工學采油工程3

第三章有桿泵采油RodPumpProduction①抽油裝置及泵的工作原理②抽油機懸點運動規(guī)律及懸點載荷③抽油機平衡、扭矩及功率計算④泵效計算⑤有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計⑥有桿抽油系統(tǒng)工況分析主要內(nèi)容：人工舉升采油自噴采油采油方法分類人工給井筒流體增加能量，將井底原油舉升到地面。利用油層自身能量將井底原油舉升到地面。采油方法：將流到井底的原油采至地面所用的工藝方法和方式。

氣舉采油深井泵采油人工舉升采油自噴采油采油方法深井泵有桿泵無桿泵電動潛油離心泵水力活塞泵水力射流泵游梁式抽油機－深井泵地面驅(qū)動螺桿泵鏈條式抽油機－深井泵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。(1)

常規(guī)有桿泵采油（SuckerRodPumping

）：抽油機懸點的往復運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（ProgressiveCavityPump

）：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。有桿泵采油分類：常規(guī)有桿泵采油是目前我國最廣泛應用的采油方式，大約有80%以上的油井采用該舉升方式。第一節(jié)抽油裝置及泵的工作原理

PumpingEquipmentandPumpMechanics一、抽油裝置SuckerRodPumpEquipment抽油機PumpingUnit抽油桿SuckerRod抽油泵Pump附件Accessories設(shè)備組成1.抽油機常規(guī)有桿泵采油的主要地面設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能，包括游梁式抽油機和無游梁式抽油機兩種。游梁式抽油機鏈條式抽油機LZCB-16鏈傳式抽油機TLJ12-5.1-53天輪式抽油機KGJ5-3.6-7HZ寬皮帶式抽油機ZXC16-5-20F直線往復式抽油機⑴游梁式抽油機組成WalkingBeamPumpingUnit游梁WalkingBeam連桿Pitman曲柄機構(gòu)Crank-Counter減速箱GearReducer動力設(shè)備PrimeMover輔助裝置ServicingUnit游梁連桿曲柄減速箱驢頭曲柄軸工作時，動力機將高速旋轉(zhuǎn)運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運動。⑵游梁式抽油機工作原理CYJY14-5.5-89HF異相游梁復合平衡抽油機CYJ5-1.8-13HPF下偏杠鈴游梁復合平衡抽油機⑶游梁式抽油機的主要類型CYJY10-5-37HB特形雙驢頭游梁式抽油機CYJQ14-5-73HQ氣動平衡游梁式抽油機CYJB14-5.4-53HF擺桿式游梁式抽油機CYJY10-3-28HB低矮異形抽油機CYJQ14-5-73HXP懸掛偏置游梁平衡抽油機CYJYR3-2.1-9HF旋轉(zhuǎn)驢頭游梁式抽油機CYJQ16-6-105HB前置式曲柄平衡抽油機CYJX5-3-26HB斜井游梁式抽油機思考題：1.游梁式抽油機與鏈條式抽油機的主要區(qū)別？2.為什么會出現(xiàn)不同類型的抽油機？⑷游梁式抽油機系列型號表示方法CYJ12—3.3—70(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油機系列代號CYJ-常規(guī)型CYJQ-前置型CYJY-異相型懸點最大載荷，×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，H為點嚙合雙圓弧齒輪，省略漸開線人字齒輪平衡方式代號F：復合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：氣動平衡2.抽油桿（rodString

）主要功能：傳遞能量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)。抽油桿的強度：C級桿、D級桿、K級桿常規(guī)鋼抽油桿的機械性能鋼級抗拉強度(MPa)屈服強度(MPa)使用范圍C794－965620重負荷油井D620－794412輕、中負荷油井K588－794372輕、中負荷并有腐蝕介質(zhì)的油井接箍（Coupling）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：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CenteringGuide3.抽油泵Pump主要功能：將機械能轉(zhuǎn)化為流體壓能。a.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：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，適應性強；d.便于起下；e.結(jié)構(gòu)上應考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設(shè)備。工作筒(外筒和襯套)柱塞游動閥(排出閥)固定閥(吸入閥)主要組成主要類型按泵徑大?。?8mm、44mm、56mm、70mm、83mm、95mm等按與油管連接方式：管式泵和桿式泵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下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后把柱塞接在抽油桿柱下端下入泵內(nèi)。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)，由預先裝在油管預定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上。管式泵與桿式泵的主要區(qū)別思考題？二、泵的工作原理PumpMechanics光桿沖程：光桿從上死點到下死點的距離，用S表示。沖程：光桿（或柱塞）上、下運動一次稱為一個沖程。柱塞沖程：柱塞在上、下死點間的位移。沖次:每分鐘內(nèi)完成沖程的次數(shù)，用N來表示。幾個基本概念動液面--生產(chǎn)時的環(huán)空液面深度Lf靜液面--關(guān)井時的環(huán)空液面深度Ls沉沒度--生產(chǎn)時的環(huán)空液面距泵口距離hf沉沒壓力—泵吸入口的壓力①上沖程

UpStroke1.抽油泵的工作原理泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒壓力。液柱載荷由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿上抽油桿柱帶著柱塞向上運動，柱塞上的游動閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。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。A-上沖程②下沖程

downStroke柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。泵內(nèi)壓力增加，當泵內(nèi)壓力大于柱塞以上液柱壓力時，游動閥被頂開。柱塞下部的液體通過游動閥進入柱塞上部，使泵排出液體。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。液柱載荷由抽油桿轉(zhuǎn)移到油管上Ｂ-下沖程2.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：每天排量:小結(jié)1.游梁式抽油裝置主要由抽油機、抽油泵、抽油桿組成。2.抽油機主要由游梁-連桿-曲柄機構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝置3.抽油泵分為管式泵和桿式泵，主要由工作筒(外筒和襯套)、柱塞、游動閥(排出閥)和固定閥(吸入閥)組成。4.泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒壓力。5.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。完第二節(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PolishedRodMotionLaw(一)簡化為簡諧運動時懸點運動規(guī)律假設(shè)條件：r/l0、r/b0游梁和連桿的連接點B的運動可看做簡諧運動，即認為B點的運動規(guī)律和D點做圓運動時在垂直中心線上的投影(C點)的運動規(guī)律相同。則B點經(jīng)過t時間(曲柄轉(zhuǎn)角φ)時位移為：

抽油機四連桿機構(gòu)簡圖A點的速度為A點的加速度為在上下死點處()速度為零，加速度絕對值最大在上、下沖程的中點()加速度為零，速度絕對值最大：(二)簡化為曲柄滑塊機構(gòu)時懸點運動規(guī)律假設(shè)條件：0<r/ι<1/4λ=r/ι

把B點繞游梁支點的弧線運動近似地看做直線運動，則可把抽油機的運動簡化為曲柄滑塊運動。曲柄滑塊機構(gòu)簡圖A點加速度:A點位移：A點速度:按曲柄滑塊計算的懸點速度變化為歪曲的正弦曲線、加速度為歪曲的余弦曲線曲柄滑塊機構(gòu)模型可做一般的計算和分析。簡諧運動模型只能做估算和簡單分析。（三）懸點運動規(guī)律的精確分析二、抽油機懸點載荷計算TheCalculationofPolishedRodLoad1.靜載荷StaticLoad(一)懸點所承受的載荷包括：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓力對懸點載荷的影響；井口回壓對懸點載荷的影響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。A-上沖程③沉沒壓力(泵口壓力)對懸點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，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響。沉沒壓力進閥阻力原油密度④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懸點將產(chǎn)生附加的載荷。上沖程：增加懸點載荷:下沖程：減小抽油桿柱載荷:上沖程懸點靜載荷:下沖程懸點靜載荷:2.動載荷(慣性載荷、振動載荷)DynamicLoad①慣性載荷(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變速運動，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，從而增加懸點載荷；后半沖程中加速度為負，即加速度向下，則慣性力向上，從而減小懸點載荷。懸點加速度在上、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，減小懸點載荷；后半沖程慣性力向下，將增大懸點載荷。加速度抽油桿柱引起的懸點最大慣性載荷上沖程：下沖程：液柱引起的懸點最大慣性載荷上沖程：下沖程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上沖程：下沖程：②振動載荷(PV)由于抽油桿柱作變速運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上。其數(shù)值與抽油桿柱的長度、載荷變化周期及抽油機結(jié)構(gòu)有關(guān)。振動載荷計算見問題（二）。3.摩擦載荷(F)(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)液體通過游動閥的摩擦力（閥阻力）下沖程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影響，減小懸點載荷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動速度。把懸點看做簡諧運動，則②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，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，故增大懸點載荷。

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桿管摩擦力：⑤液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力：④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1.5%。由實驗確定的閥流量系數(shù)(二)懸點最大和最小載荷PeakPolishedRodLoad&MinimumPolishedRodLoad1.計算懸點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：Ⅰu、Ⅰd—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用在活塞上產(chǎn)生的載荷。2.計算懸點最大載荷的其它公式一般井深及低沖數(shù)油井簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷簡諧運動、桿柱慣性載荷簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷忽略振動、摩擦、沉沒壓力、回壓、液柱慣性載荷第三節(jié)抽油機平衡、扭矩與功率計算TheBalance,TorqueandPowerofPumpingUnit一、抽油機平衡計算TheCalculationofBalance1.不平衡原因

上下沖程中懸點載荷不同，造成電動機在上、下沖程中所做的功不相等。2.不平衡造成的后果

①上沖程中電動機承受著極大的負荷，下沖程中抽油機帶著電動機運轉(zhuǎn)，造成功率的浪費，降低電動機的效率和壽命；②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。

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。3.平衡原理BalancePrinciple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做功，從而使電動機在上下沖程中都做相等的正功。為使抽油機平衡，下沖程中需要儲存的能量或上沖程中需要釋放的能量是懸點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：－上沖程懸點做的功－上沖程電動機做的功BalanceMethod1.氣動平衡：(1)氣包內(nèi)的氣體壓縮與膨脹(2)多用于大型抽油機；(3)節(jié)約鋼材；(4)改善抽油機受力狀況；(5)加工質(zhì)量要求高

(如氣包的密封性等)。(二)平衡方式2.機械平衡①游梁平衡：游梁尾部加平衡重；②曲柄平衡(旋轉(zhuǎn)平衡)：平衡塊加在曲柄上；③復合平衡(混合平衡)：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。1.游梁平衡達到平衡所需要的游梁平衡塊重:(三)平衡計算BalanceCalculationXuc－抽油機本身的不平衡值。2.曲柄平衡平衡半徑公式：Wcb—曲柄平衡塊總重；Rc—曲柄本身的重心到曲柄軸心距離Wc—曲柄自重(兩塊)；r—曲柄半徑；3.復合平衡平衡半徑公式:Wcb—曲柄平衡塊總重；Wb—游梁平衡塊重；Wc—曲柄自重(兩塊)；Rc—曲柄本身的重心到曲柄軸心距離(四)抽油機平衡檢驗方法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。若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、曲柄軸扭矩計算及分析(一)計算扭矩的基本公式

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：Fp－曲柄銷所受的連桿拉力；Wc’－折算到曲柄半徑r處的平衡重復合平衡抽油機：曲柄平衡抽油機：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θ—從水平位算起的游梁擺角；α－連桿和曲柄之間夾角；β—游梁后臂與連桿之夾角。簡化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。復合平衡抽油機:曲柄平衡抽油機：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)式扭矩因數(shù)：懸點載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點載荷的比值。抽油機結(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)Mcmax—曲柄最大平衡扭矩。(三)扭矩曲線扭矩曲線抽油機運動規(guī)律實測示功圖懸點載荷與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩因數(shù)與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系凈扭矩負荷扭矩平衡扭矩(四)扭矩曲線的應用1.檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生“背面沖突”2.判斷及計算平衡平衡條件：“背面沖突”：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)閺膭虞啞?.功率分析減速箱輸出的瞬時功率:減速箱的平均輸出功率：電動機輸出的平均功率：電動機輸入的平均功率：ηcyj為減速箱傳動效率ηm為皮帶傳動效率(五)最大扭矩計算公式2.計算最大扭矩的近似公式(1)抽油機懸點運動簡化為簡諧運動(2)忽略抽油機系統(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：1.根據(jù)扭矩曲線計算最大扭矩有效平衡值：抽油機結(jié)構(gòu)不平衡重及平衡重在懸點產(chǎn)生的平衡力。它表示了被實際平衡掉的懸點載荷值。在平衡條件下：3.計算最大扭矩的經(jīng)驗公式蘇聯(lián)拉瑪扎諾夫于1957年提出：根據(jù)國內(nèi)油井扭矩曲線的峰值建立的經(jīng)驗公式：三、電動機選擇和功率計算(一)電動機功率計算

電動機的選擇關(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。

目前國產(chǎn)抽油機所選配的電動機大多是高起動轉(zhuǎn)矩系列的三相異步封閉式鼠籠型電動機。電動機功率與曲柄軸上的扭矩關(guān)系式為：由于抽油機懸點載荷、電動機功率與曲柄軸扭矩是變化的，因此電動機選擇的一般是根據(jù)扭矩的變化規(guī)律，按等值扭矩計算，即：等值扭矩Me

：用一個不變化的固定扭矩代替變化的實際扭矩，使其電動機的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即為實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)系作簡諧運動時，扭矩呈正弦規(guī)律變化：真實運動規(guī)律：考慮到不平衡等因素，實際計算時建議采用：電動機功率：（二）抽油效率計算(3)光桿功率計算的近似計算：水力功率：在一定時間內(nèi)將一定量的液體提升一定距離所需要的功率。光桿功率：通過光桿來提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。(1)根據(jù)實測示功圖準確計算：(2)根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線準確計算光桿平均功率。η為泵效地面效率：電動機效率皮帶和減速箱效率四連桿機構(gòu)效率盤根盒效率抽油桿效率抽油泵效率管柱效率井下效率：抽油效率(系統(tǒng)效率)：第四節(jié)泵效計算PumpVolumetricEfficiencyCalculation泵效PumpVolumetricEfficiency：在抽油井生產(chǎn)過程中，實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。影響泵效的因素(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(3)漏失影響一、柱塞沖程plungerstrokelength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

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在泵工作的整個過程中是不變的，它們不會影響柱塞沖程。沖程損失計算式：柱塞沖程：沖程損失：

抽油桿和油管彈性伸縮示意圖上沖程（左）：載荷由從油管轉(zhuǎn)移到抽油桿，抽油桿伸長，油管縮短。下沖程（右）：載荷由從抽油桿轉(zhuǎn)移到油管，油管伸長，抽油桿縮短。Sp多級抽油桿的沖程損失：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算

當懸點上升到上死點時，抽油桿柱有向下的(負的)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帶著柱塞繼續(xù)上行。

當懸點下行到下死點后，抽油桿的慣性力向下，使抽油桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離。柱塞沖程增加量：根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：上沖程：下沖程：

由于抽油桿柱上各點所承受的慣性力不同，計算中近似取其平均值，即：

因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：(三)抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響

理論分析和實驗研究表明：抽油桿柱本身振動的相位在上、下沖程中幾乎是對稱的，即如果上沖程末抽油桿柱伸長，則下沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動引起的伸縮對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與懸點擺動引起的強迫振動的相位配合。液柱載荷交變作用抽油桿柱變速運動抽油桿柱振動抽油桿柱變形抽油桿柱振動對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。N′o為多級抽油桿的固有頻率二、泵的充滿程度氣鎖：抽汲時由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。氣液比：充滿系數(shù)：余隙比：氣體對充滿程度的影響思考題：氣鎖現(xiàn)象能否自動消除？充滿系數(shù)推導過程氣體對充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)—氣液比

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靜止狀態(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等影響泵效漏失漏失很難計算，除了新泵可根據(jù)試泵實驗測試結(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等所產(chǎn)生的漏失很難計算。柱塞與襯套間隙漏失計算柱塞向上運動時上帶液量：所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數(shù)為：靜止條件下的漏失量：總漏失量為：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，以增強誘噴作用。③深井抽汲時，S和N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。(2)確定合理沉沒度。(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。(4)使用油管錨減少沖程損失(5)合理利用氣體能量及減少氣體影響氣錨分離原理氣液第五節(jié)有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計

SuckerRodPumpingSystemDesign確定下泵深度Pumpdepthselection抽油桿柱設(shè)計

Designofthesuckerrodstring抽油機和抽汲參數(shù)選擇

Pumpingunitandparameterselection電動機選擇

PrimemoverselectionSuckerrod有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計pumpingsystemdesign一、確定下泵深度

Pumpdepthselection配產(chǎn)方案+IPR曲線PwfPs=Pwf－

△PLsPwfPs△P泵入口處壓力方程:產(chǎn)量降低或增加下泵深度Ps=Pwf－

△PLsPwfPs△P沉沒度過高的后果：氣體影響增大沉沒壓力降低泵充不滿沉沒度過低的后果：沉沒度hs的確定原則:⑴Rp<80m3/m3的稀油，定時或連續(xù)放套管氣生產(chǎn)時，hs>50m。⑵Rp>80m3/m3，控制套壓生產(chǎn)時，hs>150m。⑶對于高產(chǎn)稠油井，hs>250m，以保證泵的充滿程度。

抽油桿柱工作時承受著交變負荷所產(chǎn)生的非對稱循環(huán)應力作用。

在交變負荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發(fā)生破壞，而不是在最大拉應力下破壞。因此抽油桿柱必須根據(jù)疲勞強度來進行計算Parameters：Length、Diameter、Grades、Sections桿長、桿徑、桿強度級別、桿級數(shù)二、抽油桿柱設(shè)計Roddesign（1）奧金格公式1.桿柱強度計算方法RodStrengthCalculation折算應力：循環(huán)應力幅：許用應力：對稱循環(huán)疲勞極限應力：⑵修正古德曼圖ModifiedGoodmandiagram

修正古德曼圖安全區(qū)應力范圍比：抽油桿使用系數(shù)取決于流體的性質(zhì)T—抽油桿最小抗張強度

強度條件：2.抽油桿柱設(shè)計方法RodStringDesignMethods由下向上計算每段桿柱頂端面的最大、最小載荷,計算每段桿柱頂端面的應力范圍比PLi。確定頂端面應力范圍比為[PL]的第一級桿長L1，第二級桿長L2=L-L1，桿徑加粗一級繼續(xù)計算。L1確定頂端面應力范圍比為[PL]的第二級桿長L2，第三級桿長L3=L-L1-L2，桿徑加粗一級繼續(xù)。L２L1L3L1L２L1L3(1)不等強度設(shè)計方法L1L1除最上面一極桿柱的上端面外，其余各級桿柱的上端面都處于許用應力范圍比的上限。例如從上到下各級桿長：

200m，500m，800m各級桿柱上端面的應力范圍比：

35%，90%，90%此時桿柱在安全范圍內(nèi)最輕。L1L1如最上面一極桿柱上端面處的應力范圍比與其余各級桿柱的上端面的應力范圍比相差很多，則降低許用應力范圍比，重新設(shè)計，直到各級桿柱的上端面的應力范圍比接近為止。例如從上到下各級桿長：

400m，400m，700m各級桿柱上端面的應力范圍比：

71%，72%，69%此時各級桿柱強度近似相等。(2)等強度設(shè)計方法三.抽油機和抽汲參數(shù)選擇

Pumpingunitandparameterselection1.沖程、沖次的確定常規(guī)流體條件和下泵深度的井，應選長沖程、中等沖次。既減小氣體影響，又降低液柱載荷。對于稠油或下泵深度較深的井，應選用長沖程、低沖次。既防止充不滿、又減少沖程損失。對于連抽帶噴的井，則選用高沖次快速抽汲以增強誘噴作用。對于深井要充分注意振動載荷影響的S和n的不利配合區(qū)。2.泵型的選擇－油井設(shè)計產(chǎn)量，m3/d－泵效（可取區(qū)塊統(tǒng)計值）注意：應選取泵徑系列中大于或等于計算值的泵徑。⑴泵徑:⑵泵型:管式泵、桿式泵、皮碗泵泵深小于400m的淺井，含砂小于0.1％，選皮碗泵；泵深小于1000m、大產(chǎn)量，含砂小于0.2％，結(jié)蠟嚴重、油稠，選管式泵；產(chǎn)量小、中深和深井，選桿式泵；深井、大產(chǎn)量，選無桿泵。3.抽油機選擇步驟：初選沖程、沖次和泵徑；在可能的最大產(chǎn)量下，確定下泵深度和桿柱組合；計算懸點最大最小載荷和曲柄軸最大扭矩；根據(jù)最大載荷、最大扭矩，以及選用的沖程、沖次，確定抽油機型號。進行抽油機和桿柱校核，如不合格再進行調(diào)整。簡諧運動：真實運動規(guī)律：考慮到不平衡等因素，建議采用：電動機功率：四、電動機選擇

Primemoverselection五、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計有桿抽油系統(tǒng)組成：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：(1)油層(2)井筒(4)地面出油管線(3)采油設(shè)備(機、桿、泵等)(4)工況指標預測。(1)油井流入動態(tài)計算；(2)采油設(shè)備(機、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)計目標：經(jīng)濟、有效地舉升原油。IPR井筒多相流規(guī)律運動學和動力學規(guī)律地面多相流規(guī)律有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計步驟：(1)IPR計算(3)溫度場計算(2)(4)(5)計算(6)(8)抽油桿柱設(shè)計(9)泵效分析(10)產(chǎn)量迭代計算(11)工況指標計算(7)確定Dp、S、n第六節(jié)有桿抽油系統(tǒng)工況分析

AnalysisofRodPumpPerformance(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、抽油井液面測試與分析

Liquidlevelanalysis&test（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)靜液面（Ls或Hs）HydrostaticLevel

：對應于油藏壓力。動液面（Lf或Hf）WorkingLiquidLevel

：對應于井底壓力流壓。生產(chǎn)壓差Drawdown

：與靜液面和動液面之差相對應的壓力差。沉沒度（hs）SubmergenceDepth

：根據(jù)氣油比和原油進泵壓力損失而定。

靜液面與動液面的位置LsPwfPsLsPwfPs生產(chǎn)壓差△P=Ls－Lf有無誤差?沒有考慮井底到泵口的流動阻力采液指數(shù)JL=QL/(Ls－Lf)折算液面：ReducedLiquidLevel把在一定套壓下測得的液面折算成套管壓力為零時的液面。LsPwfPs(二)液面位置的測量LiquidLevelTesting測量儀器：回聲儀測量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度和測得的反射時間來計算其位置：Echometer1.有音標的井聲波反射曲線LsPwfPs2.無音標的井液面反射曲線油管接箍反射曲線雙聲道回聲儀聲波在氣體中的傳播速度為：由氣體狀態(tài)方程，聲波速度為：簡化為：(三)含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系含水井正常抽油時，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。⑴低氣油比含水油井：在泵下加深尾管來降低流壓，提高產(chǎn)量。⑵低含水高氣油比井(除帶噴者外)：加深尾管會降低泵的充滿系數(shù)，因為進入尾管后從油中分出的氣體將全部進入泵內(nèi)。

含水井的油水界面用多相管流計算更準確二、深井泵工作狀況分析示功圖：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：懸點載荷與位移關(guān)系的示功圖。地面示功圖(一)理論示功圖及其分析

IdealDynamometerCard1.靜載荷作用下的理論示功圖ABC為上沖程靜載荷變化線。CDA為下沖程靜載荷變化線。靜載理論示功圖CD為卸載過程，游動閥和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對位移，游動閥被頂開、排出液體。DA為排出過程，固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)。AB為加載過程，游動閥和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對位移，固定閥打開而吸入液體。BC為吸入過程（BC=sP為泵的沖程），游動閥處于關(guān)閉狀態(tài)。2.考慮慣性、振動載荷后的理論示功圖考慮慣性載荷后的理論示功圖考慮振動載荷后的理論示功圖(二)典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。1.氣體和充不滿對示功圖的影響有氣體影響的示功圖①氣體影響示功圖氣鎖泵的余隙越大，進入泵內(nèi)的氣量越多，則線DD’越長，示功圖的“刀把”越明顯。GasLock下沖程：氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，使排出閥滯后打開(點D’)，卸載變慢(CD’)。上沖程：由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定數(shù)量的溶解氣和壓縮氣，上沖程開始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能很快降低，使固定閥打開滯后，游動閥關(guān)閉遲緩(點B’)，加載變慢。余隙越大，殘存的氣量越多，BB’