采油工程第3章有杆泵采油

第三章常规有杆泵采油抽油装置及泵的工作原理抽油机悬点运动规律及悬点载荷抽油机平衡、扭矩及功率计算泵效计算有杆抽油系统设计有杆抽油系统工况分析附录AAPIRP11L第一章作业问题提醒1.5题：(1)只有公式，没有列数据表就直接画图；或者只列表没有画图；部分同学取点过少。(2)物理量单位错误。(3)“FE”写成“PE”。1.6题：(1)没有将IPR曲线分为2段计算。(2)单位错误。(3)画图时取点太少。第一章作业问题提醒1.9题：(1)解题思路错误，由于是油水气三相，IPR曲线应该分成三段计算。(2)有的同学只计算了采液指数，没有计算采油指数。(3)IPR曲线不完整，不封闭。思考题：(1)有些同学没有做。(2)推导题思路不对，最后却得到了正确的结果。第一章作业问题提醒有杆泵采油典型特点：地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。(1)常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。(2)地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。有杆泵采油分类：常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。第三章常规有杆泵采油第一节抽油装置及泵的工作原理一、抽油装置抽油机抽油杆抽油泵其它附件设备组成三抽设备一、抽油装置抽油机抽油杆抽油泵其它附件设备组成抽油过程介绍三抽设备第一节抽油装置及泵的工作原理工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。(一)抽油机有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。游梁式抽油机组成游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置工作原理游梁式抽油机分类后置式和前置式一、抽油装置游梁连杆曲柄机构减速箱动力设备辅助装置③运动规律不同—后置式上、下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。后置式抽油机结构简图前置式气动平衡抽油机结构简图①游梁和连杆的连接位置不同。不同点：②平衡方式不同—后置式多采用机械平衡；前置式多采用气动平衡。新型抽油机：为了节能和加大冲程。异相型游梁式抽油机异形游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机宽带传动抽油机液压抽油机节能加大冲程一、抽油装置抽油机常规型游梁式抽油机异型游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机调径变矩游梁式抽油机链条式抽油机皮带式抽油机抽油机链传式抽油机天轮式抽油机直线往复式抽油机抽油机游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ12—3.3—70(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油机系列代号CYJ-常规型CYJQ-前置型CYJY-异相型悬点最大载荷，10kN光杆最大冲程，m减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m减速箱齿轮形代号，H为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方式代号F：复合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：气动平衡一、抽油装置(2)抽油泵：机械能转化为流体压能的设备工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵和杆式泵主要组成：分类：按照抽油泵性能特点可分为：常规泵、防砂泵、防气泵、抽稠泵等等工作筒(外筒和衬套)柱塞固定阀(吸入阀)游动阀(排出阀)一、抽油装置A-管式泵B-杆式泵管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。管式泵特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。一、抽油装置(3)抽油杆：能量传递工具。1-外螺纹接头；2-卸荷槽；3-推承面台肩；4-扳手方径；5-凸缘；6-圆弧过渡区一、抽油装置抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、28mm，抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，另外，为了调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。普通接箍：连接等直径的抽油杆异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。扶正器抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa)……一、抽油装置超高强度抽油杆玻璃钢抽油杆空心抽油杆电热抽油杆连续抽油杆柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆特种抽油杆一、抽油装置二、泵的工作原理(一)泵的抽汲过程抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力和自重作用而关闭。泵吸入的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。（1）上冲程泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。泵内吸入液体、井口排出液体。上冲程（2）下冲程柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件：泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。二、泵的工作原理下冲程（二)泵的理论排量泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵和从泵内排出井内液体。SfVp在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：SNfVpm每分钟的排量为：SNkSNfQppt1440每日排量:泵的理论排量冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。二、泵的工作原理)cos1()cos1(trrSB第二节抽油机悬点运动规律及载荷一、抽油机悬点运动规律(一)简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l0、r/b0抽油机四连杆机构简图游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆运动时在垂直中心线上的投影(C点)的运动规律相同。则B点经过t时间(曲柄转角φ)时位移为：cosr抽油机四连杆机构简图)cos1(trbaSbaSBA以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向，则悬点A的位移为：trbadtdVWAAcos2A点的加速度为:trbadtdSVAAsinA点的速度为:简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线一、抽油机悬点运动规律(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：0r/l1/4把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。曲柄滑块机构简图A点加速度:bardtdVWAA)2cos(cos2A点位移：barSA)sin2cos1(2A点速度:bardtdSVAA)2sin2(sin一、抽油机悬点运动规律思考题1：试推导简化为曲柄滑块机构时悬点位移计算模型。悬点速度变化曲线1-按简谐运动计算；2-精确计算；3-按曲柄滑块机构计算悬点加速度变化曲线1-按简谐运动计算；2-精确计算；3-按曲柄滑块机构计算一、抽油机悬点运动规律-1.2-0.8-0.400.40.81.203691215时间，s速度，m/s600型CYJ12-5.0-73HBYCYJ14-5.0-73HBCYJQ10-5.0-53HY-1.5-1.0-0.50.00.51.01.503691215时间，s加速度，m/s^2600型CYJ12-5.0-73HBYCYJ14-5.0-73HBCYJQ10-5.0-53HY0.6280.404-0.6281.052CYJQ10-5.0-53HY0.4040.313-0.4040.858YCYJ14-5-73HB0.2930.293-0.2100.586CYJ12-5-73HB1.4811.481-1.4810.720600型最大加速度m/s2下冲程末最大加速度m/s2下冲程初最大加速度m/s2最大速度m/s抽油机型号四种不同类型抽油机在冲程5m、冲次4次/min时悬点最大速度与加速度不同抽油机悬点运动规律对比分析一、抽油机悬点运动规律二、抽油机悬点载荷计算(一)悬点所承受的载荷静载荷动载荷悬点载荷：光杆载荷、悬绳器处的载荷、驴头上所受到的力。PcPt上冲程地层动液面outPakeintPinPjPpinrpoutlfP)ff(PFghfFplv22322)(1029.71SNffopl⑧液柱的惯性力和振动力静载荷动载荷⑦杆柱惯性力和振动力①③④⑥①抽油杆柱重力②抽油杆柱下端面承受的液体作用力②④泵柱塞与衬套间的摩擦力⑤杆管摩擦力⑥管液摩擦力③多级抽油杆柱接合处承受的液体作用力(一)悬点所承受的载荷gLqgLfFrsrrrjrjfPF14094.0eppddFNfFrt3.1/FFrltl下冲程PcPt地层动液面outPakeintP静载荷动载荷⑧抽油杆柱惯性力和振动力②③④⑤⑥①抽油杆柱重力④泵柱塞与衬套间的摩擦力②抽油杆柱下端面承受液体压强所产生的力③多级抽油杆柱接合处承受液体压强所产生的力⑤流体通过游动阀孔所产生的力⑦杆管摩擦力(一)悬点所承受的载荷rmout'lfPF⑥杆液摩擦力22o3p2l2lv)SN(ff1029.71Fmax222])1(ln)1(1[2mmmmLFrl①惯性载荷(忽略杆液弹性影响)：抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。(一)悬点所承受的载荷ArrWgWI抽油杆柱的惯性力：AllWgWI液柱的惯性力：rtfrpffff为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。(一)悬点所承受的载荷上冲程下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷lrNSWlrNSgWlrSgWIrrrru13021302)1(2222上冲程：14402SNWIrru取r/l=1/4时，)1(1790)1(222lrSNWlrSgWIrrrd下冲程：液柱引起的悬点最大惯性载荷lrSNWlrSgWIlllu11790)1(222上冲程：下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷悬点最大惯性载荷luruuIII上冲程：rddII下冲程：(一)悬点所承受的载荷振动载荷：抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。(在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍)(一)悬点所承受的载荷vuiutlrtprjlrmaxFFFFFFFFFvdidrtrlvprj'lrminFFFFFFFFFF(二)悬点最大和最小载荷1.计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：2.考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算初变形期之后，抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动。在此过程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外，还会在抽油杆柱上引起动载荷。初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振产生的振动载荷初变形期：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。抽油杆柱做变速运动所产生的惯性载荷动载荷忽略液柱对抽油