有杆抽油装置概述.
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。
有杆泵采油工作原理
有杆泵采油工作原理一、引言有杆泵采油是一种常见的油田采油方式，其主要原理是利用有杆泵将井底的原油抽到地面。
本文将详细介绍有杆泵采油的工作原理。
二、有杆泵采油的组成1. 有杆泵有杆泵是有杆泵采油系统中最重要的部分，其结构包括上接头、下接头、抽吸管、驱动装置等部分。
其中，上接头连接井口设备，下接头连接抽吸管，抽吸管负责将原油输送到地面，驱动装置则提供动力使得有杆泵能够正常运行。
2. 抽吸管抽吸管是将井底原油输送到地面的关键部件。
其结构包括铁制或者塑料制成的管道和连接器等部分。
在使用时需要根据实际情况选择合适的长度和直径。
3. 驱动装置驱动装置主要负责为有杆泵提供动力，在实际应用中可以选择电机、内燃机等不同类型的驱动装置。
三、有杆泵采油的工作原理1. 抽吸过程当有杆泵开始运行时，驱动装置会提供动力，使得有杆泵开始运转。
此时，抽吸管会下沉到井底，并且通过自身的重力将原油吸入管道中。
2. 推送过程当抽吸管内充满了原油之后，有杆泵将开始推送抽吸管并且将原油输送到地面。
在这个过程中，有杆泵的活塞会向下移动，并且将原油从抽吸管中压出。
3. 重复循环一旦有杆泵完成了一次推送过程之后，它就会开始重复进行抽吸和推送的循环。
这个过程可以持续进行数小时或者数天，直到井底的原油被完全采集出来。
四、有杆泵采油的优缺点1. 优点（1）采集效率高：由于有杆泵能够不断地进行抽吸和推送的循环，因此其采集效率非常高。
（2）使用成本低：相比其他采油方式而言，有杆泵采油所需的设备和人力成本都非常低。
（3）适用范围广：由于其结构简单，因此有杆泵采油可以适用于多种不同类型的油田。
2. 缺点（1）维护成本高：由于有杆泵采油需要经常进行维护和保养，因此其维护成本相对较高。
（2）使用寿命短：由于有杆泵采油的结构比较简单，因此其使用寿命相对较短。
（3）易受外界环境影响：由于有杆泵采油需要在井下进行操作，因此其易受到外界环境的影响，例如地震等。
五、总结有杆泵采油是一种非常常见的采油方式。
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。
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。
采油工程第三章有杆泵采油13
二、抽油泵
抽油泵是有杆泵抽油 系统中的主要设备
1、泵的结构
泵筒
四大部分
吸入阀(固定阀) 活塞
排出阀(游动阀)
2、泵的类型
第二节 抽油机悬点运动规律 运动规律：位移 S、速度 v 、加速度 a 的变化规律
悬点：抽油杆通过悬绳器及毛辫子连接在驴头上的
悬挂点。
固定杆：游梁支点与
四 曲柄轴中心的连线 连 杆 机 构 游动杆：曲柄、连杆
、游梁后臂
悬点运动可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动
一、简化为简谐运动时的悬点运动规律
条件： r/l→0 r/b→0
3.加重杆
抽油杆柱在向下运动时，由于阻力和浮力作用，抽油杆发生 弯曲，为改善抽油杆柱的工作状况，延长抽油杆柱的工作 寿命，采用在泵以上几十米的杆柱直径加粗，称为加重杆。 加重杆的结构如图所示，是两端带抽油杆螺纹的实心圆钢杆， 一端车有吊卡颈和打捞颈，杆身直径有Φ35、Φ38、Φ51 mm 三种。
4、悬绳器 悬绳器是连接光杆与毛辫子的工具。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。
点B的运动可以看 作简谐运动，即认为B 点的运动规律和D点做 圆周运动时在垂直中 心线上的投影（C点） 的运动规律相同，即B 点和C点的运动规律相 同。
驴头在下死点 曲柄垂直向上
0C
B点经过时间t时的位移 sB 为：
sB sC r r cos r(1 cos )
根据相似三角形关系可知，悬点位移
1—天车滑轮；2—上钢丝绳；3—上链轮；4— 往返架；5—特殊链节；6—轨迹链条； 7—主动链轮；8—减速箱；9—皮带传动； 10—电机；11—平衡气缸；12—平衡柱塞； 13—平衡链条；14—平衡链轮；15—油底壳； 16—底座；17—机架；18—导轨； 19—滑块；20—主轴销；21—悬绳器；22—光 杆
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）
第三部分有杆泵采油
（二）泵的工作原理
1. 上冲程：抽油杆柱带着活塞向
上运动，活塞上的游动阀受阀球自重和
管内压力作用而关闭。泵内由于容积增 大而压力降低，固定阀在环形空间液柱 压力与泵内压力之差的作用下被打开。 井中原油进泵，同时在井口排出液体。
1.链条式抽油机结构:主要由六大系统组成
动 力 传 动 系 统 电
控 系 统 换 向 系 统
链条式抽油机
平 衡 系 统
润滑 系统
悬 重 系 统
链条式抽油机结构示意图
链条式抽油机
2.链条式抽油机的特点
• 冲程长、冲数低、适用于深井和稠油开采 • 动载荷小、平衡程度好 • 节电、系统效率高
• 节约钢材
第三部分
有杆泵采油
1
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。
2
有杆泵采油概述
有杆泵采油的典型特点是地面能量通过抽油杆、抽 油泵传给井下流体。 有 杆 泵 采 油 常规有杆泵采油： 抽油机旋点的往复运动通过 抽油杆传给井下柱塞泵 井口驱动头的运动通过抽 油杆传给井下螺杆泵
活塞
下游动阀罩
下游动阀 压帽
组合泵筒式管式泵结构图
（一）抽油泵的结构
组合泵筒式管式泵结构图
（一）抽油泵的结构
组合泵筒式管式泵结构图
（一）抽油泵的结构
1.抽油泵的基本组成： 抽油泵主要由泵筒、吸入阀、 活塞、排出阀四大部分组成。 2.抽油泵的分类：
按照抽油泵在井下的固定方
式，可分为管式泵和杆式泵。 按抽油泵泵筒结构又分为 整筒泵和组合泵（衬套泵）。
(一)游梁式抽油机 1.游梁式抽油机的分类： 游梁式抽油机 普通式 基本型 变型 前置式
采油工程第3章有杆泵采油(1-1)
节能
双驴头游梁式抽油机
链条式抽油机 宽带传动抽油机 液压抽油机
加大冲程
抽
常 规 型 游 梁 式 抽 油 机
油
机
异 型 游 梁 式 抽 油 机
旋 转 驴 头 游 梁 式 抽 油 机
调 径 变 矩 游 梁 式 抽 油 机
抽
油
机
链条式抽油机
皮带式抽油机
抽
油
机
链传式抽油机
天轮式抽油机
直线往复式抽油机
一、抽油装置
游梁式抽油机系列型号表示方法
CYJ
12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
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
WA dV A a 2 r cos t dt b
抽油机四连杆机构简图
简谐运动时悬点位移、速度、 加速度曲线
一、抽油机悬点运动规律
(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律
假设条件：0<r/l<1/4
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。 a A点位移： S A r (1 cos sin 2 ) 2 b
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。
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。
实验三有杆泵与抽油原理
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。
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。
采油机械——有杆泵采油3-1
用故障率 。
（一）抽油泵的结构
1.抽油泵的基本组成：
抽油泵主要由泵筒、吸入阀、 活塞、排出阀四大部分组成。
2.抽油泵的分类：
按照抽油泵在井下的固定方 式，可分为管式泵和杆式泵。
组合泵筒式管式泵结构图
3.管式泵的结构特点
管式泵是把外筒、衬套和吸入阀在地面组装好并接 在油管下部先下入井中，然后把装有排出阀的活塞用抽 油杆柱通过油管下入泵中。 管式泵的特点是结构简单，成本低，在相同油管直
高时，在下冲程过程中下部抽油杆柱的受力条件大大恶化。
下冲程过程中整个抽油杆柱上的受力分析如下：
0
' P杆
P
' P杆
Pf
中和点
Pfg1
Pfs1 Pfg 2 Pfs 2
中和点以上 杆柱受拉
中和点以下 杆柱受压
L
中和点以下杆柱受压示意图 下冲程杆柱受力图
Pfs1 油管中液体对杆柱的液 体摩擦力（粘滞力或称 湿摩擦力）； Pfs2 液体对游动阀的液体摩 擦力；
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。
(4)连杆
用弹性锥形套的目的是为了便 于拆卸和防止曲柄孔磨损与 挤坏，同时也为了能够得到 良好的配合。 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。
(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。
1.光杆
光杆是抽油杆柱中最上端的一根抽油杆，
有杆与无杆采油设备概述及对比
有杆采油装备与无杆采油装备概述及对比人类有着1600年左右的石油开采历史，直到1848年俄国工程师F.N. Semyenov在巴库东北方的Aspheron半岛开采了第一口现代油井后，人类才步入了现代化的石油开采时代。
其中机械采油装备经过了一百多年的发展，逐渐形成了当今有杆采油装备和无杆采油装备两大体系。
据统计，全世界约有100万口左右的在产油井，其中使用有杆采油装备的约占到90%以上，这些有杆采油装备的驱动装置采用游梁式抽油机的约占到80%以上。
（兰石以往出口抽油机型全部为游梁式抽油机。
）一. 机械采油装备概述机械采油装备基本可归纳为两大类，有杆采油装备和无杆采油装备。
1.有杆采油设备：位于地面的动力设备通过一系列的机械传动带动抽油杆柱，再由抽油杆柱带动井下抽油泵活塞上、下往复运动或旋转运动，将井内原油抽至地面的采油设备。
可分为：1) 杆式抽油泵：检泵方便，但结构复杂，制造成本较高，在相同的油管直径下允许下入的泵径较管式泵要小，适用于下泵深度较大，产量较小的油井。
该泵地面驱动装置为游梁式或非游梁式抽油机。
2）管式抽油泵：结构简单，成本低，在相同油管直径下允许下入的泵径比杆式泵大，因而排量大。
但检泵时必须拆卸油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不大，产量较高的井。
该泵地面驱动装置为游梁式或非游梁式抽油机。
3）地面驱动螺杆泵：能够输送高粘度、高含砂量的原油，适应高气油比、中等深度低产井原油的需要，工艺简单、管理方便、低生产成本、具有高举升性能。
但螺杆泵缺点为油井抽油杆易断脱、油管漏失、结蜡严重、螺杆泵定子脱落、磨损严重等故障频繁。
该泵的驱动装置为螺杆泵电机，安置在地面采油树上。
2.无杆采油设备：不用抽油杆柱传递能量，而是用电缆或高压液体传递能量的采油设备统称为无杆采油设备。
其中可细分为：1）电泵类：a.电动潜油离心泵：是一种井下工作的多级离心泵，排量大、操作简单、管理方便、在防蜡方面有一定作用。
在有些高凝油、稠油情况下还需要加装一套原油稀释系统，由稀释管线向井下油层注入稀释液。
抽油杆
抽油杆抽油杆是抽油机井的细长杆件，它上接总杆，下接抽油泵起传递动力的作用。
抽油杆单根长度为六米，材质一般是高碳钢表面镀硬铬,在油管内用内螺纹箍一根根连接起来一直延伸到地下油层处的活塞上,通过往复运动来泵油.目前的油井长度一般在两千米左右,以胜利油田为例,最深的以达三千余米。
抽油杆的发展抽油杆是有杆抽油设备的重要部件，它将抽油机的动力传递给井下抽油泵。
抽油杆柱是由数十根或数百根抽油杆通过接箍连接而成。
在采油过程中，抽油杆柱承受不对称循环载荷的作用，工作介质为井液（原油和矿层水），而许多抽油井的井液含有腐蚀介质。
因此，抽油杆的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产量，增加了修井费用，提高了原油成本。
抽油杆有近百年的历史。
最原始的抽盐卤杆是用藤条做的。
第一个金属抽油杆专利（U.S.528168）是美国于亥俄州的Samuel M.Jones于1894年10月30日获得的。
近20年来，国内外在抽油杆的制造方面采用了许多新材料、新设备、新技术和新工艺，如采用多元素合金钢、玻璃钢；采用中频感应透热设备加热及自动化平锻机进行锻造，采用中频感应加热淬火装置及红外光导智能测温仪器，抽油杆头部不旋转加工生产线，接箍自动生产线；以及先进的锻模设计技术，抽油杆外螺纹滚压工艺，接箍内螺纹半切削半挤压工艺，摩擦焊接工艺，喷丸强化工艺，表面感应淬火工艺等，大大提高了抽油杆的制造水平和产品质量。
为了满足大泵强采、小泵深抽、稠油井、高含腊井、腐蚀井和斜井采油的需要，国内外开发了许多特种抽油杆，如超高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、空心抽油杆、KD级抽油杆、连续抽油杆、电热抽油杆、钢丝绳抽油杆和铝合金抽油杆等，并研究了许多抽油杆柱的配套件，如长冲程高强度光杆、无牙光杆卡子、旋杆器、减震器、石墨可调心光杆密封盒、滚轮接箍、扶正器、刮蜡器、加重杆、防脱器、脱接器、磁防蜡器和泵空控制器等，进一步提高了抽油杆的使用寿命和应用范围。
采油装置及工作原理
采油装置及工作原理在油田开发过程中，当地层能量逐渐下降到不足以维持自喷或虽能自喷但产量过低，或一开始就不能自喷，就需要人工补充能量进行采油，即机械采油。
其方法有气举采油和深井泵采油。
而深井泵采油方法包括有杆泵采油及水力活塞泵、电动潜油泵及射流泵等无杆采油方法。
有杆采油方法包括游梁式抽油机——深井泵装置和螺杆泵装置。
在油田上广泛应用的是前者。
地面部分——游梁式抽油机；井下部分——抽油泵；中间部分——抽油杆柱。
其工作原理是：由电动机经传动皮带将高速的旋转运动传递给减速箱；经三轴二级减速后，再由曲柄杆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通过抽油杆带动抽油泵柱塞作上、下往复运动，从而将原油抽至地面。
（1）抽油机装置及工作原理：抽油机是有杆泵采油的主要地面设备，可分为有梁式和无梁式两种类型。
前者在大庆被广泛采用，而后者为正在推广的新机型。
有梁式抽油机又分为普通型（包括常规型和前置游梁式）；变形游梁式（包括异相曲柄式、六连杆增程式、双驴头式、摇杆平衡游梁式、双摆增程式、游梁斜直井式）两类。
它们的装置结构和工作原理大同小异。
最常用的为常规游梁抽油机，其装置结构见图3。
无游梁式抽油机包括链条式、增距式和宽带式等几种类型，它的特点为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。
目前在大庆使用的较少。
抽油泵是有杆泵抽油系统中的主要设备，作业时安装在井下油管柱的下部，沉没在井筒中，通过抽油杆带动其工作。
主要由工作筒（外筒和衬套）、柱塞及阀（游动阀和固定阀）组成（图4）。
游动阀又叫做排出阀（或上部阀）；固定阀又叫吸入阀（或下部阀）。
泵的活塞上、下运动一次叫做一个冲程。
活塞在每分钟内完成向上、下冲程的次数叫冲次，上冲程是油杆带动活塞向上运动，活塞上的游动阀受油管内液柱压力作用而关闭，泵内压力随之降低。
有杆泵采油工作原理
有杆泵采油工作原理1. 介绍有杆泵采油是一种常用的油井采油方法，它通过一个数米长的杆，在油井井口与井底的泵和动力源之间传递动力，并通过泵抽取地下原油。
本文将深入探讨有杆泵采油的工作原理。
2. 有杆泵的组成有杆泵采油系统主要由泵、杆和动力源三部分组成。
2.1 泵泵是有杆泵采油系统的核心部分，它负责抽取地下原油并将其送往地面。
通常使用的有杆泵泵型为活塞泵，利用泵内活塞的往复运动来实现吸油和压油。
2.2 杆杆是承担着将泵的动力从地面传递到井底的关键部件。
通常采用的杆材料为高强度合金钢，具有足够的强度和刚性来承受泵的工作负荷。
2.3 动力源动力源是提供有杆泵运行所需动力的设备，常见的动力源包括电动机和内燃机。
电动机通常使用电缆连接，而内燃机则通过传动装置将转动力传递给杆。
3. 工作原理有杆泵采油的工作原理可以简述为：动力源提供动力驱动泵，泵通过杆将此动力传递至井底，井底的泵通过抽吸作用将原油提升至地面。
具体来说，有杆泵采油的工作可以分为以下几个步骤：3.1 吸油阶段•泵向下行程：动力源提供动力，并通过杆将动力传递至井底泵。
泵的活塞向下移动，泵腔内产生负压，吸入原油。
•泵向上行程：杆带动活塞向上移动，泵腔内产生正压，将吸入的原油推向油井管道。
3.2 压油阶段•泵向下行程：动力源继续向下运行，泵的活塞再次向下移动，泵腔内产生负压，继续吸入原油。
•泵向上行程：杆再次带动活塞向上移动，泵腔内产生正压，将吸入的原油推向地面。
4. 优缺点分析有杆泵采油作为一种常用的采油方法，具有以下优点和缺点：4.1 优点•成熟稳定：有杆泵采油技术已经应用多年，各个环节都相对成熟稳定。
•适用范围广：有杆泵适用于各种油井类型，包括陆地、近海和深海井。
•投资成本低：与其他采油方法相比，有杆泵采油的投资成本较低。
4.2 缺点•抽油效率低：有杆泵采油的抽油效率较低，能够采集的有效油层厚度有限。
•维护困难：由于有杆泵采油需要长期运行，对设备的维护和保养要求比较高。
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第一节 有杆泵抽油装置
抽油机主机由辅机两大部分组成，主机是：底座、减速箱、曲柄、平衡块、连 杆、横梁、支架、游梁、驴头、悬绳器、刹车装置及各种连接轴承组成。辅机 由电动机，电路控制装置组成。
矮型异相曲柄平衡抽油机结构示意图 1-驴头；2-横梁；3-连杆；4-配重臂； 5-曲柄；6-电动机；7-悬绳器
第一节 有杆泵抽油装置
悬点负荷转化到减速器输出轴的扭矩曲线就是一条不规 则的曲线。
Twn —悬点载荷W反映到曲柄上的工作扭矩曲线； Tr —由平衡重产生的平衡扭矩曲线； Tn —Twn 、Tr叠加后的曲柄轴净扭矩曲线。
第一节 有杆泵抽油装置
抽油机的节能方案有各种各样的，但是，其节能原理基本 是相同的，就是尽力改善抽油机的平衡状态，努力使净扭矩曲 线接近一条直线。
第一节 有杆泵抽油装置
塔式抽油机
结构特点：以一个复合天车轮 取代了普通游梁式抽油机的游梁和 驴头。连杆通过横梁、钢丝绳(后绳 辫子)与小轮缘(类似于后驴头)相接 ，而抽油杆柱则通过悬绳器、前绳 辫子与大轮缘连接。由于大小轮转
架轴和连接连杆与游梁的横梁轴 互换了位置。大型的长冲程前置 式抽油机一般采用气动平衡方式 。 ，上冲程曲柄转角为195 ，下冲 。 程曲柄转角为l65 ，当驴头在 右时，曲柄顺时针旋转，上冲程 比下冲程慢，使抽油机承载能力 大。
前置式气动平衡抽油机结构简图 1-刹车；2-电动机；3-支架；4-游梁；5-驴 头；6-气平衡活塞缸；7-连杆；8-曲柄；9减速箱；10-底座
第一节 有杆泵抽油装置
有杆泵抽油装置的组成
1、 系统组成及抽油装置 地面:抽油机、井口装置 中间:抽油杆
地下:抽油泵
组成：三抽为主+ 辅助装置
第一节 有杆泵抽油装置
抽油装置是用油管把深井泵泵筒下 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(固定阀)。用抽油 杆把柱塞下入泵筒，柱塞上装有只能向 上打开的排出阀(游动阀)。通过抽油杆 把抽油机驴头悬点产生的上下往复直线 运动传递给抽油泵向上抽油。第一节 有杆泵抽油来自置矮型异相曲柄平衡抽油机
结构特点：以一个异形驴头取 代了游梁的功能，四连杆机构非对 称循环，平衡重中心线与曲柄中心 。 线存在10 的相位夹角。整机质量 轻，高度矮，成本低，能耗低，效
率高。悬点在顺时针转动时，上冲 程比下冲程慢，因而可降低上冲程 动载荷，减小曲柄轴峰值扭矩。但 该机由于上行慢下行快的特点，不 适用于稠油井生产。
第一节 有杆泵抽油装置
游梁式抽油机分类
抽油机分类：游梁式抽油机分为普通式和前置式。
普通式抽油机又分为基本型和变异型。 基本型游梁的前臂和后臂接近等长。
变异型抽油机为适应长冲程做成前臂长，驴头端重。
第一节 有杆泵抽油装置
前置式气动平衡游梁抽油机
前置式气动平衡游梁抽油机 基本结构与普通式相同，只是支
第一节 有杆泵抽油装置
异相型游梁式抽油机
与常规游梁式抽油机主要有以下 两点不同：一是将减速器背离支架后 移，形成较大的极位夹角；二是平衡 块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中 心与曲柄轴中心连线之间构成一定的 夹角，即平衡相位角。 其工作原理和常规曲柄平衡抽油 机相同。
异相型游梁式抽油机结构简图 1-刹车装置；2-动力机；3-减速箱皮 轮；4-减速箱；5-输出轴；6-平衡重； 7-支架；8-曲柄；9-连杆；10-游梁； 11-驴头；12-悬绳器；l3-底座
第一节 有杆泵抽油装置
双驴头游梁式抽油机
该抽油机结构特点是去掉了普通 游梁式抽油机横梁尾轴，依靠一个后 驴头装置通过驱动钢丝绳(后绳辫子) 横梁与连杆相连接。 该抽油机冲程长，可达5m，节能
好，适用于中、低粘度原油和高含水 期采油，动载荷小。工作稳定，易启
动。缺点是驱动绳辫子易磨损。
双驴头游梁式抽油机结构示意图 1-电动机；2-皮带轮；3-曲柄；4-减 速箱；5-连杆；6-平衡重；7-横梁； 8-驱动绳辫子；9-后驴头；l0-游粱； 11-前驴头；12-绳辫子；l3-悬绳器； l4-中轴；I5-支架；16-底座
千人技能大提升培训援助计划
有杆泵采油
授课单位：中国石油新疆技师学院培训教学科 主讲 : 邮箱：
目
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录
采油工---高级
第一节 有杆泵抽油装置 第二节 抽油机悬点运动规律 第三节 抽油机悬点载荷计算与分析 第四节 抽油机的平衡、扭矩与功率 第五节 第五节 泵效计算与分析 泵效计算与分析 第六节 有杆抽油系统工况分析
第一节 有杆泵抽油装置
异相型游梁式抽油机
与常规复合平衡抽油机相比，该机的结构特点体现在以下两 个方面： ①上冲程悬点运动较下冲程缓慢，从而降低了上冲程悬点的 惯性载荷，使得能耗降低。
②曲柄中心与平衡重中心线间有一相位角，从而使曲柄轴上 的平衡扭矩与悬点负荷引起的扭矩相差一相位角，经平衡后产生 的曲柄轴净扭矩曲线比较平缓，峰值扭矩降低，因此提高了减速 器的寿命，降低能耗。异相曲柄平衡抽油机较常规抽油机节电达 15%左右，系统效率提高3～4%。
第一节 有杆泵抽油装置
一、抽油机 （一）游梁式抽油机
工作原理：动力设备一般用电动机产生动力（特殊情况 下也有用内燃机产生动力的），由皮带轮、皮带、减速器构 成的减速机构，把动力机的高速旋转，转变成曲柄轴(即减 速器输出轴)的低速旋转，由曲柄、连杆、游梁、机架构成 的四连杆机构把曲柄轴的旋转运动转变为驴头的上下摆动。 挂在驴头上的钢丝绳(也称绳辫子或毛辫子)通过悬绳器与抽 油杆柱连接，把驴头的弧形摆动变成抽油杆柱的上下往复直 线运动。
第七节 有杆抽油系统的选择和设计
2
第一节 有杆泵抽油装置
一、抽油机 二、抽油泵 三、抽油杆、井口装置
3
第一节 有杆泵抽油装置
机械采油：人为地通过各种机械从地面向油井内补充能量 举油出井的生产方式。 有杆泵采油
机械采油方法：
无杆泵采油 我国机械采油井约占油井的90%以上，其中有杆抽油井 又占总机械采油井的90%以上，产量高达75%。因此，三抽 设备的质量、技术直接关系到油田的产量和经济效益。