采油工程第三章有杆泵采油1-3

第三章有杆泵采油机械采油：利用不同形式的井下泵，人工补充机械能举油。机械采油有杆泵采油无杆泵采油地面:抽油机地下:抽油泵中间:抽油杆抽油装置第一节有杆泵抽油装置一.抽油机分类游梁式无游梁式图3-2抽油机结构简图1—刹车装置；2—电动机；3—减速箱皮带轮；4—减速箱；5—输入轴；6—中间轴；7—输出轴8—曲柄；9—曲柄销；10—支架；11—曲柄平衡块；12—连杆；13—横梁尾轴；14—横梁；15—游梁平衡块；16—游梁；17—游梁轴；18—驴头19—悬绳器；20—底座。电动机减速机构换向机构辅助机构1、游梁式抽油机的结构和工作原理1、游梁式抽油机的结构和工作原理游梁式抽油机主要由动力设备、减速机构、换向机构、和辅助装置四大部分组成。动力设备一般用电动机产生动力。由皮带轮、皮带、减速器构成的减速机构，把动力机的高速旋转，转变成曲柄轴（即减速器输出轴）的低速旋转，由曲柄、连杆、游梁、机架构成的四连杆机构把曲柄轴的旋转运动转变为驴头的上下摆动挂在驴头上的钢丝绳（也称绳辫子或毛辫子）通过悬绳器与抽油杆柱连接把驴头的弧形摆动变成抽油杆柱的上下往复直线运动。常规型前置型变形游梁2、游梁式抽油机的类型支架在驴头和曲柄连杆之间，曲柄轴位于游梁尾轴承正下方。极位夹角为零。上、下冲程时间相等。常规型曲柄连杆和驴头在支架前面。存在平衡相位角和极位夹角，15°左右。上、下冲程时间不等，降低了上冲程的v、a和动载荷及减速箱的最大扭距和需要的电机功率。节能。前置型调径变矩抽油机变形型异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁。长冲程、节能及改善抽油机的结构特性和受力状态。异相型：减速箱背离支架后移。存在平衡相位角。上下冲程时间不相等。井口在右侧为准，曲柄顺时针旋转。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3、游梁式抽油机型号和规格代号CYJ12—3.3—70（H）BCYJ—常规型CYJQ—前置型CYJY—异相型平衡方式代号F—复合平衡Y—游梁平衡B—曲柄平衡Q—气动平衡减速箱齿轮形状代号，H为点啮合双圆弧齿轮，渐开线人字齿轮时省略曲柄轴最大允许扭矩，KN·m光杆最大冲程，m悬点最大允许载荷，10KN游梁式油机系列代号无游梁：是为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标，特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。皮带抽油机的特点(1)长冲程（7.3米）(2)节能1—天车滑轮；2—上钢丝绳；3—上链轮；4—往返架；5—特殊链节；6—轨迹链条；7—主动链轮；8—减速箱；9—皮带传动；10—电机；11—平衡气缸；12—平衡柱塞；13—平衡链条；14—平衡链轮；15—油底壳；16—底座；17—机架；18—导轨；19—滑块；20—主轴销；21—悬绳器；22—光杆主要由六大系统组成：（1）动力传动系统（2）换向系统（3）平衡系统（4）悬重系统（5）润滑系统（6）电控系统链条式抽油机图3-8链条式抽油机结构示意图1—天车滑轮；2—上钢丝绳；3—上链轮4—往返架；5—特殊链节；6—轨迹链条7—主动链轮；8—减速箱；9—皮带传动10—电机；11—平衡气缸；12—平衡柱塞13—平衡链条；14—平衡链轮15—油底壳；16—底座；17—机架；18—导轨19—滑块；20—主轴销；21—悬绳器；22—光杆1.链条式抽油机的结构常用的链条式抽油机型号有LCJ12—5—13HQ和LCJ12—6—13HQ，其结构如图3-8所示，主要由六大系统组成：（1）动力传动系统由电动机、皮带轮、皮带、减速器、联轴器、刹车、下链轮等组成，由电动机提供动力，通过皮带轮和减速器的减速，把电动机的高速旋转变为减速箱输出轴的低速旋转，通过联轴器带动下链轮低速转动。（2）换向系统由上下链轮、轨迹链条、往返架等组成。往返架由滑块、滑杠、托架、滚轮等组成。滑块上的主轴销与轨迹链条上的特殊链节组装在一起，随轨迹链条绕两个链轮回转，在两链轮之间时，滑块上的主轴销随特殊链节拉动滑杠托架，使托架上的滚轮沿导轨上下滚动，往返架上下平动。当主轴销、特殊链节绕过链轮时，滑块一边带动滑杠上下平动，一边在滑杠上左右滑动，因而将主轴销、特殊链节的圆周运动变为往返架的上下往复直线运动。（3）平衡系统由平衡气缸、平衡活塞、平衡链轮、储能气包、压缩机等组成。用压缩机向储能气包中充入一定压力的空气，下冲程时，往返架通过平衡链条和平衡链轮带动平衡活塞向上运动压缩气缸和储能气包中的空气储存能量，上冲程时储能气包中的空气进入平衡气缸，向下推动平衡活塞，通过平衡链轮、平衡链条向下拉动往返架，帮助电机对悬点做功。（4）悬重系统由机架、天车滑轮、悬绳器和钢丝绳等组成。起支撑载荷，连接往返架和抽油杆柱等作用。（5）润滑系统由底座、油底壳，小油包和齿轮油泵等组成。起润滑链条、导向轮，导轨、链轮、滑块、滑杠等活动部件的作用。（6）电控系统由电控柜、电缆等组成。起控制输送电能的作用。2.链条式抽油机的特点链条式抽油机的主要特点是冲程长，冲数低，适用于深井和稠油开采且动载荷小，平衡程度好，比同载荷等级的游梁式抽油机节电约30%以上系统效率高。结构紧凑，比游梁式抽油机节约钢材约60%。二、抽油泵抽油泵是有杆泵抽油系统中的主要设备1、泵的结构四大部分泵筒吸入阀(固定阀)活塞排出阀(游动阀)特点：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。应用范围：下泵深度不大、产量较高的井。（1）管式泵：是把外筒、衬套和吸入阀在地面组装好后，接在油管下部先下入井中，然后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。2、泵的类型按泵在井下的固定方式分为：管式泵和杆式泵按泵的用途分为：常规泵、稠油泵、防砂泵、防气泵（2）杆式泵：是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，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。特点：检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；排量小。适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井泄油器泵筒总成旋转脱接器柱塞总成油流方向固定阀总成脱接器在柱塞总成上的外观图柱塞总成与固定阀的对接外观图泵井下安装结构示意图每分钟内完成上、下冲程的次数称为冲次，用n来表示。悬点在上、下死点间的位移称为光杆冲程，用S来表示。活塞在上、下死点间的位移称为活塞冲程，用Sp来表示3、泵的工作原理：活塞在泵筒内随着抽油杆柱作往复运动。活塞上行称为上冲程。活塞下行称为下冲程。活塞上下运动一次称为一个冲程(1)上冲程抽油杆柱带动活塞向上运动。游动阀关闭，泵内由于容积增大而压力降低。固定阀在沉没压力作用下被打开，原油被吸入泵内，泵为吸入过程。井口排出了相当于活塞冲程长度的一段油。沉没压力：作用在泵上的环形空间液柱压力。沉没度：泵沉没在动液面以下的深度。泵的吸入条件是：泵内压力低于沉没压力(2)下冲程抽油杆柱带动活塞下行。固定阀关闭，活塞挤压泵中液体，使泵内压力升高，当泵内压力升高到大于活塞以上液柱压力时，游动阀被顶开，泵内液体排向油管而井口排出少量的原油。泵排出液体的条件是：泵内压力高于活塞以上的液柱压力3、泵的理论排量活塞上行在泵内让出容积井内液体进泵泵内液体排出泵工作过程有三个基本环节假设活塞冲程等于光杆冲程，上冲程吸入泵内的全是液体，并且其体积等于活塞让出容积，而这些液体全部都能排到地面没有漏失，在这种理想条件下:sfVP活塞上下一次，向上抽汲的液体体积为：Pf224/mDfP，＝式中：——活塞截面积，D——泵径，m；s——光杆冲程，m。snfVPmsnfQPt1440lPmsnfQ1440tQmQl每分钟排量为n——冲数，r/min。式中——泵的体积理论排量，m3/d；——泵的质量理论排量，t/d；——抽汲液体的密度，t/m3。每日体积排量为每日质量排量为练习题：某抽油井泵径Φ56mm，光杆冲程1.8m，冲数9r/min，求泵的理论排量。泵的理论排量三、抽油杆1、光杆：其上端通过悬绳器与钢丝绳（毛辫子）和驴头连接，下部与井下抽油杆连接，并同井口盘根盒配合密封井口。连接抽油机与抽油泵，并把抽油机的动力传递给抽油泵根据抽油杆在杆柱中起的作用，抽油杆又可分为光杆、普通抽油杆和加重杆。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、抽油杆常用的抽油杆直径有四种，单位为毫米（mm）(in)，分别为Φ16（5/8），Φ19(3/4)，Φ22(7/8)，Φ25(1)钢制实心抽油杆玻璃钢抽油杆空心抽油杆连续抽油杆常规抽油杆基本技术参数公称直径，mm（in）16（5/8）19(3/4)22(7/8)25(1)抽油杆截面积，cm22.012.843.804.91长度，mm8000800080008000质量（不带接箍），kg12.9318.2924.5031.65质量（带接箍），kg/m1.6652.3503.1364.091螺纹长度，mm29353545每吋螺纹数10101010方形段mm方形边长22272732长度38383838加大过渡部分长，mm22222222接箍外经，mm38±0.442±0.446±0.455±0.4长度，mm80±180±180±1100±1质量，kg/个0.440.530.621.12抽油杆柱在向下运动时，由于阻力和浮力作用，抽油杆发生弯曲，为改善抽油杆柱的工作状况，延长抽油杆柱的工作寿命，采用在泵以上几十米的杆柱直径加粗，称为加重杆。加重杆的结构如图所示，是两端带抽油杆螺纹的实心圆钢杆，一端车有吊卡颈和打捞颈，杆身直径有Φ35、Φ38、Φ51mm三种。3.加重杆图3-17悬绳器结构示意图1—光杆；2—钢丝绳；3，9—楔形卡4—夹紧套；5—上扳；6—锥形座；7—千斤螺丝；8—下扳图3-18光杆密封装置结构示意图1—密封盒压帽；2—密封圈压盖；3—胶皮密封圈；4—垫圈；5—胶皮闸门；6—密封胶皮7—主体4、悬绳器悬绳器是连接光杆与毛辫子的工具。悬绳器在抽油机工作时，承担整个工作载荷，在测示功图时安装测试传感器。四、井口装置1.组成：抽油井井口装置由套管头、油管头，抽油三通和光杆密封器（盘根盒）组成。正常抽油时，胶皮闸门打开，上部盘根盒里的胶皮盘根抱住光杆，起密封井口和防喷的作用。当更换上部密封盘根时，关闭下部的胶皮闸门，起临时密封井口的作用。抽油井口装置示意图2.井口流程双管掺水井口装置及流程对于开采稠油井和位于寒冷地区油田的油井需要在井口掺热水加温输送地面原油，采用双管掺水井口装置与地面流程。悬点：抽油杆通过悬绳器及毛辫子连接在驴头上的悬挂点。运动规律：位移S、速度v、加速度a的变化规律第二节抽油机悬点运动规律悬点运动可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动四连杆机构固定杆：游梁支点与曲柄轴中心的连线游动杆：曲柄、连杆、游梁后臂一、简化为简谐运动时的悬点运动规律条件：r/l→0r/b→0点B的运动可以看作简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆周运动时在垂直中心线上的投影（C点）的运动规律相同，即B点和C点的运动规律相同。B点经过时间t时的位移为：Bs)cos1(cosrrrssCBC0驴头在下死点曲柄垂直向上As)cos1(rbasbasBA根据相似三角形关系可知，悬点位移为：srbasA22srba当悬点在上死点时，，可得A点的位移A点的速度A点的加速度t)cos1(2ssAcos22saAsin2svA上、下冲程的中点,00Av上、下死点处2max2sa23,22maxsv0Aa加速度的最大值发生在上下死点处，其方向是：下死点方向向上上死点方向向下0maxamaxamaxamaxa000maxv上冲程下冲程上、下冲程的中点,00Av上、下死点处2max2sa23,22maxsv0Aa其简化条件为：r/l1/4；B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动。令lr/二、简化为曲柄滑块机构时的悬点运动规律)2sin2(sinrbavA)2cos(cos2rbaaA)2