抽油井技術(shù)指標(biāo)

1、抽油井技術(shù)指標(biāo) (扭矩、電機(jī)功率等) 一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析v抽油機(jī)工作時(shí)，由懸點(diǎn)載荷及平衡重在曲柄軸（減速箱輸出軸）上造成的扭抽油機(jī)工作時(shí)，由懸點(diǎn)載荷及平衡重在曲柄軸（減速箱輸出軸）上造成的扭矩與電動(dòng)機(jī)輸給曲柄的扭矩相平衡。因此，通過懸點(diǎn)載荷及平衡來計(jì)算曲柄軸矩與電動(dòng)機(jī)輸給曲柄的扭矩相平衡。因此，通過懸點(diǎn)載荷及平衡來計(jì)算曲柄軸扭矩，不僅可以檢查減速箱是否在超扭矩條件下工作，而且可以用來檢查和計(jì)扭矩，不僅可以檢查減速箱是否在超扭矩條件下工作，而且可以用來檢查和計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率及功率利用情況。算電動(dòng)機(jī)功率及功率利用情況。v一定型號(hào)的抽油機(jī)所配減速箱都有允許的最大扭矩。在一定條

2、件下它既限一定型號(hào)的抽油機(jī)所配減速箱都有允許的最大扭矩。在一定條件下它既限制著油井生產(chǎn)時(shí)所采用的最大抽油參數(shù)（制著油井生產(chǎn)時(shí)所采用的最大抽油參數(shù)（Dp、s、n及及L），同時(shí)又限制著為了），同時(shí)又限制著為了保證在參數(shù)生產(chǎn)所需要的電動(dòng)機(jī)功率。在生產(chǎn)中既不能只看懸點(diǎn)最大載荷，而保證在參數(shù)生產(chǎn)所需要的電動(dòng)機(jī)功率。在生產(chǎn)中既不能只看懸點(diǎn)最大載荷，而任意采用大參數(shù)生產(chǎn)，也不能單純根據(jù)大參數(shù)抽汲的需要，而隨意使用大功率任意采用大參數(shù)生產(chǎn)，也不能單純根據(jù)大參數(shù)抽汲的需要，而隨意使用大功率電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)。v例如，對(duì)于例如，對(duì)于5型抽油機(jī)，一般選用的電動(dòng)機(jī)功率最大不要超過型抽油機(jī)，一般選用的電動(dòng)機(jī)功率最大不要超過

3、2022kW。如果選。如果選用用28或或30kW的電動(dòng)機(jī)，則會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是電動(dòng)機(jī)過大，而功率利用不充的電動(dòng)機(jī)，則會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一是電動(dòng)機(jī)過大，而功率利用不充分；或者電動(dòng)機(jī)在滿載條件下工作，但抽油機(jī)必然在超載荷或超扭矩的條件下分；或者電動(dòng)機(jī)在滿載條件下工作，但抽油機(jī)必然在超載荷或超扭矩的條件下工作。因此，了解抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的最大扭矩是選擇分析抽油設(shè)備工作工作。因此，了解抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的最大扭矩是選擇分析抽油設(shè)備工作狀況的一項(xiàng)重要內(nèi)容。狀況的一項(xiàng)重要內(nèi)容。v在抽油技術(shù)設(shè)計(jì)和一般分析中大多采用直接計(jì)算的方法。下面分別介紹三在抽油技術(shù)設(shè)計(jì)和一般分析中大多采用直接計(jì)算的方法。下面分別

4、介紹三種比較常用的計(jì)算公式。種比較常用的計(jì)算公式。v（一）計(jì)算扭矩的準(zhǔn)確方法（一）計(jì)算扭矩的準(zhǔn)確方法扭矩因數(shù)法扭矩因數(shù)法v以常用的曲柄平衡抽油機(jī)為例，可得曲柄平衡的曲柄軸扭矩的計(jì)算公式：以常用的曲柄平衡抽油機(jī)為例，可得曲柄平衡的曲柄軸扭矩的計(jì)算公式：v而而 v式中式中 M曲柄軸扭矩，曲柄軸扭矩，Nm；v MP表示懸點(diǎn)載荷表示懸點(diǎn)載荷P在曲柄上造成的扭矩，稱為載荷扭矩在曲柄上造成的扭矩，稱為載荷扭矩Nm；v a、b分別為抽油機(jī)游梁前、后臂長度，分別為抽油機(jī)游梁前、后臂長度，m；v P懸點(diǎn)負(fù)荷，懸點(diǎn)負(fù)荷，N；v r曲柄半徑，曲柄半徑，m；v 連桿與曲柄的夾角；連桿與曲柄的夾角；v 游梁與連桿的夾角

5、；游梁與連桿的夾角；v Mc表示曲柄平衡重在曲柄上造成的扭矩，稱為曲柄平衡扭矩，表示曲柄平衡重在曲柄上造成的扭矩，稱為曲柄平衡扭矩，Nm；v Wc折算曲柄平衡重力（折算曲柄平衡重力（ ），），N；v 曲柄轉(zhuǎn)角。曲柄轉(zhuǎn)角。v v，稱為扭矩因數(shù)。，稱為扭矩因數(shù)。cPMMMsinsinrPbaMPsinrWMccrrXRWRWWubcccbcsinsinPbaC 一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析v（二）計(jì)算最大扭矩的近似公式（二）計(jì)算最大扭矩的近似公式v近似計(jì)算法是把抽油機(jī)四連桿運(yùn)動(dòng)簡化為簡諧運(yùn)動(dòng)，略去抽油機(jī)幾何特性的影近似計(jì)算法是把抽油機(jī)四連桿運(yùn)動(dòng)簡化為簡諧運(yùn)動(dòng)，略去抽油機(jī)幾何特性的影

6、響；另外還忽略了游梁平衡塊產(chǎn)生的慣性力。此時(shí)計(jì)算曲柄軸扭矩的公式為：響；另外還忽略了游梁平衡塊產(chǎn)生的慣性力。此時(shí)計(jì)算曲柄軸扭矩的公式為：v式中式中 M曲柄軸扭矩，曲柄軸扭矩，Nm； S光桿沖程，光桿沖程，m；v P懸點(diǎn)負(fù)荷，懸點(diǎn)負(fù)荷，N； 曲柄轉(zhuǎn)角；曲柄轉(zhuǎn)角；v Ce有效平衡值，表示被平衡重平衡了的懸點(diǎn)負(fù)荷，有效平衡值，表示被平衡重平衡了的懸點(diǎn)負(fù)荷，N。v其理論值為其理論值為v有效平衡值的計(jì)算方法很多，在利用最大、最小載荷計(jì)算方法計(jì)算有效平衡值有效平衡值的計(jì)算方法很多，在利用最大、最小載荷計(jì)算方法計(jì)算有效平衡值時(shí)，為了保持抽油機(jī)在平衡條件下工作，必須通過調(diào)整平衡半徑或平衡重，使時(shí)，為了保持抽油

7、機(jī)在平衡條件下工作，必須通過調(diào)整平衡半徑或平衡重，使Ce值等于懸點(diǎn)最大、最小載荷之和的二分之一，即值等于懸點(diǎn)最大、最小載荷之和的二分之一，即 v 一般認(rèn)為，最大扭矩與最大載荷出現(xiàn)在同一曲柄位置。由式看出，當(dāng)一般認(rèn)為，最大扭矩與最大載荷出現(xiàn)在同一曲柄位置。由式看出，當(dāng)90或或270，并且不考慮懸點(diǎn)載荷，并且不考慮懸點(diǎn)載荷P的變化時(shí)，的變化時(shí)，M值為最大。所以，將值為最大。所以，將PPmax及及sin1和和 式代入式后，可得：式代入式后，可得：sin)(2eCPSM2LreWWC2minmaxPPCe2minmaxPPCe)(2max1maxeCPSM)(4max1maxmimPPSM一曲柄軸扭矩

8、計(jì)算及分析一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析sin)(2eCPSMv（三）計(jì)算最大扭矩的經(jīng)驗(yàn)公式（三）計(jì)算最大扭矩的經(jīng)驗(yàn)公式v1勒瑪柴諾夫經(jīng)驗(yàn)公式勒瑪柴諾夫經(jīng)驗(yàn)公式v公式公式2是蘇聯(lián)勒瑪柴諾夫于是蘇聯(lián)勒瑪柴諾夫于1957年提出來的。它是根據(jù)類似于公式年提出來的。它是根據(jù)類似于公式1的近似公式的近似公式和拉比諾維奇的精確公式，利用一批實(shí)測(cè)示功圖，分別計(jì)算了曲柄銷處的切線和拉比諾維奇的精確公式，利用一批實(shí)測(cè)示功圖，分別計(jì)算了曲柄銷處的切線力后，進(jìn)行回歸分析所得的公式。力后，進(jìn)行回歸分析所得的公式。v國內(nèi)外的實(shí)踐都證明用公式國內(nèi)外的實(shí)踐都證明用公式1、2計(jì)算的結(jié)果普遍偏低，目前國外還在使用這些計(jì)算的結(jié)果普遍偏低

9、，目前國外還在使用這些公式。公式。v2國內(nèi)建立的經(jīng)驗(yàn)公式國內(nèi)建立的經(jīng)驗(yàn)公式v根據(jù)國內(nèi)油井扭矩曲線峰值統(tǒng)計(jì)和回歸，建立了類似的經(jīng)驗(yàn)公式：根據(jù)國內(nèi)油井扭矩曲線峰值統(tǒng)計(jì)和回歸，建立了類似的經(jīng)驗(yàn)公式：v初步檢驗(yàn)的結(jié)果表明，該經(jīng)驗(yàn)公式比公式初步檢驗(yàn)的結(jié)果表明，該經(jīng)驗(yàn)公式比公式1、2準(zhǔn)確，但還有待于在試用中用更準(zhǔn)確，但還有待于在試用中用更廣泛的資料進(jìn)行檢驗(yàn)和完善。廣泛的資料進(jìn)行檢驗(yàn)和完善。)(236. 0300minmax2maxPPSSM)(202. 01800minmax3maxPPSSM一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析一曲柄軸扭矩計(jì)算及分析二電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算二電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算v1電動(dòng)機(jī)額定功率電動(dòng)機(jī)額

10、定功率v抽油裝置的電動(dòng)機(jī)選擇，一方面關(guān)系到電能的利用效率；另一方面抽油裝置的電動(dòng)機(jī)選擇，一方面關(guān)系到電能的利用效率；另一方面將關(guān)系到能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備和油層生產(chǎn)能力的問題。將關(guān)系到能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備和油層生產(chǎn)能力的問題。v游梁式抽油裝置的特點(diǎn)是：游梁式抽油裝置的特點(diǎn)是：v（1）負(fù)荷是脈沖的，而且變化大；）負(fù)荷是脈沖的，而且變化大；v（2）啟動(dòng)條件困難，要求有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；）啟動(dòng)條件困難，要求有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；v（3）所用的電動(dòng)機(jī)功率不太大，但總的數(shù)量大；）所用的電動(dòng)機(jī)功率不太大，但總的數(shù)量大；v（4）在露天工作，要求電動(dòng)機(jī)維護(hù)簡單、工作可靠。）在露天工作，要求電動(dòng)機(jī)維護(hù)簡單、工作可靠。v所以

11、，抽油機(jī)所用電動(dòng)機(jī)都封閉式鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。它的構(gòu)造簡所以，抽油機(jī)所用電動(dòng)機(jī)都封閉式鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。它的構(gòu)造簡單、堅(jiān)固、易于維修。單、堅(jiān)固、易于維修。v電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)的選擇除了確定適合于抽油機(jī)工作特點(diǎn)的類型之外，還要確定適除了確定適合于抽油機(jī)工作特點(diǎn)的類型之外，還要確定適合各型抽油機(jī)工作能力的電動(dòng)機(jī)的容量（即功率）。合各型抽油機(jī)工作能力的電動(dòng)機(jī)的容量（即功率）。v電動(dòng)機(jī)功率與傳到減速箱從動(dòng)軸（曲柄軸）上的扭矩關(guān)系為：電動(dòng)機(jī)功率與傳到減速箱從動(dòng)軸（曲柄軸）上的扭矩關(guān)系為：v式中式中 M傳至曲柄軸上的扭矩，傳至曲柄軸上的扭矩，Nm；v N電動(dòng)機(jī)功率，電動(dòng)機(jī)功率，kW；v n曲柄軸轉(zhuǎn)數(shù)（沖數(shù)）

12、，曲柄軸轉(zhuǎn)數(shù)（沖數(shù)），r/min；v 傳動(dòng)效率，傳動(dòng)效率，=12，1皮帶傳動(dòng)效率；皮帶傳動(dòng)效率；2減速箱傳動(dòng)效減速箱傳動(dòng)效率；率；v nm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；v i總傳動(dòng)比，總傳動(dòng)比，ii1i2。i1減速箱傳動(dòng)比；減速箱傳動(dòng)比；i2D/d， D減速箱減速箱皮帶輪直徑，皮帶輪直徑，d電動(dòng)機(jī)皮帶輪直徑。電動(dòng)機(jī)皮帶輪直徑。mniNnNM95459545二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算v由上式可得，根據(jù)曲柄軸上的扭矩確定所需要的由上式可得，根據(jù)曲柄軸上的扭矩確定所需要的電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式：電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式：v由上式看出：由上式看出：抽油機(jī)工作時(shí)，實(shí)際在曲柄軸上所產(chǎn)生的扭矩和沖數(shù)決定抽

13、油機(jī)工作時(shí)，實(shí)際在曲柄軸上所產(chǎn)生的扭矩和沖數(shù)決定著需要的電動(dòng)機(jī)功率。但是曲柄扭矩在整個(gè)工作過程中是變化的，而只著需要的電動(dòng)機(jī)功率。但是曲柄扭矩在整個(gè)工作過程中是變化的，而只在上、下沖程的某一瞬時(shí)達(dá)到最大值。在上、下沖程的某一瞬時(shí)達(dá)到最大值。v 在變負(fù)荷條件下，為了提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因素，通常采用等在變負(fù)荷條件下，為了提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因素，通常采用等值扭矩而不用最大扭矩來進(jìn)行計(jì)算電動(dòng)機(jī)效率。值扭矩而不用最大扭矩來進(jìn)行計(jì)算電動(dòng)機(jī)效率。根據(jù)負(fù)載電流或扭矩的根據(jù)負(fù)載電流或扭矩的變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計(jì)算變化規(guī)律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計(jì)算，則：，則：v式中式中

14、Nr需要的電動(dòng)機(jī)功率（即需要選用的電動(dòng)機(jī)額定功率），需要的電動(dòng)機(jī)功率（即需要選用的電動(dòng)機(jī)額定功率），kW；v n沖數(shù)，沖數(shù)，r/min；v 傳動(dòng)效率；傳動(dòng)效率；v Me曲柄軸上的等值扭矩，曲柄軸上的等值扭矩，Nm。9545MnN 9545nMNer二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算v所謂所謂等值扭矩等值扭矩Me，就是用一個(gè)不變化的固定扭矩代替變化，就是用一個(gè)不變化的固定扭矩代替變化的實(shí)際扭矩，使其電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即的實(shí)際扭矩，使其電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即為實(shí)際變化的扭矩的等值扭矩。它可用計(jì)算得的扭矩曲線或?yàn)閷?shí)際變化的扭矩的等值扭矩。它可用計(jì)算得的扭矩曲線或測(cè)得的瞬時(shí)

15、扭矩來計(jì)算：測(cè)得的瞬時(shí)扭矩來計(jì)算：v = v式中式中 M瞬時(shí)扭矩（隨曲柄轉(zhuǎn)角瞬時(shí)扭矩（隨曲柄轉(zhuǎn)角而變），而變），Nm；v 曲柄轉(zhuǎn)角。曲柄轉(zhuǎn)角。v計(jì)算時(shí)取的間隙計(jì)算時(shí)取的間隙越小，則計(jì)算越準(zhǔn)確。越小，則計(jì)算越準(zhǔn)確。nnneMMMM212222121)(2iiM二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算v 對(duì)抽油機(jī)來講，對(duì)抽油機(jī)來講，等值扭矩與最大扭矩之間有一定關(guān)系等值扭矩與最大扭矩之間有一定關(guān)系，當(dāng)把抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)近似地看作簡諧運(yùn)動(dòng)，而使扭矩呈正弦規(guī)當(dāng)把抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)近似地看作簡諧運(yùn)動(dòng)，而使扭矩呈正弦規(guī)律變化時(shí)，律變化時(shí)，v 實(shí)際曲柄連桿機(jī)構(gòu)的理論扭矩變化規(guī)律與正弦曲線不實(shí)際曲柄連桿機(jī)構(gòu)的理論扭矩變化規(guī)律與正

16、弦曲線不同。根據(jù)對(duì)實(shí)際井扭矩曲線，進(jìn)行回歸分析的結(jié)果，最大扭同。根據(jù)對(duì)實(shí)際井扭矩曲線，進(jìn)行回歸分析的結(jié)果，最大扭矩與等值扭矩的關(guān)系大體上為：矩與等值扭矩的關(guān)系大體上為：max70. 0MMemax54. 0MMe二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算v由理論分析和一些實(shí)際資料的初步計(jì)算結(jié)果，并考慮到不平衡等因素，由理論分析和一些實(shí)際資料的初步計(jì)算結(jié)果，并考慮到不平衡等因素，實(shí)際計(jì)算時(shí)，建議采用下式：實(shí)際計(jì)算時(shí)，建議采用下式：v則則v如果取如果取=0.9v式中式中 Nr電動(dòng)機(jī)的額定功率，電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW。max6 . 0 MMe95456 . 0maxnMNr14318maxnMNr二電動(dòng)機(jī)功率

17、計(jì)算二電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算v由于實(shí)際扭矩變化規(guī)律的復(fù)雜性，要合理選擇電動(dòng)機(jī)功率是比較困難的，由于實(shí)際扭矩變化規(guī)律的復(fù)雜性，要合理選擇電動(dòng)機(jī)功率是比較困難的，公式公式 只是用于近似分析和計(jì)算的簡便公式。只是用于近似分析和計(jì)算的簡便公式。在國外曾提出了各種各樣的半經(jīng)驗(yàn)性公式，有的計(jì)算在國外曾提出了各種各樣的半經(jīng)驗(yàn)性公式，有的計(jì)算比較復(fù)雜，也有的比較簡便，但有些計(jì)算結(jié)果卻相差很大。比較復(fù)雜，也有的比較簡便，但有些計(jì)算結(jié)果卻相差很大。v下面介紹一種計(jì)算比較簡便而又有代表性的一種。下面介紹一種計(jì)算比較簡便而又有代表性的一種。v式中式中 Nr電動(dòng)機(jī)額定功率，電動(dòng)機(jī)額定功率，kW； D泵徑，泵徑，m；v S光桿沖

18、程，光桿沖程，m； n沖數(shù)，沖數(shù)，r/ rmin；v 1抽汲液體密度，抽汲液體密度，kg/m3；v L動(dòng)液面深度（有效舉升高度），動(dòng)液面深度（有效舉升高度），m；v 泵效；泵效；v p泵的舉升效率，一般為泵的舉升效率，一般為0.85 0.95，可取，可取0.9；v u抽油機(jī)效率，一般為抽油機(jī)效率，一般為 0.80 0.85，可取，可取0.82；v k形狀系數(shù)，與平衡狀況有關(guān)，為形狀系數(shù)，與平衡狀況有關(guān)，為1.23.4，平衡時(shí)取，平衡時(shí)取1.2，嚴(yán)重不平衡時(shí)取，嚴(yán)重不平衡時(shí)取3.4。v取取p=0.9，u=0.82 則上式可簡化為：則上式可簡化為：v式中式中 Qt理論排量，理論排量，m3/d。v應(yīng)該指出的是計(jì)算出電動(dòng)機(jī)功率后，在具體選型號(hào)時(shí)，還應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)與皮帶輪直徑應(yīng)該指出的是計(jì)算出電動(dòng)機(jī)功率后，在具體選型號(hào)時(shí)，還應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)與皮帶輪直徑和沖數(shù)的配合，以及考慮電動(dòng)機(jī)的超載能力和起動(dòng)特性。和沖數(shù)的配合，以及考慮電動(dòng)機(jī)的超載能力和起動(dòng)特性。 812101040