第3章有桿泵采油-1

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 抽油裝置及泵的工作原理 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律及懸點(diǎn)載荷 抽油機(jī)平衡、扭矩及功率計(jì)算 泵效計(jì)算 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì) 有桿抽油系統(tǒng)工況分析 附錄A API RP 11L 有桿泵采油典型特點(diǎn)： 地面能量通過抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。 (1) 常規(guī)有桿泵采油：抽油機(jī)懸點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動通 過抽油桿傳遞給井下柱塞泵。 (2) 地面驅(qū)動螺桿泵采油：井口驅(qū)動頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。 有桿泵采油分類： 常規(guī)有桿泵采油是目前我國最廣泛應(yīng)用的采油方式， 大約有80%以上的油井采油采用該舉升方式。 第一節(jié) 抽油裝置及泵的工作原理 一、抽油裝置 抽油機(jī) 抽油桿 抽油泵 其它附件 設(shè)

2、備 組 成 抽油過程介紹 工作時，動力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過皮帶和減速箱傳給 曲柄軸，帶動曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶 動游梁作上下擺動。掛在驢頭上的懸繩器便帶動抽油桿 柱作往復(fù)運(yùn)動。 (一)抽油機(jī) 有桿深井泵采油的主要地面設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能， 包括游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)兩種。 游梁式抽油機(jī)組成 游梁-連桿-曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝置 工作原理 游梁式抽油機(jī)分類后置式和前置式 運(yùn)動規(guī)律不同后置式上、 下沖程的時間基本相等；前置 式上沖程較下沖程慢。 圖3-2 后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖圖3-3 前置式氣動平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 游梁和連桿的連接位置不同。 后置式與前置式的不

3、同點(diǎn)：后置式與前置式的不同點(diǎn)： 平衡方式不同后置式多采用機(jī)械 平衡；前置式多采用氣動平衡。 新型抽油機(jī)：為了節(jié)能和加大沖程。 異相型游梁式抽油機(jī) 異形游梁式抽油機(jī) 雙驢頭游梁式抽油機(jī) 鏈條式抽油機(jī) 寬帶傳動抽油機(jī) 液壓抽油機(jī) 節(jié)能 加大沖程 游梁式抽油機(jī)系列型號表示方法 CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q) 游梁式抽油機(jī)系列代號游梁式抽油機(jī)系列代號 CYJ-常規(guī)型 CYJQ-前置型 CYJY-異相型 懸點(diǎn)最大載荷，懸點(diǎn)最大載荷，10 10 kNkN 光桿最大沖程，光桿最大沖程，m m 減速箱曲柄軸最大允許扭矩減速箱曲柄軸最大允許扭矩, ,kNkN.m.m 減速箱齒輪形代號，減速箱齒輪

4、形代號，H為點(diǎn)嚙合雙 圓弧齒輪，省略漸開線人字齒輪 平衡方式代號平衡方式代號 F：復(fù)合平衡 Y：游梁平衡 B：曲柄平衡 Q：氣動平衡 (2)抽油泵：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體壓能的設(shè)備 工作筒(外筒和襯套)、柱塞及游動閥(排出閥)和固定閥 (吸入閥) a.結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，質(zhì)量好，連接部分密封可靠； 一般要求 按照抽油泵在油管中的固定方式可分為：管式泵管式泵和桿式泵桿式泵 主要組成 分類 b.制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用壽命長； c.規(guī)格類型能滿足油井排液量的需要，適應(yīng)性強(qiáng)； d.便于起下； e.結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設(shè)備。 A-管式泵B-桿式泵 管式泵：外筒和襯套在地面組裝好接在油

5、 管下部先下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后再 把柱塞接在抽油桿柱下端下入泵內(nèi)。 管式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，排量大。但檢泵時必須起出油 管，修井工作量大，故適用于下泵深度不很大，產(chǎn)量較高的油井。 桿式泵：整個泵在地面組裝好后接在抽油 桿柱的下端整體通過油管下入井內(nèi)，由預(yù)先 裝在油管預(yù)定深度(下泵深度)上的卡簧固定 在油管上，檢泵時不需要起油管。 桿式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，排量小，修井工作量小。 桿式泵適用于下泵深度大、產(chǎn)量較小的油井。 (3)抽油桿：能量傳遞工具。 1-外螺紋接頭； 2-卸荷槽； 3-推承面臺肩； 4-扳手方徑； 5-凸緣； 6-圓弧過渡區(qū) 抽油桿的桿體直徑分別為13、

6、16、19、22、25、28mm， 抽油桿的長度一般為8000mm或7620mm，另外，為了調(diào)節(jié)抽油桿柱的長度， 還有長度不等的抽油桿短節(jié)。 接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時的連接零件。按其結(jié)構(gòu)特征可分為： 普通接箍、異徑接箍和特種接箍。 普通接箍：普通接箍：連接等直徑的抽油桿 異徑接箍：異徑接箍：用于連接不同直徑的抽油桿 特種接箍：特種接箍：主要有滾輪式接箍和滾珠式接箍，用于斜井或普通油井中 降低抽油桿柱與油管之間的摩擦力，減少對油管的磨損 扶正器扶正器 抽油桿的強(qiáng)度：C級桿(570MPa)、D級桿(810MPa) 超高強(qiáng)度抽油桿 玻璃鋼抽油桿 空心抽油桿 電熱抽油桿 連續(xù)抽油桿 柔性抽油桿：如

7、鋼絲繩抽油桿 特 種 抽 油 桿 二、泵的工作原理 (一)泵的抽汲過程 抽油桿柱帶著柱塞向上運(yùn)動，柱塞上 的游動閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。 泵吸入的條件： 泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒壓力。 A-上沖程 1)上沖程 泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液 柱壓力(沉沒壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用 下被打開。 泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。 B-下沖程 2)下沖程 柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。 泵排出的條件： 泵內(nèi)壓力(排出壓力)高于柱塞以上的液柱 壓力。 柱塞上下抽汲一次為一個沖程，在一個 沖程內(nèi)完成進(jìn)油與排油的過程。 光桿沖程：光桿從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離。 泵內(nèi)壓力增加，當(dāng)泵內(nèi)壓力大于柱塞以上 液

8、柱壓力時，游動閥被頂開。 柱塞下部的液體通過游動閥進(jìn)入柱塞上部， 使泵排出液體。 （二)泵的理論排量 泵的工作過程是由三個基本環(huán)節(jié)所組成，即柱塞在 泵內(nèi)讓出容積，井內(nèi)液體進(jìn)泵和從泵內(nèi)排出井內(nèi)液體。 SfV p 在理想情況下，活塞上、下一次進(jìn)入和排出的液體 體積都等于柱塞讓出的體積： SNfV pm 每分鐘的排量為： SNkSNfQ ppt 1440每日排量: 泵的理論排量 沖次：一分鐘的時 間內(nèi)抽油泵吸入與 排出的周期數(shù)。 )cos1 ()cos1 (trrS B 第二節(jié) 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律及載荷 一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律 (一)簡化為簡諧運(yùn)動時懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律 假設(shè)條件：r/l0、r/b0 圖3-

9、7 抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡圖 游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動可 看做簡諧運(yùn)動，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動規(guī) 律和D點(diǎn)做圓運(yùn)動時在垂直中心線上 的投影(C點(diǎn))的運(yùn)動規(guī)律相同。 則B點(diǎn)經(jīng)過t時間(曲柄轉(zhuǎn)角)時位 移為： )cos1 (tr b a S b a S BA 以下死點(diǎn)為坐標(biāo)零點(diǎn)，向 上為坐標(biāo)正方向，則懸點(diǎn)A的 位移為： tr b a dt dV W A A cos 2 A點(diǎn)的加速度為: tr b a dt dS V A A sin A點(diǎn)的速度為: 圖3-8 簡諧運(yùn)動時懸點(diǎn)位移、 速度、加速度曲線 (二)簡化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律 假設(shè)條件：0r/l1/4 把B點(diǎn)繞游梁支點(diǎn)的弧線運(yùn)動 近似地看做直線運(yùn)

10、動，則可把抽油機(jī)的運(yùn) 動簡化為曲柄滑塊運(yùn)動。 圖3-9 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡圖 A點(diǎn)加速度: b a r dt dV W A A )2cos(cos 2 A點(diǎn)位移： b a rSA)sin 2 cos1 ( 2 A點(diǎn)速度: b a r dt dS V A A )2sin 2 (sin 圖3-10 懸點(diǎn)速度變化曲線 1-按簡諧運(yùn)動計(jì)算；2-精確計(jì) 算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算 圖3-11 懸點(diǎn)加速度變化曲線 1-按簡諧運(yùn)動計(jì)算；2-精確計(jì) 算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算 游梁式抽油機(jī)的受力分析游梁式抽油機(jī)的受力分析 n抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上的載荷 ： n靜載荷 n動載荷 n摩擦載荷 靜載荷 n抽油桿柱載荷 n上沖

11、程：桿柱在空氣中的重量 n下沖程：桿柱在液體中的重量 n作用在柱塞上的液柱載荷 n上沖程：作用在柱塞環(huán)空面積的載荷 n下沖程：無 n沉沒壓力對懸載的影響 n上沖程：減輕懸載 n下沖程：無 n井口回壓對懸載的影響 n上沖程：增加懸載 n下沖程：減小抽油桿柱載荷 動載荷 n慣性載荷：與加速度大小成正比，方向相反； 大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量、懸點(diǎn)加速度及其 在桿柱上的分布 n抽油桿柱慣載（上沖程、下沖程都有） n液柱慣載（上沖程有、下沖程無） n振動載荷：抽油桿的自由縱振產(chǎn)生，大小與 抽油桿柱的長度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu) 有關(guān) 摩擦載荷 n抽油桿柱與油管間：抽油桿柱與油管間：上沖程增加懸載；下沖

12、程減小 懸載 n柱塞與襯套間：柱塞與襯套間：上沖程增加懸載；下沖程減小懸載 n液柱與抽油桿柱間液柱與抽油桿柱間（與抽油桿柱長度、運(yùn)動速度、液體 粘度有關(guān)） n上沖程無 n下沖程減小懸載 n液柱與油管間液柱與油管間（與液流速度、液體粘度有關(guān)） n上沖程增加懸載 n下沖程無 n液體通過游動閥的摩擦力液體通過游動閥的摩擦力（與閥結(jié)構(gòu)、液體粘度、液流 速度有關(guān)，是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因） n上沖程無 n下沖程減小懸載 二、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算 1.靜載荷 (一)懸點(diǎn)所承受的載荷 包括：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓 力對懸點(diǎn)載荷的影響；井口回壓對懸點(diǎn)載荷的影響 抽油桿柱載荷 上沖程

13、：上沖程： gLqgLfW rsrr （即桿柱在空氣中的重力） bqqq rslsrr / )( sls b/ )( 下沖程：下沖程：LgqgLfW rlsrr )( （即桿柱在液體中的重力） gLffW lrpl )( 作用在柱塞上的液柱載荷 上沖程 游動閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為： 下沖程 游動閥打開，液柱載荷作用于油管，而不作用于懸點(diǎn)。 沉沒壓力(泵口壓力)對懸點(diǎn)載荷的影響 上沖程 在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵入口設(shè)備的阻力 進(jìn)入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力即吸入壓力。吸入壓力作 用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷: 下沖程 吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點(diǎn)載荷沒有影響。 pinpii fpp

14、fpP)( 井口回壓對懸點(diǎn)載荷的影響 液流在地面管線中的流動阻力所造成的井口回壓對懸點(diǎn)將產(chǎn) 生附加的載荷。 )( rphhu ffpP上沖程：上沖程：增加懸點(diǎn)載荷: rhhd fpP 下沖程：下沖程：減小抽油桿柱載荷: 2.動載荷(慣性載荷、振動載荷) 慣性載荷(忽略桿液彈性影響) 抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做變速運(yùn)動， 因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力。 A r r W g W I 抽油桿柱的慣性力： A l l W g W I 液柱的慣性力： rtf rp ff ff 為油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù) 上沖程:前半沖程加速度為正，即加速度向上，則慣性力向下， 從而增加懸點(diǎn)

15、載荷；后半沖程中加速度為負(fù)，即加速度向下， 則慣性力向上，從而減小懸點(diǎn)載荷。 懸點(diǎn)加速度在上、下沖程中大小和方向是變化的。 下沖程:與上沖程相反，前半沖程慣性力向上，減小懸點(diǎn)載荷； 后半沖程慣性力向下，將增大懸點(diǎn)載荷。 抽油桿柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷 l rNS W l rNS g W l rS g W I r rr ru 1 302 1 302 )1 ( 2 22 2 上沖程上沖程： 1440 2 SN WI rru 取r/l=1/4時， )1 ( 1790 )1 ( 2 2 2 l rSN W l rS g W I r r rd 下沖程下沖程： 液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷 l rSN W

16、l rS g W I l l lu 1 1790 )1 ( 2 2 2 上沖程：上沖程： 下沖程下沖程中液柱不隨懸點(diǎn)運(yùn)動，沒有液柱慣性載荷 懸點(diǎn)最大慣性載荷 luruu III 上沖程：上沖程： rdd II 下沖程：下沖程： 振動載荷 抽油桿柱本身為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運(yùn)動和液柱載荷周期 性地作用于抽油桿柱，從而引起抽油桿柱的彈性振動，它所產(chǎn)生的振動載荷 亦作用于懸點(diǎn)上。其數(shù)值與抽油桿柱的長度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有 關(guān)。(在考慮抽油桿柱彈性時最大載荷計(jì)算時介紹) 3. 摩擦載荷 (1)抽油桿柱與油管的摩擦力 （桿管） 上沖程主要受(1)、(2)、(4)影響，增加懸點(diǎn)載荷 (2)

17、柱塞與襯套之間的摩擦力 （柱塞與襯套） (3)液柱與抽油桿柱之間的摩擦力 （桿液） (4)液柱與油管之間的摩擦力 （管液） (5)液體通過游動閥的摩擦力 （閥阻力） 下沖程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影響，減小懸點(diǎn)載荷 max 22 2 ) 1(ln) 1( 1 2 mmm m LFrl 602 max SNS 抽油桿柱與液柱之間的摩擦力 抽油桿柱與液柱間的摩擦發(fā)生在下沖程，摩擦力方向向上。阻力 的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，最大值為： 主要決定因素：液體粘度和抽油桿的運(yùn)動速度。 把懸點(diǎn)看做簡諧運(yùn)動，則 液柱與油管間的摩擦力 上沖程時，游動閥關(guān)閉，油管內(nèi)的液柱隨抽油桿柱和柱塞上行，

18、液 柱與油管間發(fā)生相對運(yùn)動而引起的摩擦力的方向向下，故增大懸點(diǎn)載荷。 下沖程液柱與抽油桿柱間的摩擦力約為上沖程中油管與液柱間摩擦 力的1.3倍。即： 3.1 rl tl F F NfFrt桿管摩擦力： 液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力： ghfF plv 2 2 3 22 )( 1029. 7 1 SN f f o p l 140 94. 0 e p p d d F 柱塞與襯套之間的摩擦力： 抽油桿柱載荷、液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點(diǎn)載荷的三項(xiàng)基本載 荷。稠油井內(nèi)存在摩擦載荷及大沉沒度的井沉沒壓力產(chǎn)生的載荷；在低 沉沒度井內(nèi)，由于泵的充滿程度差，會發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，將 產(chǎn)生較大沖擊載荷，從而影

19、響懸點(diǎn)載荷。 ivuhuulr PPFPIWWP max vdhddr PFPIWP min )1 ( 1790 )( 2 max l rSNW gLffLqIWWP r lrprrulr (二)懸點(diǎn)最大和最小載荷 1.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷的一般公式 最大載荷發(fā)生在上沖程，最小載荷發(fā)生在下沖程，其值為： 在下泵深度及沉沒度不很大，井口回壓及沖數(shù)不高的稀油直井內(nèi)，在計(jì)算 最大和最小載荷時，通?？梢院雎訮v、F、Pi、Ph及液柱慣性載荷，則： gLfW gLfLqW lpl lrrr )( 令： 則：)1 ( 1790 2 max l rSNW WWP r lr rdr IWP min )1

20、 ( 1790 2 l rSN WLgq rr 2.考慮抽油桿柱彈性時懸點(diǎn)最大載荷的計(jì)算 初變形期之后，抽油桿柱帶著活塞隨懸點(diǎn)做變速運(yùn)動。 在此過程中，除了液柱和抽油桿柱產(chǎn)生的靜載荷之外，還會 在抽油桿柱上引起動載荷。 初變形期末抽油桿柱運(yùn)動引起的自由縱振 產(chǎn)生的振動載荷 初變形期：從上沖程開始到液柱載荷加載完畢的過程。 抽油桿柱做變速運(yùn)動所產(chǎn)生的慣性載荷 動 載 荷 忽略液柱對抽油桿柱動載荷的影響 2 2 2 2 2 x u a t u 抽油桿柱自由縱振產(chǎn)生的振動載荷 在初變形期末激發(fā)起的抽油桿的縱向振動微分方程為: ; 0 0 x u 0 Lx x u 邊界條件 ; 0 0t u L x

21、t u t 0 初始條件 抽油桿柱的自由縱振在懸點(diǎn)上引起的振動載荷為: tn na VEf x u EfF n n r xrv0 2 0 2 0 ) 12sin( ) 12( ) 1(8 用分離變量法求解為： L xn tn n V txu n n n 2 12 sin) 12sin( ) 12( ) 1(8 ),( 0 0 2 0 坐標(biāo)原點(diǎn) 選在懸點(diǎn) 圖3-13 隨 的變化 v F t 0 懸點(diǎn)的的振動載 荷是 的周期 函數(shù)。 t 0 v a Ef F r v max 所以，最大振動載荷發(fā)生在 處，實(shí)際上由于存在阻 尼，振動將會隨時間衰減，故最大振動載荷發(fā)生在 處，即： . 2 5 , 2

22、0 t 2 0 t a L tm 0 2 抽油桿柱的慣性載荷 慣性載荷的大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量、懸點(diǎn)加速度及其 在桿柱上的分布。懸點(diǎn)加速度的變化決定于抽油機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)。 t S acos 2 2 0簡諧運(yùn)動時，懸點(diǎn)加速度為： )(cos 2 2 a x t S ax 抽油桿柱距懸點(diǎn)x處的加速度為： 初變形期之后抽油桿柱隨懸點(diǎn)做變速運(yùn)動，必然會由于 強(qiáng)迫運(yùn)動而在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生附加的動載荷。為了使問題簡 化，把強(qiáng)迫運(yùn)動產(chǎn)生的動載荷只考慮為抽油桿柱隨懸點(diǎn)做加 速度運(yùn)動而產(chǎn)生的慣性載荷。 dx a x t S g q dF r i )(cos 2 2 a L tt s a Ef dx a x t g

23、 Sq F rr L i 2 0 sinsin 2 )(cos 2 在x處單元體上的慣性力將為： 積分后可得任一時間作用在整個抽油桿柱L上 的總慣性力： sinsin 2 ) 12sin( ) 12( ) 1(8 00 0 2 0 2 a L tttt S a Ef tn na Ef WW FFWWP r n n r lr ivlr sin)(sin 2 00max t a L t S a Ef a Ef WWP rr lr 懸點(diǎn)最大載荷 初變形期后，懸點(diǎn)載荷P是抽油桿柱載荷、液柱載荷、 及振動、慣性載荷疊加而成，即: t0為初變形期經(jīng)歷的時間 取最大振動載荷出現(xiàn)的時間為懸點(diǎn)出現(xiàn)最大載荷的時間

24、, 則得到計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的公式： a L t 0 2 0 sin 2 sin 2 t ss rr )sin( 2 max a LS a Ef WWP r r lr a.油管下端固定 在油管下端固定的情況下，初變形期末柱塞對懸點(diǎn)的相對運(yùn)動速 度等于懸點(diǎn)運(yùn)動速度，即 油管下端固定時懸點(diǎn)最大載荷為： b.油管下端未固定 初變形期末懸點(diǎn)運(yùn)動速度： sin 2 S 初變形期末柱塞對懸點(diǎn)的相對運(yùn)動速度將小于懸點(diǎn)運(yùn)動速度，并且： sin 2 . S sin)1 ()sin( 2 max a LS a Ef WWP r lr 油管下端未固定時懸點(diǎn)最大載荷為： 3.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式 137 1 ma

25、x SN WWP lr I 1790 1 2 max SN WWP lr II )1 ( 1790 2 max l rSN bWWP rl III ) 1790 1 ( 2 max SN WWP rl IV ) 1790 1)( 2 max SN WWP lr V 一般井深及低沖數(shù)油井 簡諧運(yùn)動、桿柱和液柱慣性載荷 簡諧運(yùn)動、桿柱慣性載荷 簡諧運(yùn)動、桿柱和液柱慣性載荷 第三節(jié) 抽油機(jī)平衡、扭矩與功率計(jì)算 一、 抽油機(jī)平衡計(jì)算 不平衡原因 不平衡造成的后果 上下沖程中懸點(diǎn)載荷不同，造成電動機(jī)在上、下沖程中所 做的功不相等。 上沖程中電動機(jī)承受著極大的負(fù)荷，下沖程中抽油機(jī)帶著 電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成功率

26、的浪費(fèi)，降低電動機(jī)的效率和壽命； 由于負(fù)荷極不均勻，會使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動，而影響 抽油裝置的壽命。 破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。 (一)平衡原理 在下沖程中把能量儲存起來，在上沖程中利用儲存的能 量來幫助電動機(jī)做功，從而使電動機(jī)在上下沖程中都做相等 的正功。 所以，為了使抽油機(jī)平衡，在下沖程中需要儲存的能量 或上沖程中需要釋放的能量應(yīng)該是懸點(diǎn)載荷在上下沖程中所 做功之和的一半。 下沖程： dwmd AAA 上沖程： wumu AAA 平衡條件： mumd AA 2 du w AA A (二)平衡方式 氣動平衡： 機(jī)械平衡 游梁平衡：游梁尾部加平衡重； 曲柄平衡(旋轉(zhuǎn)平衡

27、)：平衡塊加在曲柄上； 復(fù)合平衡(混合平衡)：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。 (1) 氣包內(nèi)的氣體壓縮與膨脹 (2) 多用于大型抽油機(jī)； (3) 節(jié)約鋼材； (4) 改善抽油機(jī)受力狀況； (5) 加工質(zhì)量要求高(如氣包的密封性等)。 (三) 平衡計(jì)算 1)復(fù)合平衡 圖3-14 復(fù)合平衡 cb c c cb buc cb l r W W R W r b c WX W r b aW WR 2 平衡半徑公式: 2)曲柄平衡 平衡半徑公式： cb c c cb ub cb l r W W R W X r W r b aW WR 2 圖3-15 曲柄平衡 3)游梁平衡 ucrb X c aW WW ) 2

28、 ( 1 達(dá)到平衡所需要的游梁平衡塊重: 圖3-16 游梁平衡 (四)抽油機(jī)平衡檢驗(yàn)方法 1)測量驢頭上、下沖程的時間 平衡條件下上、下沖程所用的時間基本相等。 如果上沖程快，下沖程慢，說明平衡過量。 2)測量上、下沖程中的電流 平衡條件下上、下沖程的電流峰值相等。 如果上沖程的電流峰值大于下沖程的電流峰值，說明平衡不夠。 二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析 (一)計(jì)算扭矩的基本公式 抽油過程中減速箱輸出軸(曲柄軸)的扭矩M等于曲柄半徑與 作用在曲柄銷處的切線力T的乘積，即： rTM sin sin sin )(cos r W r g a a c W b c P b a M c A bcom 復(fù)合平衡抽

29、油機(jī)： sin sin sin rW r P b a M ccr 曲柄平衡抽油機(jī)： sin sin )(cos r g a a c W b c P b a M A bwb 游梁平衡抽油機(jī)： 不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩精確計(jì)算相關(guān)式不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩精確計(jì)算相關(guān)式 思考題：上述公式的推導(dǎo)。 sin sin r b a P M TF p 簡化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。 sin)( maxcbcom MW a c BPTFM復(fù)合平衡抽油機(jī): sin)( maxccr MBPTFM 曲柄平衡抽油機(jī)： )( bwb W a c BPTFM 游梁平衡抽油機(jī)： 扭矩因數(shù)：懸點(diǎn)載荷在曲

30、柄軸上造成的扭矩與懸點(diǎn)載荷的比值。 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡值B：等于連桿與曲柄銷脫開時，為了保持游 梁處于水平位置而需要加在光桿上的力。(方向向下為正) 不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩簡化計(jì)算相關(guān)式不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩簡化計(jì)算相關(guān)式 (二)扭矩因數(shù)計(jì)算 sin sin r b a P M TF p 圖3-17 抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖 bL krrkLb 2 )cos(2 cos 0 2222 1 )(360 0 (三)懸點(diǎn)位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 扭矩曲線 b 驢頭在下死點(diǎn)位置時的 角 t 驢頭在上死點(diǎn)位置時的 角 隨角而變的b和K之間的夾角 tb b PR 沖程百分?jǐn)?shù)： 抽油機(jī)運(yùn)動規(guī)律 實(shí)測示功圖

31、懸點(diǎn)載荷與曲 柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 扭矩因數(shù)與曲 柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 圖3-18 濮1-3井扭矩曲線 1.凈扭矩；2.油井負(fù)荷扭矩；3.曲柄平衡扭矩 (四)扭矩曲線的應(yīng)用 1.檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生“背面沖突” 2.判斷及計(jì)算平衡maxmaxdu MM平衡條件： 3.功率分析 )()(MN 減速箱輸出的瞬時功率: 2 0 2 0 2 1 )( 2 1 dMdNNr 減速箱的平均輸出功率： 電動機(jī)輸出的平均功率： cyj r mo N N 電動機(jī)輸入的平均功率： m mo mi N N 4.效率分析電機(jī)、皮帶傳動、減速箱的效率分析。 “背面沖突”：抽油過程中曲柄軸上出現(xiàn)負(fù)扭矩現(xiàn)象時，減速箱的 主動輪變?yōu)閺膭虞喌默F(xiàn)象。 )( 4 )( 2 minmaxmaxmax PP S CP S M eI (五)最大扭矩計(jì)算公式 2.計(jì)算最大扭矩的近似公式 (1) 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動簡化為簡諧運(yùn)動 (2) 忽略抽油機(jī)系統(tǒng)的慣性和游梁擺角的影響 (3) 最大峰值扭矩發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角為90時 簡化條件： 有效平衡值 ：抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡重及平衡重在懸點(diǎn)產(chǎn)生的平衡力。 它表