抽油机悬点运动规律及载荷分析
悬点运动规律
Wl 0
抽油机悬点载荷
沉没压力产生的悬点载荷
沉没压力只发生在上冲程，减小悬点载荷：
Fs pi Ap ( ps pi ) Ap
液流产生的压降 泵吸入口压力 沉没压力
抽油机
游梁抽油机悬点载荷
井口回压产生的悬点载荷
井口回压，将对悬点产生附加载荷，上冲程中增加悬点 载荷,下程中减小悬点载荷 ：
上：Fbu pB ( Ap Ar ) 下：Fbd pB Ar
抽油机悬点载荷
惯性载荷
•惯性力的方向与加速度方向相反。习惯取加速度向上
为正，取向下的载荷为正；
•上冲程时，惯性载荷为液柱惯性载荷和抽油杆惯性载
荷的共同作用； •下冲程时，由于液柱不随悬点运动，因而不存在液柱 惯性载荷； •液体密度和冲次影响液柱惯性载荷的大小。
杆柱顶端周期性地上下运动和液柱载荷周期性地作用于其
下端使杆柱产生弹性振动，液柱下端周期性地被泵柱塞所
推动而使液柱产生振动；当油管柱下端未锚定时，在液柱
载荷周期性地作用下，管柱也会产生振动。杆管液三组弹
性体的振动相互影响，再加上阻尼的作用，使整个系统的
振动过程相当复杂。
抽油机悬点载荷
摩擦载荷
(1) 抽油杆柱与油管的摩擦力 上下冲程中都存在。 (2) 柱塞与衬套之间的摩擦力 该摩擦力在上、下冲程中都存在，一般泵径 不超过70 mm时，其值小于1717 N。 (3) 抽油杆柱与液柱之间的摩擦力 发生在下冲程，其摩擦力的方向向上，是稠 油井内抽油杆柱下行遇阻的主要原因。阻力的大 小随抽油杆柱的下行速度而变化
抽油机悬点运动
悬点位移SA、速度V
A
和加速度a
抽油机井悬点载荷分析与优化治理对策
抽油机井悬点载荷分析与优化治理对策统计抽油机井检泵原因分析，杆问题是影响检泵的主要因素，占36.4%。
一是杆管偏磨严重，占检泵的21%，采取扶正器预防，活塞效应加剧，流动阻力加大，悬点载荷增加。
二是钢制抽油杆比重大，运行载荷大，以及疲劳极限等影响，杆断脱概率增大，杆断、杆脱检泵分别占14%和 1.4%，同时导致装机功率大，能耗高；为此，减少抽油机井杆管摩擦阻力和降低杆柱载荷是重点攻关方向。
1 降低油井悬点载荷技术1.1 抽油杆降载技术抽油机井采油技术中，杆柱重占悬点载荷比例最大，因此引入轻质抽油杆降低杆柱质量是一项重要措施。
近年来，逐步应用了钢质连续抽油杆、玻璃钢抽油杆和碳纤维复合材料抽油杆等。
1.1.1 钢质连续抽油杆钢质连续抽油杆目前年使用量超过50×10 4 m，其设计取消了连接件（接箍、丝扣、锻造部分和锻造加热过渡区）。
一是减少了抽油杆的失效频率，其质量比同样长度的普通杆轻8%～10%；二是无活塞效应，减小流动阻力，降低断脱概率；三是杆体没有接箍，表面喷镀了涂料，减少了结蜡并有效地克服了杆管偏磨。
但钢质连续抽油杆在现场应用过程中出现卡泵现象，采取分段切割报废而造成浪费。
1.1.2 玻璃钢连续抽油杆玻璃钢抽油杆密度为1.92 g/cm 3，具有密度孝耐腐蚀、延伸率孝弹性大等特点。
统计油田近年来应用效果，在降载荷、提泵效、延长检泵周期、深井等方面取得一些效果，但还存在抗压、抗扭性能差，吸水溶胀腐蚀、耐温性较差等问题。
1.1.3 碳纤维连续抽油杆碳纤维连续柔性抽油杆采用高强碳纤维为杆芯、高耐磨纤维布为绝缘层和特制树脂为基体的复合材料，经改良拉挤成型工艺制作，其最大优点在于质轻、高强、高模、低密度、耐高温、抗腐蚀等。
国内针对碳纤维连续抽油杆开展了大量的试验，泵挂深度从1200 m 到3000 m，累计推广应用100口井以上。
碳纤维连续抽油杆有着较好的应用前景，但仍需进一步完善配套工艺，如弹性模量低，冲程损失大，合理匹配参数、杆比例及打捞工艺等问题。
抽油机悬点运动规律及悬点载荷
第二节抽油机悬点运动规律及悬点载荷一、教学目的了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
二、教学重点、难点教学重点：1悬点运动规律；2、载荷计算。
-| I *教学难点：1最大载荷和最小载荷的计算。
三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。
四、教学内容本节主要介绍两个方面的问题：1.抽油机悬点运动规律.2.抽油机悬点载荷计算.（一）抽油机悬点运动规律1、简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l〜0、r/b〜0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© ）时位移为:S B = r(1 cos ) = r(1 - cos t)■图3-13抽油机四连杆机构简图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 aSA=b S B = b r(i°S 7V A'S A,仙计dt bwA点的速度为:图3-14筒谐运动时悬点位移.速度、加遠度吨线7・丄■ A/ \〉等直4/y*\P>.!亠I 1L / 1*\iraA点的加速度为:W 2rcos t2、简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：° r门:14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。
Dffl 曲柄滑块机构简图A 点位移:扎 21 aS A = r(1 - cos —sin )2 bA 点速度:(二)抽油机悬点载荷计算1、悬点所承受的载荷 (1)静载荷V A 严dtr (sina护2)bA 点加速度:W“；；2r(cosa 2S .2 max1802 (1十)图3-n 悬点加速度变化庙线1-按简谐运动计算：A 精确计算: 3-按曲柄滑块机构计算+ 扎cos2>) —bS 2(1 - )l am ax图3-氐悬点速度变化曲线1-按筒谐运动计算；A 精确计算; 3-按曲柄滑块机构计算包括：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。
抽油机平衡
式中 Xub——抽油机结构的不平衡值，N，是折算到游梁平衡块重心位置的附加平衡力， 可查抽油机的出厂说明书。
二、抽油机的平衡( 三 ) 抽油机的平衡方式
2．曲柄平衡 抽油机工作时，要使电机在上、下冲程中作功近似 相等，可靠调节曲柄平衡块在曲柄上的位置（平衡 半径）来实现。 由于这种平衡方式便于调节，又不产生象游梁平衡 时在游梁上造成过大的惯性力，所以多用于大型抽 油机（50kN以上的重型抽油机），但这种平衡会使 曲柄轴上有较大的负荷和离心力。如图4—4所示， 下冲程中储存的位能：
（二）平衡的基本原理 抽油机之所以不平衡，是因为在上、下冲程中驴头悬点载荷不同，因而 造成电动机在上、下冲程中做功不相等。抽油机平衡的目的是为了在上、下 冲程中使电动机作功近似相等。 下面用最简单的机械平衡方式来说明这种可能性和达到平衡的基本条件。 1．下冲程 假定抽油杆柱下行时作功为Ad，在抽油机没有平衡的条件下这部分功全部传 给电动机，使它作负功。现在只在游梁的后端悬挂一个足够大重物，以致于 仅靠抽油杆柱下行时所作的功（Ad）都不能抬起，还需要电动机来带动作功 Amd才能抬起来，这时可得到下列平衡方式 Aw＝Amd＋Ad 或 Amd＝Aw－Ad 式中 Aw——下冲程中抽油杆柱自重和电动机举升重物需要作的功，即重物 储存的能； Amd——下冲程中电机对重物作的功，即电机在下冲程中作的功； Ad——下冲程中抽油杆柱对重物所作的功，即驴头悬点作的功；
二、抽油机的平衡
（一）抽油机不平衡的危害 当游梁式抽油机一抽油泵装置工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。 上冲程时，驴头悬点需要提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下， 电动机就要作功，才能使驴头上行。在下冲程时，抽油杆柱在其自重的作用下 克服浮力下行，这时电动机不仅不需要对外作功，反而接受外来能量作负功， 这就是抽油机在上、下冲程中不平衡的原因。抽油机工作过程中，电动机在上、 下冲程中作功不相等称为抽油机的不平衡。 抽油机不平衡时将带来以下危害： （1）降低电动机使用效率和寿命。由于负荷不均匀，降低电动机使用效率 和寿命。满足最大负荷时，造成功率的浪费较大。 （2）缩短抽油机使用寿命。由于负荷不均匀，在曲柄旋转一周中载荷忽大 忽小，会使抽油机发生剧烈振动而缩短抽油机的寿命。 （3）影响抽油机和抽油泵的正常工作。由于负荷不均匀，会破坏曲柄旋转 速度的均匀性，从而使驴头上、下摆也不均匀，影响抽油机和抽油泵的正常工 作。
抽油机悬点运动规律分析及载荷计算
加速度的极值发生在驴头的上下死点
11
二、抽油机驴头悬点载荷分析. 静载荷——抽油杆柱和液柱载荷、泵的沉没
压力、井口油压
悬点载荷 动载荷——抽油杆柱和液柱的惯性载荷、振
动和冲击载荷、摩擦载荷等
1.抽油杆柱载荷 上冲程——抽油杆柱在空气中的重力Wr
Wr f r L s g qr L
(3-14)
(3-9)
(4)A点的加速度方程：
dVA a 2 WA r (cos cos 2 ) dt b
(3-10)
(5)A点最大位移(光杆冲程)： a a S X A max X B max 2r b b
(3-11) 9
(6)A点加速度的极值 加速度的极值点
dW A d
(2)加速度与惯性载荷的关系：
一个冲程可分为四个阶段：如图3-20
15
16
表3-4 加速度对悬点载荷的影响
冲 程 00－900 加速度 惯性力 向上 向下 向下 向上 向下 向上 向上 向下 对悬点载荷的影响 增大悬点载荷 减小悬点载荷 减小悬点载荷 增大悬点载荷
17
上冲 程 900－1800 1800－2700 下冲 程 2700－3600
22
上冲程主要受(1) (2) (3)的影响，增加悬点载荷； 下冲程主要受 (1) (2) (4) (5)的影响，减少悬点载
荷。； 分析的关键： (1)摩擦力与运动物体的方向相反； (2)上冲程产生的摩擦载荷总是使悬点载荷增加；下 冲程正好相反。 （3）有三种情况没有摩擦力存在。]
23
5.其它载荷 (1)振动载荷——由于交变载荷(惯性载荷的变 化和液柱载荷的交替作用)引起抽油杆柱的振动， 从而产生振动载荷。（一般对于下泵不太深、冲 数不大的井，可忽略。） (2)沉没压力和井口压力 由于沉没压力使悬点载荷减轻，（上冲程， 产生向上顶浮作用；下冲程无）；井口压力（即 井口回压）使悬点载荷增加，（下冲程减轻抽油 杆柱载荷）二者方向相反，可部分抵消，因此， 在计算中可忽略。
抽油机悬点运动分析
东北石油大学力学技能训练2015 年3月29日东北石油大学力学技能训练任务书课程力学技能训练题目CYJ12-3.6-73HB游梁式抽油机悬点运动分析及其载荷分析专业工程力学姓名董日治学号110403240128主要内容、基本要求、主要参考资料等将要进行的力学技能训练具体的内容、要求、参考资料如下：1.主要内容：（1）深入学习和研究常规型游梁式抽油机悬点运动分析及其载荷分析方面理论知识。
（2）利用所学的计算机基础知识独立完成编写出计算机程序并且上机进行相应计算。
（3）对于计算结果进行比较分析，通过反复计算，得到正确的计算结果。
（4）对于计算结果进行详细分析，得到相应的正确结论。
2.基本要求：（1）独立思考，刻苦钻研，掌握理论研究方法和熟练计算机操作技巧；（2）绘制出正确的指定型号游梁式抽油机悬点运动曲线及理论示功图；（3）撰写一份规范的2万字左右的力学技能训练报告。
3.主要参考资料：（1）东北石油大学电化教学中心.采油工艺实习用光盘. 1999.（2）董世民.抽油机设计计算与计算机实现[M].石油工业出版社.1987：11-21.（3）万仁博，罗英俊.采油技术手册（第四分册）[M].石油工业出版社.1993:36-52.完成期限2015.3.9-2015.3.29教师负责人专业负责人2015 年 3 月 5 日摘要采油是石油工程中重要的组成部分它的重要性不亚于钻井，钻井把石油和地面连通了，而采油才是把石油送到了地面。
而直接影响采油质量和进度的就是采油技术和设备。
随着抽油机制造技术的不断发展进步，自20世纪90年代后，陆续开发了不同形式的以节能为目的的抽油机，节能抽油机仍然属于普通式游梁式抽油机结构。
抽油机是抽油机—深井泵抽油系统中的主要地面设备。
游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备、辅助设备等四大部份组成。
工作时，动力机将高速旋转动动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄轴做低速旋转运动，曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下往摆动，挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆作上下往复动动。
抽油机悬点运动规律分析及载荷计算汇总
9次/分，使用
2
1 2
"油管，3/4"抽油杆，原油密度
900kg/m3，油井含水33％。试计算悬点最大和最
小载荷，并计算各种载荷占最大载荷的百分比。
• 解：l fW W (1－fW )0 ＝0.33×1000＋(1－
0.33)×900 ＝933 kg/m3
• 根据抽油机型号CYJ-5-2.1-13HB，查得连杆长
Wl
(1
Sn 2 1790
)
为简谐运动，忽略摩擦载荷和液柱惯性载荷
公式Ⅴ
Pm a x
(Wr
Wl
)(1 Sn2 1790
)
简谐运动，忽略摩擦载荷，考虑了液柱惯性载荷
三、三种抽汲运动的对比
31
表3-5 三种抽汲运动的对比
简谐运动
曲柄滑块运动
普通抽油机
前置型抽油机
Ф＝00 时 加速度的
极值
Wa
S 2
Wr Wl Wr' Wl'
27
Wm a x
Wr
Wl
Wr
Sn2 1790
(1
r) l
Wr '
Wl '
Wr
Sn2 1790
(1
r) l
Wl '
Wr [b
Sn2 1790
(1
r )] l
若取r / l 1/ 4,则
Wm a x
Wl
Wr
(1
Sn2 1440
)
(3-25)
(3-26)
22
上冲程主要受(1) (2) (3)的影响，增加悬点载荷； 下冲程主要受(1) (2) (4) (5)的影响，减少悬点载
抽油机悬点运动规律及载荷分析
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析一、游梁式抽油机悬点运动规律四连杆机构：以游梁支架轴和曲柄轴的连线为固定杆，以曲柄、连杆和游梁为三个活动杆所组成的四连杆机构。
如图3-21所示，抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化，而且方向也在不断改变。
上冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向上；后半个冲程为减速运动，加速度方向向下。
下冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向下；后半个冲程为减速运动，加速度方向向上。
其最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为零；其最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加速度为零。
上下死点处的最大加速度分别为：)1(220max lr s a +==ωϕ （3-12） )1(22max l r s a --==ωπϕ （3-13） 二、抽油机悬点载荷计算与分析（一）静载荷1．抽油杆柱载荷上冲程，悬点承受着整个抽油杆柱的重力为：g L f W s r r ρ= ＝Lg q r （3-21）对于多级抽油杆：g ┅L q L q W r r r )(2211++=式中 r W —— 抽油杆柱的重力，N ；r f —— 抽油杆的截面积，m 2；L —— 抽油杆柱的长度，m ；s ρ—— 抽油杆材料（钢）的密度，3/7850m kg s =ρ。
r q —— 每米抽油杆的平均质量，kg/m ；（可查表3-1）21r r 、q q —— 用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量，kg/m ； 21、L L —— 用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度，m 。
下冲程，作用在悬点上的杆柱载荷等于抽油杆柱的重力减去杆柱受到的浮力：g L f W l s r r )(ρρ-='或b W Lgb q W r r r ==' （3-23）式中 'r W —— 抽油杆柱在液体中的重力，N ；sl s b ρρρ-=――抽油杆的失重系数 l ρ—— 抽汲液体的密度，3/m kg ；当原油含水时，可用下式近似计算：w w w o l f f ρρρ+-=)1( （3-24）式中 o ρ—— 原油密度，3/m kg ；w ρ—— 水的密度，3/m kg ；w f —— 原油含水率，小数。
抽油机悬点运动规律及悬点载荷
第二节抽油机悬点运动规律及悬点载荷一、教学目的了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
二、教学重点、难点教学重点：1、悬点运动规律；2、载荷计算。
教学难点：1、最大载荷和最小载荷的计算。
三、教法说明课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和动画。
四、教学内容本节主要介绍两个方面的问题：1.抽油机悬点运动规律.2.抽油机悬点载荷计算.（一）抽油机悬点运动规律1、简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l≈0、r/b≈0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：)cos 1()cos 1(t r r S B ωφ-=-=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：)cos 1(t r b aS b a S B A ω-==A 点的速度为:tr b a dt dS v A A ωωsin ==A 点的加速度为:tr b a dt dv W A A ωωcos 2==2、简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律 假设条件：l r l r =<<λ 410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 点位移：b ar SA )sin 2cos 1(2φλφ+-=A 点速度:b ar dt dS v A A )2sin 2(sin φλφω+==A 点加速度:b ar dt dv W A A )2cos (cos 2φλφω+==)1(220m axl r S a +=︒=ωϕ)1(22180m axl r S a --=︒=ωϕ(二)抽油机悬点载荷计算1、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。
3-2抽油机悬点运动规律及载荷分析
Wr frL(s l )g
（2） 两个液柱载荷计算式的区别，即
Wl ( f p fr )Ll g
Wl f pLl g
其中：Wl —又称上下冲程过程中静载荷的变化量或转移 量，即上、下冲程静载荷的差值。
一、游梁式抽油机悬点运动规律
悬点：抽油杆在驴头上的悬挂点。
上冲程前半个冲程为加速运动， 加速度方向向上；后半个冲程为减速 运动，加速度方向向下。
下冲程前半个冲程为加速运动， 加速度方向向下；后半个冲程为减速 运动，加速度方向向上。
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
研究目的：
研究抽油装置动力学，从而进行抽油装置的设计、选择以及工 作状况分析。
游梁式抽油机可以看成四连杆机 构。
四 固定杆：游梁支架轴和曲柄轴
连 杆
的连线
机
构 游动杆：曲柄、连杆和游梁
抽油机悬点运动简图
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为 零。而最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加 速度为零。
上死点处的最大加速度分别为：
amax
s 2(1 2
r) l
0
下死点处的最大加速度分别为：
amax
s 2
2 (1
r l
)
180
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
（二）动载荷
动载荷是随悬点位移或速度变化的载荷。
1.惯性载荷
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。
悬点载荷、冲程损失、平衡
由于沉没压力和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反 ，可以相互抵消一部分，所以，在一般近似计算中可以忽略这两项。
（三）惯性载荷
抽油机工作时，驴头带动抽油杆和液柱作周期性的变 速运动中会产生惯性力，所以会产生抽油杆和液柱的惯性 载荷。一般冲数不太大的情况下，在计算惯性载荷时通常 忽略液柱引起的惯性载荷。若忽略液柱的惯性载荷，惯性 载荷的大小只与抽油杆柱的质量和悬点的加速度有关。
W惯下
解题过程：
第四步：分别计算最大最小载荷
Pmax
2 sn r ' ' W r W L Wr (1 ) 1790 l 17865 .1 20933 .2 1637 .7
40436 (N )
Pmin
2 sn r W ' r Wr (1 ) 1790 l 17865 .1 931.2
平衡偏轻时 : 增加平衡半径 , 向远离曲柄轴的方向调整平 衡块 ;
平衡偏重时 : 减小平衡半径 , 向靠近曲柄轴的方向调整平 衡块。
目
录
抽油机悬点载荷计算
抽油机的平衡计算
抽油机其他相关计算
Page
34
一、曲柄轴扭矩
减速器的许用扭 矩限制着油井生产时
所采用的最大抽吸参
数，也限制着保证大
参数生产所需要的电
' '
2
Wr＝
'
d
4
2
L· 钢· g
2
W L＝
'
D
4
L· 液· g
钢－液 W r＝Wr 钢
解题分析
悬点最小载荷：
Pmin
sn r W r Wr (1 ) 1790 l
抽油机悬点运动分析汇总
东北石油大学力学技能训练2015 年3月29日东北石油大学力学技能训练任务书课程力学技能训练题目CYJ12-3.6-73HB游梁式抽油机悬点运动分析及其载荷分析专业工程力学姓名董日治学号110403240128主要内容、基本要求、主要参考资料等将要进行的力学技能训练具体的内容、要求、参考资料如下：1.主要内容：（1）深入学习和研究常规型游梁式抽油机悬点运动分析及其载荷分析方面理论知识。
（2）利用所学的计算机基础知识独立完成编写出计算机程序并且上机进行相应计算。
（3）对于计算结果进行比较分析，通过反复计算，得到正确的计算结果。
（4）对于计算结果进行详细分析，得到相应的正确结论。
2.基本要求：（1）独立思考，刻苦钻研，掌握理论研究方法和熟练计算机操作技巧；（2）绘制出正确的指定型号游梁式抽油机悬点运动曲线及理论示功图；（3）撰写一份规范的2万字左右的力学技能训练报告。
3.主要参考资料：（1）东北石油大学电化教学中心.采油工艺实习用光盘. 1999.（2）董世民.抽油机设计计算与计算机实现[M].石油工业出版社.1987：11-21.（3）万仁博，罗英俊.采油技术手册（第四分册）[M].石油工业出版社.1993:36-52.完成期限2015.3.9-2015.3.29教师负责人专业负责人2015 年 3 月 5 日摘要采油是石油工程中重要的组成部分它的重要性不亚于钻井，钻井把石油和地面连通了，而采油才是把石油送到了地面。
而直接影响采油质量和进度的就是采油技术和设备。
随着抽油机制造技术的不断发展进步，自20世纪90年代后，陆续开发了不同形式的以节能为目的的抽油机，节能抽油机仍然属于普通式游梁式抽油机结构。
抽油机是抽油机—深井泵抽油系统中的主要地面设备。
游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备、辅助设备等四大部份组成。
工作时，动力机将高速旋转动动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄轴做低速旋转运动，曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下往摆动，挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆作上下往复动动。
第二节抽油机悬点运动规律及载荷
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。
抽油杆柱的惯性力：
Ir
Wr g
WA
液柱的惯性力：
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
m2 1 1) ln m (m2
1) ]vmax
m dt dr
把悬点看做简谐运动，则
max
S 2
SN
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）
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
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。
上冲程：
I lu
Wl g
S 2 (1 r )
2
l
Wl
SN 2 1790
1 r
l
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
3-2抽油机悬点运动规律
采油工程 21
1.惯性载荷
1.惯性载荷 1.惯性载荷（由变速运动引起） 惯性载荷
上冲程:
• 前半冲程中加速度为正，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。
第二节 抽油机悬点运动规律
游梁式抽油机可以看成 是以游梁支架轴和曲柄 轴的连线为固定杆，以 曲柄、连杆和游梁为三 个活动杆所组成的四连 杆机构。如图所示:
采油工程 1
一、游梁式抽油机悬点运动规律
1.简谐运动模型
条件： 条件：
r/l→0 r/b→0
点B的运动可以看作简谐运动，即认为B点的运动规律 的运动可以看作简谐运动，即认为B 点做圆周运动时在垂直中心线上的投影（ 垂直中心线上的投影 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， 点和C点的运动规律相同。 运动规律相同，即B点和C点的运动规律相同。
Wl s 2 sn 2 Filu = (1 + λ )ε ω (1 + λ ) = Wr g 2 1790
下冲程最大惯性载荷值为： Wr s 2 sn 2 Fird = ω (1 − λ ) = W r (1 − λ ) g 2 1790
ε =
A p − Ar A ti − Ar
Fild = 0
实际上，由于抽油杆柱和液柱的弹性，抽油杆柱和液柱各 点的运动与悬点的运动并非一致，因此，上述按悬点最大 加速度计算的惯性载荷将大于 大于实际值。 大于
采油工程 26
Pmax
Pmin
a A max
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第二节抽油机悬点运动规律及载荷分析
一、游梁式抽油机悬点运动规律
四连杆机构：以游梁支架轴和曲柄轴的连线为固定杆，以曲柄、连杆和游梁为三个活动杆所组成的四连杆机构。
如图3-21所示，
抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化，而且方向也在不断改变。
上冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向上；后半个冲程为减速运动，加速度方向向下。
下冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向下；后半个冲程为减速运动，加速度方向向上。
其最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为零；其最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加速度为零。
上下死点处的最大加速度分别为：
sr2?(?1?)a（3-12）max2l?0?sr2?(1??)a?（3-13）抽油机悬点载荷计算与分析二、（一）静载荷
max2l???
1．抽油杆柱载荷
上冲程，悬点承受着整个抽油杆柱的重力为：
?gfLW?qLg（3-21）＝srrr对于多级抽油杆：
┅)?Lg?Lq(?Wq22r11rr
——抽油杆柱的重力，N；式中W r2——；抽油杆的截面积，m f r——抽油杆柱的长度，m；L
3——??。
抽油杆材料（钢）的密度，m?7850kg/ss——每米抽油杆的平均质量，
kg/m；（可查表3-1）q r——、q用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量，kg/m；q2r1r、L——用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度，m。
L21下冲程，作用在悬点上的杆柱载荷等于抽油杆柱的重力减去杆柱受到的浮力： ??)gL(?W??f或（3-23）bWqLgb??W?lrsrrrr——抽油杆柱在液体中的重力，N；式中?W r??l?s?b――抽油杆的失重系数?s3——?mkg/；当原油含水时，可用下式近似计算：抽汲液体的密度，l???f)?(1??f
（3-24）wlwow3——?m/kg；原油密度，式中o3——?mkg/；水的密度，w——f 原油含水率，小数。
w2．液柱载荷
上冲程作用在悬点上的液柱载荷为：
?gL?f)W?(f（3-26）llrp——W液柱载荷，N；其它符号同前。
式中l下冲程液柱载荷不作用在悬点上。
．上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷3．
—W???WW?W llrr?????gL(f?f)gLfg?LfLg()f—==＋lrplplrsrs，简称为转移载荷。
?W l由以上推导可知，上冲程的静载荷：
(3-27)
??W??WW?W lrrl上、下冲程静载荷随悬点位移的变化曲线：
图3-29 静载荷随悬点冲程变化的曲线
4．其它静载荷
1）沉没压力对悬点载荷的影响
沉没压力：泵的吸入口沉没在液面以下一定深度，该处的压力称为沉没压力。
吸入压力：上冲程中，在沉没压力作用下，井内液体克服泵的入口设备的阻力进入泵内，此时液流具有的压力称吸入压力。
吸入压力作用在活塞底部而产生向上的载荷为：
F?Pf?(p??p)f（3-28）psiinp——pF作用在活塞上产生的载荷，N；吸入压力式中ni——p吸入压力，Pa
n2f；——活塞截面积，m P——p沉没压力，Pa；s——p?液流通过泵的入口设备产生的压力降，Pa；i下冲程中，吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。
2）井口回压对悬点载荷的影响
F?p(f?f)）上冲程增加悬点载荷：3-29（rpBBu
下冲程减小悬点载荷：（3-30）fF?p rBdB——井口回压在上冲程中造成的悬点载荷，N；式中F Bu——井口回压在下冲程中造成的悬点载荷，N；F Bd ——井口回压，Pa；其它符号同前。
p B由于沉没压力和井口回压在上冲程中造
成的悬点载荷方向相反，可以相互抵消一部分，所以在一般计算中可以忽略这两项。
（二）动载荷
1．惯性载荷
根据牛顿第二定律可得：
抽油杆柱的惯性力为：
W r a?P（3-31）AGr g液柱的惯性力为：
W l?a?P（3-32）AGl g——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数：ε式中f?f rp??ff?rtg——油管的流通断面面积。
式中f tg惯性载荷对悬点载荷的影响分析
由图可以看出，惯性载荷的方向及对悬点载荷的影响为：上冲程前半冲程，悬点向上减速运动，后半冲程，增加悬点载荷；惯性力向下，悬点向上加速运动，惯性力方向向上，减小悬点载荷，下冲程前半冲程，悬点向下加速运动，惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程，悬点向下减速运动，惯性力向下，增加悬点载荷。
由图中可以看出，在上、下死点处惯性载荷对悬点载荷的影响最大，而在二分之一冲程处，惯性载荷为零。
上冲程中抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：
2?snWWWrnrsrs22u2?rrr(1?)?()(1?)P?(1??)（3-33）
Gr g2lg260l1790l2snW ur P?4?1/r/l若取（3-34）时：Gr1440下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：
?rr)?(1?)??P??(1 3-35）（Gr l1790g2l上冲程液柱2rsnrWWs d2
引起的悬点最大惯性载荷为：
???ll??1)1?)P?((）（3-36 Gl ll1790g2 2snWWrsr u2
下冲程中液柱不随悬点运动，因而没有液柱的惯性载荷
uuu?P?PP上冲程中悬点最大惯性载荷为：GGrGldd?PP下冲程悬点最大惯性载荷为：GrG注：当液柱中含气比较多且冲数比较小时，可忽略液柱引起的惯性载荷。
2．摩擦载荷上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷
对抽油机悬点载荷有影响的摩擦力包括以下五个方面：
（1）抽油杆柱和油管柱的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷，下
冲程减小悬点载荷。
（2）活塞与衬套之间的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷。
（3）液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载荷。
（4）液柱与油管之间的摩擦力，发生在上冲程，方向向下，增加悬点载荷。
）液体通过游动阀的摩擦阻力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载5（．荷。
3．振动载荷
在计算抽油机悬点最大载荷时，一般不考虑。
三、悬点最大和最小载荷
悬点的最大载荷：
2snWr ur)1?W?(?WW?PP?W??）（3-37Grr max lrl1790l2rsnW r)1???PW?(?W?或（3-38）l ax r m l9170悬点的最小载荷：2snWr dr)?P??W??(WP?1?（）3-39r min Grr l1790．。