第03章有杆泵采油-1
延大采油工程实验指导03有杆泵与抽油原理
实验三有杆泵与抽油原理一．实验目的1. 观察抽油机、抽油泵的结构和工作过程（机杆泵四连杆机构）。
2.掌握有杆泵抽汲原理熟悉游梁式抽油机主要部件组成、各部件名称结构及工作原理。
3. 观察气锚的分气效果。
4.观察模拟泵在井筒内的工作状况。
二．实验内容1.抽油机工作原理有杆泵抽油是三大采油方法之一。
本实验装置由抽油机和井筒两大部分组成，见图1。
电动机的高速旋转运动通过皮带轮和减速箱减速，传递给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转运动，经曲柄、连杆、横梁带动油梁作上下摆动，挂在游梁驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱做上下往复运动，从而带动泵柱塞做上下往复运动。
图1 抽油机的实验装置组成示意图2.抽油泵工作原理有杆泵是由泵筒、衬套、柱塞、游动阀、固定阀组成。
泵的工作由三个基本环节组成，即柱塞在泵内让出容积，液体进泵和从泵内排出液体。
在理想的情况下，柱塞上下一次进入和排出的液体等于柱塞让出的容积。
上冲程，抽油机带动抽油杆连接柱塞一起向上运动，柱塞上的游动阀受柱塞上油管液柱压力作用而关闭，与此同时，泵腔内由于柱塞上行让出容积而压力降低，固定阀在油套环形空间液柱压力作用下被冲开，液体被吸入泵腔内，上冲程为泵吸液而油井排液过程。
下冲程，柱塞下行，固定阀关闭，泵腔内压力增高，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被冲开，泵腔内液体通过游动阀排入井筒中，见图2。
柱塞上下一次为一个冲程，在一个冲程内完成一次进液和排液的过程。
图2 泵的工作原理图3.气锚分离原理气锚是井下油气分离装置，其基本原理是建立在油气密度不同而起油气分离作用的。
气锚可分为旋转式、沉降式，其结构图见3.3。
气锚安装在抽油泵的末端。
沉降式气锚当柱塞上行时，由于抽吸和管外液柱压力作用，油和气进入锚内，由于油气密度的差异气体大部分上浮于气锚的上端，而液体则沉降于气锚的下端；当柱塞下行时，由于泵的阀被关闭，气锚内液体处于静止状态，气体上浮自锚上端的排气孔抛出，进入管外油套环形空间，而脱气原油自气锚中心管的下口被吸入到泵腔内，从而达到防止气体进泵，提高泵效的目的。
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
第3章有杆泵采油
2.异相型抽油机
运动特点：使得上冲程的曲柄 转角明显大于下冲程，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、延长抽油杆寿命和节能 的目的
后置式抽油机结构简图
3．前置型抽油机
不同点： ①游梁和连杆的连接位置不同。 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。
➢异相型 ➢前置型
常 规 型 游 梁 式 抽 油 机
异 型 游 梁 式 抽 油 机
旋
调
转
径
驴 头 游 梁 式 抽 油 机
变 矩 游 梁 式 抽 油 机
链条式抽油机
皮带式抽油机
链传式抽油机
天轮式抽油机
直线往复式抽油机
一、抽油机
主要组成：
游梁—连杆—曲柄（四连杆）机构 减速机构（减速器） 动力设备（电动机） 辅助装置等四部分
第四节 抽油机平衡计算
一、平衡方式及其原理
游梁式抽油机平衡采用气动平衡和机械平衡两种方式。
其中，机械平衡又分为： 1）游梁平衡（beam balance） ； 2）曲柄平衡（crank balance）； 3) 复合平衡（combined balance）。
平衡的基本原理：下冲程过程中以某种方式把抽油杆柱所 放出的能量、电动机提供的能量储存起来，到上冲程时再 释放出来帮助电动机做功。
– 上下冲程电机电流峰值相等 – 或减速器扭矩峰值相等 方法：测量下行电流和上行电流比值，0.8～1之间平衡
第四章 有杆泵采油
第一节 有杆抽油装置
抽油机 抽油泵 抽油杆柱
一、抽油机
游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄（四连杆）机 构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装 置等四部分组成。
第3章有杆泵采油-1
(二)悬点最大和最小载荷
采油工程原理与设计
1.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，其值为：
③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:
Pi pi f p ( pn pi ) f p
下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。
采油工程原理与设计
2
1
r l
取r/l=1/4时，
SN 2 Iru Wr 1440
下冲程：
I rd
Wr g
S 2
2
(1
r l
)
Wr
SN 2 1790
(1 r ) l
液柱引起的悬点最大惯性载荷
上冲程：
I lu
Wl g
S 2 (1 r )
2
l
Wl
SN 2 1790
游梁式抽油机分类
后置式和前置式
采油工程原理与设计
图3-2 后置式抽油机结构简图
不同点： ①游梁和连杆的连接位置不同。
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。
图3-3 前置式气动平衡抽油机结构简图
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。
采油工程原理与设计
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载 荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
采油工程原理与设计
抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷
上冲程：
I ru
延大采油工程习题集及答案03有杆泵采油
第三章 有杆泵采油一、名词解释1、有杆泵： 利用抽油杆驱动的井下抽油泵。
2、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。
3、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。
4、扭矩曲线：反映曲柄轴扭矩随曲柄转角的变化曲线称之为曲柄轴扭矩曲线，简称扭矩 曲线。
5、泵效： 在抽油井生产过程中， 泵的实际排量与理论排量的比值称为泵效， 亦称泵的容 积效率。
= QQ t ,6、充满程度：每冲次吸入泵内的原油(或液体)的体积与活塞让出体积的比值。
β =V 07、系统效率：有效功率与电机输入功率的比值。
= H e V p 9、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。
10、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。
11 、理论排量： 在一个冲程内， 排出的液体体积为，Vp 的s 排量为： Q t = 1440f p sn 每日的排量就成为理论排量。
12 、光杆示功图：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。
二、叙述题1 、有杆泵分为哪几类：答案要点：分为常规有杆泵和地面驱动螺杆泵。
2 、常规型游梁式抽油机的工作原理是什么：答案要点 091：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往复运 动。
3 、管式泵的特点是什么？答案要点：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。
1 、 杆式泵的特点：答案要点：检泵不需起出油管， 检泵方便；结构复杂，制造成本高；排量小。
2 、 抽油机平衡方式：答案要点：分为气动平衡和机械平衡。
第3章有杆泵采油3-1
游梁式抽油机分类：后置式和前置式
后置式抽油机结构简图
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。 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。
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 皮带传动抽油机 液压抽油机 加大冲程 节能
WA两边对求导，并令其等于0，可求得最大加速度
aA max
a = ω (1 +r ) s 2 = ω r (1 + λ ) φ =0 b 2 l
2
2
a s 2 r aA max φ =180 = −ω r (1 − λ ) = − ω (1 − ) b 2 l
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
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
二、抽油机悬点载荷计算
(一)悬点所承受的载荷 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： 下冲程：
Wr = Ar ρs gL
（即杆柱在空气中的重力） （即杆柱在液体中的重力）
泵内让出容积，井内液体进泵和从泵内排出井内液体。 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m = f p SN
每日排量: Qt =1440 f p SN = k p SN
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
(一)简化为简谐运动时悬点运动规律
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
有杆泵采油
第三章有杆泵采油有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。
有杆泵采油具有结构简单、适应性强和寿命长的特点，是目前国内外应用最广泛的机械采油方式。
本章将系统地介绍游梁式抽油机有杆抽油装置、采油原理、工艺设计及油井工况分析方法。
第一节有杆抽油装置典型的有杆抽油装置主要由三部分组成，如图3-1所示。
一是地面驱动设备即抽油机；二是安装在油管柱下部的抽油泵；三是抽油杆柱，它把地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵柱塞使其上下往复运动，使油管柱中的液体增压，将油层产液抽汲至地面。
就整个有杆抽油生产系统而言，还包括供给流体的油层、用于悬挂抽油泵并作为举升流体通道的油管柱、井下器具（油管锚、气锚、砂锚等）、油套管环形空间及井口装置等。
图3-1 典型的有杆抽油生产系统1-吸入阀；2-泵筒；3-排出阀；4-柱塞；5-抽油杆；6-动液面；7-油管；8-套管；9-三通；10-盘根盒；11-光杆；12-驴头；13-游梁；14-连杆；15-曲柄；16-减速器；17-动力机（电动机）一、抽油机抽油机（pumping unit）是有杆抽油的地面驱动设备。
按其基本结构抽油机可分为游梁式和无游梁式两大类，目前国内外应用最为广泛的是游梁式抽油机（俗称磕头机）。
游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄（四连杆）机构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装置等四部分组成，如图3-2所示。
游梁式抽油机工作时，传动皮带将电机的高速旋转运动传递给减速器的输入轴，经减速后由低速旋转的曲柄通过四连杆机构带动游梁作上下往复摆动。
游梁前端圆弧状的驴头经悬绳器带动抽油杆柱作上下往复直线运动。
根据结构形式不同游梁式抽油机分为常规型（普通型），异相型、前置型和异型等类型。
常规型和前置型是游梁式抽油机的两种基本型式。
1.常规型抽油机常规型游梁抽油机如图3-2所示。
它是目前油田使用最广的一种抽油机。
其结构特点是：支架位于游梁的中部，驴头和曲柄连杆分别位于游梁的两端，曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方，上下冲程运行时间相等。
第三章有杆泵采油1-2011.5
arccos
C2
J2 2CJ
P2
K I 2 (H G)2
arcsin
R J
sin(D
)
b
C2 arccos
K
2 P
2CK
TR2
t
C2 arccos
K2 (P 2CK
TR)2
D为曲柄旋转方向指数（规定以悬点处于下死处，曲柄背
7
3) 前置型
结构特点 支架位于游梁的一端，驴头和曲柄连杆同位于另
一端。
运动特点
上冲程运行时间长于下冲 程运行时间，降低上冲程运行 速度、加速度和动载荷。
前置型多为重型长冲程抽 油机，除采用机械平衡外还采 用气动平衡。
8
a. 常规型 b. 异相型
c. 前置型
9
4) 其它游梁式抽油机
双驴头式 旋转驴头式 大轮驴头式 天轮式 斜直井游梁式抽油机。 目的 增大冲程、节能及改善抽油机的结构特 性和受力状态。
pi ps pv pi ps pC hL g
44
上冲程悬点静载荷
游梁式 抽油机
常规型 异相型 前置型
5
1）常规型
结构特点 曲柄轴中心基
本位于游梁尾轴承 的正下方。 运动特点
上下冲程运行 时间相等
6
2）异相型
结构特点
曲柄轴中心与游梁尾轴承存在一定的水平距离； 曲柄平衡重臂中心线与曲柄中心线存在偏移角。
运动特点
上冲程的曲柄转角明显大于下 冲程，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、延长抽油杆寿 命和节能的目的。
第3章有杆泵采油-1-new
Chapte3Rod P mp P od ction Chapter 3 Rod Pump Production有杆泵采油Chapter 3 Sucker Rod Pumping Chapter3Sucker Rod Pumping有杆泵采油抽油装置及泵的工作原理抽油机悬点运动规律及悬点载荷抽油机平衡扭矩及功率计算抽油机平衡、扭矩及功率计算泵效算泵效计算有杆抽油系统设计有杆抽油系统工况分析有杆泵采油典型特点：有杆泵采油分类：(1) Sucker Rod Pumping：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。
(2) Progressive Cavity Pump: 井口驱动头的(2)Progressive Cavity Pump:旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。
常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。
3.1 Pumping Equipment and Pump Mechanics 31P i E i t d P M h i31 P i E i t d P M h i3.1 Pumping Equipment and Pump Mechanics 311 Sucker Rod Pump Equipment3.1.1 Sucker Rod Pump Equipment Pumping Unit设Sucker RodP 备Pump组成Accessories抽油过程Chatper 3 Sucker Rod Pumping (一)Pumping Unit----3.1 Equipment() Pumping Unit 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两种械能，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Walking Beam Pumping Unit 游梁Walking Beam Pitman连杆曲柄机构Crank-CounterGear Reducer 减速箱动力设备和辅助装置Gear Reducer Prime Mover工作时，动力机将高速旋转运动工作原理通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。
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b ( s l ) / s
失重系数
采油工程原理与设计
②作用在柱塞上的液柱载荷 上冲程:
游动阀关闭，作用在柱塞上 的液柱载荷为：
Wl ( f p f r ) L l g
下冲程: 游动阀打开，液柱载荷作用于油 管，而不作用于悬点。
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载
荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
采油工程原理与设计
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S r 2 (1 ) 2 l
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
A-管式泵
B-杆式泵
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。
采油工程原理与设计
(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。 抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa) 接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。
采油工程原理与设计
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。 上冲程：增加悬点载荷: Phu ph ( f p f r ) 下冲程：减小抽油杆柱载荷: Phd ph f r 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。
采油工程原理与设计
(2)抽油泵：机械能转化为流体压能的设备
一般要求
a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠； b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长； c.规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强；
d.便于起下；
e.结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。
主要组成
工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀 (吸入阀)
采油工程原理与设计
二、抽油机悬点载荷计算
(一)悬点所承受的载荷
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
下冲程
Wr f r s gL qr gL （即杆柱在空气中的重力）
Wr f r L( s l ) g qr Lg （即杆柱在液体中的重力）
图3-7 抽油机四连杆机构简图
S B r (1 cos ) r (1 cost )
采油工程原理与设计
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：
a a S A S B r (1 cost ) b b
A点的速度为:
dSA a vA r sint dt b
A-上冲程
B-下冲程
采油工程原理与设计
③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:
Pi pi f p ( pn pi ) f p
下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对 悬点载荷没有影响。
采油工程原理与设计
超高强度抽油杆(H级杆)
特 种 油杆
连续抽油杆
柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆
采油工程原理与设计
二、泵的工作原理
(一)泵的抽汲过程
1)上冲程 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。
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。
游梁式抽油机分类
后置式和前置式
采油工程原理与设计
不同点： ①游梁和连杆的连接位置不同。 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。
图3-3 前置式气动平衡抽油机结构简图
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
下冲程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 上冲程： 下冲程：
I u I ru I lu
I d I rd
采油工程原理与设计
②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 柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，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关。(在考虑抽油杆柱弹 性时最大载荷计算时介绍) 3. 摩擦载荷 (1)抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管） (2)柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套） (3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液） (4)液柱与油管之间的摩擦力 （管液） (5)液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力） 上冲程主要受(1)、(2)、(4)影响，增加悬点载荷 下冲程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影响，减小悬点载荷
a A点位移： S A r(1 cos sin2 )
2
b
A点速度:
vA
dSA a r (sin sin 2 ) dt 2 b
dvA a 2 A点加速度: WA r (cos cos 2 ) dt b
图3-9 曲柄滑块机构简图
采油工程原理与设计
采油工程原理与设计
前次课复习
1. 定井口压力和限定注气量的条件下确定注气点深度和
产量。
2. 气举阀位置确定方法。 3. 常规有杆抽油系统的组成及工作原理。 4. 游梁抽油机的组成及工作原理。 5. 抽油泵的组成、杆式泵及管式泵的区别。 6. 泵的工作原理及理论排量的计算。 7. 抽油机悬点载荷中静载的组成。
采油工程原理与设计
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr f tf f r
Wr Ir WA g
Il Wl WA g
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 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；后半冲程中加速度为负，即加速
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载
荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
采油工程原理与设计
抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷
上冲程：
W S r W S N r sN r I ru r 2 (1 ) r 1 Wr 1 g 2 l g 2 30 l 1790 l
分类
按照抽油泵在油管上的固定方式可分为：管式泵和杆式泵
采油工程原理与设计
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。
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。
每日排量:
Qt 1440 f p SN
采油工程原理与设计
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
(一)简化为简谐运动时悬点运动规律
假设条件：r/l0、r/b0 游梁和连杆的连接点B的运动可看 做简谐运动，即认为B点的运动规律 和D点做圆运动时在垂直中心线上的 投影(C点)的运动规律相同。 则B点经过t时间(曲柄转角φ)时位 移为：
A点的加速度为:
dvA a 2 WA r cost dt b
图3-8 简谐运动时悬点位移、 速度、加速度曲线
采油工程原理与设计
(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律
假设条件：
0 r l 1 r l
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。
2 2
取r/l=1/4时，
SN 2 I ru Wr 1440
下冲程： 液柱引起的悬点最大惯性载荷 上冲程：
Wr S 2 r SN 2 r I rd (1 ) Wr (1 ) g 2 l 1790 l
Wl S 2 r SN 2 r I lu (1 ) Wl 1 g 2 l 1790 l
(2) 地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运 动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。 常规有杆泵采油是目前我国应用最广泛的采油方式，
我国机械采油井占总井数的90%以上，其中有杆泵 占机采井的90%以上。全国产液量的60％、产油量 的75%靠有杆抽油采出。
采油工程原理与设计
第一节 抽油装置及泵的工作原理
一、抽油装置
程慢。
采油工程原理与设计
新型抽油机：为了节能和加大冲程 异相型游梁式抽油机
节能 异形游梁式抽油机
双驴头游梁式抽油机
链条式抽油机
加大冲程
宽带传动抽油机 液压抽油机
采油工程原理与设计
图3-4 异相型游梁式抽油机
采油工程原理与设计
异形游梁式抽油机
采油工程原理与设计
双驴头游梁式抽油机
采油工程原理与设计
抽油机 设 备 组 成 抽油杆 抽油泵
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