1、委内瑞拉：委内瑞拉：70%70%的油井是有杆泵抽油。的油井是有杆泵抽油。美国：美国：85%85%的油井是有杆泵抽油。的油井是有杆泵抽油。俄罗斯：俄罗斯：55%55%以上油井是有杆泵抽油。以上油井是有杆泵抽油。中国：中国：80%80%以上油井采用有杆泵，其产油量占总产油量的以上油井采用有杆泵，其产油量占总产油量的75%75%，有杆泵在我国石油开采中占有重要的地位。，有杆泵在我国石油开采中占有重要的地位。有杆泵抽油是国内外最常见的人工举升方式有杆泵抽油是国内外最常见的人工举升方式本专题主要讲常规有杆泵采油技术本专题主要讲常规有杆泵采油技术一、抽油装置一、抽油装置二、游梁式抽油机的受力分析二、游梁式
2、抽油机的受力分析三、泵效计算三、泵效计算四、抽油杆强度计算及杆柱设计四、抽油杆强度计算及杆柱设计提提 纲纲一、抽油装置一、抽油装置抽油机抽油杆抽油泵其它附件设备组成(一一)抽油机抽油机 有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。两种。(一一)抽油机抽油机1 1、游梁式抽油机、游梁式抽油机游梁游梁连杆连杆曲柄机构曲柄机构动动力力设设备备辅辅助助装装置置结构组成：结构组成：游梁游梁-连杆连杆-曲柄机构、减曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置。速箱、动力设备和辅助装置。
3、工作原理：工作原理：皮带减速箱将电动机的皮带减速箱将电动机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转运动，再由四连杆机构变为悬绳转运动，再由四连杆机构变为悬绳器的上下往复运动，带动井下抽油器的上下往复运动，带动井下抽油杆柱和抽油泵工作，实现抽汲目的。杆柱和抽油泵工作，实现抽汲目的。减速箱减速箱横梁：横梁：是连杆和游梁连接的中间部件，它带动游梁做摇摆是连杆和游梁连接的中间部件，它带动游梁做摇摆 运动。运动。游梁：游梁：游梁安装在支架上，前端与驴头相连，后端通过尾轴游梁安装在支架上，前端与驴头相连，后端通过尾轴承和横梁相连。承和横梁相连。平衡块：平衡块：帮助电机做功，减小电动
4、机上下行程的帮助电机做功，减小电动机上下行程的载荷差。载荷差。驴头：驴头：将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆柱的垂直往复将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆柱的垂直往复运动，同时可保证抽油时光杆始终对准井口中心，承担井下运动，同时可保证抽油时光杆始终对准井口中心，承担井下各种载荷的作用。各种载荷的作用。可拆卸式：螺栓连接可拆卸式：螺栓连接驴头根驴头根据移开据移开井口方井口方式分为式分为上翻式：驴头穿销为横穿式，上翻式：驴头穿销为横穿式，可上翻可上翻180180侧转式：驴头穿销为立穿式，侧转式：驴头穿销为立穿式，可侧转可侧转180180游梁式抽油机分类游梁式抽油机分类按按结构型式结构型式一般可分为
5、常规型、异相型、前置型、斜井式等。一般可分为常规型、异相型、前置型、斜井式等。按按平衡方式平衡方式又可分为机械平衡式、气平衡式、液力平衡式等。又可分为机械平衡式、气平衡式、液力平衡式等。按按驴头结构型式驴头结构型式可分为上翻式、侧转式、旋转式、悬挂式和双驴可分为上翻式、侧转式、旋转式、悬挂式和双驴头式等。头式等。按按减速器型式减速器型式可分为齿轮式、链条式和皮带式等。可分为齿轮式、链条式和皮带式等。按按驱动方式驱动方式可分为电动机驱动和内燃机驱动等。可分为电动机驱动和内燃机驱动等。结构特点结构特点 曲柄连杆机构和驴头分别位于支架的两侧。曲柄连杆机构和驴头分别位于支架的两侧。曲柄轴中心基本位于游
6、梁的尾轴承正下方。这样，当驴头处于上、下死点曲柄轴中心基本位于游梁的尾轴承正下方。这样，当驴头处于上、下死点位置时，连杆中心线间的夹角基本为零，这个角被称为抽油机的极位夹角。位置时，连杆中心线间的夹角基本为零，这个角被称为抽油机的极位夹角。曲柄采用常规条形曲柄，平衡块重心与曲柄轴中心连线重合，即两线之间曲柄采用常规条形曲柄，平衡块重心与曲柄轴中心连线重合，即两线之间构成的夹角为零，这个角被称为抽油机的平衡相位角。构成的夹角为零，这个角被称为抽油机的平衡相位角。常规型游梁式抽油机常规型游梁式抽油机 异相型游梁式抽油机是常规型游梁式抽油机的改进形异相型游梁式抽油机是常规型游梁式抽油机的改进形式，主
7、要采用式，主要采用曲柄偏置结构实现节能曲柄偏置结构实现节能目的。目的。异相型游梁式抽油机结构图1刹车装置；2电动机；3减速器皮带轮；4减速器；5输出轴；6平衡块；7支架；8曲柄；9连杆；10游梁；11驴头；12悬绳器；13底座 异相型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机前置型抽油机前置型抽油机抽油机上冲程运行时间大于下冲程运行时间抽油机上冲程运行时间大于下冲程运行时间,从而降低了上从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，具有冲程的运行速度、加速度和动载荷，具有节能效果节能效果。该机型的缺点：该机型的缺点：结构不平衡重增加。结构不平衡重增加。减速器安装在支架下方，给减速器安装在支架下方，给安装和维
8、修带来不便。安装和维修带来不便。工作过程中，前冲力较大，工作过程中，前冲力较大，影响整机的稳定性。影响整机的稳定性。旋转驴头游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机 1旋转驴头；2手摇绞车；3悬绳器及光杆4侧翻驴头用的操作台5支架；6底座；7直梯；8曲柄及平衡装置；9减速器；10电动机及带传动装置11刹车装置；12副平衡块；13连杆；14中心轴承；15游梁；16前连杆 优点：增大了冲程。优点：增大了冲程。缺点：整机结构复杂，制造成本高。缺点：整机结构复杂，制造成本高。它是一种以提高冲程为主要特点的游梁式抽油机。它是一种以提高冲程为主要特点的游梁式抽油机。1刹车装置；2带传动装置；3减速器；4曲柄；5平
9、衡块；6连杆；7横梁；8游梁；9转动滑轮；10驴头；11悬绳器；12钢绳；13支架；14扶梯；15底座；16护栏绳索滑轮式长冲程抽油机绳索滑轮式长冲程抽油机常规型抽油机常规型抽油机结构特点：结构特点：曲柄轴中心基本位曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方。于游梁尾轴承的正下方。运动特点：上下冲程运行时间运动特点：上下冲程运行时间相等。相等。结构特点：结构特点：曲柄轴中心与游梁尾轴承存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。线与曲柄中心线存在偏移角。运动特点：上冲程的曲柄转角大于下冲运动特点：上冲程的曲柄转角大于下冲程，
10、从而降低了上冲程的运行速度、加程，从而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、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。延长抽油杆寿命和节能的目的。异相型抽油机异相型抽油机常规型和异相型的区别常规型和异相型的区别16 运动规律运动规律不同。后置式上、不同。后置式上、下冲程的时间基本相等；前下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。置式上冲程较下冲程慢。游梁式抽油机分类游梁式抽油机分类NoImage 后置式抽油机结构简图后置式抽油机结构简图 前置式气动平衡抽油机结构简图前置式气动平衡抽油机结构简图游梁和连杆的游梁和连杆的连接位置连接位置不同。不同。平衡
11、方式平衡方式不同。后置式多采用机械不同。后置式多采用机械平衡；前置型多为重型长冲程抽油机，平衡；前置型多为重型长冲程抽油机，采用机械平衡和气动平衡。采用机械平衡和气动平衡。后置型和前置型的区别后置型和前置型的区别游梁式抽油机系列型号表示方法游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ 123.370(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油机系列代号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，悬点最大载荷，120KN120KN光杆最大冲程，光杆最大冲程，m m减速箱曲柄轴最大允许扭矩减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m,kN.m减速箱齿轮形代号，减速箱齿轮形代号，H为点啮合双圆弧
12、齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方式代号平衡方式代号F：复合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：气动平衡2 2、无游梁式抽油机、无游梁式抽油机 游梁式抽油机的最大特点是可靠性好，但是其冲程长度受限，原游梁式抽油机的最大特点是可靠性好，但是其冲程长度受限，原因有两个方面：因有两个方面：1)1)游梁式抽油机增大冲程是通过增大曲柄旋转半径来实现的。增游梁式抽油机增大冲程是通过增大曲柄旋转半径来实现的。增大抽油机冲程就需要增大抽油机的几何尺寸和重量，生产成本上升，大抽油机冲程就需要增大抽油机的几何尺寸和重量，生产成本上升，经济效益降低。经济效益降低。2)2)游梁式抽油机四连杆机构决定了悬点运动规律的不均匀性。
13、游梁式抽油机四连杆机构决定了悬点运动规律的不均匀性。增大冲程时，系统运行的稳定性更差，因而限制游梁式抽油机的冲程增大冲程时，系统运行的稳定性更差，因而限制游梁式抽油机的冲程长度。长度。无游梁式抽油机由于不受四连杆机构的限制而使其无游梁式抽油机由于不受四连杆机构的限制而使其具有长具有长冲程的优点冲程的优点。近几年来，我国先后研制和使用了前置式抽油机、。近几年来，我国先后研制和使用了前置式抽油机、链条式抽油机、液压抽油机和气平衡抽油机等，链条式抽油机、液压抽油机和气平衡抽油机等，目前主要以链目前主要以链条式抽油机为代表。条式抽油机为代表。链条式抽油机链条式抽油机带传动抽油机带传动抽油机滚筒型抽油机
14、滚筒型抽油机(二二)抽油泵抽油泵1 1）结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。）结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。2 2）制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。）制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。3 3）规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。）规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。4 4）结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。）结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。5 5）便于起下。）便于起下。一般要求一般要求(二二)抽油泵抽油泵分类：分类：按照抽油泵在油管中的固定方式按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：可分为：管式泵和杆式泵管式泵和杆式泵主要组成：
15、主要组成：泵筒、柱塞及游动阀泵筒、柱塞及游动阀(排出阀排出阀)和固定阀和固定阀(吸入阀）吸入阀）A-A-管式泵管式泵B-B-杆式泵杆式泵管式泵：管式泵：泵筒和固定阀在地面组装好接在泵筒和固定阀在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后再把柱塞接在油管下部先下入井内，然后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。抽油杆柱下端下入泵内。杆式泵：杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油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先装在油管预定深度(下泵深度下泵深度)上的卡簧上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。固定在油管上，检泵时不需要
16、起油管。管式泵特点管式泵特点：结构简单、成本低，排量结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作大。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，产量量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。较高的油井。杆式泵特点：杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。于下泵深度大、产量较小的油井。A-A-管式泵管式泵B-B-杆式泵杆式泵泵的工作原理泵的工作原理(一一)泵的抽汲过程泵的抽汲过程上冲程上冲程：抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上：抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞
17、上的游动阀受管内液柱压力而关闭，泵内压力降的游动阀受管内液柱压力而关闭，泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力沉没压力)与与泵内压力之差的作用下被打开，泵内吸入液体、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。井口排出液体。泵吸入的条件：泵吸入的条件：泵内压力泵内压力(吸入压力吸入压力)低于沉没压力。低于沉没压力。A-A-上冲程上冲程 B-B-下冲程下冲程泵排出的条件：泵排出的条件：泵内压力泵内压力(排出压力排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。高于柱塞以上的液柱压力。柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程
18、内完成进油与排油的过程。成进油与排油的过程。光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。光杆从上死点到下死点的距离。下冲程：下冲程：柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，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。塞上部，使泵排出液体。泵的工作原理泵的工作原理泵的理论排量泵的理论排量 泵的工作过程泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵柱塞在泵内让出容积内让出容积，井内液体进泵井
19、内液体进泵和和从泵内排出井内液体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在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：体积都等于柱塞让出的体积：SNfVpm每分钟的排量为：每分钟的排量为：SNkSNfQppt1440每日排量每日排量:抽油泵的型号及基本参数抽油泵的型号及基本参数例 如：公 称 直 径 为例 如：公 称 直 径 为38mm38mm，泵筒长度为，泵筒长度为4.5m4.5m的厚壁筒，定筒的厚壁筒，定筒式顶部固定，机械式，式顶部固定，机械式，金属柱塞长金属柱塞长1.5m,1.5m,加长加长短节长度为短节长度为0.6m0.6m的杆
20、的杆式泵标记为式泵标记为:CYBCYB3838-RHAM-RHAM4.5-1.5-0.64.5-1.5-0.6我国的抽油泵型号表示方法如下：我国的抽油泵型号表示方法如下：(三三)抽油杆抽油杆 上经光杆连接抽油机，下接抽油泵的柱塞，其作用是将上经光杆连接抽油机，下接抽油泵的柱塞，其作用是将地面抽油机悬点的往复运动传递给井下抽油泵。地面抽油机悬点的往复运动传递给井下抽油泵。杆体直径杆体直径分别为分别为1313、1616、1919、2222、2525、28mm28mm等。等。抽油杆的长度抽油杆的长度一般为一般为8000mm8000mm或或7620mm7620mm。抽油杆的强度：抽油杆的强度：C C级
21、杆级杆(620-794MPa)(620-794MPa)、D D级杆级杆(794-965MPa)(794-965MPa)、HH级杆（级杆（965MPa965MPa）特种抽油杆的种类特种抽油杆的种类超高强度抽油杆 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 不锈钢抽油杆 非金属带状抽油杆铝合金抽油杆KD级抽油杆焊接抽油杆(四四)附属器具附属器具光光 杆杆 连接在抽油杆柱顶端的一根特制实心钢杆。它起两个作用：连接在抽油杆柱顶端的一根特制实心钢杆。它起两个作用：1 1）通过光杆卡子把整个抽油杆柱悬挂在悬绳器上。）通过光杆卡子把整个抽油杆柱悬挂在悬绳器上。2 2）和井口盘根配合密封井口。）和
22、井口盘根配合密封井口。加重杆加重杆 用于大泵抽油、稠油井和深井，抽油杆柱的下部采用加重杆，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。防止抽油杆柱下部发生纵向弯曲，减少抽油杆的断脱事故。(四四)附属器具附属器具抽油杆扶正器抽油杆扶正器:用于斜井和丛式井，使抽油杆处于油管中心，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。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还有用于减少抽油杆振动的减振器减振器、防止抽油杆接箍旋松的、防止抽油杆接箍旋松的防脱器防脱器等。等。一
23、、抽油装置一、抽油装置二、游梁式抽油机的受力分析二、游梁式抽油机的受力分析三、泵效计算三、泵效计算四、抽油杆强度计算及杆柱设计四、抽油杆强度计算及杆柱设计提提 纲纲 游梁式抽油机的受力分析主要是指抽油机驴头悬点上的载荷分析，游梁式抽油机的受力分析主要是指抽油机驴头悬点上的载荷分析，这是了解抽油机工作状态及抽油泵在井下的工作状态的重要手段。这是了解抽油机工作状态及抽油泵在井下的工作状态的重要手段。游梁式抽油机的悬点载荷是标志抽油机工作能力的重要参数之一，游梁式抽油机的悬点载荷是标志抽油机工作能力的重要参数之一，也是抽油机设计计算和选择使用的主要根据。当抽油系统工作时，也是抽油机设计计算和选择使用
24、的主要根据。当抽油系统工作时，作用在抽油机驴头悬点上的载荷主要有三类：作用在抽油机驴头悬点上的载荷主要有三类：静载荷、动载荷以及静载荷、动载荷以及各种摩擦阻力产生的摩擦载荷各种摩擦阻力产生的摩擦载荷。二、游梁式抽油机的受力分析二、游梁式抽油机的受力分析1 1）静载荷）静载荷（一）（一）悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷抽油杆柱载荷；抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载沉没压力对悬点载荷的影响；荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响井口回压对悬点载荷的影响抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷上冲程：上冲程：gLqgLfWrsrr（即杆柱在空气中的重力）（即杆柱在空气中的重
25、力）bqqqrslsrr/)(slsb/)(下冲程：下冲程：LgqgLfWrlsrr)(（即杆柱在液体中的重力）（即杆柱在液体中的重力）gLffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱载荷作用在柱塞上的液柱载荷上冲程上冲程 游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：下冲程下冲程 游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。沉没压力沉没压力(泵口压力泵口压力)对悬点载荷的影响对悬点载荷的影响上冲程上冲程 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
26、具有的压力即吸入压力。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吸入压力作用在柱塞底部产生向上的载荷部产生向上的载荷:下冲程下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。pinpiifppfpP)(1 1）静载荷）静载荷井口回压对悬点载荷的影响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。产生附加的载荷。)(rphhuffpP上冲程：上冲程：增加悬点载荷增加悬点载荷:rhhdfpP下冲程：下冲程：减小抽油杆柱载荷减小抽油杆柱载荷:由于沉没压力
27、和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反，可由于沉没压力和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反，可以相互抵消一部分，所以，在一般近似计算中可以忽略这两项。以相互抵消一部分，所以，在一般近似计算中可以忽略这两项。1 1）静载荷）静载荷2 2）动载荷）动载荷(惯性载荷、振动载荷惯性载荷、振动载荷)惯性载荷惯性载荷(忽略杆液弹性影响忽略杆液弹性影响)抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，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。如果忽略抽油杆柱和液因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。如果忽略抽油杆柱和液柱的弹性影响，则可以认为抽油杆柱和液柱各点的运动
28、规律柱的弹性影响，则可以认为抽油杆柱和液柱各点的运动规律和悬点完全一致。所以，产生的惯性力除与抽油杆柱和液柱和悬点完全一致。所以，产生的惯性力除与抽油杆柱和液柱的质量有关外，还与悬点加速度的大小成正比，其方向与加的质量有关外，还与悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。速度方向相反。ArragWI 抽油杆柱的惯性力：AllagWI 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 上冲程上冲程:前半冲程前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而从而增加增加悬点载荷；悬点载荷；后半冲程后半冲程惯性力向上，惯性力
29、向上，减少减少悬点载荷。悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程下冲程:与上冲程相反，与上冲程相反，前半冲程前半冲程惯性力向上，惯性力向上，减小减小悬点载荷；悬点载荷；后后半冲程半冲程惯性力向下，惯性力向下，增大增大悬点载荷。悬点载荷。抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷lrNSWlrNSgWlrSgWIrrrru13021302)1(2222上冲程上冲程：14402SNWIrru取r/l=1/4时，)1(1790)1(222lrSNWlrSgWIrrrd下冲程下冲程：液柱引起的悬点最大惯性载荷液柱引起的悬点最大惯性载荷lrSNWlrSgWIlllu
30、11790)1(222上冲程：上冲程：下冲程下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷悬点最大惯性载荷悬点最大惯性载荷luruuIII上冲程：上冲程：rddII 下冲程：下冲程：实际上由于受抽油杆柱和液柱的弹性影响，抽油杆柱和液柱各点实际上由于受抽油杆柱和液柱的弹性影响，抽油杆柱和液柱各点的运动与悬点的运动并不一致。所以，上述按悬点最大加速度计算的的运动与悬点的运动并不一致。所以，上述按悬点最大加速度计算的惯性载荷将大于实际数值。在液柱中含气比较大和冲数比较小的情况惯性载荷将大于实际数值。在液柱中含气比较大和冲数比较小的情况下，计算悬点最大载荷时，可忽略液柱
31、引起的惯性载荷。下，计算悬点最大载荷时，可忽略液柱引起的惯性载荷。振动载荷振动载荷 抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性的作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷性的作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生活塞与泵内液面的撞击，关。在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生活塞与泵内液面的撞
32、击，将产生较大的冲击载荷，从而影响悬点载荷。各种原因的撞击，虽然可能会将产生较大的冲击载荷，从而影响悬点载荷。各种原因的撞击，虽然可能会造成很大的悬点载荷，是抽油中的不利因素，但现时尚无法预计。造成很大的悬点载荷，是抽油中的不利因素，但现时尚无法预计。故在计算故在计算悬点载荷时都不考虑。悬点载荷时都不考虑。3 3）摩擦载荷）摩擦载荷抽油杆柱与油管的摩擦力抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）（杆管）上冲程主要受、影响，增加悬点载荷上冲程主要受、影响，增加悬点载荷柱塞与衬套之间的摩擦力柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）（柱塞与衬套）液柱与抽油杆柱之间的摩擦力液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）（杆
33、液）液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力 （管液）（管液）液体通过游动阀的摩擦力液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）（阀阻力）下冲程主要受、影响，减小悬点载荷下冲程主要受、影响，减小悬点载荷max222)1(ln)1(12mmmmLFrl602maxSNS抽油杆柱与液柱之间的摩擦力抽油杆柱与液柱之间的摩擦力 抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在下冲程，摩擦力方向向上。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，最大值为：主要决定因素：主要决定因素：液体粘度和抽油杆的运动速度。所以，在抽汲高液体粘度和抽油杆的运动速度。所以，在抽汲高粘度液体时，不能采用快速抽汲方式，否则将因下行阻力过大抽粘度液体时，不能
34、采用快速抽汲方式，否则将因下行阻力过大抽油杆柱无法正常运行。油杆柱无法正常运行。把悬点看做简谐运动，则m油管内径与抽油杆直径比。液柱与油管间的摩擦力液柱与油管间的摩擦力 上冲程时，游动阀关闭，油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞上行，液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的方向向下，故增大悬点载荷。下冲程液柱与抽油杆柱间的摩擦力约为上冲程中油管与液柱间摩擦力的1.3倍。即：3.1rltlFF NfFrt杆管摩擦力：杆管摩擦力：液体通过游动阀产生的阻力：液体通过游动阀产生的阻力：14094.0eppddF柱塞与衬套之间的摩擦力：柱塞与衬套之间的摩擦力：dp柱塞的直径de柱塞与衬套之间的间隙fp柱塞截面积
35、，m2fo阀孔截面积，m2 由实验确定的阀流量系数，对于常用的标准型阀可查图受力小结受力小结上冲程：上冲程：1）静载荷：）静载荷：杆柱自重、液柱载荷、杆柱自重、液柱载荷、沉没压力沉没压力载荷载荷、井口回压载荷、井口回压载荷2）动载荷：）动载荷：杆柱惯性载荷、杆柱惯性载荷、液柱惯性载荷、液柱惯性载荷、振动载荷振动载荷3）摩擦载荷：）摩擦载荷：管杆、柱塞与衬套、管杆、柱塞与衬套、管液管液下冲程：下冲程：1）静载荷：）静载荷：杆柱在液体中的载荷、杆柱在液体中的载荷、井口回压载荷井口回压载荷2）动载荷：）动载荷：杆柱惯性载荷、杆柱惯性载荷、振动载荷振动载荷3）摩擦载荷：）摩擦载荷：管杆、柱塞与衬套、管
36、杆、柱塞与衬套、杆液、杆液、阀阻力阀阻力 一般情况下，一般情况下，抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷、作用在柱塞上的、作用在柱塞上的液柱载荷液柱载荷及及惯性载荷惯性载荷是构成悬点载荷的三项基本载荷。稠油井内存在是构成悬点载荷的三项基本载荷。稠油井内存在摩擦载荷；大沉没度的井沉没压力产生的载荷。摩擦载荷；大沉没度的井沉没压力产生的载荷。在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面的撞击，将产生较大冲击载荷，从而影响悬点载荷，泵内液面的撞击，将产生较大冲击载荷，从而影响悬点载荷，但现时尚无法预计。故在计算悬点载荷时都不考虑。但现时尚无法预计。故在计
37、算悬点载荷时都不考虑。ivuhuulrPPFPIWWPmaxvdhddrPFPIWPmin(二二)悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷1 1）计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式）计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：其值为：)1(1790)(2maxlrSNWgLffLqIWWPrlrprrulr 在下泵深度及沉没度不很大，井口回压及冲数不高的稀在下泵深度及沉没度不很大，井口回压及冲数不高的稀油直井内，在计算最大和最小载荷时，通常可以忽略油直井内，在计算最大和最小载荷时，通常可以忽略PvPv、F F
38、、PiPi、PhPh及液柱惯性载荷，则：及液柱惯性载荷，则：gLfWgLfLqWlpllrrr)(令：则：)1(17902maxlrSNWWWPrlrrdrIWPmin)1(17902lrSNWLgqrr1 1）计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式）计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式2)2)计算悬点最大载荷的其它公式计算悬点最大载荷的其它公式1371maxSNWWPlrI179012maxSNWWPlrII)1(17902maxlrSNbWWPrlIII)17901(2maxSNWWPrlIV)17901)(2maxSNWWPlrV 抽油杆在井下工作时，受力情况是相当复杂的，所有用来计算悬点
39、最大抽油杆在井下工作时，受力情况是相当复杂的，所有用来计算悬点最大载荷的公式都只能得到近似的结果。现将国内外所用的一些比较简便的公式载荷的公式都只能得到近似的结果。现将国内外所用的一些比较简便的公式列出，供计算时参考：列出，供计算时参考：应用于一般井深及低冲数油井应用于一般井深及低冲数油井简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷曲柄滑块运动、杆柱惯性载荷曲柄滑块运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷一、抽油装置一、抽油装置二、游梁式抽油机的受力分析二、游梁式抽油机的受力分析三、泵效计算三、泵效计算四
40、、抽油杆强度计算及杆柱设计四、抽油杆强度计算及杆柱设计提提 纲纲三、泵效计算三、泵效计算tQQ/泵效泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。影响泵效的因素(3)(3)漏失影响漏失影响(1)(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SSp入(2)(2)气体和充不满的影响气体和充不满的影响活液VV(4)(4)体积系数的影响体积系数的影响lBB1（一）柱塞冲程损失（一）柱塞冲程损失 液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和
41、缩短使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。1)1)静载荷作用下的柱塞冲程损失静载荷作用下的柱塞冲程损失柱塞冲程小于光杆冲程柱塞冲程小于光杆冲程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泵效小于泵效小于1 1交变载荷作用交变载荷作用 抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是不变的，它抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是不变的，它们不会影响柱塞冲程。们不会影响柱塞冲程。)()11(trflptrLfLfLEgLfffELW冲程损失计算式：SSStrp)(柱塞冲程：冲程损失：tr抽油杆和油管弹性伸缩示意图抽油杆和油管弹性伸缩示意图抽油杆和油管弹性伸抽油杆和油管弹性伸缩如图所
42、示。缩如图所示。)(1miriitflpfLfLEgLf多级抽油杆的冲程损失：冲程损失的影响因素分析：冲程损失的影响因素分析：油层供液状况和生产流体的性质；油层供液状况和生产流体的性质；抽油杆和油管的性质、组合；抽油杆和油管的性质、组合；3)下泵深度；下泵深度；4)抽油泵的规格。抽油泵的规格。2)2)考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算 i柱塞冲程增加量：柱塞冲程增加量：当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的(负的负的)最大加速最大加速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下还会度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下还
43、会带着柱塞继续上行带着柱塞继续上行 。当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆柱当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。抽油杆柱的惯性载荷使得泵效增加。抽油杆柱的惯性载荷使得泵效增加。EfLSNWrri17902)17901(2EfLNWSSSrrip 由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取其平均值，即：根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为：因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：)1(179022)1(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWEfL
44、Irrrrdrrrrd 上冲程：)1(179022)1(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 下冲程：3)3)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响 理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在上理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在上下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下冲程末抽油杆柱缩短。因此，冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲程的影响是一致程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小，即
45、要增加都增加，要减小都减小。其增减。其增减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相位配合。位配合。液柱载荷交变作用液柱载荷交变作用抽油杆柱变速运动抽油杆柱变速运动抽油杆柱振动抽油杆柱振动抽油杆柱变形抽油杆柱变形 抽油杆柱振抽油杆柱振动对柱塞冲程的动对柱塞冲程的影响存在着冲次、影响存在着冲次、冲程配合的有利冲程配合的有利与不利区域。与不利区域。（二）泵的充满程度（二）泵的充满程度气锁气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。法打开，出现抽不出油
46、的现象。气体对冲满程度的影响psVVK/余隙比：充满系数：RKRKRKVVpl1111Vp上冲程活塞让出的容积上冲程活塞让出的容积Vl每冲程吸入泵内的液体体积每冲程吸入泵内的液体体积R 泵内气液比泵内气液比RKRKRK1111泵充满程度的影响因素分析：泵充满程度的影响因素分析：(1)生产流体的性质气液比 R愈小，就越大。增加泵的沉没深度或使用气锚。(2)防冲距 泵吸入口压力下死点静止状态下柱塞与泵吸入口的距离K值越小，值就越大。尽量减小防冲距，以减小余隙。（三）泵的漏失（三）泵的漏失(1)排出部分漏失(2)吸入部分漏失(3)其它部分漏失 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等影响影响泵效泵效漏
47、失漏失漏失很难计算，漏失很难计算，除了新泵可根据试泵实验测试结果和相除了新泵可根据试泵实验测试结果和相关式估算外，泵由于关式估算外，泵由于磨损、砂蜡卡和腐蚀所产生的漏失磨损、砂蜡卡和腐蚀所产生的漏失以及油管丝扣、泵的连接部分和泄油器不严等所产生的以及油管丝扣、泵的连接部分和泄油器不严等所产生的漏失很难计算。漏失很难计算。（四）提高泵效的措施（四）提高泵效的措施1)1)选择合理的工作方式选择合理的工作方式选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。油的井。连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。连喷带抽井选用大冲数
48、快速抽汲，以增强诱喷作用。深井抽汲时，深井抽汲时，S S和和N N的选择一定要避开不利配合区。的选择一定要避开不利配合区。2)2)确定合理沉没度确定合理沉没度3)3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。4)4)使用油管锚减少冲程损失使用油管锚减少冲程损失5)5)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一、抽油装置一、抽油装置二、游梁式抽油机的受力分析二、游梁式抽油机的受力分析三、泵效计算三、泵效计算四、抽油杆强度计算及杆柱设计四、抽油杆强度计算及杆柱设计提提 纲纲rfPmaxmaxrfPminmin四、抽油杆强度计算及杆柱设计四、
49、抽油杆强度计算及杆柱设计抽油杆设计内容：抽油杆柱长度、直径、组合及材料。抽油杆设计内容：抽油杆柱长度、直径、组合及材料。抽油杆工作时承受着交变负荷所产生的非对称循环应力作用：抽油杆工作时承受着交变负荷所产生的非对称循环应力作用：在交变负荷作用下，抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破坏，在交变负荷作用下，抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破坏，而不是在最大拉应力下破坏。因此，而不是在最大拉应力下破坏。因此，抽油杆柱必须根据疲劳强度抽油杆柱必须根据疲劳强度来进行计算。来进行计算。K11maxacrafPP22minmaxminmax.奥金格公式奥金格公式强度条件：1c1 1）抽油杆强度计算方法）抽油杆强度计算
50、方法c折算应力折算应力1许用应力许用应力原则：原则：抽油杆内的折算应力小于疲劳破坏下的许用应力强度。抽油杆内的折算应力小于疲劳破坏下的许用应力强度。修正古德曼图修正古德曼图修正古德曼图修正古德曼图安全区强度条件：allmaxSFTall)5625.04(min%100minminmaxallPL应力范围比：抽油杆柱的许用最大应力的计算公式：抽油杆柱的许用最大应力的计算公式：要保证抽油杆柱要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏不发生疲劳破坏，抽油杆的最大应力抽油杆的最大应力不应超过不应超过许用最许用最大应力，即大应力，即1 1）抽油杆强度计算方法）抽油杆强度计算方法2 2）抽油杆柱设计方法）抽油杆柱设计方
