第03章有杆泵采油-1

抽油机30253665总井数(口)检泵周期(d)308066963155395利用率(%)95.90.92003年2004年10月2003年2004年10月2003年2004年10月电泵螺杆泵238111601260363总井数(口)检泵周期(d)总井数(口)检泵周期(d)2354154712214486185272879794.4利用率(%)利用率(%)97.695.50.61.12003年2004年10月2003年2004年10月2003年2004年10月2003年2004年10月2003年2004年10月2003年2004年10月机械采油第三章常规有杆泵采油主要内容：①抽油装置及泵的工作原理②抽油机悬点运动规律及悬点载荷③抽油机平衡、扭矩及功率计算④泵效计算⑤有杆抽油系统设计⑥有杆抽油系统工况分析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抽油过程介绍工作时，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，将旋转运动转化成往复运动。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图3-2后置式抽油机结构简图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。图3-2后置式抽油机结构简图图3-3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。游梁式抽油机分类后置式和前置式新型抽油机：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图3-4异相型游梁式抽油机异形游梁式抽油机调径变矩(悬挂偏置)抽油机下偏杠铃抽油机链条式抽油机液压增程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(2)抽油泵：抽吸流体工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)按照抽油泵在油管上的固定方式可分为：管式泵和杆式泵主要组成分类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。(3)抽油杆：能量传递工具。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。接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa)超高强度抽油杆(EL级杆)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二、泵的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，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。(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而关闭。泵吸入的条件：没压力大于泵内压力。A-上冲程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。沉没度：泵在动液面以下的深度。B-下冲程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：泵内压力大于柱塞上的液柱压力。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。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等于柱塞让出的体积：SNfVpm每分钟的排量为：SNfQpt1440每日排量:悬点：抽油杆在驴头上的悬挂点。四连杆机构可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动四连杆机构固定杆：游梁支点与曲柄轴的连线游动杆：曲柄、连杆、游梁后臂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目的：是研究抽油装置动力学，进行抽油装置的设计、选择以及工作状况分析的基础.)cos1()cos1(trrSB(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时，图3-7抽油机四连杆机构简图B点的运动规律=C点的运动规律(D点做圆运动时在垂直中心线上的投影)。B点经过t时间(曲柄转角φ)时位移为：cosrrCOCOCCBBSB游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动：)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悬点的加速度为:trbadtdSvAAsin悬点的速度为:图3-8简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线r/b0r/l值不可忽略时。(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：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。lr10)]cos1(1)cos1[()cos1()cos1(coscos)coscos('')'(''''''2'''rlrlrrllrBOBCCOBOBOBOBBxBrBBsBB角度时，点的最大位移：lr其中：rlBOBBrlBB''':,'',180B'O':',0悬点处于上死点上在上，悬点处于下死点在解的过程22222sin211sin1sin1cossinsinsinsinsin,'二项式定理的关系：与可建立利用正弦定理，由lrlrDBO]sin21cos1[]sin211)cos1[(222rxrxBB所以由杠杆原理，得：BAxbas]2sin2[sin]2sin21sin[]cossin221sin[]sin21cos1[2rbarbarbadtdsvrbasAAA简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律悬点加速度:bardtdvWAA)2cos(cos2悬点位移：barSA)sin2cos1(2悬点速度:bardtdSvAA)2sin2(sin]2cos[cos]2cos22cos[2rbarbadtdvaAA]cos41[sin]cossin4[sin]2sin2[sin]2sin2sin[2222rbarbarbarbaddaA最大加速度：没解或则令0cos4118000sin0]cos41[sin)(2光杆冲程srba)1(2)1(220maxlrsrbaaA)1(2)1(22180maxlrsrbaaA适用条件：应用于一般计算和分析，在精确计算和分析及抽油机设计时，则须按抽油机实际四连杆计算。通过游梁摆角的变化来求得位移As(三)、精确方法已知H，I，G，a，b，l，r任一时间游梁与铅垂线的夹角为：其中：]2arccos[222bJlJb]cossinarctan[rGHrI22)cos()sin(rGHrIJ代入和将]cossinarctan[]2arccos[222rGHrIbJlJb游梁摆动时存在一个最小夹角，可按下式计算：min]2)(arccos[2220minbKrlKb22)(GHIKGHIoarctan其中：因此，任意时刻游梁的角位移为：min可进一步求出悬点的位移、速度和加速度分别为：][minasA)sin()]sin()sin([02JbKrbavA)sin()]cos()cos([02JbKrbaaA考虑四连杆存在如下关系：sin)](sin[sinllJsin)sin()sin()sin()sin()sin(lbKbKloosin)sin(lJ变形后有：)sin(cossin)]sin(sin[cossinsinsin0032brlKrbaarbavAA上式证明如下：)sin()sin(BDDBBDooDoBoBLLrLLvLrrLvLv又联立上两式有sinsinDBLL即rvBsinsin故图3-10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图3-11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)1(220maxlrSa)1(22180maxlrSa抽油机在工作时悬点所承受的载荷，是进行抽油设备选择及工作状况分析的重要依据。动载荷静载荷振动惯性摩擦杆重液重沉没压力井口回压二、抽油机悬点载荷计算(一)悬点所承受的载荷载荷1.静载荷包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响①抽油杆柱载荷上冲程gLqgLfWrsrr（即杆柱在空气中的重力）bqqqrslsrr/)(slsb/)(下冲程LgqgLfWrlsrr)(（即杆柱在液体中的重力）失重系数gLffWlrpl)(②作用在柱塞上的液柱载荷上冲程:下冲程:A-上冲程B-下冲程游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。0lW③沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响上冲程在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力作用在柱塞底部产生向上的载荷:下冲程吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。pinpiifppfpP)(④井口回压对悬点载荷的影响液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。)(rphhuffpP上冲程：增加悬点载荷:rhhdfpP下冲程：减小抽油杆柱载荷:2.动载荷(惯性载荷、振动载荷)①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。惯性力与质量有关，与悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。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