有杆抽油系统
有杆抽油系统——第3章 抽油泵讲解
3.2 抽油泵的类型与结构
泵筒总成
泵筒是管式泵最主要的零件，其两端带有螺纹，内 表面经热处理，具有良好的耐磨、耐腐蚀性能，并能保 证与柱塞的高精度配合；泵筒接箍一端与泵筒连接并以 额定的上扣扭矩来保证其内孔端面与泵筒端面的密封， 另一端由管螺纹与加长短节连接并密封。
油管接箍直接连接在井下油管下端，起到把管式抽油 泵固定在油管上的作用。
3.2 抽油泵的类型与结构
柱塞总成
柱塞总成由柱塞上部出油阀罩，上下出油阀球与阀座， 柱塞，柱塞下部出油阀罩组成。
按柱塞两端的螺纹形式分为外螺纹柱塞和内螺纹柱塞。 按表面强化工艺分为镀铬柱塞和喷焊柱塞。喷焊柱塞与 镀铬柱塞相比具有表面孔隙率低，耐腐蚀性能好，更耐磨损， 与各种内壁硬化和电镀的泵筒均能匹配使用等优点。
(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩
(2) 气体和充不满的影响 (3) 漏失影响 l
V液
V活
入
Sp S
(4)Bl
3.1 抽油泵的工作原理及工作特点
（四）提高泵效的措施
(1)选择合理的工作方式 ①选用长冲程、低冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别 是稠油井。 ②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。 ③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度。 (3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。
3.2 抽油泵的类型与结构
2．杆式抽油泵的结构及特点 杆式泵在下泵时是将整个泵随抽油杆柱下入油管内
的预定位置并固定，所以又称之为“插入式泵”。 按固定装置在泵上的位置和在抽油时泵筒上下移动
还是柱塞移动，可将杆式泵分成定筒式顶部固定杆式泵 图1；定筒式底部固定杆式泵图2；动筒式底部固定杆式 泵图3。
有杆抽油系统工艺设计
针对高粘度原油的特点，选择具有较大排量和较 高扬程的抽油泵，同时采用加热和降粘措施来降 低原油粘度。
实施效果
通过工艺设计，该油田的有杆抽油系统实现了对 高粘度原油的有效开采，提高了采收率。
案例三：复杂地形有杆抽油系统工艺设计
背景介绍
某油田处于复杂地形区，地面起伏较大，给有杆抽油系统的建设带 来了一定的难度。
有杆抽油系统工艺设计
目录
CONTENTS
• 有杆抽油系统概述 • 工艺设计基础 • 工艺设计流程 • 工艺设计案例分析 • 工艺设计发展趋势与挑战
01 有杆抽油系统概述
CHAPTER
定义与特点
定义
有杆抽油系统是一种利用抽油杆作为 动力传输元件，通过往复运动将地下 的石油抽取到地面的机械采油方式。
自动化操作
利用机器人技术和自动化设备，实现抽油系统的自动化操作，减少 人工干预和操作成本。
数据驱动优化
通过实时采集和分析生产数据，对抽油系统进行优化调整，提高采 收率和降低能耗。
提高采收率与节能减排
采收率提升
研究和应用新型抽油技 术，提高油井的采收率， 增加油田的产量和经济 效益。
节能减排
采用高效节能技术和设 备，降低抽油系统的能 耗和排放，符合绿色环 保要求。
02 工艺设计基础
CHAPTER
抽油杆选择
根据油井的产液量、井深、井 口压力等条件选择合适的抽油 杆，确保能够满足生产需求。
考虑抽油杆的强度和刚度，以 确保在正常生产过程中不会发 生弯曲或断裂。
选择与现有抽油机相匹配的抽 油杆，以保持系统的协调性和 稳定性。
抽油泵选择
根据油井的产液量、含水率、粘度等参数选择合 适的抽油泵，确保能够有效地将井液抽出。
有杆抽油系统
《有杆抽油系统》综合复习资料一、填空题1、抽油设备由(1) 抽油机、(2) 抽油杆、(3) 抽油泵及井下采油附件组成。
2、对于常规型游梁式抽油机，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(4) 极位夹角。
3、当抽油机悬点开始上行时，游动阀(5) 关闭，液柱重量由(6) 油管转移(7) 抽油杆上，从而使抽油杆(8) 伸长，油管(9) 缩短。
4、在抽油机井生产过程中，如果上冲程快，下冲程慢，则说明平衡(10) 过量，应(11) 减小平衡重或平衡半径。
5、测量抽油机井液面使用的仪器是(12) 回声仪；测量抽油机井示功图使用的仪器是(13) 动力仪。
6、游梁式抽油机的平衡方式主要有机械平衡和气平衡两种。
其中，机械平衡方式包括(14) 曲柄平衡、(15) 游梁平衡和(16) 复合平衡三种。
7、电压—转速特性曲线平缓而有向水平趋势的电机称为(17) 软特性电机，具有较高的转差率，在一个冲次内电机转速变化范围大，同时具有较高的过载系数。
8、弹性滑动使带速(18) 滞后（超前或滞后）于主动轮表面速度而又(19) 超前（超前或滞后）于从动轮表面速度，从动轮的圆周速度总是(20) 低于（低于或高于）主动轮的圆周速度。
9、普通抽油杆的杆头主要由(19) 外螺纹接头、(20) 卸荷槽、(21) 推承面台肩、(22) 扳手方颈、(23) 凸缘和圆弧过渡区组成。
10、抽油井工作时，作用在悬点上的摩擦载荷主要有：①抽油杆柱与油管的摩擦力，②柱塞与衬套之间的摩擦力，③液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，④液柱与油管之间的摩擦力，⑤液体通过游动阀的摩擦力。
上冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是受(24) ①、(25) ②及(26) ④三项影响，其方向向下，故增加悬点载荷；下冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是受(27)①、(28) ②、(29) ③及(30) ⑤四项影响，其方向向上，故减小悬点载荷。
11、抽油设备由(1) 抽油机、(2) 抽油杆、(3) 抽油泵及井下采油附件组成。
第三章有杆泵采油
SYS5059-91标准抽油泵的基本型式如图3-6所示。
按抽油泵泵筒结构又分为整筒泵和组合泵 （3）组合泵
为了便于加工和保证质量，衬管分段加工，然 后组装在泵筒内,这类泵称为衬管泵或组合泵。 （4）整筒泵
泵筒为整体泵筒。与组合泵相比具有： 泵效高、冲程长、形式多、规格全、重量轻、
第二节 抽油机悬点运动
一、简化分析
1. 简谐运动
当r／l→0及r/b→0时，B点的运动简化为简谐运动， 且与C点的运动规律相同,而A点的运动与B点成比例关系:
SA/SB=a/b SB=r(1-cosωt) SA= SB a/b
(3-2)
(3-3)
(3-4)
上冲程的前半冲程为加速运动，加速度为正（加速度 方向与速度方向均向上）；后半冲程为减速运动（加速度 方向与速度方向相反）。
(3-23a)
(3-26)
4.静载荷作用下的理论示功图
在静载差作用下杆柱的变形量可根据虎克定律确定:
=/E :应变 :应力 E:弹性模量 =/L =WL’/A =L=L/E=WL’L/AE
(3-27)
(3-28)
对于m 级组合杆柱：
(3-28a)
油管柱在静载作用下的变形量为:
(3-29)
总的静载变形量λ为抽油杆柱与油管柱两部分静载变 形之和。
2. 下冲程悬点静载荷
(3-21) (3-21c)
(3-24a)
证明： Wj1 Wr WL Wr WL
(3-18)
WL L gLP ( Ap Ar )
(3-22) (3-23a)
Wr WL Ar r gLP L gLP ( Ap Ar ) (r L )gLP Ar L gLP Ap
有杆抽油系统
有杆抽油生产系统姓名：班级：学号：中国石油大学（北京）年月目录1．设计基础数据 (1)2．具体设计及计算步骤 (1)（1）根据测试点数据计算IPR曲线 (1)（2）井筒多相管流计算 (1)（3）悬点载荷及抽油杆柱设计计算 (1)（4）抽油机校核计算 (1)（5）泵效计算 (1)（6）举升效率计算 (1)3．设计计算总结果表 (1)一、设计基础数据井深：2000m套管内径：0.124m油层静压：18 MPa油层温度：90℃恒温层温度：16℃地面脱气油粘度：30mPa.s油相对密度：0.84气相对密度：0.76水相对密度：1.0油饱和压力：10MPa含水率：0.4套压：0.5MPa油压：1MPa生产气油比：50m3/m3原产液量(测试点)：30t/d原井底流压(测试点)：12MPa（根据测试液面计算得到）抽油机型号：CYJ10353HB配产量：50t/d泵径：44mm(如果产量低，而泵径改为56mm，38mm) 冲程：3m冲次；6rpm沉没压力：3MPa电机额定功率：37kw二、设计及计算步骤1、根据测试点数据计算并画出IPR曲线：(1)、采油指数：已知：wftest p =12Mpa ， test q =30t/d ，b p =10Mpa ，p =18Mpa ；因为b wftest p p ≥： 则：采油指数wftest testp p q j -==）（121830-=5；原井底测试点流压—wftest p ； 原测试点产液量—test q ； 油饱和压力—b p ； 油藏压力—p（2）、产量10t/d 时井底流压wf p ： 因为：)(b t t p p j q -==5)10(-t p ；所以：t p =5tq +10 8.1b b omzx jp q q +== 8.110*530+=57.8 若101=q ，则： 由t p =5tq +10可得出：1p =12 因为30100<<，由jq p p twf -=1可得： 1wf p =12-530=6， 以此类推：产量q 在20时的井底流压为2wf p =8若omzx t q q q <<1则按流压加权平均进行推导得；])(80811[)1(125.0)(max 111bo b b w w wf q q q q p f j q p f p ---+--+-=取3q =40，4q =50可得出压力：3wf p =8.67，4wf p =6.88若1q q omzx <，则综合IPR 曲线的斜率可近似常数。
有杆泵抽油原理
一、绪论（3）
（二）、有杆泵采油法的分类
• 有杆泵采油法分为：杆驱往复泵抽油系统及杆驱 螺杆泵抽油系统等。
典型杆驱往复泵抽油系统 典型杆驱螺杆泵抽油系统
地面驱动采油螺 杆泵，主要由地 面驱动装置和井 下螺杆泵两部分 组成。地面驱动 装置将井口动力 通过抽油杆的旋 转运动传递到井 下，驱动井下泵 工作，它依靠转 子在定子中旋转， 形成一系列空穴， 从吸入端向排出 端渐进，连续完 成从井底吸油和 向井口排油。
二、杆驱往复泵抽油原理 （一）、基本原理（2）
• 示功图： • 对于悬点载荷的测试及分析现场使用 的是示功图的方法。 • 示功图是悬点载荷与悬点距上冲程起 点（下止点）的位置关系。
• 现场测试，利用示功仪----诊断仪----自 动化监测仪。
二、杆驱往复泵抽油原理 （一）、基本原理（3）
• 动力平衡： • 由于抽油机悬点功为周期性的正负功，并且 正功大负功小。这样对抽油机系统及电网的 不平衡冲击较大，一方面对设备的抗负荷能 力要求高----额定负荷高----造价高；另一方 面，机械及电路的能量损耗大。 • 对于电网来说，最节能的方式是：追求均匀 的电功率负荷。 • 因此，在抽油系统的设计上，一是机械的方 法，包括抽油机的力的平衡、时间的变化， 电路的无功补偿，井下泵力的平衡等。以尽 可能在不增加总功的情况下实现电功的相对 均匀。 • 抽油机的设计、现场测试都集中在：抽油机 输出的扭矩上----扭矩分析。
• 解决思路是自动监测-----间隙生产。普遍采用的是抽油杆载荷监测。
三、杆驱往复泵抽油研究方向 （三）、抽油泵及配套装置（2）
• 气体进泵： • 气体影响，气锁降低泵效。一直以来以井下油气分离 为目的-----追求的是气锚（井下油气分离器）的高效。 • 但实际上，油管内液柱中如果混气，则可减轻液柱压 力，起到气举的作用。 • 两工帽空心凡尔杆抽油泵泵； • 附加凡尔垫抽油泵。 • （防砂、防气锁）
有杆泵抽油系统设计PPT.
柱塞长度（米） 泵筒长度（米）
泵筒型式—厚壁筒（无衬套） 管式泵 公称直径（mm） 抽油泵代号
注解:公称直径38mm，泵筒长度为6.6m，金属柱塞长度为 1.2m的防腐耐磨管式泵表示为CYB38TH6.6-1.2F。
抽油泵规格及标注
序号
1
2 3 4 5 6 7 8
≥412 ≥620 ≥620
许用应力 MPa 71
71 92 92
抽油杆标准系列为16、19、22、25、29mm。每米质 量1.67、2.35、3.14、4.09、5.15。
由于勘探发现的油田越来越深和注水开发的油田油 井见水后使用大泵提高排液量，要求抽油杆具有更高的 承载能力，国外研制成功EL、97、HS等超高强度抽油杆， 其性能如表所示。
Y：游梁平衡 B：曲柄平衡
Q：气动平衡 有的客户会这样想，他用尽了浑身的解数把价格降到一个程度之后，那个专营店可能也搞活动，又送给他一些超值的东西，从价格的
角度一计算，降了几千块钱。他回去以后跟他太太说，“这个车我虽然是花了21万买的，可实际上把这些超值的东西折价一算，我就
减 速 箱 齿 轮 形 代 号 ， H 为 点 啮 合 双 花了19.5万元，省了那么多钱。”太太很开心，在她的圈子里面就开始讲，“我老公买这辆车只花了19.5万元。”当然19.5万元肯定
游梁式抽油机系列如表所示
驴头悬点额定载荷 kN 50、60、80、100、120、140、160
光杆最大冲程
m 1.8、2.1、2.5、3.0、3.6、4.2、4.8、5.4、6.0
减速箱额定扭矩 kN·m 18、26、37、53、73、105
4、 封隔器类常用井下工具
有杆抽油系统 第 章 抽油杆
2.1 抽油杆结构及制造工艺
在典型抽油杆工艺路线的基础上，增加表面加热淬火工 序，并调整部分工序便可形成超高强度抽油杆的制造工艺路 线。制造超高强度抽油杆的典型工艺流程，如图所示。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
2.1 抽油杆结构及制造工艺
4.接箍的材料及性能要求:
一般都选用中碳结构钢，国内大都选用45钢。 满足强度要求和连接要求。 具有一定的耐磨性。对于特种接箍还应具有扶正与 减磨作用。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
三、抽油杆制造工艺
抽油杆工作时承受变动载荷，并处在不同的腐蚀介 质中，工作条件恶劣。因次，要求抽油杆柱要有足够的疲 劳强度和抗腐蚀能力，同时，还要求有足够的螺纹连接强 度。抽油杆制造工艺是保证抽油杆成品质量的关键环节。
玻璃钢抽油杆接头结构示意图 1—外螺纹；2—台肩；3—扳手方径；4—空腔部分；5—护套
2.2 特种抽油杆
2．玻璃钢抽油杆的制造方法 ① 拉挤杆体； ② 加工金属接头； ③ 将两个金属接头粘接到杆体的两端。
杆体是用玻璃纤维无捻 粗纱做增强料，用树脂作基 体，以拉挤方法成型。
2.2 特种抽油杆
杆体拉挤过程
第2章 抽油杆
2.1 抽油杆结构及制造工艺 2.2 特种抽油杆 2.3 抽油杆失效分析 2.4 抽油杆柱附属器具
2.1 抽油杆结构及制造工艺
一、抽油杆结构 多根抽油杆通过接箍连成抽油杆柱，上面通过光杆
与抽油机相连，下接抽油泵的柱塞，其作用是将地面抽油 机的悬点的往复运动传递给井下抽油泵，从而带动泵作抽 汲运动。
有杆泵采油装置
基本型抽油机
❖ 基本型抽油机游梁旳前臂和后臂接近等长， 驴头在左曲 柄顺时针旋转为正传，但正转和反转效果相同。
变型抽油机
❖ 前长变型抽油机为适应长冲程做成前臂长，驴头端重。 ❖ 异相变型抽油机又称曲柄偏置抽油机，它旳平衡重中心线与曲柄中心线有一
5—内泵筒；6—固定阀
二、抽油泵
❖ 1.管式泵
❖ (1)管式泵旳构造及下井方式
❖ (2)管式泵旳特点是构造简朴，成本低， 在相同油管直径下允许下入旳泵径较 杆式泵大，因而排量大。但检泵时必 须起下管柱，修井工作量大，故合用 于下泵深度不大，产量较高旳，含气 量较小，含砂量较大旳浅井。
图3-5 抽油泵示意图 a． 管式泵 b．杆式泵
经过井口密封盘根，上端经过悬绳器和绳辫子与抽油机驴头
相连。驴头在下死点时，光杆伸入盘根盒下列旳长度称为方
入，盘根盒以上到悬绳器之间光杆旳长度称为方余，光杆旳
方入要不小于光杆冲程。
❖ 2． 抽油杆
❖ 3． 加重杆
图3-6-2 抽油杆示意图
3.悬绳器——悬点
❖
悬绳器是连接光杆与绳辫
子旳工具，由上下两块扼板构
抽油泵构造简朴，便于起下，制造泵旳
材料耐磨，抗腐蚀性能好，使用寿命长，
加工安装质量高，降低使用故障率。
❖
抽油泵主要由泵筒、吸入阀、活塞、 排出阀四大部分构成。按照抽油泵在井
图3-5 抽油泵示意图 a． 管式泵 b．杆式泵
1—油管；2—游动阀；
下旳固定方式，可分为管式泵和杆式泵。 3—卡簧；4—活塞；
游梁式抽油机型号代号
（二）链条式抽油机
❖ 链条式抽油机旳构造主要 由
有杆抽油系统设计
第五节 有杆抽油系统设计¾教学目的：正确分析抽油杆柱的受力特征；掌握抽油杆柱的强度计算方法以及多级抽油杆的强度校核方法；并对有杆抽油井生产系统的设计方法和步骤以及钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术有一个初步的了解。
¾教学重点、难点：9教学重点1、抽油杆的受力特征2、组合抽油杆柱的强度校核9教学难点1、修正古德曼图2、抽油杆柱设计方法¾教法说明：课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的曲线图。
¾教学内容：1.抽油杆强度计算及杆柱设计2.有杆抽油井生产系统设计3.钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术安全区二、有杆抽油井生产系统设计有杆抽油系统组成：有杆抽油系统设计内容：(1) 油层(2) 井筒(4) 地面出油管线(3) 采油设备(机、杆、泵等)(4) 工况指标预测。
(1) 油井流入动态计算；(2) 采油设备(机、杆、泵等)选择；(3) 抽汲参数(冲程、冲次、泵径和下泵深度等)确定；有杆抽油系统设计目标：经济、有效地举升原油。
(1) 油井和油层数据；(2) 流体物性参数；(3) 油井生产数据。
有杆抽油系统设计依据：有杆抽油系统设计理论基础：有杆抽油系统设计基础数据：油藏供液能力节点系统分析方法三、钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术玻璃钢杆优点(1) 重量轻，可减少设备投资，节省能源和增加下泵深度。
(2) 弹性好，可以实现超冲程。
(3) 耐腐蚀，可减少断脱事故。
玻璃钢杆缺点(1) 价格贵：是钢质抽油杆的1.6～1.8倍。
(2) 不能承受轴向压缩载荷（底部加重以保证受拉），使用 温度不能超过93.3℃。
(3) 报废杆不能溶化回收利用。
(4) 怕磨损和碰伤。
目前钢—玻璃钢组合杆柱设计理论与普通全钢杆设计相同。
采油工程第3章有杆泵采油
②抽油井工作制度与含水的变化关系
采油工程原理与设计
当油层和水层压力相同(或油水同层)时，油井含水不随工作 制度而改变；
当出油层压力高于出水层压力时，增大总采液量(降流压)， 将引起油井含水量的上升；
当水层压力高于油层压力时，加大总采液量，将使油井含 水量下降。
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采油工程原理与设计
(三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响
液柱载荷交变作用 抽油杆柱变速运动
抽油杆柱振动
抽油杆柱变形
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 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 程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小。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 位配合。
图3-30 有气体影响的示功图
②充不满影响的示功图
采油工程原理与设计
充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。
图3-31 充不满的示功图
液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引 起抽油设备受力急剧变化的现象。
2.漏失对示功图的影响 ① 排出部分的漏失
图3-32 泵排出部分漏失
采油工程原理与设计
V L1 t1 / 2
图3-26 声波反射曲线
L
L1
t t1
图3-25 静液面与动液面的位置
2.无音标井
采油工程原理与设计
根据波动理论和声学原理，声波在气体中的传播速度为：
V KP
利用气体状态方程确定气体密度：PV
我国油田常用的机械采油方式
(4) 认真解决抽油机电动机的欠载问题。电动机运行的效率取决于负载率β，轻载时电动机的效率很低，而当负载增加到一定值时变化则很小。当β<0.4，效率的变化不大，在负载率β=0.75左右时，效率达到最高值。经现场测定发现，当前每台抽油机电动机的平均负载大约只有它额定功率的1/3左右，同时工作在负载率小于25%的时间占整个工作时间的50%以上，造成电动机有效功率过低，也就是说电动机大量时间在低效区工作，直接导致系统效率普遍偏低。
3.好节能宣传教育工作
要利用多种形式大力宣传节能技改工作的重要性和必要性，形成领导重视，职工积极参与的良好氛围，主动管理好实施节能措施的设备，使职工意识到节能技改事关企业的经济效益，与自身利益息息相关。油田是国家能源基地，也是耗能大户，因此做好节能工作刻不容缓
1.稀土永磁同步电动机
纯梁采油厂根据稀土永磁电机的实际特点，针对采油厂55kW电机普遍存在的“大马拉小车”现象，重点采用永磁电机替换，提高功率因数，降低装机容量。安装前后分别测试了15口油井，发现功率因数平均提高到了0.85以上，负载率平均提高近一倍，系统效率也由原来的18.5%提高到了25.7%。
电动机应处于允许运行状态，即综合效率小于额定综合效率，但大于或等于额定负载时的允许综合效率的运行状态。此时电动机效率为86.7%左右，而额定综合效率为88.7%左右。1998年有关部门统计了胜利油田438口油井电动机，约有67.6%的抽油机电动机处于非允许运行状态，充分说明“大马拉小车”现象相当普遍。
有杆抽油系统设计方法
4
3、选择在一定抽汲条件下的抽油杆直径及组合。 叙：对于深井，为了节约钢材，减少悬点载荷，或增 加抽油杆的下入深度，从等强度原则出发，通常都采 用上部直径大，下部直径小的多级组合抽油杆柱。 （如采用直径7/8英寸和3/4英寸的两级组合或三级组 合杆柱等） （1）多级抽油杆组合的选择原则：
（二）有杆抽油系统设计内容 １、油井流入动态计算； ２、采油设备（机、杆、泵等）选择；（地层情况和设备
功能两个方面都应兼顾） ３、抽汲参数（冲程、冲次、泵径和下泵深度等）确定； ４、工况指标预测；（全面情况）
13
设计目标：经济、高效地举升原油。
设计理论基础：节点系统分析方法。 设计基础数据：
１、油井和油层数据； ２、流体物性参数； ３、油井生产数据。 设计思路：(见P148设计方法一)
14
式中： max1 a1 为第一级抽油杆柱上端面的折算应力；
max2 a2 第二级抽油杆柱上端面的折算应力。
6
下部采用加重杆：活塞下行时，会发生纵向弯曲，因 而产生弯曲应力。
下部采用加重杆，一方面可提高杆柱刚度；另外， 这部分杆柱总量能够克服一部分活塞下行阻力，减少 弯曲。
7
2.修正古得曼图法 修正古得曼图法是美国石油学会(API)推荐方法。
2
原因：如果在最大拉应力下发生破坏，那么抽油杆柱的断 裂事故，主要应该发生在拉应力最大的上部，但是矿场使用 抽油杆的实践表明，在上中下部都有断裂。因此抽油杆必须 根据式） 在非对称循环应力下抽油杆的强度条件为：
[ －1 ] ≥ c
[
－1
]
=
－1
11
小结：（１）中深井：一般采用多级杆柱组合； （２）杆柱下部采用加重杆。
有杆泵采油示功图分析讲解
几根抽油杆受到压缩力作用发生弯曲，长时间的弯曲拉直运动会加速这部分抽油杆的疲劳破坏。
悬绳器：是连接光杆和绳辫子的工具，由上下两块扼板组成，通过楔形卡瓦固定。 悬绳器在抽油机工作时，承担着整个工作载荷，在测示功图时安装测试传感器。
2019/2/18 华鹏测试 8
测试是技术
1.5 光杆冲程与液面
解释是艺术
工作筒接在抽油杆的下端下入到外工作筒中并由卡簧固定。
定筒式顶部固定杆式泵：其固定点在泵筒的顶部。 动筒式底部固定杆式泵：将活塞固定在底部，由抽油杆柱带动泵筒上下往复运动抽油。 特点：结构复杂，制造成本高；检泵时不需要起出油管，而是通过抽油杆柱把内工作筒拔出， 检泵方便；在相同油管直径下允许下入的泵径较小；适用于下泵深度大，产量较小的油井。
在一个冲程中，深井泵完成一次进油和一次排油过程。活塞不断运动，游动凡尔与固定凡尔 不断交替关闭和顶开，井内液体就不断进入工作筒，从而上行进入油管，最后到达地面。
2019/2/18
华鹏测试
6
测试是技术
解释是艺术
游动阀（排出阀）：装在抽油泵柱塞上随柱塞作往复运动可将泵内液体排出的单向球阀。 1.3 常用语解释 固定阀（吸入阀）：随泵筒固定在油管柱上，井内流体可通过它进入泵内的单向阀。 阀罩：深井泵阀用于限制阀球运动范围的部件。 防冲距：为防止深井泵工作过程中柱塞与固定阀发生碰撞，在下泵时将柱塞座于固定阀上，再
上提抽油杆柱的距离。其值必须大于杆柱自重伸长与冲程损失之和。
余隙空间：深井泵柱塞在下死点位置时，固定阀与游动阀之间的泵内容积。 柱塞配合间隙：柱塞外径与泵筒内径（或衬套）之间的配合间隙。 冲程损失：深井泵工作时，由于抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩而引起的光杆冲程与柱塞冲程之 差。 惯性载荷：由于抽油杆柱和油管中的液柱随悬点作变速运动所产生的惯性力在悬点上引起的载 荷。 抽油杆柱的振动：在抽油过程中，液柱载荷周期性作用在抽油杆柱上引起抽油杆柱的纵向振动。 抽油杆柱的固有频率：抽油过程中抽油杆柱自身振动的频率。 振动载荷：它是由于液柱载荷周期性地作用在抽油杆柱上，使抽油杆柱发生弹性振动而在悬点
有杆泵采油工作原理
有杆泵采油工作原理有杆泵采油是一种常用的油井采油方式，它的工作原理是利用柱塞泵的压力将地下油藏中的原油通过管道输送至地面。
本文将详细介绍有杆泵采油的工作原理及其应用。
一、有杆泵采油的工作原理有杆泵采油是一种常见的油井采油方式，它由井口设备、泵体、柱塞、阀门、泵杆等部件组成。
其工作原理是利用柱塞泵的原理，通过泵杆将柱塞往复运动，使得泵体内的压力增大，将地下油藏中的原油压入管道，最终输送至地面。
在有杆泵采油过程中，地下的原油首先通过井口设备进入泵体，然后被柱塞隔开，当柱塞往上移动时，泵体内的压力增大，使得阀门关闭，原油被压缩并向上移动。
当柱塞往下移动时，阀门打开，泵体内的压力减小，使得原油再次被吸入泵体内，如此循环往复，最终将原油通过管道输送至地面。
二、有杆泵采油的应用有杆泵采油是一种成熟可靠的油井采油方式，广泛应用于油田开采中。
其优点是采油效率高、适用范围广、运行稳定可靠等。
在油田开采过程中，有杆泵采油常用于中小型油田，其采油效率高于其他采油方式，可以有效地提高油田产能。
此外，有杆泵采油还可以根据地质条件进行调整，采油深度、产量等都可以进行灵活调整，适合不同类型的油田开采。
三、有杆泵采油的发展趋势随着油气资源的不断消耗，传统的有杆泵采油方式已经不能满足油田开采的需求，因此，人们开始研究更加高效、节能的采油方式，以提高油田产能。
人们正在研究利用先进的电子技术、控制技术等手段，对有杆泵采油进行改进，使其更加智能化、自动化。
例如，研究人员正在开发一种智能泵杆系统，利用传感器、控制器等装置对泵杆进行监控，并及时反馈泵杆的状态信息，以提高采油效率。
人们还在研究利用新型材料、新工艺等手段，提高有杆泵采油的耐磨性、抗腐蚀性等性能，以延长其使用寿命，降低维护成本。
有杆泵采油作为一种成熟可靠的采油方式，将在未来的油田开采中继续发挥重要作用，同时，随着技术的不断进步，有杆泵采油将不断升级，更加智能化、高效化。
有杆泵与抽油原理
有杆泵与抽油原理杆式抽油泵是一种主要用于石油工业的泵类设备，它采用杆杆泵杆，通过上下运动的杆杆进行泵油的工作原理。
杆式抽油泵通常由泵体、抽油杆、泵心等几个主要部分组成。
泵体是泵的壳体，内部有泵心和抽油杆穿过。
抽油杆是泵体内上下运动的部分，它可以连接到地面的动力设备，如电机或驱动机械。
泵心则是位于泵体内的抽油部件，与抽油杆连在一起，通过上下运动抽取地下油井中的油。
杆式抽油泵的工作原理可以分为三个阶段：进料、抽油和出料。
首先是进料阶段。
当抽油泵处于停止状态时，泵心位于最低点，接近油井的油层。
此时，油会从油井中自流入泵体，填满泵体和泵心，形成初次充油。
接下来是抽油阶段。
当动力设备启动时，抽油机构会上下运动。
抽油杆向上运动时，泵心也会向上运动，形成抽油的动作。
随着抽油杆的上升，泵心会抽取地下油井中的油，将油从泵体中抽出。
最后是出料阶段。
当抽油泵杆下降至最低点，泵心也会下降，油将从出口处排出。
同时，抽油杆的下降还会产生一定的压力，将剩余的油压出泵体，清洗泵心，为下一次的进出油作准备。
杆式抽油泵的工作原理主要依靠泵心的上下运动来实现油井的抽油。
泵心上下运动的动力来自地面的动力设备，通常是通过抽油杆与电机或驱动机械相连。
动力设备的启动会带动抽油杆的上下运动，进而使泵心产生抽油的动作。
抽油泵的泵心通常采用一个密封的活塞结构，通过活塞在泵体内的上下运动实现从地下油井中抽取油的过程。
杆式抽油泵的优点主要有以下几个方面。
首先，杆式抽油泵结构相对简单，不容易出现故障，运行可靠。
其次，泵心部分采用活塞结构，可以有效提高泵的密封性能，避免油的泄漏。
此外，杆式抽油泵还具有抽油高效、适应性强、操作简单等特点，广泛应用于石油工业中的抽油作业。
然而，杆式抽油泵也存在一些不足之处。
首先，由于抽油泵的工作过程中需要上下运动的抽油杆，因此频繁的运动会导致设备的磨损，需要定期维护和更换部件。
此外，抽油泵运行时还会产生振动和噪音，对设备和周围环境造成一定的影响。
提高有杆抽油系统效率的措施1
提高有杆抽油系统效率的措施有杆采油装置系统包括往复式有杆采油装置系统和旋转式有杆采油装置系统两类。
其中往复式有杆采油装置系统又分为游梁式（常规式和前置式）和无游梁式（链条式、曲柄连杆式、滑轮增程式等）；旋转式有杆采油装置系统典型代表为地驱单螺杆泵采油装置。
下面从两大类中分别以常规游梁式抽油机采油装置系统和地驱单螺杆泵采油装置系统为例来介绍。
一、往复式有杆采油装置1、常规游梁式抽油机采油装置系统组成 地面——抽油机； 中间——抽油杆、油管； 井下——抽油泵2、抽油机井的系统效率2.1 抽油机井的有效功率称有效功率，也称为有效的水力功率N H , ：是指在一定时间内，将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率：8640086400)(86400gHQQp p pQ N l in out H ρ=-=∆=式中 Q —— 油井产液量，m 3/d ；H ——泵的有效压头或泵对液体的有效提升高度，m ； N H —— 抽油机井的有效功率，kw 。
泵的有效压头或泵对液体的有效提升高度H 计算如下： (1)．如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L 。
(2)．考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为： 610⨯-+=gP P L Hl CB f ρ式中 BP 、CP —— 分别为回压和套压，MPa ； lρ—— 井中液体密度，kg/m 3。
当上式中用相对密度'lρ，并且重力加速度取9.8时，'-+=l C B f P P L H ρ/)(102。
(3)．考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为：lol Sl CB f h gP P L H ρρρρ-+⨯-+=610式中 Sh —— 泵的沉没度，m 。
2.2 光杆功率光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。
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压裂主要用于低渗透油气层的改造。
5.2.5 稠油开采
有一些油田的石油是属于高粘度重质原油, 在常温常压条件下, 是不能 流动的。为此, 针对稠油粘度高的特点, 创出了热力开采方法和化学开采方 法。
蒸汽吞吐工艺技术是向稠油层注入高温、高压蒸汽, 使稠油的粘度降低, 这样石油就可以从油层中流入井筒而开采出来。
5.4.3 采油噪声
采油生产噪声主要来自机械噪声和作业噪声。 机械噪声源重点是大型机械设备，如大型注水机泵组、通井机、压裂车、
泵车、混砂车; 作业噪声源重点是井下大型压裂酸化作业中十几种设备同时开动而产生
的噪声。
作业：
1.采油的方法有哪几种？ 2.为什么要分层注水？分层注水的工具是什么？ 3.什么油井酸化和油井压裂？ 4.什么是一次采油，二次采油和三次采油？它们的
原因：油层岩石颗粒胶结疏松。如何防止油井出砂和怎样将井底的积砂 清除干净, 是保证油井正常生产的重要技术措施。 油井防砂工艺技术分为 机械方法防砂和化学方法防砂。
5.2.4 分层改造
1. 油井酸化
酸化是用高压泵将酸液注入地层，酸液与碳酸盐或 油层中的矿物和胶结物起化学反应，从而扩大裂缝和油 层的孔隙，或解除油层堵塞，提高油层渗透能力，起到 增产的作用。
蒸汽驱也是这个道理, 是利用热蒸汽来驱动稠油, 这样来提高稠油油田 的开采效果。
常规方法开采,采出率10％左右。蒸汽吞吐方法开采, 采出率25％左右, 再用蒸汽驱方法开采，采出率50～60％。
5.3 提高原油采收率技术
• 所谓采收率就是指油田累计采出的油量占地质储量的百 分比。
累计采油量 油田采收率(％)= —————×100％
• 聚合物驱就是把高分子量水溶性聚合物加到注入井中以增加注入水 的粘度，使油的流动能力相对提高。当前, 使用的聚合物主要是水 解聚丙烯酰胺。
• 热力驱是通过热量传递, 使油层的原油温度升高, 体积膨胀, 降低 粘度, 改善流动性, 从而达到提高采收率的目的。
5.3.4 微生物采油
大量的试验表明, 有很多种细菌能把石油当成营养而吃下去, 并合成各种各样的代谢产物，这些产物主要是生物气（甲烷、氢、 二氧化碳、硫化氢）和表面活性剂，使原油与水结合出现乳化现象。 原油的乳化降低了油水界面张力和原油的粘度，大大提高了原油的 流动能力，从而提高原油采收率。
③井下作业。油井作业中,压井替喷,不压井作业的跑、冒油以 及在起出油管,抽油杆在井场放置或者清洗而散落在井场的原油;
④生产过程。在原油生产中由于管理不善造成少量原油漏失落 地;
⑤生产事故。如发生井喷、集输管线断裂造成的落地原油。
5.4.2 落地原油
2.落地原油的危害
原油落地后往往与水、砂、泥土形成混合物。在露天暴露时,其中的溶 解气、轻烃会挥发进入大气,造成大气污染;渗入土壤会造成土壤污染;特别 是有时由于土油池失修或大雨造成溢油,使原油流入水域造成水体污染。
特点：成本低、操作简单，现场不需要大型设备，产出液不需 要特殊处理，同时能耗低，不污染环境。
5.4 采油过程与环境污染
5.4.1 含油污水
1.含油污水的来源 在采油生产过程中，含油污水主要来自油田采出水和注水井的
洗井水。 采出水是与原油和油田气一起自采油井产出，经沉降和电化学
脱水后，脱出的含油污水。 注水井洗井水包括试注井及注水井洗井排出的含油污水。这部
分含油污水，由于井位分散，往往现场排放。有的油田建设了洗井 水回收流程，集中处理。
5.4.1 含油污水
2.含油污水的特性
①油水密度差值小。有些油田稠油密度非常大, 与污水的密度 相差甚微。 ②水中悬浮固体含量高、颗粒粒径小。 ③细菌含量高。细菌大量繁殖不仅腐蚀管线,而且还会造成地 层的严重堵塞。 ④有机物含量高。油田采出水中存在多种有机物,如挥发酚、 硫化物等。 ⑤矿化度高。
①早期注水开发：油田开发初期，或开发一阶段即开始注水，始 终保持油层有足够的能量，延长自喷采油时间。
②晚期注水开发：油田靠天然能量开采已无法维持生产时，采用 注水来进行二次采油。 注水水质：为避免水中杂质堵住油层空隙和腐蚀设备,要求每公升注 入水中不能超过两毫克的杂质和0.5毫克的铁。
5.1.4 向油层内补充能量开发
CO2混相驱 惰性气体驱
氮气驱 烟氮气驱
聚合物驱 表面活性剂驱 碱水驱
胶束/聚合驱 中相微乳液 活性水驱，泡沫驱
5.3.1 混相驱
• 混相驱就是向油层中注入一种能完全溶解石油的溶剂来驱替原油， 化学药剂驱油就是在注入水中添加化学药剂来提高驱油效率, 目前 应用最多的是聚合物驱油。
5.4.2 落地原油
1.落地原油的产生及来源 落地原油系指油井中生产的未进入集输管线而散落在地面的原
油。原油落地的原因很多,其中落地原油量大而又经常发生的原因有 以下几个方面:
①油井投产前。自喷油井投产前地面集输管线尚未建成，射空 替喷时原油进入土油池;
②试油、试采。试油、试采作业主要是探井所产原油部分进土 油池；
注水开发地面流程:
净
注
配
水源水
化
水
水
站
站
间
采油污水
污水 处 理站
注水 井
5.2 采油工艺技术
5.2.1 分层注水
多油层的油田由于各油层的渗透性是不同的, 如果在一口注水井里不分好坏油层笼统注水,虽 然也能达到保持压力的目的,但是注进去的水在 渗透性好的油层跑的快,而在渗透性不好的油层 内跑得很慢,采油井上见不到好的注水效果,而好 油层已经大量出水。
4.气举采油
气举采油也是无杆泵的机械采油方法。即从套管与油管的环形空 间注入天然气，通过油管下部的凡尔进入油管，注入油管内的天然气 降低井筒内液柱密度，从而降低对油层的回压，使原油有可能流入井 内，并将原油举升到地面。
5.1.4 向油层内补充能量开发
随着油田开发的深入,油层能量不断下降,为了向油层内补充能量, 往往采取向油层注水或注气的办法。注水开发油田分两类：
叫深井泵） • 抽油机按其外形结构和工作原理不
同，可分为游梁式抽油机和无梁式 抽油机。
5.1.3 机械采油
抽油杆
深井泵工作原理
深井泵由抽油泵筒、活塞、固定及 游动凡尔 游动凡尔所组成。
抽油活塞上行时，游动凡尔受活塞
内以上液柱的压力而关闭，将液体排出 活塞
地面，固定凡尔由于泵筒内压力降低，
在油层和套管环形空间液柱的压力下被
三次采油就是指通过注入其他流体，采用物理、化学、热量、 生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏采收率。经 三次采油的最终采收率可达45%～70%。
5.3 提高原油采收率技术
提高采收率方法
热力法 混相驱 化学驱 微生物驱
注蒸汽 层内燃烧 注热水
烃混相驱
蒸汽吞吐 蒸汽驱
高压注干气 富气驱 注液化石油气
②低渗透层出油能力差又受高渗透油层的影响, 不能充分发挥它 的产油能力。
为了解决这个矛盾, 人们采用新的技术措施, 实行分层定量采油。 它和分层注水用的封隔器相似, 是用配产器来实现分层定量采油的。
5.2.3 堵水和防砂
1.分层堵水 注水开发的油田, 开采一个阶段以后,注入油层的水量越来越高,而且会
各油田广泛采用的酸化措施有盐酸处理和土酸处理 两种。盐酸酸化主要用于碳酸盐岩油气层。
土酸是用盐酸和氢氟酸按一定比例配合成的酸液， 它既可溶解碳酸钙盐类和铁铝化合物，也可以溶解岩石 中的硅酸盐类和粘土，所以土酸是砂岩油田经常使用的 酸液。
5.2.4 分层改造
2. 油井压裂
利用地面上的高压泵，将高粘度液体以大大超过地层吸收能力 的排量注入井中, 随即在井底附近产生很高的压力。此压力将油井 周围的油层压开裂缝，形成的裂缝带具有很高的渗透性，大大改善 了油气层的导流能力。这种靠强大压力将油层压开裂缝的方法就叫 油井压裂。
地质储量
5.3 提高原油采收率技术
根据石油开采及油田开发的投资过程，可分为三个阶段：一次 采油、二次采油和三次采油。
一次采油是指利用油藏天然能量开采的过程，如利用溶解气驱、 气顶驱、天然水驱、岩石和流体弹性能驱及重力排驱等能量。通常 这种方法开采的原油采收率都比较低，只有8%～15%。
二次采油是指利用外部补充地层能量（如注水、注气），以保 持地层能量为目的的提高采收率的采油方法。经二次采油的采收率 大致为25%～45%，个别条件好的油藏可达50%左右。
采收率各是多少？ 5.什么叫原油采收率？提高采收率的方法有哪些？ 6.稠油开采的方法有哪些？ 7.采油过程中存在哪些环境污染？
5.1.3 机械采油
2.电动潜油离心泵采油
电动潜油离心泵简称潜油电泵，是一种没有抽油杆的无杆泵，将 动力机直接放在井下带动离心泵抽油。
离心泵的特征是排量大而且均匀，适合泵送低、中粘度的液体， 可用于直井，也可用于定向井。在地面条件恶劣、海上平台上使用更 有其优点。
3.水力活塞泵采油
水力活塞泵是另一种无杆抽油设备，其工作原理是利用井下的液 压驱动机带动井下泵往复运动，代替抽油机和抽油杆带动深井泵抽油。
5.1.3 机械采油
由于油层天然能量不足或经自喷开采后能量逐渐下降， 此时的地层能量不能保持油井自喷或产量过低时，就必 须利用机械能量举升进行采油。其方法主要有抽油机深 井泵采油、电动潜油离心泵采油、水力活塞泵采油和气 举采油等四种。
5.1.3 机械采油
1.抽油机深井泵采油
主要部件： 抽油机、抽油杆、抽油泵（又
第五章 采油工程
5.1.2 自喷采油
在原始条件下，油层岩石与孔隙空间内的流体处于压力 平衡状态，一旦钻开油层，由于井中的压力低于油层内部的 压力，在井筒与油层之间就造成了压差，油层压力就推动石 油向压力低的井底流去。