第三章有杆泵采油1-20115.

机械采油方法（90%）生产井自喷采油方法（10%）第三章有杆泵采油气举（10%）深井泵有杆泵（80%）无杆泵（10%）•用深井泵采油的井叫抽油井。2第三章有杆泵采油第一节有杆抽油装置第二节抽油机悬点运动第三节抽油机悬点载荷第四节抽油机平衡计算第五节减速箱扭矩及电动机功率计算第六节泵效分析第七节抽油系统设计第八节抽油井生产分析及系统效率3抽油机抽油杆抽油泵有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。典型的有杆抽油装置主要由抽油机、抽油泵、抽油杆柱三部分组成。习惯上称做“三抽“设备。4一、抽油机有杆抽油的地面驱动设备。按其基本结构分为游梁式和无游梁式两类，目前国内外应用最为广泛的是游梁式抽油机（俗称磕头机）。游梁式抽油机由游梁-连杆-曲柄（四连杆）机构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装置等四部分组成。5电动机（或其它动力机）通过传动皮带将高速旋转运动传递给减速器的输入轴，经减速后由低速旋转的曲柄通过四连杆机构带动游梁作上下往复摆动。游梁前端圆弧状的驴头经悬绳器带动抽油杆柱作上下往复直线运动。工作机理游梁式抽油机常规型异相型前置型61）常规型结构特点曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方。运动特点上下冲程运行时间相等72）异相型结构特点曲柄轴中心与游梁尾轴承存在一定的水平距离；曲柄平衡重臂中心线与曲柄中心线存在偏移角。运动特点上冲程的曲柄转角明显大于下冲程，降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，达到减小抽油机载荷、延长抽油杆寿命和节能的目的。8运动特点上冲程运行时间长于下冲程运行时间，降低上冲程运行速度、加速度和动载荷。前置型多为重型长冲程抽油机，除采用机械平衡外还采用气动平衡。3)前置型结构特点支架位于游梁的一端，驴头和曲柄连杆同位于另一端。9a.常规型b.异相型c.前置型104)其它游梁式抽油机双驴头式旋转驴头式大轮驴头式天轮式斜直井游梁式抽油机。目的增大冲程、节能及改善抽油机的结构特性和受力状态。11我国游梁式抽油机型号表示法12链条式液压抽油机增距式宽带式抽油机等。主要特点多为长冲程和慢冲次目的扩大有杆泵抽油的适用范围，适应深井和稠油的特殊需要。无游梁抽油机13二、抽油泵基本要求结构简单、强度高；工作可靠，使用寿命长；便于起下且规格类型能满足不同油田的采油工艺需要。组成主要由泵筒、柱塞、固定阀和游动阀四部分组成。柱塞上下运动一次称一个冲程，也称一个抽汲周期。14一、抽油泵工作原理15a)上冲程抽油杆带动活塞向上运动：a.游动阀关闭；井口排液。b.泵内空间增大，压力下降，当泵内压力低于沉没压力时，固定阀打开、开启吸液。c.抽油杆加载拉伸。16b)下冲程抽油杆带动活塞向下运动：a.固定凡尔关闭，泵内压力升高，停止吸液。b.当泵内压力高于柱塞以上的液柱压力时，游动凡尔打开，泵内油转入活塞以上油管。c.抽油杆卸载。17假设活塞的冲程等于光杆的冲程；活塞让出的体积完全被原油充满；抽油系统无漏失。21440360tppQASnDSn2、泵理论排量泵的理论排量pAK1440泵的排量系数183、抽油泵类型和结构油管抽油杆油管锚座节柱塞游动凡尔工作筒固定凡尔固定凡尔座节游动凡尔柱塞工作筒抽油杆油管按抽油泵在油管中的固定方式分为管式泵和杆式泵两大类型。①管式泵结构特点：泵筒连接在油管下部下入井中，然后投入可打捞的固定阀装置（有的固定阀直接连接在泵筒下部随油管下入）；柱塞连接在抽油杆柱下端下入泵筒内。优点：在定油管尺寸条件下，泵径最大零件少，结构可靠。凡尔体积大，可抽粘性液体。缺点：作业时，需起出全部油管，维修成本高19•固定式工作筒顶锚杆式泵——顶部固定式杆式泵特点含砂井中推荐用顶锚，被抽吸液连续不断的冲刷，使砂粒不能沉积在座节上面。可直接把气锚连接在泵筒上抽含游离气井适于低液面井抽液。缺点油管内高液柱压力时，工作筒外部为负压，可能挤破工作筒。下冲程时，液柱重量由固定凡尔支承，工作筒在高拉伸负荷下工作。油管凡尔杆油管锚柱塞游动阀工作筒固定阀②杆式泵将整个泵在地面组装成套后，随抽油杆柱插入油管内的预定位置固定，故又称为“插入式泵”。起下泵作业时，可不起下油管。20•固定式工作筒底锚杆式泵——底部固定式杆式泵特点工作筒外液压受油管内液柱的影响，工作筒截面压力较顶锚小，机械破坏小，适于深井工作。工作部分接近井底，适于低液面井。固定阀一般比游动阀大，保证泵的吸入功能，通常减少进泡沫液的问题。缺点砂或其它固体物质在柱塞顶部沉积，阻碍泵的工作。与杆柱式结构比较，连接杆薄弱。锚工作筒游动阀柱塞凡尔杆油管21油管抽油杆游动阀固定阀柱塞固定阀抽吸管锚•工作筒移动式杆式泵——动筒式杆式泵特点移动式工作筒使液体保持在油管锚周围流动，防止砂或固体杂质在座节和油管锚之间沉积。推荐使用在周期性抽油的出砂井。结构可靠，零件比固定工作筒式泵少，价格便宜。缺点固定阀须与工作筒配合，体积受限制，固定阀小，对流体流动有阻抗作用，含气油井中气液分离效果差。固定阀小，泵抽吸时可引起过量压差，在大液量、多种液体的机采井不推荐使用。223、抽油泵类型和结构•按抽油泵在油管中的固定方式分为管式泵和杆式泵两大类型。•按泵筒结构分：组合泵和整筒泵。组合泵：为了便于加工、修复和保证质量，衬管分段加工，然后组装在泵筒内，这类泵称为衬管泵或组合泵。整筒泵：泵筒为整体泵筒。整筒泵与组合泵相比具有：泵效高、冲程长、形式多、规格全、重量轻、装卸方便、不会发生“错缸”等优点•按功能分：常规泵和特种泵（防气泵、防砂泵、抽稠泵、液力反馈泵等）。234、抽油泵的型号及基本参数例如：公称直径为38mm，泵筒长度为4.5m的厚壁筒，定筒式顶部固定，金属柱塞长1.5m，加长短节长度为0.6m的杆式泵标记为：CYB38-RHAM4.5-1.5-0.6。24三、抽油杆柱附属器具：光杆位于抽油杆最上端，其作用是连接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘根配合密封抽油井口。加重杆用于大泵抽油、稠油井和深井，抽油杆柱的下部采用加重杆，防止抽油杆柱下部发生纵向弯曲，减少抽油杆的断脱事故。抽油杆扶正器用于斜井和丛式井，使抽油杆处于油管中心，不直接与油管接触，减少抽油杆的磨损、振动和弯曲。还有用于减少抽油杆振动的减振器、防止抽油杆接箍旋松的防脱器等。26光杆刮蜡器滚轮式扶正器特种抽油杆1、超高强度抽油杆2、玻璃钢抽油杆主要特点：重量轻；耐腐蚀；可实现超冲程；不能受压3、空心抽油杆4、连续抽油杆5、柔性抽油杆30第二节抽油机悬点运动1、简谐运动当r／l→0及r/b→0时，B点的运动简化为简谐运动，且与C点的运动规律相同，而A点的运动与B点成比例关系SB=r(1-cosωt)SA=SBa/b)cos1(rbasAsinrbavAcos2rbaaA31上冲程的前半冲程为加速运动，加速度为正；后半冲程为减速运动。下冲程只是改变了运动方向，前半冲程仍为加速运动；后半冲程仍为减速运动。上下死点（θ=0°,180°）加速度最大：2rbaaA运动分析32若0r/l1/4，B点绕游梁支点的弧线运动近似看作直线运动，则抽油机的运动可简化为曲柄滑块机构的运动。令λ=r/l，悬点的运动规律为XB2rB’BDO’θψlrB”CBOrlBOBOBBXB'''''coscos''lrBCCOBOθ)cos1(1)cos1()cos1()cos1()coscos(θθθrlrlrrlXB2、曲柄滑块机构模型33θsinsinlrθ222sin1sin1cos)sin11(1)cos1(22θθrXB2sin1)sin12222θθ)sin2cos1(2θθrXBB点位移：baXSBAXB2rB’BDO’φψlrB”C34)sin2cos1(2rbasA)2sin2(sinrbavA)2cos(cos2rbaaA在θ=0°和θ=180°（下、上死点）处悬点的最大加速度:lrSrbaa12)1(220max0lrSrbaa12122180max0下死点上死点353、精确分析)(2)(arccos)1(2222TRPKTRPCKTT为机型指数，常规型取1，前置型取－1。曲柄初相角362222222)(2arccos)cos(2GHIKCJPJCDKRRKJ)sin(arcsinDJRCKTRPKCb2arccos222CKTRPKCt2)(arccos222D为曲柄旋转方向指数（规定以悬点处于下死处，曲柄背向支架旋转取1，曲柄指向支架旋转取－1。37)()(bbATADTAsTAssdtdddsvAAAA)()(TAsdtddsdaAAA222222TAsddsFTAA悬点位移对曲柄转角θ变化率dsA/dθ是抽油机减速器曲柄轴扭矩计算的重要特性参数，即扭矩因数(TorqueFactor)运动分析38运动分析二FEFOEOsinsinsinRFOFOsinsinsinsinsinsinEFFFFORREOCC瞬心两构件上的瞬时等速重合点。OFBDEαβRCθ在OBF三角形内，正弦定理得在ODE三角形内，正弦定理得sinsinEOCGA39sinsinGEARvrwDTACsinsinEARC悬点速度为扭矩因数为2DOFBDEαβRCθGA222arccos2CPJCPβsinsinAAvARTFDTwC23sincossinsincossinsinARCDARKTCPP40三种模型比较曲柄滑块机构模型是常用的模型，可用于一般的计算和分析。而简谐运动模型只能用于粗略估算和简单分析。41常规型抽油机悬点运动规律42前置型抽油机悬点运动规律43第三节抽油机悬点载荷一、悬点静载荷及其理论示功图1.上冲程悬点静载荷在上冲程中，游动阀关闭，柱塞上下流体不连通。产生悬点静载荷的力包括抽油杆柱重力和柱塞上、下流体压力。441)抽油杆柱重力（抽油杆柱在空气中的重力)prrrgLAW2)作用于柱塞上部环形面积上的流体压力（泵排出压力）PLtogLpp3)作用于柱塞底部的流体压力（泵吸入压力）vsipppisCLppphg45上冲程悬点静载荷1()()()()jroPriprtLPprCLprLPprtprCLpWWpAApAWpgLAAphgAWgLAApAAphgA()LLPprWgLAA令1()()''jrLrrPLPprrLPrLPprL上冲程悬点静载荷可简化为忽略抽油杆柱在井液中的重力，kN；动液面深度全柱塞面积上的液柱载荷，kN。462.下冲程悬点静载荷rtrjApWW2下冲程游动阀打开，柱塞上下液体连通；固定阀关闭，液柱载荷作用在油管上。故下冲程悬点静载荷为抽油杆在液体中的重力。rjWW2忽略井口回压造成的悬点载荷473.多级抽油杆柱的重力抽油杆柱在空气中的重力为：prprrrLqgLAWqr为每米抽油杆柱在空气中的重力。对于组合杆柱，采用平均值计算imirirqq1prrpLrrLqAgLW)('rrLrqq)/1(抽油杆柱在液体中的重力为：m——组合杆柱的总级数；qri——第i级抽油杆柱每米自重，kN/m；εi——第i级杆柱长度与杆柱总长度之比值