直直径径、组组合合及及材材料料。当当下下泵泵深深度度确确定定后后，抽抽油油杆杆柱柱的的长长度度就就确确定定下下来来。抽抽油油杆杆的的制制造造材材料料决决定定了了抽抽油油杆杆的的强强度度及及其其它

63、它性性能能，应应根根据据油油井井中中的的流流体体性性质质和和井况来确定。井况来确定。 不不同同直直径径抽抽油油杆杆的的组组合合，应应保保证证各各种种杆杆径径的的抽抽油杆在工作时都能够满足强度要求。油杆在工作时都能够满足强度要求。 1. 抽油杆强度校核方法抽油杆强度校核方法 抽抽油油杆杆强强度度校校核核是是保保证证抽抽油油杆杆安安全全工工作作的的前前提提条条件，其校核方法有计算法和图表法两类。件，其校核方法有计算法和图表法两类。 (1) 计算法（奥金格疲劳强度公式）计算法（奥金格疲劳强度公式） 不不同同部部位位均均有有破破坏坏，抽抽油油杆杆柱柱在在工工作作时时承承受受着着交交变变负负荷荷，因因此

64、此，抽抽油油杆杆受受着着由由最最小小应应力力 到到最最大大应力应力 变化的非对称循环应力作用。变化的非对称循环应力作用。 非对称循环应力条件下的抽油杆强度条件为：非对称循环应力条件下的抽油杆强度条件为： 其中其中 ：式式中中 ， 分分别别为为抽抽油油杆杆柱柱的的折折算算应应力力、循循环应力的应力幅值环应力的应力幅值； 非非对对称称循循环环疲疲劳劳极极限限应应力力，亦亦即即抽抽油杆的许用应力，它与抽油杆的材质有关。油杆的许用应力，它与抽油杆的材质有关。 例例101 已已知知泵泵径径为为70 mm， 冲冲程程s=2.7 m，冲冲次次n=9min-1，井井液液密密度度=960 kg/m3。如如采采用

65、用7/8 in、许许用用应应力力为为90N/mm2的的抽油杆，试求其最大下入深度抽油杆，试求其最大下入深度(r/l=0.20)。解：解： 计计算算结结果果表表明明：该该例例抽抽油油杆杆的的最最大大下下入入深深度度为为915.52 m。如如继继续续增增加加下下入入深深度度，则则该该直直径径抽抽油油杆杆将将不不能能满满足足强强度度要要求求，需需要要换换大大直直径径抽抽油油杆杆。这这样样，既既浪浪费费了了抽抽油油杆杆，又又增增加加了了悬悬点点载载荷荷。为为此此，往往往往采用上粗下细的多级组合抽油杆。采用上粗下细的多级组合抽油杆。 选选择择组组合合抽抽油油杆杆时时，要要遵遵循循等等强强度度原原则则，即

66、即要要求各级杆柱上部断面上的折算应力求各级杆柱上部断面上的折算应力 相等。相等。 (2) 图图表表法法(修修正正古古德德曼曼图图(Googman)的法的法) 图图中中阴阴影影区区为为安安全全区区，其其条件条件为为:式中式中 抽油杆许用抽油杆许用最大应力，计算式为：最大应力，计算式为： 式中式中 , 最大应力和最小抗张强度；最大应力和最小抗张强度； 抽油杆使用系数，可参考抽油杆使用系数，可参考表表102。*SF考虑抽油杆因素等而附加的系数考虑抽油杆因素等而附加的系数小于等于小于等于1。 表表 10-2 抽油杆的使用系数抽油杆的使用系数 使使 用用 介介 质质 API D 级杆级杆 API C 级

67、杆级杆 无腐蚀性无腐蚀性 1.00 1.00 矿矿 化化 水水 0.900.65含硫化氢含硫化氢 0.700.50 修修正正古古德德曼曼图图实实质质：它它给给出出的的是是许许用用应应力力范范围围，常用应力范围比来衡量抽油杆柱使用情况。常用应力范围比来衡量抽油杆柱使用情况。 一般要求一般要求 小于小于100，并具有较高的值，并具有较高的值，以提高抽油杆的利用率。以提高抽油杆的利用率。 2. 抽油杆组合的确定步骤抽油杆组合的确定步骤: 通常人们把确定抽油通常人们把确定抽油杆柱组合称为抽油杆柱设计，其具体设计计算步骤为：杆柱组合称为抽油杆柱设计，其具体设计计算步骤为： 1) 根据下泵深度及泵径，假设

68、一液柱载荷根据下泵深度及泵径，假设一液柱载荷Wlk； 2) 给最大和最小载荷分别赋初值：给最大和最小载荷分别赋初值： ； ； 3) 给给定定最最下下级级抽抽油油杆杆直直径径 ，取取计计算算段段长长度度为为 ，以以抽抽油油泵泵为为计计算算段段的的起起点点，其其距距油油层层中中部部的的高高度度为为 ； 4) 计计算算段段上上端端距距油油层层中中部部的的高高度度为为 ，则则该该计计算算段段的的中中心心距距油油层层中中部部的的高高度度为为 ；5) 计计算算该该段段中中心心处处的的井井温温 以以及及原原油油与与混混合合物物的的粘度；粘度； 6) 求求该该段段的的最最大大载载荷荷增增量量 和和最最小小载载

69、荷荷增增量量 ，并进行累积：，并进行累积： ； ； ；7) 校校核核该该段段抽抽油油杆杆，如如不不满满足足强强度度，则则将将抽抽油油杆杆直直径径增增大大为为 ，返返回回步步骤骤4)重重新新计计算算该该段段；如如满满足足强强度度条条件件，则则取取起起点点 ，返返回回步步骤骤4) 继继续计算上一段，直到井口为止；续计算上一段，直到井口为止； 8) 计算液柱载荷计算液柱载荷 ，并与假设的液柱载荷，并与假设的液柱载荷比比较较，如如满满足足精精度度要要求求，则则计计算算结结束束；否否则则重重新新假假设设液液柱柱载载荷荷 ，返返回回步步骤骤2)再再次计算。次计算。 七、七、 抽油机、减速箱、电动机及其它抽

70、油机、减速箱、电动机及其它 附属设备的选择附属设备的选择 选择选择抽油机抽油机时，要时，要 ,所选择的抽所选择的抽油机能够提供前面确定的冲程冲次。油机能够提供前面确定的冲程冲次。 选择选择减速箱减速箱时，要时，要 。 选择选择电动机电动机时，要时，要 。 其它其它附属设备附属设备要根据油井具体情况和某些特要根据油井具体情况和某些特殊要求进行选择殊要求进行选择.此外，还要考虑这些设备应满足此外，还要考虑这些设备应满足以后调参以及油井条件变化的需要。以后调参以及油井条件变化的需要。 第八节第八节 抽油泵工况分析抽油泵工况分析 抽油泵工作状况的好坏，直接影响抽油井的系抽油泵工作状况的好坏，直接影响抽

71、油井的系统效率，因此，需要经常进行分析，以采取相应的统效率，因此，需要经常进行分析，以采取相应的措施。措施。分析依据：地面实测示功图。分析依据：地面实测示功图。示示功功图图：悬悬点点载载荷荷同同悬悬点点位位移移之之间间的的关关系系曲曲线线图图，它它实实际际上上直直接接反反映映的的是是光光杆杆的的工工作作情情况况，因因此此又又称称为为光杆示功图光杆示功图或或地面示功图地面示功图。 实际井将受泵制造质量、安装质量，以及砂、实际井将受泵制造质量、安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所，所以，实测示功图的形状很不规则，需对照理论示以，实测示功

72、图的形状很不规则，需对照理论示功图分析。功图分析。 一、一、 理论示功图分析理论示功图分析 1. 静载荷作用的理论示功图静载荷作用的理论示功图 ABC为上冲程静载变化线为上冲程静载变化线:上上冲冲程程A：下死点，静载下死点，静载Wrl, 开开 关，关， 关。关。AB：加载线，加载过程，加载线，加载过程， 关关 ， 关。关。B：加载完毕，加载完毕， ， 关关 ， 关关 开开 。BC：吸入过程，吸入过程，BC=Sp， 关关 ， 开。开。C：上死点。上死点。游动阀游动阀固定阀固定阀CDA为下冲程静载变化线为下冲程静载变化线 ：下下冲冲程程C：上死点，静载上死点，静载 ， 关，开关，开 关；关；CD：

73、卸载线，卸载过程，卸载线，卸载过程， 关，关， 关；关；D：卸载完毕，卸载完毕， ，关，关 开，开， 关；关；DA：排出过程，排出过程，DA=Sp, 开，开， 关关（相对位移）；（相对位移）；A：下死点。下死点。游动阀游动阀固定阀固定阀*若不计杆管弹性，静载作用下理论示功图为矩形。若不计杆管弹性，静载作用下理论示功图为矩形。静载荷静载荷作用的理论示功图为一平行四边形。作用的理论示功图为一平行四边形。绘制步骤：绘制步骤：1）计算计算 ， ，；2）利用力比，减程比，折算利用力比，减程比，折算W，Sp ；3）绘图。绘图。2. 惯性和振动载荷作用的理论示功图惯性和振动载荷作用的理论示功图 （1）惯性载

74、荷）惯性载荷前前半：半：由大变小的向下的惯性力，（加载）；由大变小的向下的惯性力，（加载）；后半：后半：由小变大的向上的惯性力，（减载）；由小变大的向上的惯性力，（减载）；上上冲冲程程前半：前半：由大变小的向上的惯性力，（减载）；由大变小的向上的惯性力，（减载）；后半：后半：由小变大的向下的惯性力，（加载）；由小变大的向下的惯性力，（加载）；下下冲冲程程（2）振动载荷）振动载荷 叠加在四边形叠加在四边形ABCD上。振动上。振动发生在粘性液体中，发生在粘性液体中，为阻尼振动，逐渐为阻尼振动，逐渐减弱。另外，由于减弱。另外，由于振动载荷的方向具振动载荷的方向具有对称性，反映在有对称性，反映在示功图

75、上的振动载示功图上的振动载荷也是荷也是按上、下冲按上、下冲程对称的。程对称的。 3. 气体影响下的理论示功图气体影响下的理论示功图 呈呈 现现明明 显显的的“刀刀 把把”形。形。原原因因：在在下下冲冲程程末末余余隙隙内内还还残残存存一一定定数数量量的的溶溶解解气气，上上冲冲程程开开始始后后泵泵内内的的压压力力因因气气体体膨膨胀胀而而不不能能很很快快降降低低，使使吸吸入入阀阀 打打 开开 滞滞 后后 (B点点 )、加载缓慢。加载缓慢。 下下冲冲程程由由于于气气体体受受压压缩缩，泵泵内内压压力力不不能能迅迅速速提提高高，排排出出阀阀打打开开滞滞后后(D点点)，因因此此使使得得卸载变得缓慢卸载变得缓

76、慢(CD)。 气体影响使泵效降低值为：气体影响使泵效降低值为： 4. 漏失影响下的理论示功图漏失影响下的理论示功图 （1）排出部分漏失）排出部分漏失（只发生在上冲程）（只发生在上冲程） 排出部分座封不严，活塞与衬套间隙失，使排出部分座封不严，活塞与衬套间隙失，使活塞上部液体漏到活塞下部的工作筒内。活塞上部液体漏到活塞下部的工作筒内。所以悬点载荷不能及时上升到最大值（由所以悬点载荷不能及时上升到最大值（由B B）,使加载缓慢。使加载缓慢。1）上前半冲程）上前半冲程 ： 4. 漏失影响下的理论示功图漏失影响下的理论示功图 2）上后半冲程：）上后半冲程：活塞上行活塞上行速度减慢，在速度减慢，在 （C

77、点），又出现了漏失点），又出现了漏失液体的液体的“顶托顶托”作用，使作用，使悬点负荷提前卸载，到上悬点负荷提前卸载，到上死点时，悬点载荷已降至死点时，悬点载荷已降至C点。点。 3)当漏失量很大当漏失量很大时，由于漏失液体对时，由于漏失液体对活塞的活塞的“顶托顶托”作用作用很大，上冲程载荷远很大，上冲程载荷远低于最大载荷低于最大载荷AC，使使吸入阀始终关闭吸入阀始终关闭，泵排量为泵排量为0。 （2）吸入部分漏失）吸入部分漏失（只发（只发生在下冲程）生在下冲程） 下冲程开始后，由于吸入下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提阀漏失使泵内压力不能及时提高，延缓了卸载过程，同时，高，延缓了卸载

78、过程，同时，使排出阀不能及时打开。吸入使排出阀不能及时打开。吸入部分漏失造成排出阀打开滞后部分漏失造成排出阀打开滞后（DD）和提前关闭（）和提前关闭（AA），），活塞的有效排出冲程：活塞的有效排出冲程： 二、二、 典型示功图分析典型示功图分析 典型示功图典型示功图是指某一因素影响十分明显，示是指某一因素影响十分明显，示功图的形状反映了该因素影响的基本特征。尽管功图的形状反映了该因素影响的基本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存在一个最主要因素，实际情况很复杂，但总是存在一个最主要因素，因此因此可根据示功图判断泵的工作状况。可根据示功图判断泵的工作状况。 三、三、 抽油井计算机诊断技术抽油井计算机

79、诊断技术 抽抽油油井井计计算算机机诊诊断断技技术术是是将将实实测测地地面面示示功功图图利利用用数数学学的的方方法法，借借助助于于计计算算机机求求出出抽抽油油杆杆柱柱任任一一截截面面上上的的载载荷荷与与位位移移，同同时时绘绘出出井井下下抽抽油油泵泵的的示示功功图图，以以此此判判断断并并分分析析抽抽油油泵泵乃乃致致整整个个抽抽油油设设备备的的工工作作状状况。况。 1. 诊断技术的理论基础诊断技术的理论基础 把把抽抽油油杆杆柱柱作作为为一一根根井井下下动动态态的的传传导导线线，其其下下端端的的泵泵作作用用为为发发送送器器，上上端端的的动动力力仪仪作作为为接接收收器器。井井下下泵泵的的工工作作状状况况

80、以以应应力力波波的的形形式式沿沿抽抽油油杆杆柱柱以以声声波波速速度度传传递递到到地地面面。把把地地面面记记录录的的资资料料经经过过数数据据处处理理，就就可可定定量量地地推推断断泵泵的的工工作作情情况况。应应力力波波在在抽抽油油杆柱中的传播过程可用带阻尼的波动方程来描述。杆柱中的传播过程可用带阻尼的波动方程来描述。2诊断技术的应用诊断技术的应用 把把地地面面示示功功图图数数据据用用计计算算机机进进行行数数字字处处理理后后，由由于于消消除除了了抽抽油油杆杆柱柱的的变变形形和和粘粘滞滞阻阻力力以以及及振振动动和和惯惯性性的的影影响响，将将会会得得到到形形状状简简单单而而又又能能真真实实反反映泵工作状

81、况的井下示功图。映泵工作状况的井下示功图。(a)表表明明理理想想情情况况下下(油油管管锚锚定定、无无气气体体影影响响和和漏漏失失等等)泵泵的的示示功功图图为为一一矩矩形形，长长边边为为活活塞塞冲冲程程，短边为液体载荷。短边为液体载荷。(b)为为一一平平行行四四边边形形，由由于于其其存存在在冲冲程程损损失失，表明油管未锚定。表明油管未锚定。(c)为为油油管管锚锚定定，只只有有气气体体影影响响泵泵的的理理论论示示功功图图。活活塞塞的的有有效效排排出出冲冲程程为为 ，泵泵的的充充满满程程度度则则为为(d)较气体影响的卸载线陡直，反映出供液不足。较气体影响的卸载线陡直，反映出供液不足。(e) 为排出部

82、分漏失为排出部分漏失(f)吸入部分漏失。吸入部分漏失。第九节第九节 有杆泵系统设计计算的有杆泵系统设计计算的API RP 11LAPI RP 11L方法方法 1954年，美国成立了一个非营利的有杆泵抽油研年，美国成立了一个非营利的有杆泵抽油研究公司，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。该方法是在归纳，总结电模拟研究成果的基列研究。该方法是在归纳，总结电模拟研究成果的基础上提出的，于础上提出的，于1967年公开发表。年公开发表。RP 11LRP 11L方法的计算内容包括：方法的计算内容包括：Sp,Sp,泵排量泵排量Q,Q,光杆最大光杆最大载

83、荷和最大扭矩，光杆马力和有效平衡值载荷和最大扭矩，光杆马力和有效平衡值CeCe. . 2) 低滑差，即转数随负载变化很小的硬特性电动机；低滑差，即转数随负载变化很小的硬特性电动机； 3) 模拟的是上粗下细的级次杆；模拟的是上粗下细的级次杆； 4) 泵完全充满泵完全充满(没有气体影响没有气体影响)； 5) 井下摩擦正常；井下摩擦正常； 一、一、 基本假设基本假设 1) 普通型游梁式抽油机；普通型游梁式抽油机；6) 假定油管是锚定的；假定油管是锚定的； 7) 抽油机是完全平衡的，并且假定传动效率为抽油机是完全平衡的，并且假定传动效率为 100；8) 未考虑具体抽油机的几何特性；未考虑具体抽油机的几

84、何特性； 9) 计算最大扭矩时，认为最大、最小载荷发生计算最大扭矩时，认为最大、最小载荷发生 在曲柄位于在曲柄位于 75度和度和285度处。度处。 二、二、 基本示功图基本示功图 图图10-35最大载荷最大载荷相当于载荷相当于载荷Wr相当于相当于Wl最小载荷最小载荷 F1=F2+上冲程最大动载；上冲程最大动载； F2=下冲程最大动载；下冲程最大动载； No 抽油杆柱的固有频率；抽油杆柱的固有频率； N 冲次。冲次。 三、三、 量纲量纲1的自变量的自变量 1) (或或 )，无无量量纲纲冲冲次次。它它是是冲冲次次与与抽抽油油杆杆柱柱的的固固有有频频率率之之比比。其其中中， 为为单单级级抽抽油油杆杆

85、柱柱固固有有振振动动频频率率， ； 为为多多级级抽抽油油杆杆柱柱的的固固有有振振动动频率，频率， 。 的值一般在的值一般在11.2之间。之间。 2) ，无量纲液柱载荷。无量纲液柱载荷。Kr为为抽抽油油杆杆柱柱弹弹簧簧常常数数， (抽抽油油杆杆长长度度L等等于下泵深度于下泵深度Dp)。 四、四、 量纲量纲1的因变量的因变量1) ，用来计算光杆最大载荷的量纲，用来计算光杆最大载荷的量纲1的最大的最大 动载荷函数；动载荷函数；2) ，用来计算光杆最小载荷的量纲，用来计算光杆最小载荷的量纲1的最大的最大 动载荷；动载荷；3) ，用来计算最大扭矩的量纲，用来计算最大扭矩的量纲1的扭矩；的扭矩； 4） ，用来计算光杆功率的量纲，用来计算光杆功率的量纲1的载荷；的载荷；5） ，用来计算活塞冲程的量纲，用来计算活塞冲程的量纲1的活塞冲的活塞冲 程。程。 五、计算方法五、计算方法基本思路：基本思路：