第3章有桿泵采油3-1(20073)

1、2 2）圖解法確定氣舉閥位置）圖解法確定氣舉閥位置繪制靜液壓力梯度曲線和繪制靜液壓力梯度曲線和井下溫度分布曲線；井下溫度分布曲線；確定井口到注氣點的最小油確定井口到注氣點的最小油管力分布曲線；管力分布曲線； 計算計算頂部頂部閥閥的位置；的位置； 從頂部閥位置點向左作從頂部閥位置點向左作水平水平線線與最小油管壓力線相交；與最小油管壓力線相交； 圖解法確定閥位置圖解法確定閥位置頂部閥處注汽壓力和頂部閥處注汽壓力和管內(nèi)油管管內(nèi)油管壓力壓力，確定頂部閥嘴尺寸，確定頂部閥嘴尺寸； 五、氣舉井試井五、氣舉井試井氣舉井試井曲線氣舉井試井曲線氣舉井試井方法：通過改變氣舉井試井方法：通過改變注入氣量注入氣量來改

2、變油井產(chǎn)量，測得來改變油井產(chǎn)量，測得油井產(chǎn)量油井產(chǎn)量和相應(yīng)的和相應(yīng)的井底流壓井底流壓與與注入氣量注入氣量的對應(yīng)關(guān)系，以確定的對應(yīng)關(guān)系，以確定油井的工作條件和工作狀況。油井的工作條件和工作狀況。小小 結(jié)結(jié)(1) (1) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)一般包括四個基本流動過程，每一自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)一般包括四個基本流動過程，每一過程遵循各自的流動規(guī)律。過程遵循各自的流動規(guī)律。(2) (2) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計與分析采用節(jié)點系統(tǒng)分析方法，自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計與分析采用節(jié)點系統(tǒng)分析方法，求解點的選擇取決于需要解決的問題。求解點的選擇取決于需要解決的問題。(3) (3) 為了保證自噴井生產(chǎn)的穩(wěn)定性，對有油嘴系統(tǒng)的設(shè)為了保證自

3、噴井生產(chǎn)的穩(wěn)定性，對有油嘴系統(tǒng)的設(shè)計要求嘴流達到臨界流動條件。計要求嘴流達到臨界流動條件。(4) (4) 自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容主要包括產(chǎn)量的預(yù)測、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容主要包括產(chǎn)量的預(yù)測、油嘴的選擇、生產(chǎn)管柱的選擇、出油管線的選擇、停噴油嘴的選擇、生產(chǎn)管柱的選擇、出油管線的選擇、停噴條件的預(yù)測等。條件的預(yù)測等。小 結(jié)深井泵深井泵有桿泵采油典型特點：有桿泵采油典型特點： 地面能量通過抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。地面能量通過抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。(1)(1) 常規(guī)有桿泵采油：常規(guī)有桿泵采油：抽油機懸點的往復(fù)運動通抽油機懸點的往復(fù)運動通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵。過抽油桿傳遞給井下柱塞

4、泵。(2)(2) 地面驅(qū)動螺桿泵采油：地面驅(qū)動螺桿泵采油：井口驅(qū)動頭的旋轉(zhuǎn)運井口驅(qū)動頭的旋轉(zhuǎn)運動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。有桿泵采油分類：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，常規(guī)有桿泵采油是目前我國最廣泛應(yīng)用的采油方式，大約有大約有80%80%以上的油井采用該舉升方式。以上的油井采用該舉升方式。游梁式抽油機鏈條式抽油機 常規(guī)有桿泵采油：常規(guī)有桿泵采油：地面驅(qū)動螺桿泵抽油裝置示意圖地面驅(qū)動螺桿泵抽油裝置示意圖定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 地面驅(qū)動螺桿泵采油：地面驅(qū)動螺桿泵采油：第一節(jié) 抽油裝置及泵的工作原理一、抽油裝置油油 層層井井 筒筒地地 面面抽

5、油機抽油機電動機電動機電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)出油管線出油管線油氣分離系統(tǒng)油氣分離系統(tǒng)井筒流體井筒流體油管油管抽油桿抽油桿抽油泵抽油泵井下附件井下附件系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，也是工程與地質(zhì)也是工程與地質(zhì)的交叉點的交叉點1.1.抽油機抽油機 后置式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖后置式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖前置式氣動平衡抽油機結(jié)構(gòu)簡圖前置式氣動平衡抽油機結(jié)構(gòu)簡圖游梁和連桿的游梁和連桿的連接位置連接位置不同。不同。不不同同點：點：平衡方式平衡方式不同不同后置式多采用后置式多采用機械平衡機械平衡；前置式多采用前置式多采用氣動平衡氣動平衡。運動規(guī)律運動規(guī)律不同不同后置式上、下沖程的時間后置式上、下沖程的時間基本相等；前置式上沖

6、程較下沖程慢?；鞠嗟?；前置式上沖程較下沖程慢。新型抽油機：新型抽油機：為了節(jié)能和加大沖程。為了節(jié)能和加大沖程。異相型游梁式抽油機異相型游梁式抽油機異形游梁式抽油機異形游梁式抽油機雙驢頭游梁式抽油機雙驢頭游梁式抽油機鏈條式抽油機鏈條式抽油機皮皮帶傳動抽油機帶傳動抽油機液壓抽油機液壓抽油機節(jié)能節(jié)能加大沖程加大沖程又稱曲柄偏置式又稱曲柄偏置式游梁抽油機，平游梁抽油機，平衡重中心線與曲衡重中心線與曲柄中心線有一柄中心線有一相相位角位角，使，使峰值扭峰值扭矩矩降低，使上沖降低，使上沖程較下沖程慢。程較下沖程慢。 異相型抽油機異相型抽油機平衡重中心線平衡重中心線曲柄中心線曲柄中心線減少懸點減少懸點慣性載

7、荷慣性載荷；克服了常規(guī)機對游梁克服了常規(guī)機對游梁最大擺角的限制最大擺角的限制，使，使抽油機能在不增大其抽油機能在不增大其自身尺寸的前提下實自身尺寸的前提下實現(xiàn)現(xiàn)長沖程長沖程。能夠滿足能夠滿足不同粘度原不同粘度原油開采油開采的需要。的需要。圓弧面的后驢頭圓弧面的后驢頭部分連桿用柔性索部分連桿用柔性索電機安在底座專用的滑軌上電機安在底座專用的滑軌上圓弧面的后驢頭圓弧面的后驢頭部分連桿用柔性索部分連桿用柔性索電機安在底座專用的滑軌上電機安在底座專用的滑軌上異形抽油機異形抽油機異形抽油機異形抽油機雙驢頭抽油機雙驢頭抽油機雙驢頭抽油機雙驢頭抽油機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、調(diào)且平衡效果易調(diào)且平衡效果好，在一定程度好，在一定程度上具有上具有節(jié)能節(jié)能效果，效果，屬于節(jié)能型游梁屬于節(jié)能型游梁式抽油機。式抽油機。雙驢頭抽油機雙驢頭抽油機鏈條式抽油機鏈條式抽油機動載荷小；動載荷小；采用氣平衡，調(diào)平采用氣平衡，調(diào)平衡方便；衡方便；沖程大；沖程大；機械效率高；機械效率高；節(jié)能效果好；節(jié)能效果好；占地面積小。占地面積小。鋼絲繩壽命短；鋼絲繩壽命短；軌跡鏈條和主軸銷軌跡鏈條和主軸銷容易折斷。容易折斷。天車輪 軌跡鏈條 主動鏈輪 平衡鏈輪 鋼絲繩 除具有鏈條抽油除具有鏈條抽油機的優(yōu)點外，由機的優(yōu)點外，由于采用于采用高強度皮高強度皮帶帶代替鋼絲繩，代替鋼絲繩，使用壽命長、性使用壽命長

9、、性能好。能好。皮帶皮帶 平衡重平衡重 從動鏈輪從動鏈輪 主動鏈輪主動鏈輪 鏈條鏈條 皮帶式抽油機皮帶式抽油機游梁式抽油機系列型號表示方法游梁式抽油機系列型號表示方法CYJ 12CYJ 123.33.370(H) F(Y70(H) F(Y，B B，Q)Q)游梁式抽油機系列代號游梁式抽油機系列代號CYJ-CYJ-常規(guī)型常規(guī)型CYJQ-CYJQ-前置型前置型CYJY-CYJY-異相型異相型懸點最大載荷，懸點最大載荷，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, ,kN.mkN.m減速箱齒輪形代號，減速箱齒輪形代號，H H為點嚙合雙為點嚙合

10、雙圓弧齒輪，省略漸開線人字齒輪圓弧齒輪，省略漸開線人字齒輪平衡方式代號平衡方式代號F F：復(fù)合平衡：復(fù)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：氣動平衡：氣動平衡主要功能：主要功能：將機械能轉(zhuǎn)化為流體將機械能轉(zhuǎn)化為流體壓能。壓能。a.a.結(jié)構(gòu)簡單，強度高，質(zhì)量好，連接部分密封可靠；結(jié)構(gòu)簡單，強度高，質(zhì)量好，連接部分密封可靠；一般要求一般要求b.b.制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用壽命長壽命長；c.c.規(guī)格類型能滿足油井排液量的需要，規(guī)格類型能滿足油井排液量的需要，適應(yīng)性強適應(yīng)性強；d.d.便于起下；便于起下；e.e.結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮防砂、防氣，并

11、帶有必要的輔助設(shè)備。結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設(shè)備。2.2.抽油泵抽油泵工作筒工作筒( (外筒和襯套外筒和襯套) )、柱塞及游動閥、柱塞及游動閥( (排出閥排出閥) )和固定閥和固定閥( (吸入閥吸入閥) )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為：可分為：管式泵管式泵和和桿式泵桿式泵主要組成主要組成分類分類A-A-管式泵管式泵B-B-桿式泵桿式泵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)主要功能主要功能：傳遞能量傳遞能量接箍接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時的是抽油桿組合成抽油桿柱時的連接零件連接零件。按其結(jié)構(gòu)。按其結(jié)構(gòu)特

12、征可分為：普通接箍、異徑接箍和特種接箍。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用于連接不同直徑的抽油桿特種接箍：特種接箍：主要有主要有滾輪式滾輪式接箍和接箍和滾珠式滾珠式接箍，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桿桿柱與油柱與油管管之間的之間的摩擦力摩擦力，減少對油，減少對油管的磨損管的磨損扶正器扶正器特特種種抽抽油油桿桿二、泵的工作原理二、泵的工作原理沖次沖次: : 每分鐘內(nèi)完成沖程的次每分鐘內(nèi)完成沖程的次數(shù)，用數(shù)，用n n來表示。來表示。液柱載荷由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿

13、上液柱載荷由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿上下沖程下沖程液柱載荷由抽油桿轉(zhuǎn)移到油管上液柱載荷由抽油桿轉(zhuǎn)移到油管上2.2.泵的理論排量泵的理論排量 泵的工作過程泵的工作過程是由三個基本環(huán)節(jié)所組成，即是由三個基本環(huán)節(jié)所組成，即柱塞在柱塞在泵內(nèi)讓出容積泵內(nèi)讓出容積，井內(nèi)液體進泵井內(nèi)液體進泵和和從泵內(nèi)排出井內(nèi)液體從泵內(nèi)排出井內(nèi)液體。 SfVp 在理想情況下，活塞上、下一次進入和排出的液體在理想情況下，活塞上、下一次進入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積：體積都等于柱塞讓出的體積： SNfVpm每分鐘的排量為：每分鐘的排量為： SNkSNfQppt1440每日排量每日排量: :)cos1 ()cos1 (trrSB

14、第二節(jié) 抽油機懸點運動規(guī)律及載荷一、抽油機懸點運動規(guī)律( (一一) )簡化為簡諧運動時懸點運動規(guī)律簡化為簡諧運動時懸點運動規(guī)律假設(shè)條件：假設(shè)條件：r/lr/l 0 0、r/br/b 0 0游梁和連桿的連接點游梁和連桿的連接點B B的運動可看的運動可看做做簡諧運動簡諧運動，即認為，即認為B B點點的運動規(guī)的運動規(guī)律和律和D D點做圓運動時在垂直中心線點做圓運動時在垂直中心線上的投影上的投影( (C C點點) )的運動規(guī)律相同。的運動規(guī)律相同。則則B B點經(jīng)過點經(jīng)過t t時間時間( (曲柄轉(zhuǎn)角曲柄轉(zhuǎn)角)時時位移為：位移為： 抽油機四連桿機構(gòu)簡圖抽油機四連桿機構(gòu)簡圖)cos1 (trbaSbaSBA

15、trbadtdVWAAcos2A A點的加速度為點的加速度為: :trbadtdSVAAsinA A點的速度為點的速度為: : 簡諧運動時懸點位移、速度、簡諧運動時懸點位移、速度、加速度曲線加速度曲線以下死點為坐標零點，以下死點為坐標零點，向上為坐向上為坐標正方向標正方向，則懸點，則懸點A A的位移為：的位移為：( (二二) )簡化為曲柄滑塊機構(gòu)時懸點運動規(guī)律簡化為曲柄滑塊機構(gòu)時懸點運動規(guī)律假設(shè)條件：假設(shè)條件：0r/0r/1/4 1/4 =r/=r/ 把把B B點繞游梁支點的點繞游梁支點的弧線運動弧線運動近似地近似地看做看做直線運動直線運動，則可把抽油機的運動簡化，則可把抽油機的運動簡化為曲柄

16、滑塊運動。為曲柄滑塊運動。A A點加速度點加速度: :bardtdVWAA)2cos(cos2A A點位移：點位移：barSA)sin2cos1 (2A A點速度點速度: : bardtdSVAA)2sin2(sin曲柄滑塊機構(gòu)簡圖曲柄滑塊機構(gòu)簡圖懸點速度變化曲線懸點速度變化曲線 1-1-按簡諧運動計算；按簡諧運動計算；2-2-精確計精確計算；算；3-3-按曲柄滑塊機構(gòu)計算按曲柄滑塊機構(gòu)計算懸點加速度變化曲線懸點加速度變化曲線1-1-按簡諧運動計算；按簡諧運動計算；2-2-精確計精確計算；算；3-3-按曲柄滑塊機構(gòu)計算按曲柄滑塊機構(gòu)計算二、抽油機懸點載荷計算二、抽油機懸點載荷計算1.1.靜載荷

17、靜載荷( (一一) )懸點所承受的載荷懸點所承受的載荷包括包括：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓力對懸點載荷的影響；井口回壓對懸點載荷的影響力對懸點載荷的影響；井口回壓對懸點載荷的影響抽油桿柱載荷抽油桿柱載荷上沖程上沖程：gLqgLfWrsrr（即桿柱在空氣中的重力）（即桿柱在空氣中的重力）slsb/ )(bqqqrslsrr/ )(下沖程：下沖程：LgqgLfWrlsrr)(（即桿柱在液體中的重力）（即桿柱在液體中的重力）gLffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱載荷作用在柱塞上的液柱載荷上沖程上沖程 游動閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷

18、為：游動閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為： 下沖程下沖程 游動閥打開，液柱載荷作用于油管，而游動閥打開，液柱載荷作用于油管，而不作不作用于懸點用于懸點。0lW 沉沒壓力沉沒壓力( (泵口壓力泵口壓力) )對懸點載荷的影響對懸點載荷的影響上沖程上沖程 在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵入口設(shè)備泵入口設(shè)備的的阻力進入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力即吸入壓力。吸阻力進入泵內(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)生入壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上向上的載荷的載荷: :下沖程下沖程 吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響沒有影響。pi

19、npiifppfpP)(井口回壓對懸點載荷的影響井口回壓對懸點載荷的影響 液流在地面管線中的流動阻力所造成的井口回壓對液流在地面管線中的流動阻力所造成的井口回壓對懸點將產(chǎn)生附加的載荷。懸點將產(chǎn)生附加的載荷。 )(rphhuffpP上沖程：上沖程：增加懸點載荷增加懸點載荷: :rhhdfpP下沖程：下沖程：減小抽油桿柱載荷減小抽油桿柱載荷: :2.2.動載荷動載荷( (慣性載荷、振動載荷慣性載荷、振動載荷) )慣性載荷慣性載荷( (忽略桿液彈性影響忽略桿液彈性影響) ) 抽油機運轉(zhuǎn)時，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做抽油機運轉(zhuǎn)時，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做變速變速運動，運動，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的因而產(chǎn)

20、生抽油桿柱和液柱的慣性力慣性力。ArrWgWI 抽油桿柱抽油桿柱的慣性力：的慣性力：AllWgWI 液柱液柱的慣性力：的慣性力：rtfrpffff 為油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)為油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù) 上沖程上沖程: :前半沖程前半沖程加速度為正，即加速度為正，即加速度向上，則慣性力向下，從而加速度向上，則慣性力向下，從而增加增加懸點載荷；懸點載荷；后半沖程后半沖程中加速度中加速度為負，即加速度向下，則慣性力向為負，即加速度向下，則慣性力向上，從而上，從而減小減小懸點載荷。懸點載荷。懸點加速度在上、下沖程中大小和方向是變化的懸點加速度在上、下沖程中大小和方向是變

21、化的。下沖程下沖程: :與上沖程相反，與上沖程相反，前半沖程前半沖程慣慣性力向上，性力向上，減小減小懸點載荷；懸點載荷；后半沖后半沖程程慣性力向下，將慣性力向下，將增大增大懸點載荷。懸點載荷。加速度加速度抽油桿柱引起的懸點最大慣性載荷抽油桿柱引起的懸點最大慣性載荷lrNSWlrNSgWlrSgWIrrrru13021302)1 (2222上沖程：上沖程：14402SNWIrru取取r/lr/l=1/4=1/4時，時，)1 (1790)1 (222lrSNWlrSgWIrrrd下沖程：下沖程：液柱引起的懸點最大慣性載荷液柱引起的懸點最大慣性載荷lrSNWlrSgWIlllu11790)1 (22

22、2上沖程：上沖程：下沖程下沖程中液柱不隨懸點運動，沒有液柱慣性載荷中液柱不隨懸點運動，沒有液柱慣性載荷懸點最大慣性載荷懸點最大慣性載荷luruuIII上沖程：上沖程：rddII 下沖程：下沖程：振動載荷振動載荷(P(PV V) )3.3.摩擦載荷摩擦載荷( (F F) )(1)(1)抽油桿柱與油管的摩擦力抽油桿柱與油管的摩擦力 （桿管）（桿管）上沖程主要受上沖程主要受(1)(1)、(2)(2)、(4)(4)影響，增加懸點載荷影響，增加懸點載荷(2)(2)柱塞與襯套之間的摩擦力柱塞與襯套之間的摩擦力 （柱塞與襯套）（柱塞與襯套）(3)(3)液柱與抽油桿柱之間的摩擦力液柱與抽油桿柱之間的摩擦力 （

23、桿液）（桿液）(4)(4)液柱與油管之間的摩擦力液柱與油管之間的摩擦力 （管液）（管液）(5)(5)液體通過游動閥的摩擦力液體通過游動閥的摩擦力 （閥阻力）（閥阻力）下沖程主要受下沖程主要受(1)(1)、(2)(2)、(3)(3)、(5)(5)影響，減小懸點載荷影響，減小懸點載荷602maxSNS抽油桿柱與液柱之間的摩擦力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)生在抽油桿柱與液柱間的摩擦發(fā)生在下沖程下沖程，摩擦力，摩擦力方向向方向向上上。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，最大值為：。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：主要決定因素：液體液體粘度粘度和抽

24、油桿的和抽油桿的運動速度運動速度。把懸點看做簡諧運動，則把懸點看做簡諧運動，則max222) 1(ln) 1(12mmmmLFrlrtddm 液柱與油管間的摩擦力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，液柱與油管間發(fā)生相對運動而引起的摩擦力的柱塞上行，液柱與油管間發(fā)生相對運動而引起的摩擦力的方向向下方向向下，故，故增大懸點載荷增大懸點載荷。 下下沖程沖程液柱與抽油桿柱液柱與抽油桿柱間的摩擦力約為間的摩擦力約為上沖程上沖程中中油管油管與液柱與液柱間摩擦力的間摩擦力的1.31.3倍。即：倍。即：3 . 1rltlF

25、F NfFrt桿管摩擦力：桿管摩擦力：液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力：液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力：ghfFplv22322)(1029. 71SNffopl14094. 0eppddF柱塞與襯套之間的摩擦力：柱塞與襯套之間的摩擦力：在直井內(nèi)通常不超過抽油桿質(zhì)量的在直井內(nèi)通常不超過抽油桿質(zhì)量的1.5%1.5%。 抽油桿柱載荷抽油桿柱載荷、液柱載荷液柱載荷及及慣性載荷慣性載荷是構(gòu)成懸點載荷是構(gòu)成懸點載荷的三項基本載荷。的三項基本載荷。 稠油井內(nèi)存在稠油井內(nèi)存在摩擦載荷摩擦載荷及大沉沒度的井及大沉沒度的井沉沒壓力產(chǎn)生沉沒壓力產(chǎn)生的載荷的載荷； 在低沉沒度井內(nèi)，由于泵的充滿程度差，會發(fā)生柱塞在低沉沒度井內(nèi)，由

26、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)生較大與泵內(nèi)液面的撞擊，將產(chǎn)生較大沖擊載荷沖擊載荷，從而影響懸點，從而影響懸點載荷。載荷。ivuhuulrPPFPIWWPmaxvdhddrPFPIWPmin( (二二) )懸點最大和最小載荷懸點最大和最小載荷1.1.計算計算懸點最大載荷懸點最大載荷和最小載荷的一般公式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，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：其值為：u、d上、下沖程中慣性載荷；Phu、Phd上、下沖程中井口回壓造成的懸點載荷；Fu、 Fd 上、下沖程中的最大摩擦載荷；Pv振動載荷；Pi上沖程中沉沒壓力作

27、用在活塞上產(chǎn)生的載荷。)1 (1790)(2maxlrSNWgLffLqIWWPrlrprrulr在下泵深度及沉沒度不很大在下泵深度及沉沒度不很大, ,井口回壓及沖數(shù)不高的稀油直井口回壓及沖數(shù)不高的稀油直井內(nèi)，計算最大和最小載荷時，通?？梢院雎跃畠?nèi)，計算最大和最小載荷時，通常可以忽略PvPv、F F、PiPi、PhPh及液柱慣性載荷，則：及液柱慣性載荷，則：glLpflWglLrfLrqrW)(令：則：)1 (17902maxlrSNrWlWrWP2.2.考慮抽油桿柱彈性時懸點最大載荷的計算考慮抽油桿柱彈性時懸點最大載荷的計算 初變形期之后，抽油桿柱帶著柱塞隨懸點做初變形期之后，抽油桿柱帶著柱

28、塞隨懸點做變速變速運動。運動。在此過程中，除了液柱和抽油桿柱產(chǎn)生的在此過程中，除了液柱和抽油桿柱產(chǎn)生的靜靜載荷之外，還會載荷之外，還會在抽油桿柱上引起在抽油桿柱上引起動載荷動載荷。初變形期末抽油桿柱運動引起的初變形期末抽油桿柱運動引起的自由縱振自由縱振產(chǎn)生的產(chǎn)生的振動載荷振動載荷初變形期：初變形期：從上沖程開始到液柱載荷加載完畢的過程。從上沖程開始到液柱載荷加載完畢的過程。抽油桿柱做變速運動所產(chǎn)生的抽油桿柱做變速運動所產(chǎn)生的慣性載荷慣性載荷動動載載荷荷忽略液柱對抽油桿柱動載荷的影響忽略液柱對抽油桿柱動載荷的影響22222xuatu抽油桿柱自由縱振產(chǎn)生的振動載荷抽油桿柱自由縱振產(chǎn)生的振動載荷在初

29、變形期末激發(fā)起的抽油桿的縱向振動在初變形期末激發(fā)起的抽油桿的縱向振動微分方程微分方程為為: :;00 xu0Lxxu邊界條件; 00tuLxtut0初始條件抽油桿柱的自由縱振在懸點上引起的振動載荷為抽油桿柱的自由縱振在懸點上引起的振動載荷為: :tnnavEfxuEfPnnrxrv02020) 12sin() 12() 1(8坐標原點選在懸點u u抽油桿柱彈性位移；抽油桿柱彈性位移； x x懸點到抽油桿柱截面的距離；懸點到抽油桿柱截面的距離；a a彈性波在抽油桿柱中的傳播速度，等于抽油桿中的聲速；彈性波在抽油桿柱中的傳播速度，等于抽油桿中的聲速；t t從初變形期算起的時間。從初變形期算起的時間

30、。圖3-13 隨 的變化vFt0懸點的的振動載懸點的的振動載荷是荷是 的周期的周期函數(shù)。函數(shù)。t0vaEfPrvmax最大振動載荷發(fā)生在最大振動載荷發(fā)生在 處，由于存在阻尼，處，由于存在阻尼，振動將會隨時間衰減，故最大振動載荷發(fā)生在振動將會隨時間衰減，故最大振動載荷發(fā)生在 處，處，即：即：.25,20t20taLtm02抽油桿柱的慣性載荷抽油桿柱的慣性載荷( (考慮桿彈性影響考慮桿彈性影響) )慣性載荷的大小取決于慣性載荷的大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量抽油桿柱的質(zhì)量、懸點加速度懸點加速度及其在桿及其在桿柱上的分布。懸點加速度的變化決定于抽油機的幾何結(jié)構(gòu)。柱上的分布。懸點加速度的變化決定于抽油機的幾

31、何結(jié)構(gòu)。tSacos220簡諧運動時，簡諧運動時，懸點加速度懸點加速度為：為：)(cos22axtSax抽油桿柱距懸點抽油桿柱距懸點x x處的加速度為：處的加速度為：aLttsaEfdxaxtgSqFrrLi20sinsin2)(cos2任一時間作用在整個抽油桿柱任一時間作用在整個抽油桿柱L L上的總慣性力：上的總慣性力：sinsin2) 12sin() 12() 1(8000202aLttttSaEftnnaEfWWFPWWPrnnrlrivlrsin)(sin200maxtaLtSaEfaEfWWPrrlr懸點最大載荷懸點最大載荷 初變形期后，懸點載荷初變形期后，懸點載荷P P是抽油是抽油

32、桿桿柱載荷、柱載荷、液液柱載荷、柱載荷、及及振動振動、慣性慣性載荷疊加而成，即載荷疊加而成，即: :t t0 0為初變形期為初變形期經(jīng)歷的時間經(jīng)歷的時間取最大振動載荷出現(xiàn)的時間為懸點出現(xiàn)最大載荷的時間取最大振動載荷出現(xiàn)的時間為懸點出現(xiàn)最大載荷的時間, ,則則得到計算懸點最大載荷的公式：得到計算懸點最大載荷的公式：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況下，初變形期末在油管下端固定的情況下，初變形期末柱塞柱塞對對懸點懸點的的相對運動速度等于懸點運動速度，即相對運動速度等于懸點運動速度，即油管下端固定時

33、懸點最大載荷為：油管下端固定時懸點最大載荷為：b.b.油管下端未固定油管下端未固定初變形期末懸點運動速度：初變形期末懸點運動速度：sin2S初變形期末柱塞對懸點的相對運動速度將小于懸點運動速初變形期末柱塞對懸點的相對運動速度將小于懸點運動速度，并且：度，并且：sin2.Ssin)1 ()sin(2maxaLSaEfWWPrlr油管下端未固定時懸點最大載荷為：油管下端未固定時懸點最大載荷為：3.3.計算懸點最大載荷的其它公式計算懸點最大載荷的其它公式1371maxSNWWPlrI179012maxSNWWPlrII)1 (17902maxlrSNbWWPrlIII)17901 (2maxSNWW

34、PrlIV)17901)(2maxSNWWPlrV中深井及低沖數(shù)油井中深井及低沖數(shù)油井簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷簡諧運動、桿柱慣性載荷，忽略簡諧運動、桿柱慣性載荷，忽略液柱動載。液柱動載。簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷忽略了振動載荷、摩擦載荷、井忽略了振動載荷、摩擦載荷、井口回壓載荷、沉沒壓力載荷、液口回壓載荷、沉沒壓力載荷、液柱慣性載荷柱慣性載荷第三節(jié) 抽油機平衡、扭矩與功率計算一、抽油機平衡計算一、抽油機平衡計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 上下沖程中懸點載荷不同，造成電動機在上、下沖程中上下沖程中懸點載荷不

35、同，造成電動機在上、下沖程中所做的功不相等。所做的功不相等。上沖程中電動機承受著上沖程中電動機承受著極大的負荷極大的負荷，下沖程中抽油機帶著，下沖程中抽油機帶著電動機運轉(zhuǎn)，造成電動機運轉(zhuǎn)，造成功率的浪費功率的浪費，降低電動機的效率和壽命；，降低電動機的效率和壽命； 由于負荷極不均勻，會使抽油機發(fā)生激烈振動，而影響由于負荷極不均勻，會使抽油機發(fā)生激烈振動，而影響抽油裝置的壽命。抽油裝置的壽命。 破壞破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度曲柄旋轉(zhuǎn)速度的的均勻性均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。，影響抽油桿和泵正常工作。( (一一) )平衡原理平衡原理 在在下沖程下沖程中把能量儲存起來，在中把能量儲存起來，在上沖程上沖程中

36、利用儲存的能中利用儲存的能量來幫助電動機做功，從而使電動機在量來幫助電動機做功，從而使電動機在上下沖程中都做相等上下沖程中都做相等的正功的正功。 所以，為了使抽油機平衡，在所以，為了使抽油機平衡，在下沖程中需要儲存的能量下沖程中需要儲存的能量或或上沖程中需要釋放的能量上沖程中需要釋放的能量應(yīng)該是懸點載荷在上下沖程中所應(yīng)該是懸點載荷在上下沖程中所做功之和的一半。做功之和的一半。下沖程：下沖程：dwmdAAA上沖程：上沖程：wumuAAA平衡條件：平衡條件：mumdAA2duwAAA懸點在下沖程作懸點在下沖程作的功的功( (二二) )平衡方式平衡方式氣動平衡：氣動平衡：機械平衡機械平衡游梁平衡：游

37、梁平衡：游梁尾部加平衡重；游梁尾部加平衡重；曲柄平衡曲柄平衡( (旋轉(zhuǎn)平衡旋轉(zhuǎn)平衡) )：平衡塊加在曲柄上；平衡塊加在曲柄上；復(fù)合平衡復(fù)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) 氣包內(nèi)的氣體壓縮與膨脹氣包內(nèi)的氣體壓縮與膨脹(2) (2) 多用于大型抽油機；多用于大型抽油機；(3) (3) 節(jié)約鋼材；節(jié)約鋼材；(4) (4) 改善抽油機受力狀況；改善抽油機受力狀況；(5) (5) 加工質(zhì)量要求高加工質(zhì)量要求高( (如氣包的密封性等如氣包的密封性等) )。( (三三) ) 平衡計算平衡計算1)1)復(fù)合平衡復(fù)合平衡 復(fù)合平衡復(fù)合平衡

38、cbcccbbuccblrWWRWrbcWXWrbaWWR2平衡半徑公式平衡半徑公式: :W Wcbcb曲柄平衡塊總重；曲柄平衡塊總重；W Wb b游梁平衡塊重；游梁平衡塊重；W Wc c曲柄自重曲柄自重( (兩塊兩塊) )；X Xucuc抽油機本身的不平衡值。抽油機本身的不平衡值。R Rc c曲柄本身的重心到曲柄軸心距離曲柄本身的重心到曲柄軸心距離 2)2)曲柄平衡曲柄平衡平衡半徑公式：平衡半徑公式：cbcccbubcblrWWRWXrWrbaWWR2曲柄平衡曲柄平衡3)3)游梁平衡游梁平衡ucrbXcaWWW)2(1達到平衡所需要的游梁平衡塊重達到平衡所需要的游梁平衡塊重: : 游梁平衡游

39、梁平衡( (四四) )抽油機平衡檢驗方法抽油機平衡檢驗方法1)1)測量驢頭上、下沖程的時間測量驢頭上、下沖程的時間平衡條件下上、下沖程所用的時間基本相等。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。如果上沖程快，下沖程慢，說明平衡過量。2)2)測量上、下沖程中的電流測量上、下沖程中的電流平衡條件下上、下沖程的電流峰值相等。平衡條件下上、下沖程的電流峰值相等。若上沖程的電流峰值若上沖程的電流峰值大于大于下沖程的電流峰值，說明平衡下沖程的電流峰值，說明平衡不夠。不夠。二、曲柄軸扭矩計算及分析二、曲柄軸扭矩計算及分析( (一一) )計算扭矩的基本公式計算扭矩的基本公

40、式 抽油過程中減速箱輸出軸抽油過程中減速箱輸出軸( (曲柄軸曲柄軸) )的的扭矩扭矩M M等于曲柄半徑與等于曲柄半徑與作用在曲柄銷處的切線力作用在曲柄銷處的切線力T T的乘積，即：的乘積，即：rTM sinsinsin)(cosrWrgaacWbcPbaMcAbcom復(fù)合平衡抽油機：復(fù)合平衡抽油機：sinsinsinrWrPbaMccr曲柄平衡抽油機：曲柄平衡抽油機：sinsin)(cosrgaacWbcPbaMAbwb游梁平衡抽油機：游梁平衡抽油機：不同平衡方式的抽油機扭矩精確計算相關(guān)式不同平衡方式的抽油機扭矩精確計算相關(guān)式從水平位算起的游梁擺角； 連桿和曲柄之間夾角； 游梁后臂與連桿之夾角

41、。簡化條件：簡化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。sin)(maxcbcomMWacBPTFM復(fù)合平衡抽油機復(fù)合平衡抽油機: :sin)(maxccrMBPTFM曲柄平衡抽油機：曲柄平衡抽油機：)(bwbWacBPTFM游梁平衡抽油機：游梁平衡抽油機：不同平衡方式的抽油機扭矩簡化計算相關(guān)式不同平衡方式的抽油機扭矩簡化計算相關(guān)式sinsinrbaPMTFp扭矩因數(shù)：扭矩因數(shù)：懸點載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點載荷懸點載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點載荷的比值。的比值。抽油機結(jié)構(gòu)不平衡值抽油機結(jié)構(gòu)不平衡值B B：等于連桿與曲柄銷脫開時，為等于連桿與

42、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。了保持游梁處于水平位置而需要加在光桿上的力。 ( (方向向下為正方向向下為正) )( (二二) )扭矩因數(shù)計算扭矩因數(shù)計算抽油機幾何尺寸與曲銷受力圖抽油機幾何尺寸與曲銷受力圖bLkrrkLb2)cos(2cos022221)(3600sinsinrbaPMTFp( (三三) )懸點位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系懸點位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩曲線扭矩曲線b驢頭在下死點位置時的驢頭在下死點位置時的 角角t驢頭在上死點位置時的驢頭在上死點位置時的 角角隨隨角而變的角而變的b b和和K K之間的夾角之間的夾角tbbPR沖程百分數(shù)：沖程百分數(shù)：抽油機運動規(guī)

43、律抽油機運動規(guī)律實測示功圖實測示功圖懸點載荷與曲懸點載荷與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系濮濮1-31-3井扭矩曲線井扭矩曲線1.1.凈扭矩；凈扭矩；2.2.油井負荷扭矩；油井負荷扭矩；3.3.曲柄平衡扭矩曲柄平衡扭矩扭矩因數(shù)與曲扭矩因數(shù)與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系( (四四) )扭矩曲線的應(yīng)用扭矩曲線的應(yīng)用1.1.檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生“背面沖突背面沖突”2.2.判斷及計算平衡判斷及計算平衡maxmaxduMM平衡條件：平衡條件：“背面沖突背面沖突”：抽油過程中曲柄軸上出現(xiàn)負扭矩現(xiàn)象時，抽油過程中曲柄軸上出現(xiàn)負扭矩現(xiàn)象時，減速箱的主動輪變?yōu)閺膭虞喌默F(xiàn)象。減速箱的主

44、動輪變?yōu)閺膭虞喌默F(xiàn)象。3.3.功率分析功率分析)()(MN減速箱減速箱輸出輸出的瞬時功率的瞬時功率: : 202021)(21dMdNNr減速箱的減速箱的平均輸出功率平均輸出功率：電動機電動機輸出輸出的的平均功率平均功率：cyjrmoNN電動機電動機輸入輸入的的平均功率平均功率：mmomiNNcyjcyj為減速箱傳動效率為減速箱傳動效率m m為皮帶傳動效率為皮帶傳動效率4.4.效率分析效率分析電機、皮帶傳動、減速箱的效率分析。電機、皮帶傳動、減速箱的效率分析。)(4)(2minmaxmaxmaxPPSCPSMeI( (五五) )最大扭矩計算公式最大扭矩計算公式2.2.計算最大扭矩的近似公式計算最大扭矩的近似公式(1) (1) 抽油機懸點運動簡化為抽油機懸點運動簡化為簡諧運動簡諧運動(2) (2) 忽略抽油機系統(tǒng)的忽略抽油機系統(tǒng)的慣性慣性和和游梁擺角游梁擺角的影響的影響(3) (3) 最大峰值扭矩發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角為最大峰值扭矩發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角為9090 時時簡化條件：簡化條件：1.1.根據(jù)扭矩曲線計算最大扭矩根據(jù)扭矩曲線計算最大扭矩有效平衡值有效平衡值： 抽油機結(jié)構(gòu)不平衡重及平衡重在懸點產(chǎn)生的抽油機結(jié)構(gòu)不平衡重及平衡重在懸點產(chǎn)生的平衡力。它表示了被實際平衡掉的懸點載荷值。平衡力。它表示了被實際平衡掉的懸點載荷值。eC在平衡條件下：在平衡條件下：2)