油气开采第九章课件

油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第九章 有杆泵采油方法第三章第三章有杆泵采油有杆泵采油 游梁式有杆泵采油游梁式有杆泵采油:其结构其结构简单、适应性强和寿命长简单、适应性强和寿命长 地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油 掌握抽油装置和泵的工作原理掌握抽油装置和泵的工作原理 影响泵效的因素及提高泵效的措施影响泵效的因素及提高泵效的措施 深井泵工作状况分析方法深井泵工作状况分析方法 本章内容本章内容 油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n n抽油装置n n用的最广泛的是游梁式深井泵抽油装置用的最广泛的是游梁式深井泵抽油装置用的最广泛的是游梁式深井泵抽油装置用的最广泛的是游梁式深井泵抽油装置第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n n抽油装置n组成：三抽为主（三抽为主（抽油机，抽油杆，抽油泵）抽油机，抽油杆，抽油泵）+辅助装置辅助装置第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n抽油机（主要是地面设备）游梁式抽油机是通过游梁与曲柄连杆机构将曲柄游梁式抽油机是通过游梁与曲柄连杆机构将曲柄的圆周运动转变为驴头的上、下摆动。按结构不的圆周运动转变为驴头的上、下摆动。按结构不同可将其分为同可将其分为常规型常规型和和前置型前置型两类。为了提高冲两类。为了提高冲程、节约能源及改善抽油机的结构特性和受力状程、节约能源及改善抽油机的结构特性和受力状态，国内外还出现了许多变形抽油机。态，国内外还出现了许多变形抽油机。第九章第一节分类游梁无游梁油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n常规型游梁式抽油机 第九章第一节目前油田目前油田用的最多用的最多 油油油油 气气气气 开开开开 采采采采常规型：常规型：支架在驴头和曲柄连杆之支架在驴头和曲柄连杆之间，上、下冲程时间相等。间，上、下冲程时间相等。前置型：前置型：减速箱在支架的前面，缩短了减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，减小了抽油机的规格尺寸，游梁的长度，减小了抽油机的规格尺寸，上、下冲程时间不等，从而降低了上冲上、下冲程时间不等，从而降低了上冲程的程的v、a和动载荷及减速箱的和动载荷及减速箱的 和需和需要的电机功率。要的电机功率。变形：变形：异相型、旋转驴头式、大轮式以异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁。提高冲程、节约能源及六杆式双游梁。提高冲程、节约能源及改善抽油机的结构特性和受力状态及改善抽油机的结构特性和受力状态 游梁油油油油 气气气气 开开开开 采采采采支架在驴头和曲柄连杆之间，上、下冲程时间相等。支架在驴头和曲柄连杆之间，上、下冲程时间相等。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采减速箱在支架减速箱在支架的前面，缩短的前面，缩短了游梁的长度，了游梁的长度，减小了抽油机减小了抽油机的规格尺寸，的规格尺寸，上、下冲程时上、下冲程时间不等，从而间不等，从而降低了上冲程降低了上冲程的的v、a和动载和动载荷及减速箱的荷及减速箱的 和需要的电机和需要的电机功率。功率。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n无游梁式抽油机 为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围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。程低冲次，适合于深井和稠油井采油。目目前，无游梁式抽油机主要有：链条式、增前，无游梁式抽油机主要有：链条式、增距式和宽带式抽油机。距式和宽带式抽油机。第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n深井泵（抽油泵）n抽油泵是有杆泵抽有系统中的主要设备。主要由工作筒(外筒和衬套)、活(柱)塞及阀(游动阀和固定阀)组成，见下图所示。游动阀又称为排出阀；固定阀又称为吸入阀。抽油泵按其结构不同可分为管式泵管式泵和杆式泵杆式泵。第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n深井泵分类第九章第一节组成组成分类（按结构）分类（按结构）分类（按用途）分类（按用途）工作筒（外筒工作筒（外筒+衬套）衬套）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，特种泵（防砂泵，防气泵等）防气泵等）阀（游动阀、固定阀，阀（游动阀、固定阀，或称排出和吸入阀）或称排出和吸入阀）油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n管式泵n n管式泵管式泵管式泵管式泵 是把外筒和衬套在地面组装好后，接在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，然后投入固定阀，最后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筒内。把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。n n特特特特 点点点点 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。n n应用范围应用范围应用范围应用范围 下泵深度不大、产量较高的井。下泵深度不大、产量较高的井。第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n杆式泵n n杆式泵杆式泵杆式泵杆式泵是是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱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。在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。n n特特特特 点点点点 检泵不需起出油管，检泵方便；结构检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；排量小。复杂，制造成本高；排量小。n n应用范围应用范围应用范围应用范围 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 。第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n光杆与抽油杆光杆与抽油杆n光杆：光杆：联接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井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。口盘根盒配合密封井口。第九章第一节普通型普通型普通型普通型两端可互换，当一端磨损后可换另一两端可互换，当一端磨损后可换另一两端可互换，当一端磨损后可换另一两端可互换，当一端磨损后可换另一端使用端使用端使用端使用 一端墩粗型一端墩粗型一端墩粗型一端墩粗型联接性能好，但两端不能互换。联接性能好，但两端不能互换。联接性能好，但两端不能互换。联接性能好，但两端不能互换。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n抽油杆抽油杆n普通型抽油杆：普通型抽油杆：结构简单、制造容易、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。n玻璃纤维抽油杆：玻璃纤维抽油杆：耐腐蚀，寿命长；重量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超冲程，有利于提高泵效。n空心抽油杆：空心抽油杆：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、高凝固点的稠油井。第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n泵的工作原理泵的工作原理n悬点(或活塞)在上、下死点间的位移，称为光杆光杆冲程冲程(或活塞冲程或活塞冲程)，用S(或Sp)来表示。n活塞上下运动一次称为一个冲程一个冲程，分为上冲程上冲程和下冲程下冲程，在一个冲程内完成进油和排油，在一个冲程内完成进油和排油。n每分钟内完成上、下冲程的次数称为冲次冲次，用n来表示。第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n泵的工作原理泵的工作原理第九章第一节冲程冲程上冲程：上冲程：抽油杆抽油杆柱带动活塞向上柱带动活塞向上运动。游动阀关运动。游动阀关闭，泵内压力降闭，泵内压力降低。固定阀在低。固定阀在沉沉没压力没压力与泵内压与泵内压力构成的压差作力构成的压差作用下，克服重力用下，克服重力而被打开，原油而被打开，原油进泵而井口排油。进泵而井口排油。下冲程：下冲程：抽油抽油杆柱带动活塞杆柱带动活塞向下运动。固向下运动。固定阀关闭，游定阀关闭，游动阀打开，当动阀打开，当泵内压力升高泵内压力升高到大于活塞以到大于活塞以上液柱压力和上液柱压力和游动阀重力时，游动阀重力时，游动阀被顶开，游动阀被顶开，泵内液体排向泵内液体排向油管。油管。沉没压力：作用在泵上的环沉没压力：作用在泵上的环形空间液柱压力。形空间液柱压力。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n上冲程上冲程n如果活塞上提之前油管内已充满液体，在井口将排出相当如果活塞上提之前油管内已充满液体，在井口将排出相当于活塞冲程长度的一段液体。于活塞冲程长度的一段液体。n原来作用在固定阀上的油管内的液柱将从油管转移到活塞原来作用在固定阀上的油管内的液柱将从油管转移到活塞上，从而引起上，从而引起抽油杆柱的伸长和油管的缩短抽油杆柱的伸长和油管的缩短n驴头上承受的驴头上承受的静载荷为抽油杆柱质量加上活塞以上的液柱静载荷为抽油杆柱质量加上活塞以上的液柱质量质量n上冲程是泵内吸入液体而井口排出液体的过程，造成泵吸上冲程是泵内吸入液体而井口排出液体的过程，造成泵吸入的条件是泵内压力（吸入压力）低于沉没压力入的条件是泵内压力（吸入压力）低于沉没压力第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第一节 抽油装置及泵的工作原理n下冲程下冲程n由于有相当于活塞冲程长度的一段光杆从井外进由于有相当于活塞冲程长度的一段光杆从井外进入油管，将排挤出相当于这段光杆体积的液体。入油管，将排挤出相当于这段光杆体积的液体。n原来作用在活塞上的液柱质量转移到固定阀上，原来作用在活塞上的液柱质量转移到固定阀上，从而引起从而引起抽油杆柱的缩短和油管的伸长抽油杆柱的缩短和油管的伸长n下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液体的条件是泵内压力（排出压力）高于活塞以上体的条件是泵内压力（排出压力）高于活塞以上的液柱压力的液柱压力第九章第一节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第二节 泵效的影响因素及提高措施n泵的理论排量泵的理论排量n理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体都等于活塞让出的体积：液体都等于活塞让出的体积：n每日的排量为：每日的排量为：第九章第二节与泵径有关的系数与泵径有关的系数油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第二节 泵效的影响因素及提高措施n泵效定义泵效定义第九章第二节 在抽油井生产过程中，泵的实际排量 常小于其理论排量 ，二者的比值称为泵的容容积积效效率率 ，油田通称为泵效泵效，即正常情况下，若泵效为正常情况下，若泵效为0.70.70.80.8，就不错了，就不错了实际情况下，平均泵效低于实际情况下，平均泵效低于0.7 0.7，甚至小于，甚至小于0.3 0.3 油油油油 气气气气 开开开开 采采采采活塞让出体积活塞让出体积油进泵油进泵油从泵内油从泵内排出排出1、抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩、抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩2、气体和充不满的影响、气体和充不满的影响3、漏失、漏失第二节 泵效的影响因素及提高措施n泵效的影响因素泵效的影响因素从泵三个基本工作环节出发：影响泵效的因素主要有:要提高泵效，就必须设法减少上述三个方面的影响油油油油 气气气气 开开开开 采采采采n 抽抽油油杆杆柱柱和和油油管管柱柱的的弹弹性性伸伸缩缩，将将减减小小活活塞塞冲冲程程，因因而而降降低低泵泵效效。活活塞塞冲冲程程小小于于光光杆杆冲冲程程是是造造成成泵泵效效小小于于1的的不不可可避避免免因因素素。抽抽油油杆杆柱柱和和油油管管柱柱的的弹弹性性伸伸缩缩量量越越大大，活活塞塞冲冲程程与与光光杆杆冲冲程程的的差差别别也也就就越越大大，泵泵效效也也就就越越低低。抽抽油油杆杆柱柱所所受受的的载载荷荷性性质质不不同同，则则伸伸缩缩变变形形的性质与程度也不同。的性质与程度也不同。n主主要要有有静静载载荷荷和和动动载载荷荷构构成成，动动载载荷荷由由惯惯性性载荷和振动载荷载荷和振动载荷构成。构成。1.1.抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响油油油油 气气气气 开开开开 采采采采(1)静载荷对活塞冲程的影响静载荷对活塞冲程的影响上上冲程中冲程中：抽油杆加载，油管：抽油杆加载，油管卸载。卸载。1）A B驴头上移，游动阀关闭，抽油杆弹性伸长r。2）B B时油管卸载，缩短t，活塞与衬套无相对位移，固定阀关闭。3）B C吸入阀打开，BC=Sp=S-(r+t)=S-1.1.抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响活塞未动无效位移油油油油 气气气气 开开开开 采采采采下冲程时下冲程时：固定阀立即关闭。：固定阀立即关闭。1）C D,抽油杆卸载，缩短r；2）D D，油管加载，伸长t；3）D E,游动阀打开，DE=Sp=S-(r+t)*实际上，抽油杆和油管的伸缩是同时进行的。实际上，抽油杆和油管的伸缩是同时进行的。由于抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩使活塞冲程小于由于抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩使活塞冲程小于光杆冲程的值，称为光杆冲程的值，称为冲程损失冲程损失。活塞冲程活塞冲程：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 根据广义虎克定律根据广义虎克定律：推导如下：推导如下：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采(2)惯性载荷对活塞冲程的影响惯性载荷对活塞冲程的影响上死点：上死点：aA 最大，向下；最大，向下；Fi最大，向上，杆最大，向上，杆压缩，多向上移动压缩，多向上移动iu；下死点：下死点：aA 最大，向上；最大，向上；Fi最大，向下，杆最大，向下，杆拉长，多向下移动拉长，多向下移动id 活塞冲程比只有静载荷作用时要增加活塞冲程比只有静载荷作用时要增加：由由于于抽抽油油杆杆柱柱上上各各点点的的惯惯性性力力不不同同，故故取取其其平平均值。根据广义虎克定律可得：均值。根据广义虎克定律可得：1.1.抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响油油油油 气气气气 开开开开 采采采采则则油油油油 气气气气 开开开开 采采采采在静载荷和惯性载荷的共同作用下，活塞冲程为：在静载荷和惯性载荷的共同作用下，活塞冲程为：考考虑虑到到弹弹性性波波在在抽抽油油杆杆中中的的传传播播速速度度 ，上上式式还还可写成：可写成：其中：其中：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采证明如下：证明如下：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采*惯性载荷虽然增加惯性载荷虽然增加sp，同时使悬点最大载荷增同时使悬点最大载荷增加，最小载荷降低，杆受力条件变差。所以，不加，最小载荷降低，杆受力条件变差。所以，不采用增加惯性载荷的方法增加采用增加惯性载荷的方法增加sp，即不，即不采用快速采用快速抽汲。抽汲。(3)振动载荷对活塞冲程的影响振动载荷对活塞冲程的影响理理论论分分析析和和实实验验研研究究表表明明：抽抽油油杆杆柱柱本本身身振振动动的的位位相相在在上上、下下冲冲程程中中几几乎乎是是对对称称的的，即即如如在在上上冲冲程程末末抽抽油油杆杆柱柱伸伸长长，则则在在下下冲冲程程末末抽抽油油杆杆柱柱缩缩短短；反之亦然。反之亦然。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采气锁：由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入气锁：由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入阀（固定阀）无法打开而抽不出油，这种现象称阀（固定阀）无法打开而抽不出油，这种现象称为为“气锁气锁”。常用充满系数来表示气体的影响程。常用充满系数来表示气体的影响程度度充满系数充满系数：是指每冲次吸入泵内的原油：是指每冲次吸入泵内的原油(或液体或液体)的体积的体积 与活塞让出容积与活塞让出容积 之比，即之比，即 2.2.气体和充不满的影响气体和充不满的影响油油油油 气气气气 开开开开 采采采采泵的充满系数与泵的充满系数与泵内气油比及泵泵内气油比及泵的结构有关。的结构有关。定义定义 为泵内为泵内的气油比；的气油比；为泵的余隙比；为泵的余隙比；则：则：可导出充满系数表达式为：可导出充满系数表达式为：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采推导过程如下：推导过程如下：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采讨论：讨论：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 抽抽油油泵泵在在工工作作时时，由由于于各各种种原原因因将将产产生生漏漏失失，使使泵效降低。影响泵效的漏失主要有：泵效降低。影响泵效的漏失主要有：1)排排出出部部分分漏漏失失：指指活活塞塞与与衬衬套套的的间间隙隙漏漏失失和和游游动阀漏失，将减少泵内排出的油量。动阀漏失，将减少泵内排出的油量。2)吸吸入入部部分分漏漏失失：指指固固定定阀阀漏漏失失，它它将将会会减减少少进进入泵内的油量。入泵内的油量。3)其其它它部部分分漏漏失失：由由于于油油管管丝丝扣扣、泵泵的的连连接接部部分分及泄油器不严，都将降低泵效。及泄油器不严，都将降低泵效。3.3.漏失的影响漏失的影响油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 泵泵效效的的高高低低，是是反反映映抽抽油油设设备备利利用用率率和和管管理理水水平平的的一一个个重重要要指指标标。泵泵效效同同油油层层条条件件有有相相当当密密切切的的关关系系，因因此此，提提高高泵泵效效的的一一个个重重要要方方面面是是要要从从油油层层着着手手，保保证油层有足够的供液能力。证油层有足够的供液能力。油层：对注水开发油田：加强注水，实施增产措施油层：对注水开发油田：加强注水，实施增产措施 对于井筒方面对于井筒方面:提高泵效应采取下述措施。提高泵效应采取下述措施。第二节 泵效的影响因素及提高措施n泵效的提高措施泵效的提高措施油油油油 气气气气 开开开开 采采采采1.1.选择合理的工作方式选择合理的工作方式 选择合理的工作方式来提高泵效的基本原则是：选择合理的工作方式来提高泵效的基本原则是：1)1)当抽油机已选定，并且设备能力足够大时，在保证当抽油机已选定，并且设备能力足够大时，在保证产量的前提下，应以获得最高泵效为基本出发点来调整产量的前提下，应以获得最高泵效为基本出发点来调整抽汲参数。抽汲参数。2)2)当当产产量量不不限限时时，应应在在设设备备条条件件允允许许的的前前提提下下，以以获获得尽可能大的产量来提高泵效。得尽可能大的产量来提高泵效。调调整整抽抽汲汲参参数数时时，在在保保证证Ap、S和和n的的乘乘积积不不变变(即即理理论论排排量量一一定定)的的条条件件下下，虽虽然然可可以以任任意意调调整整三三个个参参数数，但但当当其其组组合合不不同同时时，冲冲程程损损失失、气气体体的的影影响响及及漏漏失失的的影影响响也也不不同同。此此外外，对对于于深深井井抽抽汲汲时时，要要充充分分注注意意振振动动载载荷影响的荷影响的s和和n配合不利区。配合不利区。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采2.2.使用油管锚使用油管锚使使用用油油管管锚锚将将油油管管下下端端固固定定，则则可可消消除除油油管管变变形形，从从而而减小冲程损失。减小冲程损失。3.3.合理利用气体能量及减少气体影响合理利用气体能量及减少气体影响合理利用套管气合理利用套管气带喷带喷井：利用气能举油，加油井：利用气能举油，加油嘴控制嘴控制不带喷井：稳定液面和产量，不带喷井：稳定液面和产量，减少脱气后引起的油粘度增加减少脱气后引起的油粘度增加正常抽油井：正常抽油井：增加沉没度，或安装气锚以减增加沉没度，或安装气锚以减少气体进泵少气体进泵油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 第三节第三节 抽油泵工况分析抽油泵工况分析 抽抽油油泵泵工工作作状状况况的的好好坏坏，直直接接影影响响抽抽油油井井的的系系统统效效率，因此，需要经常进行分析，以采取相应的措施。率，因此，需要经常进行分析，以采取相应的措施。分析依据分析依据分析依据分析依据：地面实测示功图。：地面实测示功图。示示示示功功功功图图图图：悬悬点点载载荷荷同同悬悬点点位位移移之之间间的的关关系系曲曲线线图图，它它实实际际上上直直接接反反映映的的是是光光杆杆的的工工作作情情况况，因因此此又又称称为为光光杆示功图或地面示功图。杆示功图或地面示功图。实际井将受泵制造质量、安装质量，以及砂、蜡、水、实际井将受泵制造质量、安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，实测示功实测示功实测示功实测示功图的形状很不规则，需对照理论示功图分析图的形状很不规则，需对照理论示功图分析图的形状很不规则，需对照理论示功图分析图的形状很不规则，需对照理论示功图分析。第九章第三节油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 一、一、理论示功图分析理论示功图分析 1.静载荷作用的理论示功图静载荷作用的理论示功图绘制步骤：绘制步骤：1）计算）计算 ，；2）利用力比，减程比，利用力比，减程比，折算折算W，Sp ；3）绘图。绘图。静载荷作用的理论示功图静载荷作用的理论示功图为一平行四边形。为一平行四边形。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采ABC为上冲程静载变化线为上冲程静载变化线:A：下死点，静载下死点，静载Wrl,开开 关，关，关。关。AB：加载线，加载过程，加载线，加载过程，关关 ，关。关。B：加载完毕，加载完毕，关关 ，关关 开开。BC：吸入过程，吸入过程，BC=Sp，关关 ，开。开。C：上死点。上死点。上上冲冲程程游动阀游动阀固定阀固定阀油油油油 气气气气 开开开开 采采采采CDA为下冲程静载变化线为下冲程静载变化线：C：上死点，静载上死点，静载 ，关，关，开开 关；关；CD：卸载线，卸载过程，卸载线，卸载过程，关，关，关；关；D：卸载完毕，卸载完毕，关，关 开，开，关；关；DA：排出过程，排出过程，DA=Sp,开，开，关关（相对位移）；（相对位移）；A：下死点。下死点。下下冲冲程程游动阀游动阀固定阀固定阀*若不计杆管弹性，静载作用下理论示功图为矩若不计杆管弹性，静载作用下理论示功图为矩形。形。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采2.惯性和振动载荷作用的理论示功图惯性和振动载荷作用的理论示功图（1）惯性载荷惯性载荷前前半：由大变小的向下的惯性力，（加载）；半：由大变小的向下的惯性力，（加载）；后半：由小变大的向上的惯性力，（减载）；后半：由小变大的向上的惯性力，（减载）；上上冲冲程程前半：由大变小的向上的前半：由大变小的向上的惯性力，（减载）；惯性力，（减载）；后半：由小变大的向下的后半：由小变大的向下的惯性力，（加载）；惯性力，（加载）；下下冲冲程程油油油油 气气气气 开开开开 采采采采（2）振动载荷）振动载荷叠加在四边形叠加在四边形ABCD上。振动发生在粘性液体中，为上。振动发生在粘性液体中，为阻尼振动，逐渐减弱。另外，由于振动载荷的方向具有阻尼振动，逐渐减弱。另外，由于振动载荷的方向具有对称性，反映在示功图上的振动载荷也是按上、下冲程对称性，反映在示功图上的振动载荷也是按上、下冲程对称的。对称的。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 3.气体影响下的理论示功图气体影响下的理论示功图由由于于气气体体很很容容易易被被压压缩缩，表表现现在在示示功功图图上上便便是是加载和卸载缓慢。呈现明显的加载和卸载缓慢。呈现明显的“刀把刀把”形。形。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采原原因因：在在下下冲冲程程末末余余隙隙内内还还残残存存一一定定数数量量的的溶溶解解气气，上上冲冲程程开开始始后后泵泵内内的的压压力力因因气气体体膨膨胀胀而而不不能能很很快快降降低低，使使吸吸入入阀阀打打开开滞滞后后(B点点)、加加载载缓缓慢。慢。下下冲冲程程由由于于气气体体受受压压缩缩，泵泵内内压压力力不不能能迅迅速速提提高高，排排出出阀阀打打开开滞滞后后(D点点)，因因此此使使得得卸卸载载变变得缓慢得缓慢(CD)。气体影响使泵效降低值为：气体影响使泵效降低值为：充不满的示功图（供液不足，稠油）：下冲程开充不满的示功图（供液不足，稠油）：下冲程开始卸载缓慢，只有活塞遇液面后才开始快速卸载。始卸载缓慢，只有活塞遇液面后才开始快速卸载。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 4.漏失影响下的理论示功图漏失影响下的理论示功图 漏失的影响与漏失程度、运动过程以及抽汲速漏失的影响与漏失程度、运动过程以及抽汲速度有关。即：漏失越严重，对示功图影响越大；度有关。即：漏失越严重，对示功图影响越大；油油油油 气气气气 开开开开 采采采采（1）排出部分漏失（只发生在上冲程）排出部分漏失（只发生在上冲程）1 1）上冲程）上冲程 ：排除阀座封不严，活塞与衬套间隙，使活塞上部：排除阀座封不严，活塞与衬套间隙，使活塞上部液体漏到活塞下部的工作筒内，漏失量岁泵内压力的减少而增大，液体漏到活塞下部的工作筒内，漏失量岁泵内压力的减少而增大，因漏失液体对活塞有向上的因漏失液体对活塞有向上的“顶托顶托”作用，所以悬点载荷不能及时作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值（油上升到最大值（油B BB B）,使加载缓慢。使加载缓慢。2 2）上后半冲程：活塞上行速度减慢，在）上后半冲程：活塞上行速度减慢，在 （C C点），又出现了漏失液体的点），又出现了漏失液体的“顶托顶托”作用，使悬点负荷提前作用，使悬点负荷提前卸载，到上死点时，悬点载荷已降至卸载，到上死点时，悬点载荷已降至C C点。点。有效行程有效行程 ,3)3)当漏失量很大时，由于漏失液体对活塞的当漏失量很大时，由于漏失液体对活塞的“顶托顶托”作用很大，作用很大，上冲程载荷远低于最大载荷上冲程载荷远低于最大载荷ACAC，使吸入阀始终关闭，泵排量为使吸入阀始终关闭，泵排量为0 0。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采（2）吸入部分漏失（只发生在下冲程）吸入部分漏失（只发生在下冲程）下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高，延缓了卸载过程，同时，使排出阀不能及时打提高，延缓了卸载过程，同时，使排出阀不能及时打开。吸入部分漏失造成排出阀打开滞后（开。吸入部分漏失造成排出阀打开滞后（DD）和提前和提前关闭（关闭（AA），），活塞的有效排出冲程：活塞的有效排出冲程：二、二、典型示功图分析典型示功图分析 典型示功图是指某一因素影响十分明显，示功典型示功图是指某一因素影响十分明显，示功图的形状反映了该因素影响的基本特征。尽管实际情图的形状反映了该因素影响的基本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存在一个最主要因素，因此可根据况很复杂，但总是存在一个最主要因素，因此可根据示功图判断泵的工作状况。示功图判断泵的工作状况。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 三、三、抽油井计算机诊断技术抽油井计算机诊断技术 抽抽油油井井计计算算机机诊诊断断技技术术是是将将实实测测地地面面示示功功图图利利用用数数学学的的方方法法，借借助助于于计计算算机机求求出出抽抽油油杆杆柱柱任任一一截截面面上上的的载载荷荷与与位位移移，同同时时绘绘出出井井下下抽抽油油泵泵的的示示功功图图，以以此此判判断并分析抽油泵乃致整个抽油设备的工作状况。断并分析抽油泵乃致整个抽油设备的工作状况。1.诊断技术的理论基础诊断技术的理论基础 把把抽抽油油杆杆柱柱作作为为一一根根井井下下动动态态的的传传导导线线，其其下下端端的的泵泵作作用用为为发发送送器器，上上端端的的动动力力仪仪作作为为接接收收器器。井井下下泵泵的的工工作作状状况况以以应应力力波波的的形形式式沿沿抽抽油油杆杆柱柱以以声声波波速速度度传传递递到到地地面面。把把地地面面记记录录的的资资料料经经过过数数据据处处理理，就就可可定定量量地地推推断断泵泵的的工工作作情情况况。应应力力波波在在抽抽油油杆杆柱柱中中的的传传播播过程可用带阻尼的波动方程来描述过程可用带阻尼的波动方程来描述油油油油 气气气气 开开开开 采采采采2诊断技术的应用诊断技术的应用 把把地地面面示示功功图图数数据据用用计计算算机机进进行行数数字字处处理理后后，由由于于消消除除了了抽抽油油杆杆柱柱的的变变形形和和粘粘滞滞阻阻力力以以及及振振动动和和惯惯性性的的影影响响，将将会会得得到到形形状状简简单单而而又又能能真真实实反反映映泵泵工工作作状况的井下示功图。状况的井下示功图。(a)表表明明理理想想情情况况下下(油油管管锚锚定定、无无气气体体影影响响和和漏漏失失等等)泵泵的的示示功功图图为为一一矩矩形形，长长边边为为活活塞塞冲冲程程，短边为液体载荷。短边为液体载荷。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采(b)为为一一平平行行四四边边形形，由由于于其其存存在在冲冲程程损损失失，表表明明油油管未锚定。管未锚定。(c)为为油油管管锚锚定定，只只有有气气体体影影响响泵泵的的理理论论示示功功图图。活活塞的有效排出冲程为塞的有效排出冲程为 ，泵的充满程度则为，泵的充满程度则为油油油油 气气气气 开开开开 采采采采(d)较气体影响的卸载线陡直，反映出供液不足。较气体影响的卸载线陡直，反映出供液不足。(e)为排出部分漏失为排出部分漏失(f)吸入部分漏失。吸入部分漏失。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 第第七七节节 有有杆杆泵泵采采油油系系统统选选择择设设计计新投产或转新投产或转抽的油井抽的油井 要合理地选择要合理地选择抽油设备抽油设备 油井投产后油井投产后 必须检验设必须检验设计效果计效果 设备的工作设备的工作状况和油层状况和油层工作状况发工作状况发生变化时生变化时 要要对对原原有有的的设设计计进进行调整行调整需要对采油系需要对采油系统选择设计统选择设计 油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 进进行行有有杆杆泵泵采采油油井井的的系系统统选选择择设设计计应应遵遵循循的的原原则是：则是：1）符合油井及油层的工作条件）符合油井及油层的工作条件2）充分发挥油层的生产能力）充分发挥油层的生产能力3）设备利用率较高且有较长的免修期）设备利用率较高且有较长的免修期4）有较高的系统效率和经济效益。）有较高的系统效率和经济效益。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采将有杆泵系统从油层到地面，作为统一的系统来进将有杆泵系统从油层到地面，作为统一的系统来进行合理地选择设计，其步骤为：行合理地选择设计，其步骤为：1)根据油井产能和设计排量确定井底流压；根据油井产能和设计排量确定井底流压；2)根据油井条件确定沉没度和沉没压力；根据油井条件确定沉没度和沉没压力；3)应用多相垂直管流理论或相关式确定下泵深度；应用多相垂直管流理论或相关式确定下泵深度；4)根据油井条件和设备性能确定冲程和冲次；根据油井条件和设备性能确定冲程和冲次；5)根据设计排量、冲程和冲次，以及油井条件选择根据设计排量、冲程和冲次，以及油井条件选择抽油泵；抽油泵；油油油油 气气气气 开开开开 采采采采6)选择抽油杆，确定抽油杆柱的组合；选择抽油杆，确定抽油杆柱的组合；7)选择抽油机、减速箱、电动机及其它附属设备选择抽油机、减速箱、电动机及其它附属设备一、一、井底流压的确定井底流压的确定 井井底底流流压压是是根根据据油油井井产产能能和和设设计计排排量量来来确确定定的的。当当设设计计排排量量一一定定时时，由由油油井井产产能能可可确确定定相相应应排排量量下下的的井井底底流流压压。设设计计排排量量一一般般是是由由配配产产方方案案给给出出的的。由由IPR曲曲线线求流压。求流压。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 二、二、沉没度和沉没压力的确定沉没度和沉没压力的确定 沉沉没没度度是是根根据据油油井井的的产产量量、气气油油比比、原原油油粘粘度度、含含水水率率以以及及泵泵的的进进口口设设备备等等条条件件来来确确定定。确确定定沉沉没没度度的的一一般原则是：般原则是：1)生生产产气气油油比比较较低低（80m3/m3)，并并且且控控制制套套管管压压力力生生产产时，沉没度应保持在时，沉没度应保持在150 m以上；以上；3)当当产产液液量量高高、液液体体粘粘度度大大(如如稠稠油油或或油油水水乳乳化化液液时时)，沉没度还应更高一些，沉没度还应更高一些,大于大于200m.4)装气锚时，沉没度应小些。装气锚时，沉没度应小些。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 当当沉沉没没度度确确定定后后，便便可可利利用用有有关关方方法法计计算算或或根根据据静静液液柱估算泵吸入口压力柱估算泵吸入口压力Pin。Pin=Pc+Ps 三、三、下泵深度的确定下泵深度的确定 当当井井底底流流压压pwf和和泵泵吸吸入入口口压压力力Pin确确定定之之后后，应应用用多多相相管管流流计计算算方方法法，可可求求出出泵泵吸吸入入口口在在油油层层中中部部以以上上的的高高度度Hp，则则下下泵泵深深度度Lp为油层中部深度为油层中部深度Ho减去减去Hp。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 四、四、冲程和冲次的确定冲程和冲次的确定 冲冲程程和和冲冲次次是是确确定定抽抽油油泵泵直直径径、计计算算悬悬点点载载荷荷的的前前提提，选择时应遵循下述原则：选择时应遵循下述原则：1)一一般般情情况况下下应应采采用用大大冲冲程程、小小泵泵径径的的工工作作方方式式，这这样样既既可可以以减减小小气气体体对对泵泵效效的的影影响响，也也可可以以降降低低液液柱载荷，从而减小冲程损失。柱载荷，从而减小冲程损失。2)对对于于原原油油比比较较稠稠的的井井，一一般般是是选选用用大大泵泵径径、大大冲程和低冲次的工作方式。冲程和低冲次的工作方式。3)对对于于连连抽抽带带喷喷的的井井，则则选选用用高高冲冲次次快快速速抽抽汲汲，以增强诱喷作用。以增强诱喷作用。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采4)深深井井抽抽汲汲时时，要要充充分分注注意意振振动动载载荷荷影影响响的的和和配合不利区。配合不利区。5)所所选选择择的的冲冲程程和和冲冲次次应应属属于于抽抽油油机机提提供供的的选选择范围之内。择范围之内。五、五、抽油泵的选择抽油泵的选择 抽抽油油泵泵的的选选择择包包括括泵泵径径、泵泵的的类类型型及及其其配配合合间间隙隙的的选择。选择。泵泵径径是是根根据据前前面面确确定定的的冲冲程程、冲冲次次、配配产产方方案案给给出出的的设设计计排排量量以以及及统统计计给给出出的的泵泵效效，由由计计算算 得得出。出。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 泵泵型型取取决决于于油油井井条条件件：在在1000 以以内内的的油油井井，含含砂砂量量小小于于0.2%，油油井井结结蜡蜡较较严严重重或或油油较较稠稠，应应采采用用管管式式泵泵；产量较小的中深或深井，可采用杆式泵。产量较小的中深或深井，可采用杆式泵。活活塞塞和和衬衬套套的的配配合合间间隙隙，要要根根据据原原油油粘粘度度、井井温温以以及及含砂量等资料来选择，参见表含砂量等资料来选择，参见表101。配合等级配合等级 配合尺寸，配合尺寸，mm mm 适适 用用 条条 件件 一一 级级 0.02-0.07 0.02-0.07 下泵深度大，含砂少，下泵深度大，含砂少，粘度较低的油井粘度较低的油井 二级二级 0.07-0.12 0.07-0.12 含砂不多的油井含砂不多的油井 三三 级级 0.12-0.17 0.12-0.17 含砂多，粘度高的浅井含砂多，粘度高的浅井 表101 活塞与衬套的配合间隙选择油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 六、六、抽油杆的选择抽油杆的选择 抽抽油油杆杆的的选选择择主主要要包包括括确确定定抽抽油油杆杆柱柱的的长长度度、直直径径、组组合合及及材材料料。当当下下泵泵深深度度确确定定后后，抽抽油油杆杆柱柱的的长长度度就就确确定定下下来来。抽抽油油杆杆的的制制造造材材料料决决定定了了抽抽油油杆杆的的强强度度及及其其它它性性能，应根据油井中的流体性质和井况来确定。能，应根据油井中的流体性质和井况来确定。不不同同直直径径抽抽油油杆杆的的组组合合，应应保保证证各各种种杆杆径径的的抽抽油油杆杆在在工工作时都能够满足强度要求。作时都能够满足强度要求。1.抽油杆强度校核方法抽油杆强度校核方法 抽抽油油杆杆强强度度校校核核是是保保证证抽抽油油杆杆安安全全工工作作的的前前提提条条件件，其校核方法有其校核方法有计算法计算法和和图表法图表法两类。两类。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采(1)计算法（奥金格疲劳强度公式）计算法（奥金格疲劳强度公式）不不同同部部位位均均有有破破坏坏，抽抽油油杆杆柱柱在在工工作作时时承承受受着着交交变变负负荷荷，因因此此，抽抽油油杆杆受受着着由由最最小小应应力力 到到最最大大应力应力 变化的非对称循环应力作用。变化的非对称循环应力作用。非对称循环应力条件下的抽油杆强度条件为：非对称循环应力条件下的抽油杆强度条件为：其中其中：式中 ，分别为抽油杆柱的折算应力、循环应力的应力幅值；非对称循环疲劳极限应力，亦即抽油杆的许用应力，它与抽油杆的材质有关。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 例101 已知泵径为70 mm，冲程s=2.7 m，冲次n=9min-1，井液密度=960 kg/m3。如采用7/8 in、许用应力为90N/mm2的抽油杆，试求其最大下入深度(r/l=0.20)。解：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 计计算算结结果果表表明明：该该例例抽抽油油杆杆的的最最大大下下入入深深度度为为915.52 m。如如继继续续增增加加下下入入深深度度，则则该该直直径径抽抽油油杆杆将将不不能能满满足足强强度度要要求求，需需要要换换大大直直径径抽抽油油杆杆。这这样样，既既浪浪费费了了抽抽油油杆杆，又又增增加加了了悬悬点点载载荷荷。为为此此，往往往往采用上粗下细的多级组合抽油杆。采用上粗下细的多级组合抽油杆。选选择择组组合合抽抽油油杆杆时时，要要遵遵循循等等强强度度原原则则，即即要要求求各级杆柱上部断面上的折算应力各级杆柱上部断面上的折算应力 相等。相等。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 (2)图图表表法法(修修正正古古德德曼曼图图(Googman)的的法法)图图中中阴阴影影区区为为安安全全区区，其其条件为条件为:式中式中 抽油杆许用抽油杆许用最大应力，计算式为：最大应力，计算式为：式式中中 ,最最大大应应力力和和最最小小抗抗张张强强度度；抽油杆使用系数，可参考表抽油杆使用系数，可参考表102。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采*考虑抽油杆因素等而附加的系数小于等于考虑抽油杆因素等而附加的系数小于等于1。表 10-2 抽油杆的使用系数 使使 用用 介介 质质 API D API D 级杆级杆 API C API C 级杆级杆 无腐蚀性无腐蚀性 1 100 00 1.001.00 矿矿 化化 水水 0.900.900.650.65含硫化氢含硫化氢 0.700.700.500.50 修修正正古古德德曼曼图图实实质质：它它给给出出的的是是许许用用应应力力范范围围，常用应力范围比来衡量抽油杆柱使用情况。常用应力范围比来衡量抽油杆柱使用情况。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采一般要求一般要求 小于小于100，并具有较高的值，以提高，并具有较高的值，以提高抽油杆的利用率。抽油杆的利用率。2.抽油杆组合的确定步骤抽油杆组合的确定步骤（看书）（看书）通通常常人人们们把把确确定定抽抽油油杆杆柱柱组组合合称称为为抽抽油油杆杆柱柱设设计计，其具体设计计算步骤为：其具体设计计算步骤为：1)根根据据下下泵泵深深度度及及泵泵径径，假假设设一一液液柱柱载载荷荷Wlk；2)给最大和最小载荷分别赋初值：给最大和最小载荷分别赋初值：；3)给给定定最最下下级级抽抽油油杆杆直直径径 ，取取计计算算段段长长度度为为 ，以以抽抽油油泵泵为为计计算算段段的的起起点点，其其距距油油层层中中部部的的高高度度为为 ；油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 4)计计算算段段上上端端距距油油层层中中部部的的高高度度为为 ，则则该该计算段的中心距油层中部的高度为计算段的中心距油层中部的高度为 ；5)计计算算该该段段中中心心处处的的井井温温 以以及及原原油油与与混混合合物物的的粘粘度；度；6)求求该该段段的的最最大大载载荷荷增增量量 和和最最小小载载荷荷增增量量 ，并进行累积：并进行累积：；7)校校核核该该段段抽抽油油杆杆，如如不不满满足足强强度度，则则将将抽抽油油杆杆直直径径增增大大为为 ，返返回回步步骤骤4)重重新新计计算算该该段段；如如满满足足强强度度条条件件，则则取取起起点点 ，返返回回步步骤骤4)继继续续计计算算上上一一段段，直直到到井井口为止；口为止；油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 8)计计算算液液柱柱载载荷荷 ，并并与与假假设设的的液液柱柱载载荷荷 比比较较，如如满满 足足 精精 度度 要要 求求，则则 计计 算算 结结 束束；否否 则则 重重 新新 假假 设设 液液 柱柱 载载 荷荷 ，返回步骤，返回步骤2)再次计算。再次计算。七七、抽抽油油机机、减减速速箱箱、电电动动机机及及其其它它附附属属 设备的选择设备的选择 选选择择抽抽油油机机时时，要要 ,所所选选择择的的抽抽油油机机能能够够提提供前面确定的冲程冲次。供前面确定的冲程冲次。选择减速箱时，要选择减速箱时，要 。选择电动机时，要选择电动机时，要 。其其它它附附属属设设备备要要根根据据油油井井具具体体情情况况和和某某些些特特殊殊要要求求进进行行选选择择.此此外外，还还要要考考虑虑这这些些设设备备应应满满足足以以后后调调参参以以及及油油井井条件变化的需要。条件变化的需要。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第九节第九节 有杆泵系统设计计算的有杆泵系统设计计算的API API RP 11LRP 11L方法方法（自学）1954年，美国成立了一个非营利的有杆泵抽油研究公司，由中西部研究院在模拟计算机上完成了一系列研究。该方法是在归纳，总结电模拟研究成果的基础上提出的，于1967年公开发表。RP 11LRP 11L方法的计算内容包括：方法的计算内容包括：Sp,Sp,泵排量泵排量Q,Q,光杆光杆最大载荷和最大扭矩，光杆马力和有效平衡值最大载荷和最大扭矩，光杆马力和有效平衡值CeCe.一、一、基本假设基本假设 1)1)普通型游梁式抽油机；普通型游梁式抽油机；油油油油 气气气气 开开开开 采采采采2)低滑差，即转数随负载变化很小的硬特性电动机；低滑差，即转数随负载变化很小的硬特性电动机；3)模拟的是上粗下细的级次杆；模拟的是上粗下细的级次杆；4)泵完全充满泵完全充满(没有气体影响没有气体影响)；5)井下摩擦正常；井下摩擦正常；6)假定油管是锚定的；假定油管是锚定的；7)抽油机是完全平衡的，并且假定传动效率为抽油机是完全平衡的，并且假定传动效率为100；8)未考虑具体抽油机的几何特性；未考虑具体抽油机的几何特性；9)计计算算最最大大扭扭矩矩时时，认认为为最最大大、最最小小载载荷荷发发生生在在曲曲柄柄位位于于 75度和度和285度处。度处。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 二、二、基本示功图基本示功图图10-35最大载荷相当于载荷Wr相当于Wl最小载荷油油油油 气气气气 开开开开 采采采采F1=F2+上冲程最大动载；上冲程最大动载；F2=下冲程最大动载；下冲程最大动载；No 抽油杆柱的固有频率；抽油杆柱的固有频率；N 冲次。冲次。三、三、量纲量纲1的自变量的自变量 1)(或或 )，无无量量纲纲冲冲次次。它它是是冲冲次次与与抽抽油油杆杆柱柱的的固固有有频频率率之之比比。其其中中，为为单单级级抽抽油油杆杆柱柱固固有有振振动动频频率率，；为为多多级级抽抽油油杆杆柱柱的的固固有有振振动动频频率率，。的的值一般在值一般在11.2之间。之间。2)，无量纲液柱载荷。，无量纲液柱载荷。Kr为为抽抽油油杆杆柱柱弹弹簧簧常常数数，(抽抽油油杆杆长长度度L等等于于下泵深度下泵深度Dp)。，油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 四、四、量纲量纲1的因变量的因变量 1)，用用来来计计算算光光杆杆最最大大载载荷荷的的量量纲纲1的的最最大大动动载荷函数；载荷函数；2)，用用来来计计算算光光杆杆最最小小载载荷荷的的量量纲纲1的的最最大大动动载荷；载荷；3)，用来计算最大扭矩的量纲，用来计算最大扭矩的量纲1的扭矩；的扭矩；4），用来计算光杆功率的量纲，用来计算光杆功率的量纲1的载荷；的载荷；5），用来计算活塞冲程的量纲，用来计算活塞冲程的量纲1的活塞冲程。的活塞冲程。五、计算方法五、计算方法油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采基本思路：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采第五节 抽油机曲柄轴扭矩及电机功率计算抽油机的工作要求：抽油机的工作要求：减速箱的许用扭矩既限制着油井生产时所采用的减速箱的许用扭矩既限制着油井生产时所采用的最大抽汲参数，也限制着保证大参数生产所需要最大抽汲参数，也限制着保证大参数生产所需要的电动机功率。的电动机功率。抽油机工作时，由悬点载荷及平抽油机工作时，由悬点载荷及平衡重在曲柄轴上造成的扭矩与电动机输入给曲柄衡重在曲柄轴上造成的扭矩与电动机输入给曲柄轴的扭矩相平衡，因此，通过悬点载荷及平衡来轴的扭矩相平衡，因此，通过悬点载荷及平衡来计算曲柄轴扭矩，不仅可以检查减速箱是否在超计算曲柄轴扭矩，不仅可以检查减速箱是否在超扭矩条件下工作，而且可以用来检查和计算电动扭矩条件下工作，而且可以用来检查和计算电动机功率的利用情况。机功率的利用情况。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 一、一、曲柄轴扭矩的计算曲柄轴扭矩的计算 1.计算扭矩的基本公式 分别在曲柄连杆系统和游梁系统中，取力矩平衡可得:曲柄连杆系统：游梁系统：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采消去Fp，可求得复合平衡条件下的矩计算公式：曲柄平衡抽油机，则扭矩计算公式为：其中：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采游梁平衡抽油机，则扭矩计算公式为：表示悬点载荷在曲柄轴上产生的扭矩，称之为油井负荷扭矩油井负荷扭矩，用表示，可写成：令油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 称作扭矩因数或扭矩因子，即为悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩(负荷扭矩)与悬点载荷 的比值。表示曲柄及其平衡重在曲柄轴上造成的扭矩 ，称之为曲柄平衡扭矩曲柄平衡扭矩，可写成：把曲柄轴上的负荷扭矩 与曲柄平衡扭矩 之差，称作净扭矩净扭矩，用 表示为：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采其中：当考虑抽油机本身的结构不平衡时：式中 B-抽油机结构不平衡值，等于连杆与曲柄销脱开时，为了保持游梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。为了简化计算，可忽略游梁摆角及游梁平衡重的惯性力矩产生的影响,则扭矩计算公式简化为:油油油油 气气气气 开开开开 采采采采复合平衡：曲柄平衡：游梁平衡：2.计算最大扭矩公式由于扭矩是随曲柄转角的变化而变化，计算很麻烦，而在应用分析中，常常只需要知道曲柄轴的最大扭矩，因此多采用近似计算公式或经验公式计算最大扭矩。油油油油 气气气气 开开开开 采采采采(1)计算最大扭矩的近似公式 当把抽油机悬点运动简化为简谐运动，并忽 略抽油机系统的惯性和游梁摆角的影响，以认为最大峰值扭矩发生在曲柄转角为时，则：令油油油油 气气气气 开开开开 采采采采 值实际上是抽油机结构不平衡及平衡重在悬点处产生的平衡力，它表示被实际平衡掉的悬点载荷值，因此，称之为实际有效平衡值。为了使抽油机工作达到平衡状态，实际所需要的有效平衡值应为：当 =时，抽油机达到了平衡，即工作在平衡状态。一般认为，最大扭矩与最大载荷出现在同一曲柄转角位置。当 或 ，并且不考虑悬点载荷的变化时，达到最大值。将 和 油油油油 气气气气 开开开开 采采采采以及 代入：(2)计算最大扭矩的经验公式 前苏联拉玛扎诺夫于1957年，利用示功图分别计算了曲柄销处的切线力，并经回归分析得出了计算最大扭矩的经验公式(SI单位制)：油油油油 气气气气 开开开开 采采采采我国一些学者根据国内油井扭矩曲线的峰值，也建立了类似的经验公式(SI单位制)：二、二、扭矩曲