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
采油机械——有杆泵采油
(2)游梁
游梁的作用：游梁安装在支 架轴承上，作用是绕支点 轴承作摇摆运动来传递动 力，同时也是承受负荷的 主要构件。
游梁安装的要求：为了校准 驴头中心与井口中心一致, 往往在游梁上焊上2—4个 顶丝，并且将游梁上的 “U”型卡子的孔开成长方 形的。亦有在抽油机支架 上焊上2—4个顶丝，用来 调节小轴的轴承位置。
安装时要注意曲柄孔、曲柄孔 键槽、锥形套和键等应有良 好的配合，否则易滚键或断 曲柄销。
(5)曲柄
曲柄的位置：曲柄安装在 减速器输出轴两端共 两个。
曲柄的结构：曲柄上有 4—8 个 圆 孔 ， 调 节 冲 程时可将曲柄销子固 定在任何一个适当的 孔里。图为曲柄和平 衡块的安装图。
(5)曲柄
曲柄的安装:曲柄一端有开口 的大孔,是用它把曲柄安装 在减速器的输出轴上。安 装时键槽孔要对正,然后将 键打入键槽,再将孔旁的差 动螺丝或T型螺丝上紧。曲 柄两侧的两个大铁块叫平 衡块，平衡块是用T型螺丝 与曲柄紧固在一起。平衡 块上面标的箭头处是平衡 块的中心线，它是供调平 衡时应用的。
(3)横梁
横梁的作用：是连接连杆 与游梁之间的桥梁，动 力经过横梁才能带动游 梁作摇摆运动
横梁的形式: 一般有三种, 一种是直形横梁，另一 种是船形横梁，还有一 种是翼形横梁。
横梁结构：多采用型钢焊 接结构，如船形横梁 ( 图 a) ， 也 有 少 数 铸 造 横梁，如翼形横梁(图b)
第4堂开始
普通式抽油机结构简图
2.游梁式抽油机的结构：
(1)驴头
驴头的安装形式： 驴头是装在游梁近
井口端的一个带弧面构 件，由钢板或三角铁焊 接制成。 驴头的作用：
在游梁摆动的情况 下保证光杆始终对准井 口中心位置。
驴头的类型:
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。
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
(3)横梁 (3)横梁 横梁的作用：是连接连杆 与游梁之间的桥梁，动 力经过横梁才能带动游 梁作摇摆运动 横梁的形式一般有三种： 一种是直形横梁，另一 种是船形—横梁，还有 一种是翼形横梁。 横梁结构：多采用型钢焊 接结构，如船形横梁 (图a)，也有少数铸造 横梁，如翼形横梁(图b)
(4)连杆 (4)连杆 连杆与横梁连接(如图所示)： 在连杆的上部焊有接头，连 杆与横梁用销轴铰接，下接 头靠曲柄销4与曲柄连接，曲 柄销与连杆连接的一端装有 双列自位滚珠轴承，另一端 与锥形套配合固定在曲柄销 孔内，用冕形螺帽6固紧，并 加开口销锁住。
变型抽油机为适 应长冲程做成前 臂长，驴头端重
普通式抽油机结构简图
2.游梁式抽油机的结构： (1)驴头 驴头是装在游梁近井 口端的一个带弧面构件， 由钢板或三角铁焊接制成。 驴头的作用：是在游梁 摆动的情况下保证光杆始 终对准井口中心位置。
(2)游梁 (2)游梁 游梁的作用：游梁安装在 支架轴承上，作用是绕支点 轴承作摇摆运动来传递动 力，同时也是承受负荷的主 要构件。 游梁安装的要求：为了校 准驴头中心与井口中心一致, 往往在游梁上焊上2—4个顶 丝，并且将游梁上的“U”型 卡 子的孔开成长方形的。
每分钟排量为: 每日体积排量为: 每日质量排量为: 式中:
Vm = f P sn
Qt = 1440 f P sn
Qm = 1440 f P snρ l
Qt －泵的体积理论排量，m3/d；
Qm－
泵的质量理论排量，t/d；
三、抽油杆
抽油杆的作用：在抽油装置中抽油杆是中间部分， 起连接抽油机与抽油泵，并把抽油机的动力传递给抽 油泵的作用。 抽油杆的类型： (1)根据化学成份，抽油杆可分为碳钢抽油杆、 合金钢抽油杆及玻璃钢抽油杆等类型。 (2)根据抽油杆在杆柱中起的作用，抽油杆又可 分为光杆、普通抽油杆和加重杆。
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-采油概论
二、平衡计算
下冲程－存储能量 存储能量＝电机所做功＋抽油杆下落悬点所做功 Aw＝Amd＋Ad 上冲程－释放能量 释放能量+电机所做功=悬点提升所做功 Aw＋Amu＝ Au Amd＝Amu
基本公式：
(3-54)
二、平衡计算
只考虑静载荷，惯性力在上下冲程中所作功为0
悬点上冲程做功: 悬点下冲程做功:
二、泵的充满程度
条件：
P P in b
余隙比： K Vs / V p 充满系数：
Vl
'
1 K 1 R
K
1 KR 1 R
Vp
气体对冲满程度的影响
气锁：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。
二、泵的充满程度
泵充满程度的影响因素分析：
前置式气动平衡抽油机结构简图 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。
我国游梁式抽油机型号表示法
例：CYJ8-3-37HB
CYJ
8 – 3 – 37 H
B
F：复合平衡
Y：游梁平衡 平衡方式代号 B：曲柄平衡 Q：气动平衡 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 减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m 光杆最大冲程，m 悬点最大载荷，10 kN 游梁式抽油机系列代号
松的防脱器等。
4、井口装置-采油树
节流器：控制 自喷井产量
清蜡闸门：其上方可 连接清蜡方喷管等， 清蜡时才打开。
生产阀门：控制油气 流向出油管线，正常 生产时打开，更换检 查油 嘴或油井停产时 关闭
总阀门：控制着油气 流入采油树的通道。 正常生产是打开，需 要关 井时关闭。
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。
S
i
S(1 Wr N 2L )
1790 fr E
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
第三章 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。
延大采油工程原理与设计课件03有杆泵采油
Chapter 4
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
抽油机
游梁式抽油机 无游梁式抽油机
游梁式抽油机
常规型（普通型） 前置型 变型
基本型
Chapter 4 （2）结构
第一节 抽油设备及其工作原理
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
斜直井型
Chapter 4
第一节 抽油设备及其工作原理
（一）抽油机的结构组成
Chapter 4
第一节 抽油设备及其工作原理
（二）抽油机各组成部件的作用
（1）刹车装置：刹车也叫制动器，它是由手柄、刹车中间座、拉杆、锁死弹簧、 刹车轮、刹车片等部件组成。刹车片与刹车轮接触时发生摩擦而起到制动作用。
（2）电动机：电机是动力的来源，一般采用感应式三相交流电动机。它固定在电 机座上由皮带传递动力至减速器大皮带轮。前后对角上有两条顶丝可调节皮带的松 紧度。
（9）游梁：它安装在支架轴承上，绕支架轴承作上下摆动，尾端通过尾轴承与横梁 连接在一起，前端装有驴头，游梁可前后移动调节，以便使驴头始终对准井口。在 复合平衡的机型中，游梁尾部可挂有尾平衡板。
（10）驴头：它装在游梁最前端驴头为弧面，它的弧线是以支架轴承为圆心，以游 梁前臂长为半径画孤而得到的。它保证了抽油时光杆始终对正井口中心。驴头担负 着井内抽油杆、泵摩擦阻力及液柱的重量。
（3）曲柄：它是由铸铁铸就的一个部件，装在减速器输出轴上。曲柄上开有大小 冲程的孔眼叫冲程孔，专门为调节冲程所用。两侧外缘有牙槽并有刻度标记。侧面 开有凹槽是装配重块所用，内侧两边缘为平面，尾部有一吊孔。曲柄头部与输出轴 的连接，头部为叉型，中间开有与减速器输出轴直径相匹配的孔，并开有键槽。叉 型部分由两条拉紧螺栓固定。
采油工程有杆泵采油汤
采油措施－螺杆泵采油
（一）系统构成
螺杆泵主要由地面驱 动和井下泵两部分构成。 驱动部分由防爆电机、 皮带轮、减速箱和光杆 密封器构成。井下泵由 接头、转子、定子、定 位衬套和扶正器等构成。
采油措施－螺杆泵采油
（二）工作原理（略） （三）特点
1）构造简朴，占地面积小，有利于海上平台和丛式 井组采油；
4）经过开展螺杆泵工况诊疗和优化技术旳研究， 能够帮助人们正确判断油井工作情况，提供地面 驱动系统、井筒内杆柱设计和泵型等方面旳优化 设计方案，提出调参旳根据。
采油措施－螺杆泵采油
（五）发展趋势
1）为提升排量和扬程，国外各企业在单螺杆泵 构造优化旳同步，主动研究多头螺杆泵。
2）为提升螺杆泵旳综合性能和使用寿命，国外 各企业在优化定子橡胶旳配方和增强转子旳耐磨、 抗腐蚀旳同步，还探索使用金属定子、非金属转 子。
特 种
空心抽油杆
抽
电热抽油杆
油
杆
连续抽油杆
柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆
二、泵旳工作原理
（一）泵旳抽汲过程
1)上冲程
抽油杆柱带着柱塞向作上用运在动泵，上柱旳塞上旳 游动阀受管内液柱压力环而形关空闭间。液柱压力
泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱 压力(淹没压力)与泵内压力之差旳作用下被 打开。
泵内吸入液体、井口排出液体。 泵吸入旳条件：泵内压力(吸入压力)低 于淹没压力。
A点旳加速度：aA
dVA dt
2r(cos
cos 2) a
b
悬点冲程（最大位移）：S 2r a
b
a A max
0
a b
2r(1
)
s 2 (1
2
r l
)
a A max
第03章有杆泵采油1素材
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。
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
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf f r
Wr Ir WA gIlFra bibliotek 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
(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。
第一节 抽油装置及泵的工作原理
一、抽油装置
抽油机 设 备 组 成 抽油杆 抽油泵
图3-7 抽油机四连杆机构简图
S B r (1 cos ) r (1 cost )
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 cos t ) b b
A点的速度为:
dS A a vA r sin t dt b
每日排量:
Qt 1440f 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
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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。
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
amax
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S 2 r (1 ) 2 l
180
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf 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
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
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
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）
Lg （即杆柱在液体中的重力） Wr f r L( s l ) g qr
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。
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
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
F：复合平衡
Y：游梁平衡 平衡方式代号 B：曲柄平衡 Q：气动平衡 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
减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m 光杆最大冲程，m 悬点最大载荷，10 kN CYJ-常规型 游梁式抽油机系列代号 CYJQ-前置型 CYJY-异相型
(2)抽油泵：机械能转化为流体压能的设备
a A点位移： S A r (1 cos sin 2 )
2
b
A点速度:
vA
dS A a r (sin sin 2 ) dt 2 b
dv A a 2 r (cos cos 2 ) A点加速度: WA dt b
图3-9 曲柄滑块机构简图
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)
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
图3-7 抽油机四连杆机构简图
S B r (1 cos ) r (1 cost )
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 cos t ) b b
A点的速度为:
dS A a vA r sin t dt b
泵内吸入液体、井口排出液体。 泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。
A-上冲程
2)下冲程
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，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。 泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)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 冲程内完成进油与排油的过程。
qr ( s l ) / s qr b qr
b ( s l ) / s
失重系数
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 ) Ll 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。
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
光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。
B-下冲程
（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。
冲次：一分钟的时 在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体 间内抽油泵吸入与 体积都等于柱塞让出的体积： 排出的周期数。 V f pS 每分钟的排量为： Vm f p SN 泵的理论排量
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
有杆泵采油典型特点： 地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体 有杆泵采油分类： (1) 常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通 过抽油杆传递给井下柱塞泵。
每日排量:
Qt 1440f 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
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：
其它附件
抽油过程介绍
(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
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
(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。
第一节 抽油装置及泵的工作原理
一、抽油装置
抽油机 设 备 组 成 抽油杆 抽油泵
A-上冲程
B-下冲程
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:
P i 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。
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf 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
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。
(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。
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
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
图3-4 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
液压增程抽油机
游梁式抽油机系列型号表示方法 CYJ 12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
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
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
amax
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S 2 r (1 ) 2 l
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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: P hu 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。ຫໍສະໝຸດ 超高强度抽油杆(EL级杆)