无杆泵采油

1第四章有杆泵采油目的要求1、要求学生掌握区分不同类型抽油设备的结构及其工作原理，着重在不同类型抽油设备的实际应用范围。2、要求学生了解抽油机悬点的运动规律及悬点载荷的计算，了解抽油杆柱在工作时的受力情况是相当复杂的，所有用来计算悬点大载荷的公式都只能得到近似结果。3、掌握泵效的计算与分析，了解提高泵效的措施。课时：8学时重点授课内容提要第一节抽油设备及其工作原理抽油设备：抽油机、抽油杆柱和抽油泵，即“三抽”设备。（一）抽油机1、游梁式抽油机（1）分类：游梁式抽油机：常规型；前置型；变型。其中前两个属于基本型。（2）结构：由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置四大部分构成。常规型游梁式抽油机平衡方式:○1气动平衡○2机械平衡○3气动+机械平衡。前置型游梁式抽油机：○1异相型○2调径变矩型○3双驴头型○4斜直井型。（3）工作原理：动力机将高速旋转运动经皮带传递给减速箱，经减速箱减速后，再由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上下摆动，挂在驴头上的悬绳器带动抽油杆做上下做往复运动。（4）型号表示：游梁式抽油机无游梁式抽油机22、无游梁式抽油机i.立立式式抽抽油油机机多为长冲程、低冲次，适多为长冲程、低冲次，适合于深井和稠油井采油合于深井和稠油井采油（二）抽油泵1、结构与分类结构分类按下入方式按下入方式按用途按用途工作筒（外筒工作筒（外筒++衬套）衬套）活塞（柱塞）活塞（柱塞）阀（游动阀阀（游动阀++固固定阀）定阀）管式泵管式泵杆式泵杆式泵常规泵常规泵特种泵（如特种泵（如防砂泵、防气防砂泵、防气泵、抽稠泵）泵、抽稠泵）结构分类按下入方式按下入方式按用途按用途工作筒（外筒工作筒（外筒++衬套）衬套）活塞（柱塞）活塞（柱塞）阀（游动阀阀（游动阀++固固定阀）定阀）管式泵管式泵杆式泵杆式泵常规泵常规泵特种泵（如特种泵（如防砂泵、防气防砂泵、防气泵、抽稠泵）泵、抽稠泵）3（1）管式泵工作原理：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，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。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。（2）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。应用范围：下泵深度较大、产量较低的井。工作原理：活塞上下运动一次称为一个冲程，分为上冲程和下冲程。每分钟内完成上下冲程的次数称为冲次。悬点或活塞在上下死点间的位移，称为光杆冲程，或活塞冲程。上冲程时：○1抽油杆柱带动活塞向上运动，游动阀关闭，泵内压力降低。○2固定阀在沉没压力与泵内压力构成的压差作用下，克服重力而被打开，原油进泵而井口排油。○3抽油杆加载伸长，油管卸载而缩短。下冲程时：○1抽油杆柱带动活塞向下运动，固定阀关闭。○2当泵内压力升高到大于活塞以上液柱压力和游动阀重力时，游动阀被顶开，泵内液体排向油管。○3抽油杆由于卸载而缩短，油管加载而伸长。4（3）理论排量在一个冲程内，排出的液体体积:：pVfs每分钟的冲数为n,每分钟的排量为：mpVfsn每日排量，也叫理论排量：1440tpQfsn24ppfd5（三）抽油杆柱1、光杆：作用：链接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘跟配合密封井口。对其强度和表面光洁度要求较高。规格：GG25、GG28、GG32、GG38mm.长度3500、4500、5000、6000、8000mm.2、抽油杆：有普通钢杆和特种杆两种。（1）普通钢杆：○1杆体是实心圆型断面的钢杆，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，约占90％左右。○2一般分为C、D、K三个等级。○3规格为CYG13、CYG16、CYG19、CYG22、CYG25、CYG29mm，长度一般为8000mm或7620mm。钢级抗拉强度，MPa屈服强度，MPa使用范围D794-965620重负荷油井重负荷油井C620-794412轻、中负荷油井轻、中负荷油井K588-794372轻、中负荷油井并有腐蚀介质的油井轻、中负荷油井并有腐蚀介质的油井钢级抗拉强度，MPa屈服强度，MPa使用范围D794-965620重负荷油井重负荷油井C620-794412轻、中负荷油井轻、中负荷油井K588-794372轻、中负荷油井并有腐蚀介质的油井轻、中负荷油井并有腐蚀介质的油井（2）特种杆：1)玻璃钢抽油杆发展：美国从20世纪70年代初开始研制，1978年研制成功并投入使用。我国从1982年开始研制，1990年研制成功并投入使用。美国有系列产品，我国只生产直径25mm的玻璃钢抽油杆。主要优点：耐腐蚀，寿命长；重量轻，密度不到钢的1/3，悬点载荷小、耗能低；弹性模量小，可实现超冲程，泵效高。主要缺点：价格贵，比普通钢抽油杆贵约65％到80％，承受压应力、耐温、耐磨能力低等。2)空心抽油杆主要用于稠油、高凝油井加热；无油管采油；添加化学药剂以降粘、降凝、清防蜡等。我国空心抽油杆行业标准(SY/T5550-1998)6规格规格杆体直径杆体直径杆体壁厚杆体壁厚长度长度KG22224800075007200KG25254KG28284.5KG32325KG36365.5KG40406规格规格杆体直径杆体直径杆体壁厚杆体壁厚长度长度KG22224800075007200KG25254KG28284.5KG32325KG36365.5KG404063)超高强度抽油杆承载能力比D级杆高20％左右，适应于深井、稠油井和大泵强采井。1964年美国oilwell公司首先研制成功，我国1990年研制成功。4)连续抽油杆最早研制连续抽油杆的是加拿大Pro-Rod公司，开始于1965年，1968年研制成功。（3）加重杆加重杆的规格尺寸加重杆规格，加重杆规格，mmmm重量，重量，kN/mkN/m34.930.073038.100.087650.600.1561加重杆规格，加重杆规格，mmmm重量，重量，kN/mkN/m34.930.073038.100.087650.600.1561长度一般7620mm。作用是防止抽油杆柱下部发生纵向弯曲，用于大泵井、稠油井、深井。（4）附属器具：扶正器、减振器和防脱器。第二节抽油机悬点的运动规律抽油机悬点的运动规律是很复杂的，在进行一般分析与应用时，通常进行简化处理，而进行精确运动学和动力学分析以及抽油机结构设计时，则必需按四连杆的实际运动规律来研究。（一）简化为简谐运动条件：r/l→0r/b→07)cos1(rbasAsinrbavAcos2rbaaA（二）简化为曲柄滑块机构条件：25.0lr)2sincos1(2rbasA)2sin2(sinrbavA)2cos(cos2rbaaA8)2sin2(sinrbavA)2cos(cos2rbaaA)2cos(cos2rbaaA)1(2)1(220maxlrsrbaaA)1(2)1(22180minlrsrbaaA第三节抽油机悬点载荷计算悬点承受的载荷：静载荷和动载荷静载荷：由抽油杆柱重力、液柱重力、沉没压力、井口回压在悬点上产生的载荷。动载荷：抽油杆柱运动时由于振动、惯性以及摩擦在悬点上产生的载荷。光杆（地面）示功图：反映悬点载荷随其位移变化规律的图形。实际抽油井的光杆（地面）示功图由动力仪测得。9（一）悬点承受的载荷1、静载荷（1）抽油杆柱的重力产生的悬点载荷上冲程：LgfWrsr方向向下下冲程：LgfWrlsr)('方向向下（2）液柱重力产生的悬点载荷上冲程：LgffWrpll)(方向向下下冲程：液柱的重力作用于油管上，不在悬点产生载荷。（3）沉没压力产生的悬点载荷上冲程：pisifppP)(方向向上下冲程：0iP（4）井口回压产生的悬点载荷上冲程：)(rphhuffpP方向向下下冲程：rhhdfpP方向向上2、动载荷（1）抽油杆柱振动产生的悬点载荷○1液柱振动不明显，一部忽略液柱的振动载荷。10○2抽油杆柱的自由振动在悬点处产生的振动载荷。])12sin[()12()1(80022tnnavEfFnnrv最大振动载荷：vaEfFrvmax由于存在阻尼，振动将会随时间逐渐衰减，出现最大振动载荷的时间：aLtm（2）抽油杆柱与液柱的惯性产生的悬点载荷抽油杆柱在上、下冲程中产生的最大惯性载荷分别为)1(1790)1(222snWsgWIrrru方向向下)1(1790)1(222snWsgWIrrrd方向向上液柱在上冲程中产生的最大惯性载荷为)1(1790)1(222snWsgWIlllu方向向下液柱在下冲程中不随悬点运动，没有惯性载荷。（3）摩擦载荷○1抽油杆柱与油管的摩擦力：上下冲程都存在，在直井内通常不超过抽油杆重量的1.5％;○2柱塞与衬套之间的摩擦力：上下冲程都存在，泵径不超过70mm时，一般小于1717N；○3抽油杆柱与液柱之间的摩擦力：发生在下冲程，方向向上，是稠油井内抽油杆柱下行遇阻的主要原因；○4液柱与油管之间的摩擦力：发生在上冲程，方向向下；○5液体通过游动阀的摩擦力：高粘度大产量油井内，液体通过游动阀产生的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因。11（二）悬点的最大和最小载荷ivuhulurulrPFFPIIWWPmaxvdhdrdrFFPIWP'min)1(17902maxlrsn)1(17902minlrsnWWPrr抽油杆柱在工作时的受力情况是相当复杂的，除了上述公式外，有时还采用一些其他的比较简便的公式进行计算，所有用来计算悬点大载荷的公式都只能得到近似结果。第四节、抽油机的平衡计算不平衡原因：上下冲程中悬点载荷不同，电动机在上下冲程做功不相等。不平衡结果：○1上冲程中电动机承受着极大的负荷，而在下冲程中抽油机带着电动机运转，造成电动机功率的浪费，降低电动机的效率和寿命。○2由于上下冲程载荷的不均衡，使抽油机激烈振动，破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响抽油装置的使用寿命。（一）平衡原理使电动机在上下冲程中做正功且做功相等。最简单的方法：在抽油机游梁后臂上加一重物，在下冲程中让抽油杆自重和电机一起来对重物做功，而在上冲程时，则让重物储存的能量释放出来和电动机一起对悬点做功。（二）平衡方式wmddAAAumuwAAAmumdAA2udwAAA上上冲冲程程：：下下冲冲程程：：12为了使抽油机工作达到平衡状态，在下冲程把抽油杆自重做的功和电机输出的能量储存起来所采取的形式称为平衡方式。平衡方式：气动平衡和机械平衡气动平衡：通过游梁带动的活塞压缩气包中的气体，把下冲程中做的功储存成为气体的压缩能。在上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。机械平衡：以增加平衡重块的位能来储存能量，而在上冲程中平衡重降低位能来帮助电动机做功的平衡方式。机械平衡：1）游梁平衡：适用于小型抽油机2）曲柄平衡（旋转平衡）：适用于大型抽油机3)f复合平衡（混合平衡）：适用于中型抽油机（三）平衡计算uclrbXac)2(2duwAAAsWWAlrw)2(13曲柄平衡cbcccbbuccblrWWRWWXrbcWrbaWWR)2(复合平衡第五节、抽油机曲柄扭矩及电机功率计算（一）曲柄扭矩的计算抽油过程中减速箱输出轴（曲柄轴）的扭矩等于曲柄半径与作用在曲柄销处切线力的乘积：M=rTrRWRWWcccbc14计算扭矩的基本公式对曲柄轴中心取力矩平衡：sinsinrFrWrTpc对游梁支点取力矩平衡：co