直线电机抽油机运动规律及载荷分析研究
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本栏 目合办单位 ：中国石油大学 （ 北京 ）北 京雅丹石油技术 开发有限公司
所 受静 载荷 为 抽 油 杆在 液 柱 的 重力 及 井 口油 、套 压 的 作 用力 两部分 之 和 。动 载荷 主 要 由惯性 载荷 、振 动 载荷 、摩
２． 抽 汲 参 数 优 化 设 计 ｊ
抽 汲参数一 般包 括泵径 、冲程 、冲 次及泵 深等 ，其 优
一
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［】 ３ 周封 等 ． 型潜 油 式直 线抽油机 电机 选 新
１ ４～ １ ９．
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Ｊ． ２０ ， ７（ ） ： 型 问题 的研 究【］石 油 矿场机 械 ， ０ ８ ３ ３ ： 一 ■
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擦载荷三部分组成 ， 其中惯性载荷受加速度影响 ， 振动载 荷与摩擦载荷受速度影响【 ２ ］ 。由于直线电机抽油机与游梁 式抽油机的运动规律不 同，其动载荷大小及变化规律也
不相 同。
化设 计思想 是选择 多种泵 径 、冲程 、冲次 ，在一个 泵深范 围内 ， 这些抽 汲参数 整合 ， 形成若干种 抽汲参数 组合 ， 将 会
韶 簧
雄
使各运行参数更加合理，系统节能效果更好。 参考文献 ：
【】 民政 等 ．直 线 电机驱 动抽油 机 的研 究 １姜
位 移 （ ｍ）
图 ３ 游 梁式 抽 油机 考虑 动载 后 的示功 图
悬点 载衙和 位移蛾 馥 曲线：
当 前冲 捷 ｎ 特 ）４ ０ ＃，
利用软件对直线抽油机的泵效、光杆效率、井下效率等系 统参数进行求解，这样就求得了不同抽汲参数组合下各项
系统参 数值 。根据 现场对 系统参 数的要 求 ，优选一 种或几 种抽 汲参 数组合 ，进 而进行 杆柱 组合 优化设 计 。
２ ４ 杆 柱 组 合 优 化 设 计 ．
在冲程 、冲 次 、下泵 深度 、泵 径 、杆 管柱 组合 等一 系 列条 件 相 同 的情 况 下分 别对 常 规 游梁 式抽 油机 与 直 线 电
根据 选 择 的 不 同抽 汲 方 案 ，对 杆 柱 组 合进 行 优化 设
计。在方案已选的情况下 ，直线抽油机的抽汲参数为一确
定的值 。根据 这些参 数 ，利用软件 对直 线 电机 抽油机 进行 杆柱组 合设计 ，计算 出各 级杆柱 的古德 曼应力 、奥 金格折 算 应力 、许用 应力 、载荷 等一系 列值 ， 析该 杆柱组 合下 分 各 级杆 柱所 受 的应力 、载荷 等值 是 否符 合杆 柱 自身要 求 ， 从 而确 定 杆柱 组合 设 计是否 成 功 。
对两 者 所计 算 出来 的数 据进 行 分 析对 比 ， 可 以看 出直 线
电机 抽 油机 运行 性 能 明显 优 于常 规 游梁 式 抽油 机 。
本文分析了直线电机抽油机独特的运动规律，对比了
同等 约束条件 下直 线 电机 抽油机 与游梁 式抽油机 考虑动 载 变化 时的示功 图，通过分 析可得 出直 线 电机抽 油机 的运 行 性能 明显优于 常规 游梁式抽 油机 。 编制 了相 应软件 ，在 多 个抽汲 参数组合 的情况 下可进行 方案优选 ， 后 然 进 行杆柱 组合 、杆柱 稳定性 优化设计 。通 过系统 地 对直 线 电机 工作 时各 工作参 数进 行分 析优化 ，
２． 杆 柱 稳 定 性 优 化 设 计 ５
对称交变载荷 的应力幅较大 ，容易造成抽油杆疲劳断裂 破坏 ， 对抽油机 自身也不利。根据计算得到游梁式抽油机
最小 载荷 为 ４ ．８ Ｎ，最 大载荷 为 ８ ．３ Ｎ，奥 金格 折 １７ Ｋ ０９Ｋ
杆柱 稳定 性优化 设计 主要包括 加重杆设 计 、扶正器 设 计 、防脱器设计 等。 通过 建立一系列的力学模型来实 现这 些 设计 。 加重杆 、 扶正器设 计合 理可使直线 电机抽油机运行更 平稳 ，抽油杆 受压 失稳弯 曲、偏磨 等 问题得 到有效解决 。 ３ 小 结
Hale Waihona Puke Baidu
［］ 油矿 场机 械 ，２０ ，３ （） ３ ～４ ． Ｊ．石 ０６ ５ １ ： ８ １
［］肖文生 等 ．直 线 电机 抽油 机 与游梁 式抽 ２
油机性能对 比［ ． Ｊ 石油矿场机械 ， ０ ６ ３ ５ ： ］ ２０ ， ５（）
８ ０～ ８ ３．
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机抽油机的悬点载荷进行分析计算 ，绘制出其动力示功 图。可以假设两种抽油机的冲程为 ３ 冲次为 ４ ／ ， ｍ， 次 分 下泵深度为 １０ ｍ， ２０ 泵径为 ５ｍｍ， ６ 单级杆 ， 杆长 １０ ｍ， ２０
杆径 ２ ．ｍｍ ，套压 为 ０ ５４ ，油 压为 １４ ａ ．Ｍｐ ，其余 油藏 参 数 亦相 同 ， 过编 制 的优化 设计 软件 ， 以绘制 出两 种抽 通 可 油机 悬 点总 载荷 随位 移 的变 化 关 系 曲线 图 ， 即考虑 动 载 后 的示 功 图。图 ３ 常规 游梁 式抽 油机 考虑 动 载后的示 功 为 图 ，从 图 ３ 中可 以看 出 ，游梁 式抽 油机 动载荷 所产 生 的非
算应力为 ６ ．２ ａ ８０Ｍｐ ，最大扭矩为 ２ ．６ ９ ３ＫＮ ・ 脚。图 ４ 为
直 线 电机 抽 油机 考 虑动 载 后 的示 功 图 ，从 图 ４中可 以看 出， 在匀 速 阶段 ，由于 加速 度为 零 ，动 载荷项 中的惯性 载
荷可 以忽略， 抽油机运动 比较平稳。根据计算得到直线抽 油机最小载荷为 ３ ．９ ＫＮ，最大载荷为 ６ ．３ ７ ３ １０ ＫＮ，奥 金格折算应力为 ５ ．１ ａ ４ ７ Ｍｐ ，最大扭矩为 １ ．４ Ｎ ・１ ７６Ｋ １。 １
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。
作者简介： 赵明强 ， 现于中国石油大学 （ 北
京 ）石 油 工程 学 院攻 读 硕士 学 位 。 盈
所 受静 载荷 为 抽 油 杆在 液 柱 的 重力 及 井 口油 、套 压 的 作 用力 两部分 之 和 。动 载荷 主 要 由惯性 载荷 、振 动 载荷 、摩
２． 抽 汲 参 数 优 化 设 计 ｊ
抽 汲参数一 般包 括泵径 、冲程 、冲 次及泵 深等 ，其 优
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不相 同。
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使各运行参数更加合理，系统节能效果更好。 参考文献 ：
【】 民政 等 ．直 线 电机驱 动抽油 机 的研 究 １姜
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图 ３ 游 梁式 抽 油机 考虑 动载 后 的示功 图
悬点 载衙和 位移蛾 馥 曲线：
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利用软件对直线抽油机的泵效、光杆效率、井下效率等系 统参数进行求解，这样就求得了不同抽汲参数组合下各项
系统参 数值 。根据 现场对 系统参 数的要 求 ，优选一 种或几 种抽 汲参 数组合 ，进 而进行 杆柱 组合 优化设 计 。
２ ４ 杆 柱 组 合 优 化 设 计 ．
在冲程 、冲 次 、下泵 深度 、泵 径 、杆 管柱 组合 等一 系 列条 件 相 同 的情 况 下分 别对 常 规 游梁 式抽 油机 与 直 线 电
根据 选 择 的 不 同抽 汲 方 案 ，对 杆 柱 组 合进 行 优化 设
计。在方案已选的情况下 ，直线抽油机的抽汲参数为一确
定的值 。根据 这些参 数 ，利用软件 对直 线 电机 抽油机 进行 杆柱组 合设计 ，计算 出各 级杆柱 的古德 曼应力 、奥 金格折 算 应力 、许用 应力 、载荷 等一系 列值 ， 析该 杆柱组 合下 分 各 级杆 柱所 受 的应力 、载荷 等值 是 否符 合杆 柱 自身要 求 ， 从 而确 定 杆柱 组合 设 计是否 成 功 。
对两 者 所计 算 出来 的数 据进 行 分 析对 比 ， 可 以看 出直 线
电机 抽 油机 运行 性 能 明显 优 于常 规 游梁 式 抽油 机 。
本文分析了直线电机抽油机独特的运动规律，对比了
同等 约束条件 下直 线 电机 抽油机 与游梁 式抽油机 考虑动 载 变化 时的示功 图，通过分 析可得 出直 线 电机抽 油机 的运 行 性能 明显优于 常规 游梁式抽 油机 。 编制 了相 应软件 ，在 多 个抽汲 参数组合 的情况 下可进行 方案优选 ， 后 然 进 行杆柱 组合 、杆柱 稳定性 优化设计 。通 过系统 地 对直 线 电机 工作 时各 工作参 数进 行分 析优化 ，
２． 杆 柱 稳 定 性 优 化 设 计 ５
对称交变载荷 的应力幅较大 ，容易造成抽油杆疲劳断裂 破坏 ， 对抽油机 自身也不利。根据计算得到游梁式抽油机
最小 载荷 为 ４ ．８ Ｎ，最 大载荷 为 ８ ．３ Ｎ，奥 金格 折 １７ Ｋ ０９Ｋ
杆柱 稳定 性优化 设计 主要包括 加重杆设 计 、扶正器 设 计 、防脱器设计 等。 通过 建立一系列的力学模型来实 现这 些 设计 。 加重杆 、 扶正器设 计合 理可使直线 电机抽油机运行更 平稳 ，抽油杆 受压 失稳弯 曲、偏磨 等 问题得 到有效解决 。 ３ 小 结
Hale Waihona Puke Baidu
［］ 油矿 场机 械 ，２０ ，３ （） ３ ～４ ． Ｊ．石 ０６ ５ １ ： ８ １
［］肖文生 等 ．直 线 电机 抽油 机 与游梁 式抽 ２
油机性能对 比［ ． Ｊ 石油矿场机械 ， ０ ６ ３ ５ ： ］ ２０ ， ５（）
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机抽油机的悬点载荷进行分析计算 ，绘制出其动力示功 图。可以假设两种抽油机的冲程为 ３ 冲次为 ４ ／ ， ｍ， 次 分 下泵深度为 １０ ｍ， ２０ 泵径为 ５ｍｍ， ６ 单级杆 ， 杆长 １０ ｍ， ２０
杆径 ２ ．ｍｍ ，套压 为 ０ ５４ ，油 压为 １４ ａ ．Ｍｐ ，其余 油藏 参 数 亦相 同 ， 过编 制 的优化 设计 软件 ， 以绘制 出两 种抽 通 可 油机 悬 点总 载荷 随位 移 的变 化 关 系 曲线 图 ， 即考虑 动 载 后 的示 功 图。图 ３ 常规 游梁 式抽 油机 考虑 动 载后的示 功 为 图 ，从 图 ３ 中可 以看 出 ，游梁 式抽 油机 动载荷 所产 生 的非
算应力为 ６ ．２ ａ ８０Ｍｐ ，最大扭矩为 ２ ．６ ９ ３ＫＮ ・ 脚。图 ４ 为
直 线 电机 抽 油机 考 虑动 载 后 的示 功 图 ，从 图 ４中可 以看 出， 在匀 速 阶段 ，由于 加速 度为 零 ，动 载荷项 中的惯性 载
荷可 以忽略， 抽油机运动 比较平稳。根据计算得到直线抽 油机最小载荷为 ３ ．９ ＫＮ，最大载荷为 ６ ．３ ７ ３ １０ ＫＮ，奥 金格折算应力为 ５ ．１ ａ ４ ７ Ｍｐ ，最大扭矩为 １ ．４ Ｎ ・１ ７６Ｋ １。 １
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作者简介： 赵明强 ， 现于中国石油大学 （ 北
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