采油机械——有杆泵采油3-1

1、 机械采油法的概念：机械采油法的概念： 通过给井中原油补充机械能将油采到地面的方通过给井中原油补充机械能将油采到地面的方 法称为机械采油法。法称为机械采油法。 机械采油法分类：机械采油法分类： 机械采油法分为有杆泵采油和无杆泵采油有杆泵采油和无杆泵采油 有杆泵抽油是用油管（或抽油杆）把深 井泵泵筒下入到井内液面以下，在泵筒 下部装有，吸入阀（固定阀），用抽油 杆柱把柱塞下入泵筒，柱塞上装有，排 出阀（游动阀）。通过抽油杆柱把抽油 机驴头悬点产生的上下往复直线运动传 递给抽油泵向上抽油。 抽油装置示意图 抽油泵 有杆泵有杆泵 抽油装置抽油装置 抽油机 抽油杆 带动 动力设备动力设备减速机构减速机

2、构 经皮带 产生高速 旋转运动 变为曲柄轴的 低速旋转运动 换向机构换向机构 （四摇杆机构）（四摇杆机构） 抽油杆柱抽油杆柱 将旋转运动 变为驴头的 上下摆动 经悬绳器 上下往复 直线运动 普通式抽油机结构简图 1.游梁式抽油机的分类：游梁式抽油机的分类： 游梁式抽油机游梁式抽油机 普通式普通式前置式前置式 基本型基本型变型变型 变型抽油机为适 应长冲程做成前 臂长，驴头端重 基本型游梁的前臂 和后臂接近等长 驴头的安装形式：驴头的安装形式： 驴头是装在游梁近驴头是装在游梁近 井口端的一个带弧面构井口端的一个带弧面构 件，由钢板或三角铁焊件，由钢板或三角铁焊 接制成。接制成。 驴头的作用：驴头

3、的作用： 在游梁摆动的情况在游梁摆动的情况 下保证光杆始终对准井下保证光杆始终对准井 口中心位置。口中心位置。 2.游梁式抽油机的结构：游梁式抽油机的结构： (1)(1)驴头驴头 驴头的类型驴头的类型: 根据移开井口的方式可分为根据移开井口的方式可分为: : 上翻式上翻式( (图图a)a)：修井时可把驴头上翻到游梁上。这种：修井时可把驴头上翻到游梁上。这种 驴头由于修井作业时可以用大钩提放，较为方便迅驴头由于修井作业时可以用大钩提放，较为方便迅 速，但缺点是笨重、不安全；速，但缺点是笨重、不安全； 可拆卸的驴头可拆卸的驴头( (图图b)b)：一般只用于小型抽油机；：一般只用于小型抽油机； 侧转

4、式驴头侧转式驴头( (图图c)c)：俗称歪脖子，由于移开井口操作：俗称歪脖子，由于移开井口操作 时不需爬上游梁，故安全可靠，但缺点是不灵活时不需爬上游梁，故安全可靠，但缺点是不灵活, , 侧转费力。侧转费力。 游梁的作用：游梁的作用：游梁安装在支游梁安装在支 架轴承上，作用是绕支点架轴承上，作用是绕支点 轴承作摇摆运动来传递动轴承作摇摆运动来传递动 力，同时也是承受负荷的力，同时也是承受负荷的 主要构件。主要构件。 游梁安装的要求：游梁安装的要求：为了校准为了校准 驴头中心与井口中心一致驴头中心与井口中心一致, , 往往在游梁上焊上往往在游梁上焊上2 24 4个个 顶丝，并且将游梁上的顶丝，并

5、且将游梁上的 “U U”型卡子的孔开成长方型卡子的孔开成长方 形的。亦有在抽油机支架形的。亦有在抽油机支架 上焊上上焊上2 24 4个顶丝，用来个顶丝，用来 调节小轴的轴承位置。调节小轴的轴承位置。 横梁的作用：横梁的作用：是连接连杆是连接连杆 与游梁之间的桥梁，动与游梁之间的桥梁，动 力经过横梁才能带动游力经过横梁才能带动游 梁作摇摆运动梁作摇摆运动 横梁的形式横梁的形式: : 一般有三种一般有三种, , 一种是一种是直形横梁直形横梁，另一，另一 种是种是船形横梁船形横梁，还有一，还有一 种是种是翼形横梁翼形横梁。 横梁结构：横梁结构：多采用型钢焊多采用型钢焊 接结构，如船形横梁接结构，如船

6、形横梁 ( (图图a)a)，也有少数铸造，也有少数铸造 横梁，如翼形横梁横梁，如翼形横梁( (图图b) b) 连杆与横梁连接连杆与横梁连接( (如图所示如图所示) )： 在连杆的上部焊有接头，连在连杆的上部焊有接头，连 杆与横梁用销轴铰接，下接杆与横梁用销轴铰接，下接 头靠曲柄销头靠曲柄销4 4与曲柄连接，与曲柄连接， 曲柄销与连杆连接的一端装曲柄销与连杆连接的一端装 有双列自位滚珠轴承，另一有双列自位滚珠轴承，另一 端与锥形套配合固定在曲柄端与锥形套配合固定在曲柄 销孔内，用冕形螺帽销孔内，用冕形螺帽6 6固紧，固紧， 并加开口销锁住。并加开口销锁住。 用弹性锥形套的目的是为了便用弹性锥形套

7、的目的是为了便 于拆卸和防止曲柄孔磨损与于拆卸和防止曲柄孔磨损与 挤坏，同时也为了能够得到挤坏，同时也为了能够得到 良好的配合。良好的配合。 安装时要注意曲柄孔、曲柄孔安装时要注意曲柄孔、曲柄孔 键槽、锥形套和键等应有良键槽、锥形套和键等应有良 好的配合，否则易滚键或断好的配合，否则易滚键或断 曲柄销。曲柄销。 曲柄的位置：曲柄的位置：曲柄安装在曲柄安装在 减速器输出轴两端共减速器输出轴两端共 两个。两个。 曲柄的结构：曲柄的结构：曲柄上有曲柄上有 4 48 8个圆孔，调节冲个圆孔，调节冲 程时可将曲柄销子固程时可将曲柄销子固 定在任何一个适当的定在任何一个适当的 孔里。图为曲柄和平孔里。图为

8、曲柄和平 衡块的安装图。衡块的安装图。 曲柄的安装曲柄的安装: :曲柄一端有开口 的大孔,是用它把曲柄安装 在减速器的输出轴上。安 装时键槽孔要对正,然后将 键打入键槽,再将孔旁的差 动螺丝或T型螺丝上紧。曲 柄两侧的两个大铁块叫平 衡块，平衡块是用T型螺丝 与曲柄紧固在一起。平衡 块上面标的箭头处是平衡 块的中心线，它是供调平 衡时应用的。 CYJ 12-3.3-70(H)B(Y;F;Q) 平衡方式 F:复合平衡 Y:游梁平衡 B:曲柄平衡 Q:气动平衡 减速箱曲柄轴最大允许扭矩(kN.m) 悬点最大负荷,10KN 光杆最大冲程,m 游梁式抽油机系列代号 CYJ 常规型 CYJQ前置型 CY

9、JY异相型 减速箱齿轮形状代号： H表示点啮合双圆弧齿； 渐开线人字型齿省略； 链条式抽油机结构示意图链条式抽油机结构示意图 润滑 系统 链条式抽油机链条式抽油机 动力 传动 系统 换向 系统 平衡 系统 悬重 系统 电控 系统 1.1.链条式抽油机结构链条式抽油机结构: :主要由六大系统组成主要由六大系统组成 冲程长、冲数低、适用于深井和稠油开采冲程长、冲数低、适用于深井和稠油开采 动载荷小、平衡程度好动载荷小、平衡程度好 节电、系统效率高节电、系统效率高 节约钢材节约钢材 2.2.链条式抽油机的特点链条式抽油机的特点 对抽油泵的要求： 抽油泵是有杆泵抽油设备的井下部分，是有杆 泵抽油装置的

10、最重要的部分。下入深度从几百米到 几千米，所抽汲的液体中常含有砂、蜡、水、气及 有腐蚀性的物质，其工作环境恶劣，所以要求抽油 泵结构简单，便于起下，制造泵的材料耐磨，抗腐 蚀性能好，使用寿命长，加工安装质量高，降低使 用故障率 。 1.1.抽油泵的基本组成：抽油泵的基本组成： 抽油泵主要由泵筒、吸入阀、抽油泵主要由泵筒、吸入阀、 活塞、排出阀四大部分组成。活塞、排出阀四大部分组成。 2.2.抽油泵的分类：抽油泵的分类： 按照抽油泵在井下的固定方按照抽油泵在井下的固定方 式，可分为管式泵和杆式泵。式，可分为管式泵和杆式泵。 组合泵筒式管式泵结构图组合泵筒式管式泵结构图 管式泵是把外筒、衬套和吸入

11、阀在地面组装好并接管式泵是把外筒、衬套和吸入阀在地面组装好并接 在油管下部先下入井中，然后把装有排出阀的活塞用抽在油管下部先下入井中，然后把装有排出阀的活塞用抽 油杆柱通过油管下入泵中。油杆柱通过油管下入泵中。 管式泵的特点是结构简单，成本低，在相同油管直管式泵的特点是结构简单，成本低，在相同油管直 径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量大。但检泵径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量大。但检泵 时必须起下管柱，修井工作量大，故适用于下泵深度不时必须起下管柱，修井工作量大，故适用于下泵深度不 大，产量较高的井。大，产量较高的井。 3.3.管式泵的结构特点管式泵的结构特点 杆式泵有内外两个工作筒

12、，外工杆式泵有内外两个工作筒，外工 作筒上端装有锥体座及卡簧，下泵时作筒上端装有锥体座及卡簧，下泵时 把外工作筒随油管先下入井中，然后把外工作筒随油管先下入井中，然后 把装有衬套、活塞的内工作筒接在抽把装有衬套、活塞的内工作筒接在抽 油杆的下端下入到外工作筒中并由卡油杆的下端下入到外工作筒中并由卡 簧固定。簧固定。 杆式泵的特点是检泵时不需要起杆式泵的特点是检泵时不需要起 下油管，检泵方便，但结构复杂，制下油管，检泵方便，但结构复杂，制 造成本高，允许下入的泵径小，适用造成本高，允许下入的泵径小，适用 于下泵深度大，产量较小的油井。于下泵深度大，产量较小的油井。 定筒式顶部固定杆式泵结构图定筒

13、式顶部固定杆式泵结构图 4.4.杆式泵的结构特点杆式泵的结构特点 CYB / G L Z 软柱塞密封,整体泵筒(无此 代号为金属柱塞,多节缸套) 管式泵( (无此代号为杆式泵) ) 泵公称直径,mmmm 冲程长度,m,m 抽油泵系列代号 固定阀可打捞式（无此代号为固 定阀不可打捞，带泄油器） 泵的工作原理上冲程图泵的工作原理上冲程图 1. 1. 上冲程：抽油杆柱带着活塞向上冲程：抽油杆柱带着活塞向 上运动，活塞上的游动阀受阀球自重和上运动，活塞上的游动阀受阀球自重和 管内压力作用而关闭。泵内由于容积增管内压力作用而关闭。泵内由于容积增 大而压力降低，固定阀在环形空间液柱大而压力降低，固定阀在环

14、形空间液柱 压力与泵内压力之差的作用下被打开。压力与泵内压力之差的作用下被打开。 井中原油进泵，同时在井口排出液体。井中原油进泵，同时在井口排出液体。 2. 2.下冲程：抽油杆柱带着下冲程：抽油杆柱带着 活塞向下运动，固定阀关闭，活塞向下运动，固定阀关闭， 活塞挤压泵中液体使泵内压力活塞挤压泵中液体使泵内压力 升高到高于活塞上方压力时，升高到高于活塞上方压力时， 游动阀被顶开，泵中液体排到游动阀被顶开，泵中液体排到 活塞上方的油管中去。活塞上方的油管中去。 泵的工作原理下冲程图泵的工作原理下冲程图 抽油泵工作原理动画 冲程冲程光杆从上死点到下死点的距离称为光杆从上死点到下死点的距离称为 光杆冲

15、程长度，简称光杆冲程或悬点冲程。光杆冲程长度，简称光杆冲程或悬点冲程。 冲次冲次曲柄转一周中，悬点完成一个上冲曲柄转一周中，悬点完成一个上冲 程和一个下冲程，活塞上下抽汲一次，称为一个程和一个下冲程，活塞上下抽汲一次，称为一个 冲次。冲次。 冲速冲速每分钟的冲次数称为冲数或冲速。每分钟的冲次数称为冲数或冲速。 泵的质量理论排量，泵的质量理论排量，t/dt/d； t Q m Q 式中式中: : 柱塞上下往复运动一次，即一冲抽汲或排出的液体体积为柱塞上下往复运动一次，即一冲抽汲或排出的液体体积为: : sfV P 每分钟排量为每分钟排量为: : snfV Pm 每日体积排量为每日体积排量为: :

16、snfQ Pt 1440 每日质量排量为每日质量排量为: : lPm snfQ1440 泵的体积理论排量，泵的体积理论排量，m m3 3/d/d； fP 柱塞的截面积或泵筒的过流面积，m2； S冲程长度，m； n冲数，min-1； 3 m kg l 液体密度， 抽油杆的作用：在抽油装置中抽油杆是中间部分，抽油杆的作用：在抽油装置中抽油杆是中间部分， 起连接抽油机与抽油泵，并把抽油机的动力传递给抽起连接抽油机与抽油泵，并把抽油机的动力传递给抽 油泵的作用。油泵的作用。 抽油杆的类型：抽油杆的类型： (1)根据化学成份，抽油杆可分为碳钢抽油杆、根据化学成份，抽油杆可分为碳钢抽油杆、 合金钢抽油杆及

17、玻璃钢抽油杆等类型。合金钢抽油杆及玻璃钢抽油杆等类型。 (2)根据抽油杆在杆柱中起的作用，抽油杆又可根据抽油杆在杆柱中起的作用，抽油杆又可 分为分为光杆光杆、普通抽油杆普通抽油杆和和加重杆加重杆。 1.1.光杆光杆 光杆是抽油杆柱中最上端的一根抽油杆， 其表面光滑，通过井口密封盘根，上端通过悬 绳器和绳辫子与抽油机驴头相连。 驴头在下死点时，光杆伸入盘根盒以下的长 度称为方入，盘根盒以上到悬绳器之间光杆的 长度称为方余，光杆的方入要大于光杆冲程。 2.2.抽油杆抽油杆 （1 1）抽油杆的结构类型及规格）抽油杆的结构类型及规格 抽油杆主要有钢制实心抽油杆、玻璃纤维抽油杆、空心 抽油杆和连续抽油杆

18、几种类型；钢制抽油杆是常规有杆泵抽 油系统常用的类型；目前分三级：即C级、D级和K级，其中D 级强度最大，K级防腐性最好。 抽油杆规格(以本体直径划分)有6种，分别为112 2, ,116 6, , 119,22,259,22,25, ,28mm28mm，其中红色表示的4种为常用规格。 标准长度皆为8m。 抽油杆示意图抽油杆示意图 CYG / 抽油杆直径,mmmm 短抽油杆长度,m,mm m（若无此项皆为标准长度（若无此项皆为标准长度8m8m） 抽油杆系列代号 材料强度代号（B B或C C）。B B-合金钢， 调制处理；C C-碳钢，正火处理。 PJG - 所连接的抽油杆直径,mmmm 材料强

19、度代号（B B或C C），（同抽油杆代号含义） 普通接箍代号 接箍样式（I I或IIII）；I I-接箍外表有打扳手 的凹槽；IIII-接箍外表为圆柱面。 第5次课开始 YJG / - 接箍两端所连接的抽油杆直径,mmmm 材料强度代号(B(B或C)C),(同抽油杆代号含义) 异径接箍代号 接箍样式（I I或IIII）； I I-接箍外表有打扳手的凹槽； IIII-接箍外表为圆柱面。 （5 5）组合抽油杆柱）组合抽油杆柱 抽油杆柱的承载特点：抽油杆柱的承载特点：不仅承受液柱载荷，而且还要承受在 液体中的重量。 抽油杆长度上抽油杆长度上 的载荷分布图的载荷分布图 杆 P 液 P P 0 L 前者

20、沿杆柱长度方向均匀分布， 但后者（自重）前沿杆柱长度而变化 （由底部至井口逐渐增大），如右图 所示。 因此，为了使抽油杆柱上的应力分布 尽量均匀，并降低成本，采取上粗下 细的按等强度设计原则设计的组合抽 油杆柱。 等强度设计原则设计组合抽油杆柱等强度设计原则设计组合抽油杆柱 组合组合抽油杆示意图抽油杆示意图 A 等强度设计原则：等强度设计原则： 保持各级抽油杆柱顶部所受的 应力相等，即 CBA B C 1级 2级 3级 （1 1）加重杆柱的结构）加重杆柱的结构（如上图所示） （2 2）采用下部加重杆柱的原因）采用下部加重杆柱的原因 当油田以较高冲次速度实现大排量采油或当原油的粘度较 高时，在下冲程过程中下部抽油杆柱的受力条件大大恶化。 下冲程过程中整个抽油杆柱上的受力分析如下： 3.3.加重杆加重杆 加重杆示意图加重杆示意图 杆 P 1fs P 2fs P 1fg P 2fg P 中和点 中和点以上 杆柱受拉 中和点以下 杆柱受压 杆 P f P P 0 L 中和点以下杆柱受压示意图下冲程杆柱受力图 湿摩擦力）；体摩擦力（粘滞力或