机械采油(勘查普08)1

1、机械采油机械采油 用专门的抽油装置，将油井中的油液举升到用专门的抽油装置，将油井中的油液举升到地面，以便保持井底和油层之间油液流动的地面，以便保持井底和油层之间油液流动的压力差，保证油气源源不断地流向井底。这压力差，保证油气源源不断地流向井底。这种采油方式称作机械采油或人工举升采油。种采油方式称作机械采油或人工举升采油。机械采油机械采油 有杆泵抽油法是目前世界范围内有杆泵抽油法是目前世界范围内应用应用最广最广的一种采油方法。的一种采油方法。 当今，世界上有当今，世界上有80%80%以上的油井用抽油方式进行生产；以上的油井用抽油方式进行生产；在国内也有在国内也有60-70%60-70%的生产井为

2、抽油井。的生产井为抽油井。 机械采油机械采油适用范围广：适用范围广：它能适应任何油藏压力，它能适应任何油藏压力，既能适应日产千吨以上的高产井，也能既能适应日产千吨以上的高产井，也能适应日产几吨的低产井。而且传统的杆适应日产几吨的低产井。而且传统的杆式抽油装置结构简单，适应性强、寿命式抽油装置结构简单，适应性强、寿命长、维修工作量小，因而得到了广泛的长、维修工作量小，因而得到了广泛的应用。应用。机械采油机械采油系统装置系统装置由抽油机、抽油泵由抽油机、抽油泵( (又叫深井泵又叫深井泵) )和抽油和抽油 杆组成，称为杆组成，称为“三抽三抽”系统。系统。一、抽油机一、抽油机 1 1、游梁式抽油机的结

3、构、游梁式抽油机的结构（普通式）（普通式） 由游梁连杆曲柄机构由游梁连杆曲柄机构( (称为四连杆机构称为四连杆机构) )、减速箱、减速箱（减速机构）、动力设备和辅助装置等四大部分组成。（减速机构）、动力设备和辅助装置等四大部分组成。机械采油机械采油图31 有杆泵抽油系统示意图2 2、游梁式抽油机的工作过程是：、游梁式抽油机的工作过程是： 电动机电动机(或其它动力机或其它动力机)通过传动皮带将高速通过传动皮带将高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，经减速后旋转运动传递给减速箱的输入轴，经减速后由四连杆机构将旋转运动变为游梁的上下往由四连杆机构将旋转运动变为游梁的上下往复摆动，经游梁前端圆弧状的驴头，

4、通过抽复摆动，经游梁前端圆弧状的驴头，通过抽油杆带动深井泵柱塞作上下往复直线运动，油杆带动深井泵柱塞作上下往复直线运动，将井内液体抽吸到地面。将井内液体抽吸到地面。机械采油机械采油 结构：驴头为圆弧形，并以支座的支点为圆结构：驴头为圆弧形，并以支座的支点为圆心，作圆弧运动，保证光杆始终与驴头相切，心，作圆弧运动，保证光杆始终与驴头相切，使其抽油杆作上下往复直线运动。使其抽油杆作上下往复直线运动。 冲程的调节，是移动曲柄上的孔眼。冲程的调节，是移动曲柄上的孔眼。 冲数的调节，是靠更换皮带轮的大小。冲数的调节，是靠更换皮带轮的大小。 曲柄每分钟旋转的圈数，正好与抽油机的冲曲柄每分钟旋转的圈数，正好

5、与抽油机的冲数相同。数相同。 曲柄旋转的方向为顺时针方向。曲柄旋转的方向为顺时针方向。机械采油机械采油游梁式抽油机分类游梁式抽油机分类常规型常规型前置型前置型异相型异相型 按结构可分为按结构可分为机械采油机械采油3 3、游梁式抽油机分类、游梁式抽油机分类 （1 1）普通型抽油机（后置型抽油机）普通型抽油机（后置型抽油机） 支架在游梁中间，驴头和曲柄连杆在两端，上下冲支架在游梁中间，驴头和曲柄连杆在两端，上下冲程运行时间相等。（连杆机构位于支架的后面）程运行时间相等。（连杆机构位于支架的后面） 机械采油机械采油（2 2）前置型抽油机）前置型抽油机（连杆机构位于支架的前边）多采用气动平衡（连杆机构

6、位于支架的前边）多采用气动平衡上冲程气体膨胀，帮助抽油机作功；下冲程气上冲程气体膨胀，帮助抽油机作功；下冲程气体被压缩，储藏能量。体被压缩，储藏能量。机械采油机械采油（3 3）异相型抽油机）异相型抽油机1. 1.使曲柄中心轴承与连杆和游梁的连接销使曲柄中心轴承与连杆和游梁的连接销( (横梁轴横梁轴) )不在不在一条垂线上；一条垂线上；2.2.使曲柄平衡重的中心线与曲柄中心线之间有一相位角使曲柄平衡重的中心线与曲柄中心线之间有一相位角。 其结构就导致了曲柄上冲程转角大于其结构就导致了曲柄上冲程转角大于190190。, ,下冲程小下冲程小于于170170。，使上冲程驴头悬点运动速度较下冲程慢，相，

7、使上冲程驴头悬点运动速度较下冲程慢，相应地降低了上冲程悬点的加速度，从而降低了上冲程悬应地降低了上冲程悬点的加速度，从而降低了上冲程悬点的惯性载荷。点的惯性载荷。可减小光杆最大负荷可减小光杆最大负荷1010，因而能延长抽油杆的寿命，因而能延长抽油杆的寿命，还能节省电力还能节省电力1010左右。左右。机械采油机械采油游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ 123.370(H) F(YCYJ 123.370(H) F(Y，B B，Q)Q)游梁式抽油机系列代号游梁式抽油机系列代号CYJ-CYJ-常规型常规型CYJQ-CYJQ-前置型前置型CYJY-CYJY-异相型异相型悬点最大载荷，悬点最大载荷，12k

8、N12kN光杆最大冲程，光杆最大冲程，mm减速箱曲柄轴最大允许扭矩减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m,kN.m减速箱齿轮形代号减速箱齿轮形代号平衡方式代号平衡方式代号F F：复合平衡：复合平衡Y Y：游梁平衡：游梁平衡B B：曲柄平衡：曲柄平衡QQ：气动平衡：气动平衡地面地面: :抽油机抽油机中间中间: :抽油杆抽油杆地下地下: :抽油泵抽油泵系统组成及抽油装置系统组成及抽油装置机械采油机械采油 地面部分地面部分抽油机抽油机：提供动力。地面主要设：提供动力。地面主要设备备； 地下部分地下部分抽油泵抽油泵( (又称深井泵又称深井泵) )；井下设备。主要部件：泵筒、活塞、井下设备。主要部件：泵筒、

9、活塞、游动凡尔、固定凡尔。游动凡尔、固定凡尔。 中间部分中间部分抽油杆。抽油杆。 传递动力。连接地面、井下设备传递动力。连接地面、井下设备的部件。的部件。 机械采油机械采油 经传动皮带三轴二级减速将旋转运动悬绳器带动工作过程：电动机减速箱曲柄连杆游梁上下运动抽油杆泵柱塞上下往复运动抽油地面地面: :抽油机抽油机机械采油机械采油组组 成成分类分类（按结构）（按结构）分类分类（按用途）（按用途）工作筒（外筒工作筒（外筒+ +衬衬套）套）管式泵管式泵常规泵常规泵活塞（柱塞）活塞（柱塞）杆式泵杆式泵特种泵（防砂泵，防特种泵（防砂泵，防气泵）气泵）阀（游动阀，固阀（游动阀，固定阀）定阀）地下地下: :抽

10、油泵抽油泵机械采油机械采油（1 1）管式泵：）管式泵：是把外筒和衬套在地面组装好是把外筒和衬套在地面组装好后，接在油管下部先下入井内，然后投入固后，接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。筒内。 特点：特点： 结构简单、成本低；泵径大，排量大；结构简单、成本低；泵径大，排量大；检泵时需起出油管，修井工作量大。检泵时需起出油管，修井工作量大。 应用范围：应用范围：下泵深度不大、产量较高的井下泵深度不大、产量较高的井。机械采油机械采油（2 2）杆式泵：）杆式泵：是整个泵在地面组装好后接在是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的

11、下端，整体通过油管下入井内，抽油杆柱的下端，整体通过油管下入井内，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。油管上。 特点：特点： 检泵不需起出油管，检泵方便；结检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；排量小。构复杂，制造成本高；排量小。适用范围：适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井下泵深度较大，但产量较低的井 机械采油机械采油抽油泵抽油泵 1. 1. 抽油泵的工作原理抽油泵的工作原理光杆冲程：指光杆从上死点移动到下死点光杆冲程：指光杆从上死点移动到下死点 距距离离活塞冲程：指活塞从上死点移动到下死点活塞冲程：指活塞从上死点移动到下死点 距

12、离距离一个冲数：指活塞上下运动一次；一个冲数：指活塞上下运动一次；冲数：指活塞在泵内每分钟来回运动的次数冲数：指活塞在泵内每分钟来回运动的次数。机械采油机械采油工作原理：工作原理：在抽油的过程中，抽油机在抽油的过程中，抽油机驴头驴头将带动将带动抽油杆及活塞抽油杆及活塞上下运动，上下运动，每上下运动一次，称为每上下运动一次，称为“一个冲一个冲程程” ” 。在一个冲程中，深井泵。在一个冲程中，深井泵完成一次完成一次井筒进油井筒进油和和井口排油井口排油的的全过程。全过程。在上冲程中：抽油杆带动活塞上行时，游动凡尔关闭在上冲程中：抽油杆带动活塞上行时，游动凡尔关闭（活塞上部液柱压力作用），固定凡尔打开

13、（泵筒内（活塞上部液柱压力作用），固定凡尔打开（泵筒内部压力降低的作用），泵内吸液（井筒中），井口排部压力降低的作用），泵内吸液（井筒中），井口排液；液； 机械采油机械采油l在下冲程中：在下冲程中：抽油杆带动活塞下抽油杆带动活塞下行时，固定凡尔关闭（泵筒内液行时，固定凡尔关闭（泵筒内液柱受压，压力增高），游动凡尔柱受压，压力增高），游动凡尔打开（泵筒内液柱压力泵外油打开（泵筒内液柱压力泵外油管中液柱压力），泵排液（泵内管中液柱压力），泵排液（泵内液体进入油管）。液体进入油管）。抽油机带动活塞不断的上下运抽油机带动活塞不断的上下运动，深井泵就完成了将油从井下动，深井泵就完成了将油从井下举升到地面

14、的抽油工作。举升到地面的抽油工作。机械采油机械采油泵的理论排量泵的理论排量泵的工作三个基本过程：泵的工作三个基本过程：1) 1)活塞在泵内让出容积；活塞在泵内让出容积；2)2)原油进泵；原油进泵；3)3)泵筒排油。泵筒排油。 在理想情况下，活塞在一个冲程中，泵应从井在理想情况下，活塞在一个冲程中，泵应从井筒中抽出的液体体积为筒中抽出的液体体积为V:V: V= f V= fp p (M(M3 3) )式中式中 f fp p 活塞截面积活塞截面积,M,M2 2 光杆冲程光杆冲程,M,M D D 活塞活塞( (泵泵) )直径直径,M,M24Dfp机械采油机械采油中间部分：中间部分：抽油杆抽油杆光杆与

15、抽油杆光杆与抽油杆光杆：光杆：联接驴头钢丝绳与井下抽油杆，联接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘根盒配合密封井口。并同井口盘根盒配合密封井口。 普通型普通型两端可互换，当一端磨损后两端可互换，当一端磨损后可换另一端使用可换另一端使用 一端墩粗型一端墩粗型联接性能好，但两端不能互联接性能好，但两端不能互换。换。 机械采油机械采油l 普通型抽油杆：普通型抽油杆：结构简单、制造容易、结构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油管中上下成本低；直径小，有利于在油管中上下运行。主要用于常规有杆泵抽油方式。运行。主要用于常规有杆泵抽油方式。抽油杆抽油杆机械采油机械采油l玻璃纤维抽油杆：玻璃纤维抽油杆：耐

16、腐蚀，寿命长；重耐腐蚀，寿命长；重量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；可实现超冲程，有利于提高泵约能量；可实现超冲程，有利于提高泵效。效。抽油杆抽油杆机械采油机械采油l 空心抽油杆：空心抽油杆：由空心圆管制成，成本由空心圆管制成，成本较高，可用于热油循环和热电缆加热等较高，可用于热油循环和热电缆加热等特殊抽油工艺，也可以通过空心通道向特殊抽油工艺，也可以通过空心通道向井内添加化学药剂。适用于高含蜡、高井内添加化学药剂。适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。凝固点的稠油井。抽油杆抽油杆机械采油机械采油井口装置及辅助设备井口装置及辅助设备1. 1.井口装置井口装置

17、井口装置井口装置由套管、油管、三通，盘根盒、套管闸门、由套管、油管、三通，盘根盒、套管闸门、生产闸门、套压表和油压表等组成。生产闸门、套压表和油压表等组成。井口装置的作用主要有：井口装置的作用主要有：1) 1)连接套管、悬挂油管，承受井内生产和作业管柱的载连接套管、悬挂油管，承受井内生产和作业管柱的载荷。荷。机械采油机械采油2)2)密封油、套管环形空间，控制套管气。密封油、套管环形空间，控制套管气。3 3）控制油管内的油、气，引导油、气进入出）控制油管内的油、气，引导油、气进入出油管线。油管线。4)4)保证洗井、冲砂、酸化、保证洗井、冲砂、酸化、 压裂等井下作业压裂等井下作业 的顺利进行。的顺

18、利进行。5)5)录取油压、套压资料。录取油压、套压资料。6)6)取井口油样，测井内液面、压力资料等。取井口油样，测井内液面、压力资料等。机械采油机械采油机械采油机械采油2.2.悬绳器悬绳器 作用：连接光杆和驴头，承受抽油时的工作载作用：连接光杆和驴头，承受抽油时的工作载荷；荷；3.3.盘根盒（又叫光杆密封装置）盘根盒（又叫光杆密封装置）其作用是密封光杆与油管之间的环形空间，防其作用是密封光杆与油管之间的环形空间，防止井口漏油。止井口漏油。机械采油机械采油悬点（悬点（A A）：是）：是指光杆与驴头的指光杆与驴头的相切点。相切点。悬点运动：是指悬点运动：是指光杆与驴头相切光杆与驴头相切点的运动。点

19、的运动。抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷一、抽油机悬点运动规律分析一、抽油机悬点运动规律分析1.1.简谐运动连杆机构简谐运动连杆机构 简化条件：简化条件： 忽略连杆和游梁摆动的影响，将游梁后臂忽略连杆和游梁摆动的影响，将游梁后臂B点的运动简化为简谐点的运动简化为简谐运动：运动：B B点的运动规律和点的运动规律和D D点做圆周运动时在垂直中心线上的投影点做圆周运动时在垂直中心线上的投影（C C）点的运动规律相同）点的运动规律相同。 0,0lrbr抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷(1 cos )(1 cos)BSrrt(1)B(1)B点点(2)驴头悬点A的位移方程：(3)A点运动速

20、度：(4)A点加速度方程：)cos1 (trbaSbaSBAtrbadtdSVAAsintrbadtdVaAAcos2抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷图318 简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线(CYJ52712，S2.7，n9)位移；速度；加速度抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化，而且方向也在发生变化，在上下死点出速度为零，变化，而且方向也在发生变化，在上下死点出速度为零，加速度的绝对值最大：加速度的绝对值最大：2maxaarb在上下冲程

21、的中点加速度为零，速度的绝对值越大：在上下冲程的中点加速度为零，速度的绝对值越大：maxavrb2.2.曲柄滑块运动曲柄滑块运动条件：410lr(1)B点的位移方程：BOBOSBcoscoslrBO)cos1 ()cos1(1rSBrlBO抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷(3)A点的速度方程：点的速度方程：)sin2 2r(sin badtdSVAA(2)驴头悬点驴头悬点A点位移方程：点位移方程：)sin2cos1 (2rbaSA抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷(4)A(4)A点的加速度方程：点的加速度方程：(5)A(5)A点最大位移点最大位移( (光杆冲程光杆冲程) )：)2

22、cos(cos2rbadtdVAAArbaSbaSSBA2maxmax抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷悬点载荷悬点载荷动载荷动载荷抽油杆柱和液柱的惯性载荷、振动抽油杆柱和液柱的惯性载荷、振动和冲击载荷、摩擦载荷等和冲击载荷、摩擦载荷等静载荷静载荷抽油杆柱和液柱载荷、泵的沉没压力、抽油杆柱和液柱载荷、泵的沉没压力、井口油压井口油压抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷1. 1.抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷上冲程上冲程抽油杆柱在空气中的重力抽油杆柱在空气中的重力WrWr 注意：力质量注意：力质量加速度加速度 LgqgLfWsrrr抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷WrWr抽油杆柱在空气

23、中的重力，抽油杆柱在空气中的重力，NN；fr fr抽油柱柱截面积，抽油柱柱截面积，mm2 2；ss抽油杆材料的密度，抽油杆材料的密度，ss7850Kg/m7850Kg/m3 3；g g重力加速度，重力加速度，m/m/2 2；L L抽油杆柱长度，抽油杆柱长度，mm；式中式中 q qr r每米抽油杆柱在空气中的重力，每米抽油杆柱在空气中的重力，N/mN/m； WWr r抽油杆在液体中的重力，抽油杆在液体中的重力，NN； q qr r每米抽油杆柱在液体中的重力，每米抽油杆柱在液体中的重力，N/mN/m； l l液体的密度，液体的密度，Kg/mKg/m3 3。下冲程下冲程 抽油杆柱在液体中的重力抽油杆

24、柱在液体中的重力W Wr r液体浮力作用LqgLfWrlsrr)(抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷式中：bqqgfqrslsrsslsrr)()(slsb抽油杆在液体中的失重系数LgqgLfWsrrrLqgLfWrlsrr)(抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷2.2.液柱载荷液柱载荷 WWL L 只有上冲程液柱载荷才作用于驴头悬点只有上冲程液柱载荷才作用于驴头悬点 WWL L(f (fP Pf fr r)L)Lmlmlg g 式中：式中：WWL L作用在活塞上的液柱载荷，作用在活塞上的液柱载荷，NNf fp p活塞截面积，活塞截面积，mm2 2 f fr r抽油杆柱截面积，抽油杆

25、柱截面积，mm2 2mlml油水混合液的密度，油水混合液的密度，kg/mkg/m3 3mlmlf fwwww(1 (1fw)fw)o o f fww原油含水率，原油含水率，o o 、w 水的密度，水的密度，kg/mkg/m3 3。抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷3.3.惯性载荷惯性载荷 (1)(1)惯性载荷的形成惯性载荷的形成 P P惯惯与既与抽油杆柱和液柱的质量有关，还与悬点与既与抽油杆柱和液柱的质量有关，还与悬点的的WWA A成正比，其方向与加速度方向相反。成正比，其方向与加速度方向相反。 抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷(2)(2)加速度与惯性载荷的关系：加速度与惯性载荷

26、的关系： 一个冲程可分为四个阶段：一个冲程可分为四个阶段：抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷冲 程 加速度 惯性力 对悬点载荷的影响 00900 向上 向下 增大悬点载荷 上冲程 9001800 向下 向上 减小悬点载荷 18002700 向下 向上 减小悬点载荷 下冲程 27003600 向上 向下 增大悬点载荷 加速度对悬点载荷的影响加速度对悬点载荷的影响抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷(3)(3)惯性载荷的计算惯性载荷的计算 条件：抽油杆柱和液柱看成是刚体条件：抽油杆柱和液柱看成是刚体抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷rrAWIag抽油杆柱的惯性力抽油杆柱的惯性力液柱

27、的惯性力液柱的惯性力11AWIag杆惯性载荷的极值也将发生在驴头运动的上下杆惯性载荷的极值也将发生在驴头运动的上下死点：死点：)1 (220maxmaxlrSgWagWIrArro)1 (17902lrSnWr+=602 n抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷上冲程过程中抽油杆柱引起的悬点惯性载荷上冲程过程中抽油杆柱引起的悬点惯性载荷0180minminArragWI)1 (1790_2_lrSnWr=)1 (22maxlrSgWIll)1 (17902lrSnWl液柱的惯生载荷只在上冲程存在液柱的惯生载荷只在上冲程存在: :上冲程过程中抽油杆柱引起的悬点惯性载荷上冲程过程中抽油杆柱引起的

28、悬点惯性载荷抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷小结：小结：上冲程悬点最大惯性载荷：上冲程悬点最大惯性载荷： 下冲程悬点最大惯性载荷：下冲程悬点最大惯性载荷：注意：注意：在某些情况下，可忽略液柱引起的惯在某些情况下，可忽略液柱引起的惯性载荷。如当油中含水低，在液柱中气液比性载荷。如当油中含水低，在液柱中气液比较高和冲数较小时较高和冲数较小时max lmaxr maxIII上maxr maxII下抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷4.4.摩擦载荷摩擦载荷抽油机工作中，作用在悬点的摩擦载荷有以下几对抽油机工作中，作用在悬点的摩擦载荷有以下几对：(1)(1)活塞活塞衬套之间的摩擦力：衬套之

29、间的摩擦力：( (活塞与衬套）活塞与衬套） 其值与其值与活塞与衬套的配合、泵径大小有关。直井可忽略活塞与衬套的配合、泵径大小有关。直井可忽略(2)(2)抽油杆抽油杆油管之间的摩擦力油管之间的摩擦力（杆管）（杆管）直井可忽略直井可忽略(3)(3)液柱与油管的摩擦力液柱与油管的摩擦力（液管）（液管）主要取决于液流速度主要取决于液流速度和液体粘度和液体粘度(4)(4)液柱与抽油杆之间的摩擦力；（液杆）液柱与抽油杆之间的摩擦力；（液杆）(5)(5)液体通过游动阀的摩擦力：主要取决于游动阀的结液体通过游动阀的摩擦力：主要取决于游动阀的结构、液流速度和液体粘度。构、液流速度和液体粘度。抽油机悬点运动及载荷

30、抽油机悬点运动及载荷上冲程主要受上冲程主要受(1) (2) (3)(1) (2) (3)的影响，增加悬点载荷；的影响，增加悬点载荷；下冲程主要受下冲程主要受(1) (2) (4) (5)(1) (2) (4) (5)的影响，减少悬点载荷。的影响，减少悬点载荷。分析的关键：分析的关键： (1)(1)摩擦力与运动物体的方向相反；摩擦力与运动物体的方向相反； (2)(2)上冲程产生的摩擦载荷总是使悬点载荷增加；下冲上冲程产生的摩擦载荷总是使悬点载荷增加；下冲程方向向上，悬点载荷减小。程方向向上，悬点载荷减小。（3 3）活塞与衬套、油管和抽油管之间的摩擦力可忽略活塞与衬套、油管和抽油管之间的摩擦力可忽

31、略抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷5.5.其它载荷其它载荷 (1)(1)振动载荷振动载荷由于交变载荷由于交变载荷( (惯性载荷的变惯性载荷的变化和液柱载荷的交替作用化和液柱载荷的交替作用) )引起抽油杆柱的振动，引起抽油杆柱的振动，从而产生振动载荷。从而产生振动载荷。 (2)(2)沉没压力和井口压力沉没压力和井口压力 由于沉没压力使悬点载荷减轻，井口压力使由于沉没压力使悬点载荷减轻，井口压力使悬点载荷增加，二者方向相反，可部分抵消，因悬点载荷增加，二者方向相反，可部分抵消，因此，在计算中可忽略。此，在计算中可忽略。抽油机悬点运动及载荷抽油机悬点运动及载荷抽油机运动不平衡的后果：抽油机运

32、动不平衡的后果：电动机的负荷不均匀，造成功率的浪费和效率电动机的负荷不均匀，造成功率的浪费和效率降低。降低。由于由于这种不平衡使抽油机发生振动，容易由于由于这种不平衡使抽油机发生振动，容易引起事故，影响抽油机装置的寿命。引起事故，影响抽油机装置的寿命。破坏曲柄旋转适度的均匀性，影响抽油杆和泵破坏曲柄旋转适度的均匀性，影响抽油杆和泵的正常工作。的正常工作。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡计算抽油机平衡计算问题提出：问题提出：抽油机不加平衡装置时：抽油机不加平衡装置时：上冲程：悬点承受最大载荷，电动机做功（电功）提上冲程：悬点承受最大载荷，电动机做功（电功）提升负荷。

33、升负荷。下冲程：悬点在抽油杆的自重作用下克服浮力下行，下冲程：悬点在抽油杆的自重作用下克服浮力下行，即电动机不仅不需要对外做功，反而是抽油杆带动电即电动机不仅不需要对外做功，反而是抽油杆带动电动机转动，电动机做负功。动机转动，电动机做负功。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算平衡原理平衡原理安装的平衡装置在下冲程中能够把能量储存起来，而安装的平衡装置在下冲程中能够把能量储存起来，而在上冲程中利用储有能量帮助电动机一起做功提升负在上冲程中利用储有能量帮助电动机一起做功提升负荷荷。平衡方式实质上就是如何计算所加的平衡重，假设在平衡方式实质上就是如何计算所加的平衡重，假设在抽油机后梁

34、上加一重物，在下冲程中让抽油杆自重和抽油机后梁上加一重物，在下冲程中让抽油杆自重和电动机一起对重物做功，则：电动机一起对重物做功，则：mddwAAA抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算下冲程：下冲程： Ad-抽油杆柱对重物所做的功（即悬点抽油杆柱对重物所做的功（即悬点 在下冲程所做的功）；在下冲程所做的功）； Amd-电动机在下冲程中对重物作的功；电动机在下冲程中对重物作的功； Aw-重物增加的位能（即重物的位能升高了）重物增加的位能（即重物的位能升高了） 则电动机：则电动机： Amd Aw Ad抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算上冲程：即重物释放出位能和电动

35、机一起对悬点作上冲程：即重物释放出位能和电动机一起对悬点作的总功为：的总功为： 式中：式中：A Au u-重物和电动机对悬点所作的总功；重物和电动机对悬点所作的总功； A Amumu-上冲程电动机作的功；上冲程电动机作的功； A Aww-上冲程重物释放位置作的功。上冲程重物释放位置作的功。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算muwuAAA平衡条件：上、下冲程总电动机所作的功相平衡条件：上、下冲程总电动机所作的功相等。等。 A AmdmdA Amumu 则：则：A Aww-A-Ad d=A=Au u-A-Aww2duwAAA抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算在下

36、冲程中需要储存的能量应该是悬点在上下冲程中所做功在下冲程中需要储存的能量应该是悬点在上下冲程中所做功的一半的一半 上式说明要抽油机运转平衡，在下冲程中上式说明要抽油机运转平衡，在下冲程中需要储存的能量为上下冲程中悬点所作功之和需要储存的能量为上下冲程中悬点所作功之和的一半，这是平衡计算的依据。的一半，这是平衡计算的依据。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算（二）平衡方式（二）平衡方式 为了把下冲程中抽油杆自重作的功和电动机为了把下冲程中抽油杆自重作的功和电动机输出的能量储存起来，可以采用不同的形式来输出的能量储存起来，可以采用不同的形式来储存能量，即所谓不同的平衡方式。目前采用

37、储存能量，即所谓不同的平衡方式。目前采用的有气动平衡和机械平衡的有气动平衡和机械平衡抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算1 1、气动平衡、气动平衡 下冲程中通过游梁带动活塞压缩气缸中的气体，下冲程中通过游梁带动活塞压缩气缸中的气体，把下冲程中作的功储存成为气体的压缩能；上把下冲程中作的功储存成为气体的压缩能；上冲程中被压缩的气体膨胀，将储存的压缩能转冲程中被压缩的气体膨胀，将储存的压缩能转换成膨胀能帮助电动机做功。换成膨胀能帮助电动机做功。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算气动平衡多采用于大型抽油机。这种平衡方式气动平衡多采用于大型抽油机。这种平衡方式不仅可以

38、大量节约钢材，而且可以改善抽油机的不仅可以大量节约钢材，而且可以改善抽油机的受力系统，但平衡系统的加工系统的加工制造质受力系统，但平衡系统的加工系统的加工制造质量要求高。量要求高。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算2 2、机械平衡、机械平衡 在下冲程中，以增加平衡重块的位能来储存在下冲程中，以增加平衡重块的位能来储存的能量；在上冲程中平衡重降低位能来帮助电的能量；在上冲程中平衡重降低位能来帮助电动机做功。机械平衡方式有三种：动机做功。机械平衡方式有三种：游梁平衡游梁平衡曲柄平衡曲柄平衡复合平衡复合平衡抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算1 1）游梁平衡：在游梁

39、尾部加平衡重，适用于小）游梁平衡：在游梁尾部加平衡重，适用于小型抽油机。型抽油机。2 2）曲柄平衡（旋转平衡）：平衡重加在曲柄上，）曲柄平衡（旋转平衡）：平衡重加在曲柄上，这种平衡方式便于调节平衡，并且避免在游梁这种平衡方式便于调节平衡，并且避免在游梁上造成过大的惯性力，适用于大型抽油机。上造成过大的惯性力，适用于大型抽油机。3 3）复合平衡（混合平衡）：在游梁尾部和曲柄）复合平衡（混合平衡）：在游梁尾部和曲柄上都加有平衡重，是上述两种方式的组合，多上都加有平衡重，是上述两种方式的组合，多用于中型抽油机。用于中型抽油机。抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算 （三）平衡计算 上冲

40、程中悬点作的功： 下冲程中悬点作的功：AdWrS 将Au和Ad代入得：SwwALru22rLrdwwWSWWAAA抽油机平衡、扭矩与功率计算抽油机平衡、扭矩与功率计算 -（5-68） 分析：也可以写成 其中： 当L、d、D改变后，Aw的值也变化了，所以需要重新调节平衡。SWWALrw2SLgfLgfALpLsrw2124dfr24Dfp 1、游梁平衡 下冲程平衡重Wb被抬高的距离为： Sc:S=C:a 平衡重块储存的位能（对重物所做功） aCSScbbcwWacSWSA 在平衡条件下： 则： （3-69） 式中：wb达到平衡所需要加的平衡重量。 当考虑抽油机本身重量的不平衡时，则：SWWWSc

41、rbc2caWWWcrb)2(cLrbxcaWWW)2( 式中： 抽油杆本身的不平衡值， 2、曲柄平衡cxcbcccbbcbLrWWRWxrWrbaWWR)2(（3-71） 式中： R曲柄平衡半径，m； wcb曲柄平衡块重量，N; Rc曲柄本身的重心到曲柄轴心的距离，m; Wc曲柄自重，N; r曲柄销离曲柄轴心的距离称为曲柄半径，m（取决于采用的悬点冲程） xb抽油机本身的不平衡值，是折算到尾轴承处的附加平衡力，N。 表达式说明：曲柄平衡通常是通过改变平衡半径R来调节平衡。 3、复合平衡 如图所示：复合平衡是上述两种平衡方式的组合，也可用同样的方法得到其计算公式：cbcccbbuccblrWW

42、RWrbcWXWrbaWWR)()2(（3-72） （四）抽油机平衡检验方法 抽油机在生产过程中，不会一直是平衡的（平衡是指一段时间内），因受地层情况油井情况及油井工作制度的改变（F、S、n配合）都会破坏抽油机原来的平衡，固而要定时检查，及时调整 1、观察法 即用眼观察抽油机启动是否顺利，电动机是否有“鸣”的怪叫声，通常通常平衡的抽油机比较容易启动，无怪叫声。 2、测量驴头上下冲程的时间： Tu=Td 平衡 下一上或下冲程所用时间 TuTd 平衡过轻 则应增大平衡重或平衡半径R. 3、测量上、下冲程的电流（可用铅形电流表来测量） 抽油机在平衡条件下工作时，上、下冲程的电流峰值应该相等。 Iu=

43、Id 平衡 IuId 平衡过轻，则应增大平衡重或增大平衡半径R. Iu1 当泵效较低时，深井泵可能存在问题。二、影响泵效的因素二、影响泵效的因素 (1)(1)冲程损失的影响。冲程损失的影响。 由于油管柱和抽油杆柱在交变载荷作用下引由于油管柱和抽油杆柱在交变载荷作用下引起弹性变形，起弹性变形， 使活塞冲程使活塞冲程P P小于光杆冲程小于光杆冲程，其差值其差值- -P P即为冲程损失即为冲程损失 (2)(2)气体和充不满的影响。气体和充不满的影响。 (3)(3)漏失影响。漏失影响。 (4(4）体积系数的影响。）体积系数的影响。( (一一) )冲程损失对泵效的影响冲程损失对泵效的影响1. 1.静载荷引起的冲程损失静载荷引起的冲程损失(1)冲程损失的形成过程上冲程：抽油杆弹性伸长r，油管弹性缩短t 活塞冲程P光杆冲程 冲程损失:r+t。 下冲程: 抽油杆缩短r， 油管伸长t r+t 与上冲程的冲程损失相等。 活塞冲程： Sp=S- （r+t） =S- 由冲程损失使泵效降低的值为： 冲程损失：即由于活塞以上液柱载荷在上下冲程中交冲程损失：即由于活塞以上液柱载荷在上下冲程中交替作用在抽油杆和油管上，使其发生弹性伸缩，致使替作用在抽油杆和油管上，使其发生弹性伸缩，致使活塞运动滞后于光杆运动，造成的活塞冲程小于光杆活塞运动滞后于光杆