有杆抽油系统第章抽油杆共118页文档
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有杆抽油系统——第2章 抽油杆
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
2.2 特种抽油杆
普通抽油杆的缺点：(发展特种抽油杆的原因) 适应不了深井采油、大泵强采需要 适应不了斜井开采的需要 适应不了高粘油井开采需要 适应不了高腐蚀性油井开采需要 适应不了严重结蜡油井的开采需要
第2章 抽油杆
China University of Petroleum
第2章 抽油杆
抽油杆是抽油设备的重要部件，它将抽油机的运动和 能量传递给井下抽油泵。抽油杆的疲劳强度和使用寿命决 定和影响了整套抽油设备的最大下泵深度和排量。
在抽油过程中，抽油杆柱承受的是不对称循环载荷的 作用，其工作介质为原油、地层水和天然气。抽油杆主要 失效形式为疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。抽油杆的断脱事故 会严重影响原油的生产，增加修井作业费用，提高了原油 的成本。为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命，国内 外在抽油杆的材料、制造、使用、管理及维护等方面开展 了大量的研究工作，取得了可喜的成果。
70年代初期，美国和加拿大使用的EL I型和EL II型超 高强度抽油杆，已超过60.96万米，失效一直很少。
2.2 特种抽油杆
二、玻璃钢抽油杆
与金属材料相比，玻璃钢制品具有重量轻、抗腐蚀、 疲劳性能好等独特优点，近十几年的开发研究，已成功 地用玻璃钢材料试制成抽油杆，现场使用证明，玻璃钢 杆有很大发展潜力。
的弹性模量为4.96×104MPa，因此玻璃钢抽油杆具有更 好的弹性。
玻璃钢杆比普通杆具有更低的固有频率。普通抽油 杆的工作频率与固有频率之比N/N0<0.5，而玻璃钢杆在 0.50.8之间，玻璃钢杆可以在更接近于系统的固有频率 附近工作，其柱塞冲程将被放大12倍左右，只要合理设 计杆柱能实现超冲程，即Sp/S>1。
有杆抽油系统——第2章 抽油杆
为了便于作业时抽油杆的连接、悬紧、吊装，抽油杆端 部要求带有外螺纹接头、扳手方径和凸缘。因次抽油杆端部 是一个变截面的阶梯回转体、正方体与圆弧回转体相互衔接 的复杂形状。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
抽油杆的工作环境及其结构对抽油杆的制造工艺提出 了很高的要求。另外，不同等级的抽油杆除了材料不同外， 其工艺方法及工艺流程也有所不同。抽油杆制造的典型工 艺流程如图所示。
2.2 特种抽油杆
3．玻璃钢抽油杆的类型 按杆身直径、最高工作温度和端部接头的级别划分。 例如： 7／8 —93℃-A
其中：7／8 —杆身直径； 93℃—最高工作温度； A— 端 部 接 头 强 度 级 别 ， A 级 为 620793MPa ， B 级 为 793965MPa。
2.2 特种抽油杆
插入式抽油杆扶正器插入式抽油杆扶正器抽油杆短接活动式刮腊扶正器抽油杆短接活动式刮腊扶正器抽油杆扶正器抽油杆扶正器抽油杆尼龙扶正器抽油杆尼龙扶正器扭卡式抽油杆扶正器扭卡式抽油杆扶正器2424抽油杆柱附属器具抽油杆柱附属器具滚动式抽油杆扶正器的用途滚动式抽油杆扶正器的用途滚轮式扶正器又称滚轮接箍滚轮式扶正器除了具有普通接箍的连接作用外在加长接箍圆周上装有滚轮这样改善了油井中抽油杆与油管之间的工作条件变滑动摩擦为滚动摩擦减少了抽油杆与油管的磨损
2.1 抽油杆结构及制造工艺
（4）锻造杆头 ① 将杆料的一端放入加热炉加热至锻造始锻温度。 ② 将被加热的杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。 ③ 将杆料的另一端加热至锻造始锻温度。 ④ 将被加热的另一端杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
（5）热处理 使整个抽油杆通过加热炉加热，整体正火、 正火+回火或调质处理，使其达到预期的机械性能。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
抽油杆的工作环境及其结构对抽油杆的制造工艺提出 了很高的要求。另外，不同等级的抽油杆除了材料不同外， 其工艺方法及工艺流程也有所不同。抽油杆制造的典型工 艺流程如图所示。
2.2 特种抽油杆
3．玻璃钢抽油杆的类型 按杆身直径、最高工作温度和端部接头的级别划分。 例如： 7／8 —93℃-A
其中：7／8 —杆身直径； 93℃—最高工作温度； A— 端 部 接 头 强 度 级 别 ， A 级 为 620793MPa ， B 级 为 793965MPa。
2.2 特种抽油杆
插入式抽油杆扶正器插入式抽油杆扶正器抽油杆短接活动式刮腊扶正器抽油杆短接活动式刮腊扶正器抽油杆扶正器抽油杆扶正器抽油杆尼龙扶正器抽油杆尼龙扶正器扭卡式抽油杆扶正器扭卡式抽油杆扶正器2424抽油杆柱附属器具抽油杆柱附属器具滚动式抽油杆扶正器的用途滚动式抽油杆扶正器的用途滚轮式扶正器又称滚轮接箍滚轮式扶正器除了具有普通接箍的连接作用外在加长接箍圆周上装有滚轮这样改善了油井中抽油杆与油管之间的工作条件变滑动摩擦为滚动摩擦减少了抽油杆与油管的磨损
2.1 抽油杆结构及制造工艺
（4）锻造杆头 ① 将杆料的一端放入加热炉加热至锻造始锻温度。 ② 将被加热的杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。 ③ 将杆料的另一端加热至锻造始锻温度。 ④ 将被加热的另一端杆头镦粗并锻造成形，监控终锻温度。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
（5）热处理 使整个抽油杆通过加热炉加热，整体正火、 正火+回火或调质处理，使其达到预期的机械性能。
第三章有杆泵采油
结构简单、成本低,操作复杂。适 用于下泵深度不大、产量较高的井。
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
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。
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）
3.1 有杆泵采油装置
图3-6-7 双管掺水井口装置及流程 1—生产总闸门；2—生产闸门；3—回压闸门；4—套管热洗阀；—直通阀；9—掺水阀；10—套管 （1）正常掺水生产，（2）不掺水双管生产，（3）井筒热油循环， （4）地面扫线各阀门的开关情况？
另外还有下偏杠铃游梁复合平衡抽油机
分为内插式和后翘 式，对净扭矩有削 峰填谷作用，减小 电动机功率，起到 节能作用。
调径变矩抽油机
调径变矩抽油 机如图，在游 梁尾部采用可 变角度加长吊 臂和配重箱， 可以减小最大 扭矩。
悬挂偏置式游梁抽油机
悬挂偏置式游梁 抽油机，该机具 有偏置平衡、悬 挂易调平衡和抬 头变矩平衡三种 平衡机理。
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 子的工具，由上下两块扼板组 成，光杆穿过下扼板（或下 扳），由楔形卡瓦固定在上扼 板（或上扳）上，两股钢丝绳 穿过上扼板，由楔形卡瓦固定 在下扼板上。悬绳器在抽油机 工作时，承担整个工作载荷， 在测示功图时安装测试传感器。 悬绳器结构如图3-6-4所示。
图3-6-4 悬绳器结构示意图 1—光杆；2—钢丝绳； 3，9—楔形卡； 4—夹紧套;5—上扳；6—锥形座； 7—千斤螺丝；8—下扳；
四、井口装置
抽油井井口装置由套管头、油管头，抽油三通和光杆密封器组成如图 3-6-6所示，其中套管头和油管头与其它井口装置相同，光杆密封器也称为 盘根盒，主要由上部的盘根盒和下部的胶皮闸门组成。正常抽油时，胶皮 闸门打开，上部盘根盒里的胶皮盘根抱住光杆，起密封井口和防喷的作用。 当更换上部密封盘根时，关闭下部的胶皮闸门，起临时密封井口的作用。 光杆密封装置如图3-6-5所示。
有杆抽油系统 第 章 抽油杆
其特点是：工艺流程通用性强，通过选择不同的材料， 相应的调整热处理工艺方法，不改变工序就可以制造出C 级、D级等不同等级的抽油杆。另外，防腐工序中应用热 浸漆、热浸铝或涂敷其它防腐材料的工艺方法，便可制造 出抗不同介质腐蚀的防腐抽油杆。
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。
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
❖ 2、游梁式抽油机分类：一般式、前置式，而一般式又分基本型 和变型
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
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。
抽油杆
一）光杆
1、光杆分类及用途:
分为普通型和一端镦粗型 两种。位于抽油杆最上端,其作用是连接驴头钢丝绳与
井下抽油杆，并同井口盘根配合密封抽油井口。
d
d0
普通型光杆 d盘根
2、光杆材料及使用选择推荐方式 按照使用工况将光杆分为Ｃ级、Ｄ级、和 Ｋ级三个等级。
特种抽油杆
1、连续抽油杆
2、柔性抽油杆（钢丝绳抽油杆）
5、非金属带状抽油杆
2、抽油杆技术规范
抽油杆公称直径有：16mm(5/8in)、19mm(3/4in)、 22mm(7/8in)、２５ mm(1in) 抽油杆的长度：常见的８m、7.62m，还有为组合 特别加工的1.0、1.5、2.5、3.0、4.0m五种长度。
4、抽油杆强度和抽油杆柱结构 1）许用折算应力：抽油杆在工作中承受驴头最大负荷下的最 大拉应力，同时承受着一个冲程中最大负荷和最小负荷作用 下的不对称循环应力。抽油杆许用折算应力，就是考虑了这 二者的综合作用，根据材料抗拉，抗疲劳性质而确定的数值。 实际工作中，实际应力不允许超过许用折算应力。
专题讲座
——抽油杆
二、抽油杆柱系统
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。包括光杆、抽油杆、加重抽油杆。 抽油杆的受力特点：
抽油杆在工作中受交变载荷的作用。因此
在抽油杆内产生由最小应力 min 到最大应力 max
的不对称循环应力。 抽油杆的破坏形式：疲劳破坏
Ｃ级：碳钢，用于轻、中负荷的油井； Ｄ级：碳钢或合金钢，用于中、重负荷的油井；
Ｋ级：镍钼或铬钼合金钢，用于磨蚀和轻、中负 荷的油井。
制造光杆的碳钢材料是高强度的５０～５５号 优质碳素钢。
有杆抽油系统——第2章 抽油杆
的弹性模量为4.96×104MPa，因此玻璃钢抽油杆具有更 好的弹性。
玻璃钢杆比普通杆具有更低的固有频率。普通抽油 杆的工作频率与固有频率之比N/N0<0.5，而玻璃钢杆在 0.50.8之间，玻璃钢杆可以在更接近于系统的固有频率 附近工作，其柱塞冲程将被放大12倍左右，只要合理设 计杆柱能实现超冲程，即Sp/S>1。
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
（6）热校直 热处理后的抽油杆在热状态下进行拉伸校直， 或放置在冷却台上空冷到大约120℃滚动校直。
（7）装配 抽油杆一端的外螺纹按预紧力要求上好接箍。 （8）上护帽 ①抽油杆未上接箍一端外螺纹接头带上护帽，防碰伤螺纹。 ②接箍端上好护堵。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
抽油杆典型工艺路线从钢抽油杆发明时起，一直是工 业上通用的工艺路线。
第2章 抽油杆
China University of Petroleum
第2章 抽油杆
抽油杆是抽油设备的重要部件，它将抽油机的运动和 能量传递给井下抽油泵。抽油杆的疲劳强度和使用寿命决 定和影响了整套抽油设备的最大下泵深度和排量。
在抽油过程中，抽油杆柱承受的是不对称循环载荷的 作用，其工作介质为原油、地层水和天然气。抽油杆主要 失效形式为疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。抽油杆的断脱事故 会严重影响原油的生产，增加修井作业费用，提高了原油 的成本。为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命，国内 外在抽油杆的材料、制造、使用、管理及维护等方面开展 了大量的研究工作，取得了可喜的成果。
玻璃钢杆比普通杆具有更低的固有频率。普通抽油 杆的工作频率与固有频率之比N/N0<0.5，而玻璃钢杆在 0.50.8之间，玻璃钢杆可以在更接近于系统的固有频率 附近工作，其柱塞冲程将被放大12倍左右，只要合理设 计杆柱能实现超冲程，即Sp/S>1。
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
（6）热校直 热处理后的抽油杆在热状态下进行拉伸校直， 或放置在冷却台上空冷到大约120℃滚动校直。
（7）装配 抽油杆一端的外螺纹按预紧力要求上好接箍。 （8）上护帽 ①抽油杆未上接箍一端外螺纹接头带上护帽，防碰伤螺纹。 ②接箍端上好护堵。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
抽油杆典型工艺路线从钢抽油杆发明时起，一直是工 业上通用的工艺路线。
第2章 抽油杆
China University of Petroleum
第2章 抽油杆
抽油杆是抽油设备的重要部件，它将抽油机的运动和 能量传递给井下抽油泵。抽油杆的疲劳强度和使用寿命决 定和影响了整套抽油设备的最大下泵深度和排量。
在抽油过程中，抽油杆柱承受的是不对称循环载荷的 作用，其工作介质为原油、地层水和天然气。抽油杆主要 失效形式为疲劳断裂或腐蚀疲劳断裂。抽油杆的断脱事故 会严重影响原油的生产，增加修井作业费用，提高了原油 的成本。为了提高抽油杆工作的可靠性和使用寿命，国内 外在抽油杆的材料、制造、使用、管理及维护等方面开展 了大量的研究工作，取得了可喜的成果。
有杆抽油系统——第2章 抽油杆
其特点是：工艺流程通用性强，通过选择不同的材料， 相应的调整热处理工艺方法，不改变工序就可以制造出C 级、D级等不同等级的抽油杆。另外，防腐工序中应用热 浸漆、热浸铝或涂敷其它防腐材料的工艺方法，便可制造 出抗不同介质腐蚀的防腐抽油杆。
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
主要用途如下：①使零件表面产生压应力，可提高它们 的疲劳强度及抗拉应力腐蚀的能力；②对扭曲的薄壁零 件进行校正；③代替一般的冷、热成型工艺，对大型薄 壁零件进行成型加工，不仅可避免零件表面有残余拉应 力，而且可获得对零件有利的压应力。
应注意的是：经喷丸或抛丸处理过的零件的使用温度不 能太高，否则压应力在高温下会自动消失，因而失去预 期的效果。它们的使用温度由零件的材质决定，对于一 般钢铁零件约为260—290℃。
抽油杆的主要尺寸
（mm）
2.1 抽油杆结构及制造工艺
普通抽油杆分为C级、D级和K级三个等级。 –C级抽油杆用于轻、中负荷的油井； –D级杆用于中、重负荷的油井； –K级杆用于轻、中负荷并有腐蚀性的油井。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
二、接箍 接箍是抽油杆组合时的连接零件，按其结构特征可分为： 普通接箍、异径接箍和特种接箍。 1. 普通接箍 用于连接等直径的抽油杆。其中Ⅰ型带扳 手平面；Ⅱ型不带扳手平面，又称小井眼接箍。 2. 异径接箍 用于连接不同直径的抽油杆。同普通接箍 一样，异径接箍也分为Ⅰ型和Ⅱ型。 3.特种接箍 特种接箍主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍 ，又称滚轮式扶正器和滚珠式扶正器，用于斜井或普通油井 中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。
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
主要用途如下：①使零件表面产生压应力，可提高它们 的疲劳强度及抗拉应力腐蚀的能力；②对扭曲的薄壁零 件进行校正；③代替一般的冷、热成型工艺，对大型薄 壁零件进行成型加工，不仅可避免零件表面有残余拉应 力，而且可获得对零件有利的压应力。
应注意的是：经喷丸或抛丸处理过的零件的使用温度不 能太高，否则压应力在高温下会自动消失，因而失去预 期的效果。它们的使用温度由零件的材质决定，对于一 般钢铁零件约为260—290℃。
抽油杆的主要尺寸
（mm）
2.1 抽油杆结构及制造工艺
普通抽油杆分为C级、D级和K级三个等级。 –C级抽油杆用于轻、中负荷的油井； –D级杆用于中、重负荷的油井； –K级杆用于轻、中负荷并有腐蚀性的油井。
2.1 抽油杆结构及制造工艺
二、接箍 接箍是抽油杆组合时的连接零件，按其结构特征可分为： 普通接箍、异径接箍和特种接箍。 1. 普通接箍 用于连接等直径的抽油杆。其中Ⅰ型带扳 手平面；Ⅱ型不带扳手平面，又称小井眼接箍。 2. 异径接箍 用于连接不同直径的抽油杆。同普通接箍 一样，异径接箍也分为Ⅰ型和Ⅱ型。 3.特种接箍 特种接箍主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍 ，又称滚轮式扶正器和滚珠式扶正器，用于斜井或普通油井 中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。
采油工程——有杆泵抽油装置
机械采油：通过给井中原油补充机械能将油采到地面的方法称为机械采油。
分类：机械采油法分为有杆泵采油和无杆泵采油等方法。
第一节有杆泵抽油装置有杆泵抽油系统的基本组成：由抽油机、抽油泵和抽油杆三大部分组成游梁式抽油机－深井泵抽油装置（见图3－1所示）：用油管把深井泵下入到井内液面以下，在泵筒下部装有只能向上打开的吸入阀，用抽油杆把柱塞下入泵筒内，柱塞上装有只能向上打开的排出阀，通过抽油杆柱把抽油机驴头悬点产生的上下往复运动传递给抽油泵向上抽油。
一、抽油机（一）游梁式抽油机游梁式抽油机的基本组成：1）换向机构：游梁－连杆－曲柄机构(四连杆)2）减速机构：由皮带轮、皮带、减速器组成。
3）动力设备：电动机或内燃机。
4）辅助装置：杀车装置、底座等工作原理：电动机通过传动皮带将高速旋转运动传递给减速器输入轴，经减速后由低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作上下往复直线运动。
游梁式抽油机类的类型：（1）普通式：①基本型：抽油机的前臂和后臂接近等长（见图3－2）②变型：前臂长，可适应长冲程（2）前置式：其结构与普通式相同（见图3－3），只是支架轴和横梁轴互换了位置；上冲程曲柄转角为195°，下冲程为165°；当驴头在右侧时，曲柄顺时针转动；上冲程比下冲程慢，使抽油机承载能力强。
游梁式抽油的结构：(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。
驴头的类型：根据移开井口的方式可分为，上翻式，可拆卸式和侧转式三种，如前图前所示。
上翻式(图a)：修井时可把驴头上翻到游梁上。
这种驴头由于修井作业时可以用大钩提放，较为方便迅速，但缺点是笨重、不安全；侧转式驴头(图c)俗称歪脖子，由于移开井口操作时不需爬上游梁，故安全可靠，但缺点是不灵活,侧转费力；可拆卸的驴头(b)一般只用于小型抽油机。
有杆抽油系统 第 章 抽油杆共118页文档
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
有杆抽油系统 第 章 抽油杆
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
有杆抽油系统第章抽油杆
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
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谢谢！
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