第3章有桿泵采油new-jiao-2011

第三章常規(guī)有桿泵采油主要內(nèi)容：①抽油裝置及泵的工作原理②抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及懸點(diǎn)載荷③抽油機(jī)平衡、扭矩及功率計(jì)算④泵效計(jì)算⑤有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)⑥有桿抽油系統(tǒng)工況分析附錄AAPIRP11L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(dòng)通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵。(2)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油：井口驅(qū)動(dòng)頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(guó)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)備組成抽油過程介紹圖3-1抽油裝置示意圖工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動(dòng)曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動(dòng)游梁作上下擺動(dòng)。掛在驢頭上的懸繩器便帶動(dòng)抽油桿柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(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(wú)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(dòng)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③運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同—后置式上、下沖程的時(shí)間基本相等；前置式上沖程較下沖程慢。①游梁和連桿的連接位置不同。不同點(diǎn)：②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(dòng)平衡。圖3-2后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3-3前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖新型抽油機(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(dòng)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(hào)表示方法CYJ12—3.3—70(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油機(jī)系列代號(hào)CYJ-常規(guī)型CYJQ-前置型CYJY-異相型懸點(diǎn)最大載荷，10kN光桿最大沖程，m減速箱曲柄軸最大允許扭矩,kN.m減速箱齒輪形代號(hào)，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(hào)F：復(fù)合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：氣動(dòng)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(dòng)閥(排出閥)和固定閥(吸入閥)a.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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：管式泵和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(zhǎng)；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(jiǎn)單、成本低，排量大。但檢泵時(shí)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(gè)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(shí)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(tái)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、16、19、22、25、28mm，抽油桿的長(zhǎng)度一般為8000mm或7620mm，另外，為了調(diào)節(jié)抽油桿柱的長(zhǎng)度，還有長(zhǎng)度不等的抽油桿短節(jié)。接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時(shí)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：連接等直徑的抽油桿異徑接箍：用于連接不同直徑的抽油桿特種接箍：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(duì)油管的磨損扶正器抽油桿的強(qiáng)度：C級(jí)桿(570MPa)、D級(jí)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(dòng)，柱塞上的游動(dòng)閥受管內(nèi)液柱壓力和自重作用而關(guān)閉。泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒壓力。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。A-上沖程2)下沖程泵排出的條件：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(gè)沖程，在一個(gè)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。柱塞下部的液體通過游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。泵內(nèi)壓力增加，當(dāng)泵內(nèi)壓力大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開。B-下沖程（二)泵的理論排量

泵的工作過程是由三個(gè)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。

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：

每分鐘的排量為：

每日排量:泵的理論排量沖次：一分鐘的時(shí)間內(nèi)抽油泵吸入與排出的周期數(shù)。第二節(jié)抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及載荷一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律(一)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件：r/l0、r/b0

游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)可看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和D點(diǎn)做圓運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影(C點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。則B點(diǎn)經(jīng)過t時(shí)間(曲柄轉(zhuǎn)角φ)時(shí)位移為：圖3-7抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

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：A點(diǎn)的加速度為:A點(diǎn)的速度為:圖3-8簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)位移、速度、加速度曲線(二)簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件：0<r/l<1/4

把B點(diǎn)繞游梁支點(diǎn)的弧線運(yùn)動(dòng)近似地看做直線運(yùn)動(dòng)，則可把抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)。A點(diǎn)加速度:A點(diǎn)位移：A點(diǎn)速度:圖3-9曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3-10懸點(diǎn)速度變化曲線1-按簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)計(jì)算；2-精確計(jì)算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算二、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(duì)懸點(diǎn)載荷的影響；井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響①抽油桿柱載荷上沖程：（即桿柱在空氣中的重力）下沖程：（即桿柱在液體中的重力）②作用在柱塞上的液柱載荷上沖程

游動(dòng)閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為：

下沖程

游動(dòng)閥打開，液柱載荷作用于油管，而不作用于懸點(diǎn)。③沉沒壓力(泵口壓力)對(duì)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(shí)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(duì)懸點(diǎn)載荷沒有影響。④井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響

液流在地面管線中的流動(dòng)阻力所造成的井口回壓對(duì)懸點(diǎn)將產(chǎn)生附加的載荷。

上沖程：增加懸點(diǎn)載荷:下沖程：減小抽油桿柱載荷:2.動(dòng)載荷(慣性載荷、振動(dòng)載荷)①慣性載荷(忽略桿液彈性影響)

抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做變速運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力。抽油桿柱的慣性力：液柱的慣性力：

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)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)最大慣性載荷上沖程：取r/l=1/4時(shí)，下沖程：液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷上沖程：下沖程中液柱不隨懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，沒有液柱慣性載荷懸點(diǎn)最大慣性載荷上沖程：下沖程：②振動(dòng)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(dòng)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(dòng)，它所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷亦作用于懸點(diǎn)上。其數(shù)值與抽油桿柱的長(zhǎng)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(shí)最大載荷計(jì)算時(shí)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)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(dòng)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①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(dòng)速度。把懸點(diǎn)看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則②液柱與油管間的摩擦力

上沖程時(shí)，游動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的摩擦力的方向向下，故增大懸點(diǎn)載荷。③桿管摩擦力：⑤液體通過游動(dòng)閥產(chǎn)生的阻力：④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(huì)發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，將產(chǎn)生較大沖擊載荷，從而影響懸點(diǎn)載荷。(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(shí)，通?？梢院雎訮v、F、Pi、Ph及液柱慣性載荷，則：令：則：2.考慮抽油桿柱彈性時(shí)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(dòng)。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(huì)在抽油桿柱上引起動(dòng)載荷。初變形期末抽油桿柱運(yùn)動(dòng)引起的自由縱振產(chǎn)生的振動(dòng)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(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷動(dòng)載荷忽略液柱對(duì)抽油桿柱動(dòng)載荷的影響①抽油桿柱自由縱振產(chǎn)生的振動(dòng)載荷在初變形期末激發(fā)起的抽油桿的縱向振動(dòng)微分方程為:邊界條件初始條件抽油桿柱的自由縱振在懸點(diǎn)上引起的振動(dòng)載荷為:用分離變量法求解為：坐標(biāo)原點(diǎn)選在懸點(diǎn)第8大節(jié)懸點(diǎn)的的振動(dòng)載荷是的周期函數(shù)。所以，最大振動(dòng)載荷發(fā)生在處，實(shí)際上由于存在阻尼，振動(dòng)將會(huì)隨時(shí)間衰減，故最大振動(dòng)載荷發(fā)生在處，即：石油工程系焦國(guó)盈圖3-13隨的變化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)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸點(diǎn)加速度為：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(dòng)，必然會(huì)由于強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)而在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷。為了使問題簡(jiǎn)化，把強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷只考慮為抽油桿柱隨懸點(diǎn)做加速度運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性載荷。在x處單元體上的慣性力將為：積分后可得任一時(shí)間作用在整個(gè)抽油桿柱L上的總慣性力：③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(dòng)、慣性載荷疊加而成，即:t0為初變形期經(jīng)歷的時(shí)間

取最大振動(dòng)載荷出現(xiàn)的時(shí)間為懸點(diǎn)出現(xiàn)最大載荷的時(shí)間,則得到計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的公式：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(duì)懸點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，即油管下端固定時(shí)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(dòng)速度：

初變形期末柱塞對(duì)懸點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度將小于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，并且：油管下端未固定時(shí)懸點(diǎn)最大載荷為：3.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式一般井深及低沖數(shù)油井簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱慣性載荷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷例1已知某油井使用CYJ5-2.1-13HB型抽油機(jī)，L＝930m，dp=56mm，Ｓ＝1.4m，n=9次/分，d=21/2"，dr=3/4"，o=900Kg/m3，fw=33％。試計(jì)算(1)懸點(diǎn)最大和最小載荷;

(2)各種載荷占最大載荷的百分比。解：1.計(jì)算混合物的密度

2.由抽油機(jī)型號(hào)CYJ-5-2.1-13HB，查l＝1800mm由Ｓ＝1.4米，查r＝495mm,

查表dr=3/4"時(shí)，qr=23.8N/m，在相對(duì)密度為0.933的液體中,qr’=21.0N/m。各種載荷占最大載荷的比例：由此可見,作用在抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)的載荷以靜載荷(抽油桿柱載荷和液柱載荷)為主,慣性載荷所占比例很小,尤其是在低沖數(shù)情況下。小結(jié)

1、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的區(qū)別？哪種方式更接近實(shí)際？

2、作用在懸點(diǎn)的抽油桿柱載荷是Wr還是W’r？

3、慣性載荷在上沖程中對(duì)懸點(diǎn)是增載還是減載？

4、最大載荷和最小載荷發(fā)生在懸點(diǎn)的什么位置？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(dòng)機(jī)在上、下沖程中所做的功不相等。①上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷，下沖程中抽油機(jī)帶著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成功率的浪費(fèi)，降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命；

②由于負(fù)荷極不均勻，會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動(dòng)，而影響抽油裝置的壽命。

③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?jī)?chǔ)存起來(lái)，在上沖程中利用儲(chǔ)存的能量來(lái)幫助電動(dòng)機(jī)做功，從而使電動(dòng)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(chǔ)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：上沖程：平衡條件：(二)平衡方式氣動(dòng)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)：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)合平衡平衡半徑公式:2)曲柄平衡平衡半徑公式：圖3-14復(fù)合平衡圖3-15曲柄平衡3)游梁平衡達(dá)到平衡所需要的游梁平衡塊重:

(四)抽油機(jī)平衡檢驗(yàn)方法1)測(cè)量驢頭上、下沖程的時(shí)間平衡條件下上、下沖程所用的時(shí)間基本相等。如果上沖程快，下沖程慢，說明平衡過量。2)測(cè)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。圖3-16游梁平衡二、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：復(fù)合平衡抽油機(jī)：曲柄平衡抽油機(jī)：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)式思考題：上述公式的推導(dǎo)。簡(jiǎn)化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。復(fù)合平衡抽油機(jī):曲柄平衡抽油機(jī)：游梁平衡抽油機(jī)：扭矩因數(shù)：懸點(diǎn)載荷在曲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(shí)，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(jiǎn)化計(jì)算相關(guān)式(二)扭矩因數(shù)計(jì)算圖3-17抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖(三)懸點(diǎn)位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩曲線—驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)的角—驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)的角—隨φ角而變的b和K之間的夾角沖程百分?jǐn)?shù)：抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)測(cè)示功圖懸點(diǎn)載荷與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩因素與曲柄轉(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)算平衡平衡條件：3.功率分析減速箱輸出的瞬時(shí)功率:

減速箱的平均輸出功率：電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率：電動(dòng)機(jī)輸入的平均功率：4.效率分析電機(jī)、皮帶傳動(dòng)、減速箱的效率分析?！氨趁鏇_突”：抽油過程中曲柄軸上出現(xiàn)負(fù)扭矩現(xiàn)象時(shí)，減速箱的主動(dòng)輪變?yōu)閺膭?dòng)輪的現(xiàn)象。(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(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(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(shí)簡(jiǎn)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。它表示了被實(shí)際平衡掉的懸點(diǎn)載荷值。在平衡條件下：1.根據(jù)扭矩曲線計(jì)算最大扭矩3.計(jì)算最大扭矩的經(jīng)驗(yàn)公式蘇聯(lián)拉瑪扎諾夫于1957年提出：根據(jù)國(guó)內(nèi)油井扭矩曲線的峰值建立的經(jīng)驗(yàn)公式：三、電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算

電動(dòng)機(jī)的選擇關(guān)系到電能的利用效率和能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備與油層生產(chǎn)能力。a.負(fù)荷是脈沖的，而且變化大；游梁式抽油裝置的特點(diǎn)：

目前國(guó)產(chǎn)抽油機(jī)所選配的電動(dòng)機(jī)大多是高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩系列的三相異步封閉式鼠籠型電動(dòng)機(jī)。b.啟動(dòng)條件困難，要求有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；c.所用的電動(dòng)機(jī)功率不太大，但總的數(shù)量大；d.在露天工作，要求電動(dòng)機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單、工作可靠。電動(dòng)機(jī)功率與曲柄軸上的扭矩關(guān)系式為：由于抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷是變化的，所以電動(dòng)機(jī)功率與傳到曲柄軸上的扭矩也是變化的，因此在變負(fù)荷條件下，電動(dòng)機(jī)選擇的一般是根據(jù)扭矩的變化規(guī)律，按等值扭矩來(lái)計(jì)算，即：等值扭矩Me

：用一個(gè)不變化的固定扭矩代替變化的實(shí)際扭矩，使其電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即為實(shí)際變化的扭矩的等值扭矩。等值扭矩與最大扭矩之間的關(guān)系作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，扭矩呈正弦規(guī)律變化：真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：考慮到不平衡等因素，實(shí)際計(jì)算時(shí)建議采用：電動(dòng)機(jī)功率：(3)光桿功率計(jì)算的近似計(jì)算：水力功率：在一定時(shí)間內(nèi)將一定量的液體提升一定距離所需要的功率。光桿功率：通過光桿來(lái)提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。(1)根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖準(zhǔn)確計(jì)算：(2)根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線準(zhǔn)確計(jì)算光桿平均功率。第9大節(jié)第四節(jié)泵效計(jì)算泵效：在抽油井生產(chǎn)過程中，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。影響泵效的因素(3)漏失影響(1)抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮(2)氣體和充不滿的影響(4)體積系數(shù)的影響泵效η↗，泵的工作效率↗。若泵效η＝0.7～0.8，則認(rèn)為泵工作狀態(tài)良好油井有自噴能力(帶噴井)η>1一、柱塞沖程柱塞沖程小于光桿沖程抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮泵效小于1交變載荷作用圖3-19抽油桿和油管彈性伸縮示意圖

液柱載荷交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長(zhǎng)和縮短。(一)靜載荷作用下的柱塞沖程

抽油桿柱和油管柱的自重伸長(zhǎng)在泵工作的整個(gè)過程中是不變的，它們不會(huì)影響柱塞沖程。圖3-19抽油桿和油管彈性伸縮示意圖沖程損失：柱塞沖程：根據(jù)虎克定律：對(duì)多級(jí)抽油桿：*沖程損失與活塞截面積、液體的密度成正比，與下泵深度的平方成正比。

多級(jí)抽油桿的沖程損失：沖程損失計(jì)算公式：

例1已知某油井使用CYJ5-2.1-13HB型抽油機(jī)，L＝930m，dp=56mm，Ｓ＝1.4m，n=9次/分，d=21/2"，dr=3/4"，o=900Kg/m3，fw=33％。試計(jì)算(1)懸點(diǎn)最大和最小載荷;(2)各種載荷占最大載荷的百分比。解：1.計(jì)算混合物的密度2.由抽油機(jī)型號(hào)CYJ-5-2.1-13HB，查l＝1800mm由Ｓ＝1.4米，查r＝495mm,dr=3/4"時(shí)，qr=23.8N/m，在相對(duì)密度為0.933的液體中,qr’=21.0N/m。各種載荷占最大載荷的比例：例2試計(jì)算例1中該井的沖程損失及其降低的泵效。解:

Sp=S-λ=1.4-0.407=0.993m3/4“抽油桿fr＝2.83×10－4m2結(jié)論：即使供液充足，泵工作正常，該井泵效也難超過70％。

＝0.407m沖程損失的影響因素分析：(2)抽油桿和油管的性質(zhì)、組合；(3)下泵深度；(4)抽油泵的規(guī)格。(1)油層供液狀況和生產(chǎn)流體的性質(zhì)；(二)考慮慣性載荷后柱塞沖程的計(jì)算當(dāng)懸點(diǎn)上升到上死點(diǎn)時(shí)，抽油桿柱有向下的(負(fù)的)最大加速度和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下還會(huì)帶著柱塞繼續(xù)上行。當(dāng)懸點(diǎn)下行到下死點(diǎn)后，抽油桿的慣性力向下，使抽油桿柱伸長(zhǎng)，柱塞又比靜載變形時(shí)向下多移動(dòng)一段距離。柱塞沖程增加量：

由于抽油桿柱上各點(diǎn)所承受的慣性力不同，計(jì)算中近似取其平均值，即：

根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：

因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：上沖程：下沖程：考慮靜載荷和慣性載荷后的活塞沖程為：

P慣↑→Sp↑→η↑。P慣↑→Pmax↑,Pmin↓→工作條件變壞，還會(huì)使充滿程度減小

不能用快抽汲增加慣性載荷的辦法來(lái)增加活塞沖程

(三)抽油桿柱的振動(dòng)對(duì)柱塞沖程的影響

理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：抽油桿柱本身振動(dòng)的相位在上下沖程中幾乎是對(duì)稱的，即如果上沖程末抽油桿柱伸長(zhǎng)，則下沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動(dòng)引起的伸縮對(duì)柱塞沖程的影響是一致，即要增加都增加，要減小都減小。其增減情況取決于抽油桿柱自由振動(dòng)與懸點(diǎn)擺動(dòng)引起的強(qiáng)迫振動(dòng)的相位配合。液柱載荷交變作用抽油桿柱變速運(yùn)動(dòng)抽油桿柱振動(dòng)抽油桿柱變形

因此，抽油桿柱振動(dòng)對(duì)柱塞沖程的影響存在著沖次、沖程配合的有利與不利區(qū)域。二、泵的充滿程度氣鎖：抽汲時(shí)由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無(wú)法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。余隙比：充滿系數(shù)：充滿系數(shù)推導(dǎo)過程p139。圖3-20氣體對(duì)沖滿程度的影響泵充滿程度的影響因素分析：(1)生產(chǎn)流體的性質(zhì)—?dú)庖罕?/p>

R愈小，就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。(2)防沖距

泵吸入口壓力下死點(diǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下柱塞與泵吸入口的距離K值越小，值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。三、泵的漏失(1)排出部分漏失(2)吸入部分漏失(3)其它部分漏失如油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴(yán)、流體含有腐蝕介質(zhì)、油井出砂、結(jié)蠟、井身彎曲等。影響泵效漏失漏失很難計(jì)算，除了新泵可根據(jù)試泵實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和相關(guān)式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產(chǎn)生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴(yán)等所產(chǎn)生的漏失很難計(jì)算。柱塞與襯套間隙漏失計(jì)算靜止條件下的漏失量：活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí)上帶液量：總漏失量為：

所以只考慮柱塞間隙漏失時(shí)，漏失系數(shù)為：歸結(jié)起來(lái)，影響泵效的因素有以下方面：（1）環(huán)境因素：

井深及井身結(jié)構(gòu)、供液能力、流體物性

流體物性——?dú)庖罕?、飽和壓力、含水、粘度、流體密度、含砂量、含蠟量、腐蝕性介質(zhì)。（2）機(jī)械因素（硬件）：泵（結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、材料、安裝、泵隙、抗蝕性、耐磨性）抽油桿（尺寸、強(qiáng)度等）（3）工作方式（軟件）：泵深、抽汲參數(shù)（D、S、n）、套壓控制等。四、提高泵效的措施(1)選擇合理的工作方式①選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點(diǎn)載荷，特別是稠油的井。②連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。③深井抽汲時(shí)，S和N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。(2)確定合理沉沒度，降低氣液比，減少進(jìn)泵氣量。①對(duì)剛由自噴轉(zhuǎn)抽井，合理控制套管氣

初期有一定的自噴能力，可合理控制套管氣，利用氣體能量舉液，使油井連噴帶抽，提高產(chǎn)量和泵效；對(duì)于不帶噴的井合理控制套管氣，可起到穩(wěn)定液面和產(chǎn)量的作用，并可減小因脫氣而引起的原油粘度的增高。(4)合理利用氣體能量及減少氣體影響②對(duì)于正常抽油的井，確定合理沉沒度和防沖距

提高泵的充滿系數(shù)的有效途徑是降低進(jìn)泵氣液比和余隙系數(shù)。確定合理沉沒度和防沖距。

增大沉沒度一方面可減少泵的吸入口處的自由氣量，另一方面會(huì)增加下泵深度，增大懸點(diǎn)載荷和系統(tǒng)能耗及柱塞的沖程損失。(5)使用必要的井下設(shè)備（油管錨減少?zèng)_程損失)①使用油管錨減少?zèng)_程損失②泵下安裝氣砂錨可提高泵效和延長(zhǎng)抽油泵的工作壽命。③砂錨。延長(zhǎng)抽油泵的工作壽命。④氣錨或井下氣液分離器。減小氣液比.提高泵效。用于氣液比較高的油井。氣錨分離原理第五節(jié)有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽油桿設(shè)計(jì)：抽油桿柱的長(zhǎng)度、直徑、組合及材料。抽油桿柱長(zhǎng)度確定→確定下泵深度→確定生產(chǎn)壓差

→穩(wěn)定系統(tǒng)試井資料。確定直徑目的：為了保證抽油桿安全工作確定直徑→材料及強(qiáng)度來(lái)確定其直徑。

一、抽油桿強(qiáng)度計(jì)算及桿柱設(shè)計(jì)

抽油桿柱工作時(shí)承受著交變負(fù)荷,在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生了由σmin到σmax的不對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。

在交變負(fù)荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發(fā)生破壞，而不是在最大拉應(yīng)力下破壞。

最大拉應(yīng)力:最小拉應(yīng)力:受力情況:式中：Pmin、Pmax——驢頭懸點(diǎn)的最小\最大載荷,N;可用公式計(jì)算，或者用動(dòng)力儀測(cè)得；

fr——抽油桿的截面積,mm2;σmin、σmax——分別為抽油桿所受最大拉應(yīng)力與最小拉應(yīng)力，MPa。交變應(yīng)力：隨時(shí)間作交替變化的應(yīng)力稱交變應(yīng)力(重復(fù)應(yīng)力)；疲勞破壞：稱構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下的破壞，其實(shí)質(zhì)上就是指裂紋的發(fā)生、發(fā)展和構(gòu)件最后斷裂的全部過程。抽油桿柱不是在最大拉應(yīng)力下破壞的原因：

如果在最大拉應(yīng)力下發(fā)生破壞，那么抽油桿柱的斷裂事故，主要應(yīng)該發(fā)生在拉應(yīng)力最大的上部，但是礦場(chǎng)使用抽油桿的實(shí)踐表明，在上中下部都有斷裂。因此抽油桿必須根據(jù)疲勞強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行計(jì)算。1.И.А奧金格公式②采用下部加重桿柱，既可提高抽油桿剛度和強(qiáng)度，又可克服活塞下行阻力，以減小彎曲。注意：①對(duì)于深井，通常多級(jí)組合抽油桿柱。強(qiáng)度條件：(一)抽油桿強(qiáng)度計(jì)算方法

例某井實(shí)測(cè)懸點(diǎn)最大載荷為44kN，最小載荷為16kN,采用直徑為?′′，許用折算應(yīng)力[σ-1]為90MPa的鋼制抽油桿，抗拉強(qiáng)度σb=620MPa，取使用系數(shù)F=0.9。試校核抽油桿的強(qiáng)度。

解:（1）折算應(yīng)力法?′′抽油桿Ar=285.161mm2=285.161×10-6m2此油桿折算應(yīng)力小于其許用應(yīng)力，滿足折算應(yīng)力強(qiáng)度條件選擇在一定抽汲條件下的抽油桿直徑及組合：

敘：對(duì)于深井，為了節(jié)約鋼材，減少懸點(diǎn)載荷，或增加抽油桿的下入深度，從等強(qiáng)度原則出發(fā)，通常都采用上部直徑大，下部直徑小的多級(jí)組合抽油桿柱。（如采用直徑7/8英寸和3/4英寸的兩級(jí)組合或三級(jí)組合桿柱等）多級(jí)抽油桿組合的選擇原則：等強(qiáng)度原則即每級(jí)桿柱上部斷面的折算應(yīng)力均相等。

(下部為小直徑桿柱，上部為大直徑桿柱。抽油桿柱末端載荷最小，越往上，載荷越大，當(dāng)抽油桿柱橫截面上的折算應(yīng)力等于材料的許用應(yīng)力時(shí)，就應(yīng)更換較大直徑或強(qiáng)度較高的抽油桿。依次類推，直到抽油桿延伸到井口為止。)即

式中：為第一級(jí)抽油桿柱上端面的折算應(yīng)力；

第二級(jí)抽油桿柱上端面的折算應(yīng)力。2.修正古德曼圖圖3-29修正古德曼圖安全區(qū)強(qiáng)度條件：抽油桿使用系數(shù)取決于流體的性質(zhì)解:（2）修正Goodman應(yīng)力法應(yīng)力范圍比：式中σmax－σmin──抽油桿的應(yīng)力范圍；

σall－σmin──許用應(yīng)力范圍。

合理的抽油桿組合比例，不僅應(yīng)保證各級(jí)抽油桿的＜100％，而且各級(jí)抽油桿的值應(yīng)比較接近。同時(shí)，為了有效地使用抽油桿，還應(yīng)保持較高的數(shù)值。(二)抽油桿柱設(shè)計(jì)步驟(2)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法(1)不等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法套管抽油泵油管(三)抽油機(jī)的選擇

抽油機(jī)是使用壽命較長(zhǎng)的采油設(shè)備。選擇時(shí)既要考慮油井當(dāng)前的生產(chǎn)能力，同時(shí)又要考慮抽油機(jī)壽命期內(nèi)可能的最大生產(chǎn)能力(產(chǎn)液量)。既要考慮設(shè)備能力的利用率，同時(shí)又要考慮安全系數(shù)，做到安全可靠。1.計(jì)算法步驟:

(1)根據(jù)油井可能的最大產(chǎn)量、地層壓力(液面深度)確定可能的最大泵徑、下泵深度和沖程、沖數(shù)以及抽油桿組合；(2)計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷；(3)計(jì)算減速箱輸出軸最大扭矩；(4)根據(jù)抽油機(jī)懸點(diǎn)最大載荷，曲柄最大扭矩及抽汲參數(shù)，查抽油機(jī)技術(shù)規(guī)范，就可選出抽油機(jī)型號(hào)。(5)選出抽油機(jī)型號(hào)后，結(jié)合抽油機(jī)的沖程、沖數(shù)擋次，進(jìn)行排液能力、懸點(diǎn)載荷等核算。既要保證安全生產(chǎn)，又使設(shè)備充分發(fā)揮效益。2、圖解法(自學(xué))（1）坐標(biāo)：橫坐標(biāo)為下泵深度，縱坐標(biāo)為泵的實(shí)際排量（即油井產(chǎn)量）。（2）圖形：Ⅰ圖為排量在0～200m3/d范圍內(nèi)的選擇圖解；Ⅱ圖為排量在200～400m3/d范圍內(nèi)的選擇圖解。

1）粗折線表示某種型號(hào)抽油機(jī)和一定結(jié)構(gòu)抽油桿、抽油泵相配合時(shí)的最大使用范圍；（即把整個(gè)圖形分成7個(gè)區(qū)，分別代表7種類型的抽油機(jī)）

2）圓圈中的數(shù)字表示泵徑(單位mm)3）虛線標(biāo)志每種泵與某種型號(hào)抽油機(jī)相配合時(shí)的最大排量線，稱為最大排量線，與橫坐標(biāo)接近平行。4）最大下泵深度線：是另一組與縱坐標(biāo)接近平行的線。5）折線和虛線所包圍的區(qū)域就是某抽油機(jī)－抽油泵裝置的使用范圍。55最大排量線最大下泵深度線0Lpq55最大排量線最大下泵深度線0Lpq

例3：已知某油井，確定產(chǎn)液量Q＝50m3/d，下泵深度L＝1000m，試選用抽油設(shè)備并確定其抽汲參數(shù)。解：（1）先擇抽油機(jī)型號(hào)和泵徑。由于游梁抽油機(jī)選擇圖分為短沖程、中沖程和長(zhǎng)沖程。而本例中沒有特別要求，一般查用中沖程。根據(jù)游梁式抽油機(jī)的選擇圖解，得Q＝50m3/d，L＝1000m時(shí)，抽油機(jī)型號(hào)為：CYJ5－2.5－18，泵徑D＝51mm。（2）選擇抽油桿及油管尺寸。

根據(jù)抽油機(jī)型號(hào)CYJ5－2.5－18與泵徑D=51mm的組合，查抽油機(jī)和油管尺寸組合為：抽油桿尺寸為兩級(jí)抽油桿柱油管尺寸為抽油桿柱選用15NiM0合金鋼。（3）確定抽汲參數(shù)。該抽油機(jī)最大沖程為Smax=2.5m，最大沖數(shù)nmax=12min-1，從游梁式抽油機(jī)的選擇圖解查出，最大排量Qmax=62m3/d。根據(jù)比例關(guān)系：

由此得，該井抽汲參數(shù)為：D=51mm，S=2.5m，n=10min－1（四）抽油泵的選擇

1.泵徑的選擇

根據(jù)下泵深度與排量要求，查抽油機(jī)選擇圖，即可得到所需泵徑大小(圖中圓圈中的數(shù)字表示泵徑，mm)。

2.泵的類型選擇

對(duì)產(chǎn)量較大的淺井，應(yīng)選用管式泵、對(duì)產(chǎn)量較小的中深井和深井，應(yīng)選用桿式泵。

3.泵的間隙配合的選擇活塞與襯套的間隙要根據(jù)原油粘度、含砂量等資料來(lái)確定。見下表?；钊c襯套間隙選擇

二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有桿抽油系統(tǒng)組成：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容：(1)油層(2)井筒(4)地面出油管線(3)采油設(shè)備(機(jī)、桿、泵等)(4)工況指標(biāo)預(yù)測(cè)。(1)油井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算；(2)采油設(shè)備(機(jī)、桿、泵等)選擇；(3)抽汲參數(shù)(沖程、沖次、泵徑和下泵深度等)確定；有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)：經(jīng)濟(jì)、有效地舉升原油。IPR井筒多相流規(guī)律運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)規(guī)律地面多相流規(guī)律(1)油井和油層數(shù)據(jù)；(2)流體物性參數(shù)；(3)油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：油藏供液能力節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：(1)

IPR計(jì)算(3)溫度場(chǎng)計(jì)算(2)(4)(5)計(jì)算(6)(7)抽油桿柱設(shè)計(jì)(8)泵效分析(9)產(chǎn)量迭代計(jì)算(10)工況指標(biāo)計(jì)算三、鋼桿-玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術(shù)玻璃鋼桿優(yōu)點(diǎn)(1)

重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加下泵深度。(2)彈性好，可以實(shí)現(xiàn)超沖程。(3)耐腐蝕，可減少斷脫事故。玻璃鋼桿缺點(diǎn)(1)價(jià)格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的1.6～1.8倍。(2)不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過93.3℃。(3)報(bào)廢桿不能溶化回收利用。目前鋼—玻璃鋼組合桿柱設(shè)計(jì)理論與普通全鋼桿設(shè)計(jì)相同。第六節(jié)有桿抽油系統(tǒng)工況分析(1)了解油層生產(chǎn)能力及工作狀況，分析是否已發(fā)揮了油層潛力，分析、判斷油層不正常工作的原因；(2)了解設(shè)備能力及工作狀況，分析設(shè)備是否適應(yīng)油層生產(chǎn)能力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；(3)分析檢查措施效果。分析目的：油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。分析內(nèi)容：一、抽油井液面測(cè)試與分析（一）動(dòng)液面、靜液面及采油指數(shù)靜液面（Ls或Hs）：關(guān)井后，環(huán)空液面恢復(fù)到靜止（與地面壓力平平衡）時(shí)的液面。

對(duì)應(yīng)于油藏壓力。動(dòng)液面（Lf或Hf）：油井以油管生產(chǎn)時(shí)，環(huán)形空間的液面。

對(duì)應(yīng)于井底壓力流壓。Ls、Lf——分別為從井口到靜液面、動(dòng)液面的深度。Hs、Hf——分別為從油層中部到靜液面、動(dòng)液面的高度。圖3-25靜液面與動(dòng)液面的位置沉沒度hs：動(dòng)液面到泵吸入口的高度

根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓力損失而定。生產(chǎn)壓差：

靜液面-動(dòng)液面△H＝Hs-Hf

與靜液面和動(dòng)液面之差相對(duì)應(yīng)的壓力差。折算液面：把在一定套壓下測(cè)得的液面折算成套管壓力為零時(shí)的液面，即：圖3-25靜液面與動(dòng)液面的位置采油指數(shù)：？抽油井井底流動(dòng)方程：Q＝K(Hs-Hf)=K(Lf-Ls)l

采油指數(shù)的大小反映油層供油能力的好壞。K─采油指數(shù)，t/d·m；注意：當(dāng)存在PC時(shí)，就相對(duì)于有一段液柱壓力，h－存在PC時(shí)，環(huán)空液面升高的一段高度。（所以動(dòng)液面高度升高了，而動(dòng)液面深度減少了。因此要減去這個(gè)液柱高度，才是PC=0的深度。）即(二)液面位置的測(cè)量測(cè)量?jī)x器：回聲儀測(cè)量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度和測(cè)得的反射時(shí)間來(lái)計(jì)算其位置：1.有音標(biāo)的井圖3-25靜液面與動(dòng)液面的位置圖3-26聲波反射曲線2.無(wú)音標(biāo)井根據(jù)波動(dòng)理論和聲學(xué)原理，聲波在氣體中的傳播速度為：利用氣體狀態(tài)方程確定氣體密度：因?yàn)椋簞t：聲波速度為：簡(jiǎn)化為：K=1.28～1.29Q－m3/d;求動(dòng)液面/靜液深度的公式及步驟：1.求動(dòng)液面深度,由聲波曲線求得:2.求靜液面深度(1)若告之，則由(2)若告之

,則由例：某抽油井，已知目前的采液指數(shù)為0.041×10-3m3/d·Pa，產(chǎn)液量50m3/d，含水30%，音標(biāo)下至190m處，在生產(chǎn)時(shí)測(cè)液面，從回聲儀記錄曲線量得AB=34mm,AC=75mm,試求靜液面和動(dòng)液面的深度。解：（1）（2）（3）而（三）抽油井井底壓力的測(cè)量測(cè)試方法：①在油管下部安裝振弦壓力計(jì)來(lái)測(cè)量井下壓力;

②從環(huán)形空間下入小型壓力計(jì)來(lái)測(cè)井下壓力。(四)含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系①含水井正常抽油時(shí)，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。低氣油比含水油井：在泵下加深尾管來(lái)降低流壓，提高產(chǎn)量。低含水高氣油比井(除帶噴者外)：加深尾管會(huì)降低泵的充滿系數(shù)，因?yàn)檫M(jìn)入尾管后從油中分出的氣體將全部進(jìn)入泵內(nèi)。圖3-27含水井的油水界面當(dāng)p油層=p水層

改變p,fw基本不變油井含水不隨工作制度而改變；(2)當(dāng)p油層>p水層

增大總采液量即降低p，fw將上升(3)當(dāng)p油層<p水層

增大總采液量即降低p，fw將下降②抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系確定含水井工作制度時(shí)：①對(duì)油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產(chǎn)液量增大到設(shè)備允許的抽汲量是合理的。②利用油井在不同工作制度下產(chǎn)液量與含水的變化情況來(lái)判斷油水層的壓力關(guān)系。圖3-27含水井的油水界面③井底流壓計(jì)算：當(dāng)為純油井時(shí),圖3-27含水井的油水界面

當(dāng)PC=0二、地面示功圖分析示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。地面示功圖或光桿示功圖：懸點(diǎn)載荷與位移關(guān)系的示功圖。(一)理論示功圖的繪制假設(shè)條件和坐標(biāo)的確定1.繪制的假設(shè)條件

(1)光桿在上下沖程只承受靜載荷作用

(2)只考慮活塞以上液柱載荷引起抽油桿和油管的彈性變形（不考慮動(dòng)載荷影響）

(3)深井泵的工作完全正常2.坐標(biāo)的確定

(1)橫坐標(biāo)表示按比例記錄的光桿移動(dòng)距離。（mm）減程比指光桿沖程在圖上長(zhǎng)度與光桿沖程的實(shí)際長(zhǎng)度之比。常用的減程比有：1/45;1/30;1/15;

S=1.6~3.3m選1/45;S=0.8~1.6m選1/30;S=0.3~0.8m選1/15;

改變減程比是由減程輪來(lái)完成的。(2)縱坐標(biāo)表示按比例記錄的光桿上的負(fù)荷力比——驢頭實(shí)際負(fù)荷（N）與驢頭負(fù)荷在圖上的長(zhǎng)度（mm）之比。（或指光桿載荷按比例縮小為示功圖上的長(zhǎng)度）

常用力比有：1支點(diǎn)：120（10N/mm）

2支點(diǎn)：100（10N/mm）

3支點(diǎn)：80（10N/mm）(二)理論示功圖及解釋圖B-彈簧系統(tǒng)(從光桿到活塞的傳遞運(yùn)動(dòng)中存在滯后現(xiàn)象)。1.在靜載荷作用下的理論示功圖如圖所示。橫坐標(biāo)——光桿位移，縱坐標(biāo)——光桿載荷

圖A-抽油桿為剛體（從光桿到活塞的傳遞運(yùn)動(dòng)中無(wú)時(shí)間滯后）。循環(huán)過程：下死點(diǎn)A加載完成B上死點(diǎn)C卸載完成D下死點(diǎn)AABC為上沖程靜載荷變化線。AB為加載過程，加載過程中，游動(dòng)凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點(diǎn)加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對(duì)位移，固定凡爾打開而吸入液體。BC為吸入過程（BC=sP為泵的沖程），游動(dòng)凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。CDA為下沖程靜載荷變化線。CD為卸載過程，游動(dòng)凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點(diǎn)卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對(duì)位移，游動(dòng)凡爾被頂開、排出液體。DA為排出過程，固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。圖3-28靜載理論示功圖（1）橫縱坐標(biāo)的含義

oa＝Pmin＝W’r，ob’＝Pmax＝W’r+W’l，

ab’＝W’l，b’c＝Ｓ，b’b＝λ，bc＝Ｓp。（2）點(diǎn)線面的含義abc為上沖程：

ab為加載線，a點(diǎn)為下死點(diǎn)，游動(dòng)凡爾和固定凡爾均關(guān)閉；bc為活塞上沖程，b點(diǎn)游動(dòng)凡爾關(guān)閉，固定凡爾打開，活塞上行；cda為下沖程：cd為減載線，c點(diǎn)為上死點(diǎn)，游動(dòng)凡爾和固定凡爾均關(guān)閉；d點(diǎn)，游動(dòng)凡爾打開，固定凡爾關(guān)閉；活塞開始下行；da線為活塞下沖程。注意：①各點(diǎn)的位置和凡爾開關(guān)情況；

②各條線的含義；

③平行四邊形面積為深井泵做功的大小。（3）繪制理論示功圖的步驟①制作坐標(biāo)②計(jì)算光桿載荷在圖上的高度③計(jì)算沖程損失在圖上的高度④計(jì)算光桿沖程在圖上的高度2.考慮慣性載荷后的理論示功圖圖3-29考慮慣性和振動(dòng)后的理論示功圖S/2(三)典型示功圖分析1.泵正常工作時(shí)的示功圖特征：減載過程變緩，右上角呈刀把形；加載過程也變緩。2.氣體對(duì)示功圖的影響—圖3-30泵的充滿系數(shù)：泵效氣體使泵效降低的值：圖3-30

有氣體影響的示功圖氣鎖特征：示功圖上出現(xiàn)刀把現(xiàn)象，充滿程度越差，刀把就越長(zhǎng)。卸載線較氣體影響的卸載線陡而直。

充不滿所降低的泵效:

充滿系數(shù):泵效為：3.泵充不滿對(duì)示功圖的影響

圖3-31充不滿的影響充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。液擊現(xiàn)象：泵充不滿生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。

4.漏失對(duì)示功圖的影響(1)排出部分漏失特征：加載滯后，減載提前；左下角變尖，右上角變圓，圖形向右移。泵效為：嚴(yán)重時(shí)B'C'＝0，p<pmax，固定凡爾不能打開，油井抽不出油。

圖3-32泵排出部分漏失的示功圖

圖3-33吸入部分漏失（2）吸入部分漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：特征：加載提前，減載滯后，加載線變緩；左下角變圓，右上角變尖，圖形向左移。特征：上下沖程，懸點(diǎn)始終不能卸載。（3）固定凡爾嚴(yán)重漏失的示功圖

圖3-34吸入閥嚴(yán)重漏失（4）吸入部分和排出部分同時(shí)漏失

圖3-35吸入和排出閥同時(shí)漏失5.活塞遇卡的示功圖特征：上沖程中，在卡點(diǎn)前，懸點(diǎn)加載緩慢（斜率小）；卡點(diǎn)后，加載較快（斜率大）；下沖程正好相反，示功圖上出現(xiàn)兩個(gè)斜率段。

圖3-36活塞卡在泵筒中部6.帶噴井的示功圖

特征：1.圖形呈水平狹窄條帶環(huán)行；

2.油井出油。

圖3-37噴勢(shì)強(qiáng)、油稀帶噴

圖3-38噴勢(shì)弱、油稠帶噴7.抽油桿斷脫的示功圖

抽油桿斷脫位置：

特征：

1.圖形呈水平狹窄條帶環(huán)行；

2.油井不出油。圖3-39抽油桿斷脫8.油稠時(shí)的示功圖(1)抽稠油正常時(shí)，油稠阻力大→P上，P下。(2)油稠充不滿時(shí)，此時(shí)的示功圖是充不滿與油稠阻力大的疊加油稠時(shí)的正常示功圖油稠充不滿的示功圖9.其它情況圖3-40出砂井圖3-41結(jié)蠟井圖3-42管式泵活塞脫出工作筒圖3-43防沖距過小活塞碰固定凡爾的示功圖三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)：①計(jì)算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖；②估算泵口壓力；③判斷油井潛能；④計(jì)算活塞沖程和泵效；⑤檢驗(yàn)泵及油管錨的機(jī)械狀況；⑥計(jì)算和繪制扭矩曲線，并進(jìn)行平衡和功率的計(jì)算與分析。抽油井計(jì)算機(jī)診斷的內(nèi)容：光桿示功圖數(shù)學(xué)模型計(jì)算機(jī)井下示功圖抽油設(shè)備工況(一)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)信號(hào)發(fā)送器信號(hào)接收器井下動(dòng)態(tài)信號(hào)的傳導(dǎo)線應(yīng)力波設(shè)備工況信號(hào)記錄應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動(dòng)方程描述：用以截尾傅立葉級(jí)數(shù)表示的懸點(diǎn)動(dòng)負(fù)荷函數(shù)D