石油大学有杆泵井系统效率的若干问题

4
组合二：2m*9次/min
3
2
1
0
-1 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-2
-3
-4 位移（m）
✓最大惯性载荷：组合 2m*9次/min比组合3m*6 次/min大0.8KN，增加约25%； ✓最小惯性载荷：组合2m*9次/min比组合3m*6 次/min增加0.3kN，增加约9%。
长冲程低冲次降 低惯性载荷峰值
300
360
300
360
曲柄转角（°）
悬点载荷作用在曲柄轴上造成负载扭矩。杆柱载荷 和液柱载荷造成的扭矩占主要部分。
抽油机节能原理分析
✓杆柱载荷扭矩与悬点运动关系
60 组合一：3m*6次/min 组合一：2m*9次/min
40
扭矩（kN·m）
20
0 0
-20
60
120
180
240
300
360
-40
长冲程低冲次降 低振动载荷峰值
抽油机节能原理分析
抽油机负载扭矩
扭矩扭（矩kN（k·Nm·）m）
80
860
6400
40 20
20
0
00
60
--2200 0
60
--4400
-60
杆 液 摩 惯 振柱 擦 性 动载荷扭矩
120
180
240
120
180
240
杆柱载荷扭矩 液柱载荷扭矩 摩擦载荷扭矩 惯性载荷扭矩 振动载荷扭矩 悬点载荷扭矩
抽油杆柱载荷
液柱载荷 惯性载荷 振动载荷 摩擦载荷
杆柱惯性力 液柱惯性力
杆管摩擦力 杆液摩擦力 液体过阀阻力
抽油机节能原理分析
载载荷载荷（荷k（N（kkN）N））
60
杆 液 摩 惯 振柱 擦 性 动载荷
杆柱载荷
液柱载荷
60650
摩擦载荷
505400
惯性载荷 振动载荷
404300
悬点载荷
3030 20
液柱载荷功率受冲 次和冲程影响较小
抽油机节能原理分析
✓摩擦载荷扭矩与悬点运动关系
扭矩（kN·m）
6
5 4
3 2
1 0
0 -1
组合一：3m*6次/min 组合二：2m*9次/min
60
120
180
240
300
360
曲柄转角（°）
✓最大摩擦载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合 2m*9次/min大； ✓摩擦载荷损失功率：组合2m*9次/min比组合 3m*6次/min大0.06kW，约5.7%。
功率。
抽油机系统的损失功率P损：抽油系统举升过程中损失的 各种功率之和。
有杆抽油系统效率： 抽油机的有效功率与输入功率的比
值为抽油机井的系统效率，即
Fra Baidu bibliotek系=
P水 P入
P入P损 P入
1 抽油系统效率概念 2 油井效率问题 3 抽油机节能原理分析 4 抽油机摆动件惯性力分析 5 抽油泵漏失研究 6 抽油系统节能措施
有杆抽油系统效率 的若干问题
吴晓东
抽油系统效率概念
抽油机
有杆抽油系统： ✓原动机 ✓抽油机 ✓抽油杆 ✓抽油泵 ✓井下管柱 ✓井口装置
原动机
抽油杆
井口装置
井下管柱
抽油泵
抽油系统效率概念
抽油机的输入功率P入：拖动抽油机的电动机的输入功率 为抽油机的输入功率。
抽油机系统的有效功率 P水：一定的扬程下，将一定排 量的井下液体提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水
2020 101100
00
0 00 -100
00..55 0.5
11 1
11..55 1.5
222
222...555
333
333...555
位位移移（（mm））
杆柱载荷和液柱载荷占悬点载荷的主要部分，其次 是摩擦载荷、振动载荷和惯性载荷。
抽油机节能原理分析
✓惯性载荷与悬点运动关系
载荷（kN）
5 组合一：3m*6次/min
8 6 4 2 0 -2 0 -4
组合一：3m*6次/min 组合一：2m*9次/min
60
120
180
240
300
360
曲柄转角（°）
✓最大液柱载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合
2m*9次/min大； ✓液柱载荷功率：组合2m*9次/min比组合3m*6 次/min 大0.02kW，约1.2%。
60
120
180
240
300
360
曲柄转角（°）
1.5
1
0.5
0 0
-0.5
-1
-1.5
常规抽油机 异相抽油机
60
120
180
240
300
360
曲柄转角（°）
不同抽油机悬点加速度曲线
不同抽油机悬点速度曲线
抽油机节能原理分析
抽油机悬点载荷组成
静载荷 抽油机悬点载荷
动载荷
其中动载荷受悬点速度、加速 度影响很大。
-60 曲柄转角（°）
✓最大杆柱载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合2m*9 次/min大； ✓杆柱载荷功率：组合2m*9次/min比组合3m*6次 /min 大0.02kW，约1.2%。
杆柱载荷功率受冲 次和冲程影响较小
抽油机节能原理分析
✓液柱载荷扭矩与悬点运动关系
扭矩（kN·m）
14 12 10
油井效率:
油井效率问题
油井效率就是油井利用地层天然能 量的效率。地层的天然能量是一定 的，如何充分发挥地层能量，提高 油井自身效率，减少能量消耗、降 低能量输入是值得研究的问题。
地层能量一定
油井效率最高？
泵提供多少能量？
油层
油井效率问题
合理下泵深度确定:
井口压力
H1 H2 H3 Lz
下泵深度不同，泵需要提 供的能量不同，则天然能 量利用效率不同。合理的 下泵深度，可以显著提高 油井效率。
抽油机节能原理分析
✓振动载荷与悬点运动关系
载荷（kN）
2.5
组合一：3m*6次/min
2
组合二：2m*9次/min
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-1
-1.5
-2
-2.5
位移（m）
✓最大振动载荷：组合2m*9次/min比组合3m*6 次/min大0.3KN，增加约18%； ✓最小振动载荷： 组合2m*9次/min比组合3m*6 次/min增加0.35kN，增加约20%。
抽油杆 抽油泵
△P1 △P2 △P3
油层
1 抽油系统效率概念 2 油井效率问题 3 抽油机节能原理分析 4 抽油机摆动件惯性力分析 5 抽油泵漏失研究 6 抽油系统节能措施
抽油机节能原理分析
长冲程， 低冲次,
节能？
抽油机节能原理分析
抽油机节能分析
自然因素： 原油粘度、 井身结构等
人为因素： 冲程、冲次 泵径、泵深等
冲次增加使摩擦 载荷耗能更多
油井因素
悬点载荷
运动规律
扭矩因素
✓通过调整抽油机净扭矩曲线可以 达到节能效果。
负载扭矩 平衡扭矩
平衡准则
净扭矩
提高效率
三者由抽油机决定
抽油机节能原理分析
悬点加速度（m/s2） 悬点速度（m/s）
抽油机悬点运动规律
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 0 -0.4 -0.6 -0.8
-1
常规抽油机 异相抽油机