第3章有桿泵采油-1new課件

第三章常規(guī)有桿泵采油抽油裝置及泵的工作原理抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及懸點(diǎn)載荷抽油機(jī)平衡、扭矩及功率計(jì)算泵效計(jì)算有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)有桿抽油系統(tǒng)工況分析附錄AAPIRP11L1有桿泵采油典型特點(diǎn)：

地面能量通過抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。(1)常規(guī)有桿泵采油：抽油機(jī)懸點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵。(2)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油：井口驅(qū)動(dòng)頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。有桿泵采油分類：常規(guī)有桿泵采油是目前我國最廣泛應(yīng)用的采油方式，大約有80%以上的油井采油采用該舉升方式。第三章常規(guī)有桿泵采油2第一節(jié)抽油裝置及泵的工作原理一、抽油裝置抽油機(jī)抽油桿抽油泵其它附件設(shè)備組成三抽設(shè)備3第一節(jié)抽油裝置及泵的工作原理一、抽油裝置抽油機(jī)抽油桿抽油泵其它附件設(shè)備組成抽油過程介紹

三抽設(shè)備4工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動(dòng)曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動(dòng)游梁作上下擺動(dòng)。掛在驢頭上的懸繩器便帶動(dòng)抽油桿柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。(一)抽油機(jī)有桿深井泵采油的主要地面設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，包括游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)兩種。游梁式抽油機(jī)組成游梁-連桿-曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝置工作原理游梁式抽油機(jī)分類后置式和前置式一、抽油裝置游梁連桿曲柄機(jī)構(gòu)減速箱動(dòng)力設(shè)備輔助裝置5③運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同—后置式上、下沖程的時(shí)間基本相等；前置式上沖程較下沖程慢。后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖①游梁和連桿的連接位置不同。不同點(diǎn)：②平衡方式不同—后置式多采用機(jī)械平衡；前置式多采用氣動(dòng)平衡。6新型抽油機(jī)：為了節(jié)能和加大沖程。異相型游梁式抽油機(jī)異形游梁式抽油機(jī)雙驢頭游梁式抽油機(jī)鏈條式抽油機(jī)寬帶傳動(dòng)抽油機(jī)液壓抽油機(jī)節(jié)能加大沖程一、抽油裝置7抽油機(jī)常規(guī)型游梁式抽油機(jī)異型游梁式抽油機(jī)旋轉(zhuǎn)驢頭游梁式抽油機(jī)調(diào)徑變矩游梁式抽油機(jī)8鏈條式抽油機(jī)皮帶式抽油機(jī)抽油機(jī)9鏈傳式抽油機(jī)天輪式抽油機(jī)直線往復(fù)式抽油機(jī)抽油機(jī)10游梁式抽油機(jī)系列型號(hào)表示方法CYJ12—3.3—70(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油機(jī)系列代號(hào)CYJ-常規(guī)型CYJQ-前置型CYJY-異相型懸點(diǎn)最大載荷，10kN光桿最大沖程，m減速箱曲柄軸最大允許扭矩,kN.m減速箱齒輪形代號(hào)，H為點(diǎn)嚙合雙圓弧齒輪，省略漸開線人字齒輪平衡方式代號(hào)F：復(fù)合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：氣動(dòng)平衡一、抽油裝置11(2)抽油泵：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體壓能的設(shè)備工作筒(外筒和襯套)、柱塞及游動(dòng)閥(排出閥)和固定閥(吸入閥)按照抽油泵在油管中的固定方式可分為：管式泵和桿式泵主要組成：分類：一、抽油裝置按照抽油泵性能特點(diǎn)可分為：常規(guī)泵、防砂泵、防氣泵、抽稠泵等等工作筒(外筒和襯套)柱塞固定閥(吸入閥)游動(dòng)閥(排出閥)12A-管式泵B-桿式泵管式泵：外筒和襯套在地面組裝好接在油管下部先下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后再把柱塞接在抽油桿柱下端下入泵內(nèi)。管式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，排量大。但檢泵時(shí)必須起出油管，修井工作量大，故適用于下泵深度不很大，產(chǎn)量較高的油井。桿式泵：整個(gè)泵在地面組裝好后接在抽油桿柱的下端整體通過油管下入井內(nèi)，由預(yù)先裝在油管預(yù)定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，檢泵時(shí)不需要起油管。桿式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，排量小，修井工作量小。桿式泵適用于下泵深度大、產(chǎn)量較小的油井。一、抽油裝置13(3)抽油桿：

能量傳遞工具。1-外螺紋接頭；2-卸荷槽；3-推承面臺(tái)肩；4-扳手方徑；5-凸緣；6-圓弧過渡區(qū)一、抽油裝置14抽油桿的桿體直徑分別為13、16、19、22、25、28mm，抽油桿的長(zhǎng)度一般為8000mm或7620mm，另外，為了調(diào)節(jié)抽油桿柱的長(zhǎng)度，還有長(zhǎng)度不等的抽油桿短節(jié)。接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時(shí)的連接零件。按其結(jié)構(gòu)特征可分為：普通接箍、異徑接箍和特種接箍。普通接箍：連接等直徑的抽油桿異徑接箍：用于連接不同直徑的抽油桿特種接箍：主要有滾輪式接箍和滾珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油桿柱與油管之間的摩擦力，減少對(duì)油管的磨損。扶正器抽油桿的強(qiáng)度：C級(jí)桿(570MPa)、D級(jí)桿(810MPa)一、抽油裝置15超高強(qiáng)度抽油桿玻璃鋼抽油桿空心抽油桿電熱抽油桿連續(xù)抽油桿柔性抽油桿：如鋼絲繩抽油桿特種抽油桿一、抽油裝置16二、泵的工作原理(一)泵的抽汲過程抽油桿柱帶著柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)閥受管內(nèi)液柱壓力和自重作用而關(guān)閉。泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒壓力。上沖程（1）上沖程泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液柱壓力(沉沒壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開。泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。17下沖程（2）下沖程柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。泵排出的條件：

泵內(nèi)壓力(排出壓力)高于柱塞以上的液柱壓力。柱塞上下抽汲一次為一個(gè)沖程，在一個(gè)沖程內(nèi)完成進(jìn)油與排油的過程。光桿沖程：光桿從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離。泵內(nèi)壓力增加，當(dāng)泵內(nèi)壓力大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開。柱塞下部的液體通過游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。二、泵的工作原理18（二)泵的理論排量

泵的工作過程是由三個(gè)基本環(huán)節(jié)所組成，即柱塞在泵內(nèi)讓出容積，井內(nèi)液體進(jìn)泵和從泵內(nèi)排出井內(nèi)液體。在理想情況下，活塞上、下一次進(jìn)入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積：每分鐘的排量為：每日排量:泵的理論排量沖次：一分鐘的時(shí)間內(nèi)抽油泵吸入與排出的周期數(shù)。二、泵的工作原理19第二節(jié)抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及載荷一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律(一)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件：r/l0、r/b0抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)可看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和D點(diǎn)做圓運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影(C點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。則B點(diǎn)經(jīng)過t時(shí)間(曲柄轉(zhuǎn)角φ)時(shí)位移為：20以下死點(diǎn)為坐標(biāo)零點(diǎn)，向上為坐標(biāo)正方向，則懸點(diǎn)A的位移為：A點(diǎn)的加速度為:A點(diǎn)的速度為:簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)位移、速度、加速度曲線一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖21(二)簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件：0<r/l<1/4

把B點(diǎn)繞游梁支點(diǎn)的弧線運(yùn)動(dòng)近似地看做直線運(yùn)動(dòng)，則可把抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖A點(diǎn)加速度:A點(diǎn)位移：A點(diǎn)速度:一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律22懸點(diǎn)速度變化曲線1-按簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)計(jì)算；2-精確計(jì)算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算懸點(diǎn)加速度變化曲線1-按簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)計(jì)算；2-精確計(jì)算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律23二、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算(一)懸點(diǎn)所承受的載荷靜載荷動(dòng)載荷24二、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算(一)懸點(diǎn)所承受的載荷靜載荷動(dòng)載荷25PcPt上沖程地層動(dòng)液面⑧液柱的慣性力和振動(dòng)力靜載荷動(dòng)載荷⑦桿柱慣性力和振動(dòng)力①③④⑥①抽油桿柱重力②抽油桿柱下端面承受的液體作用力②④泵柱塞與襯套間的摩擦力⑤桿管摩擦力⑥管液摩擦力③多級(jí)抽油桿柱接合處承受的液體作用力(一)懸點(diǎn)所承受的載荷26下沖程PcPt地層動(dòng)液面靜載荷動(dòng)載荷⑧抽油桿柱慣性力和振動(dòng)力②③④⑤⑥①抽油桿柱重力④泵柱塞與襯套間的摩擦力②抽油桿柱下端面承受液體壓強(qiáng)所產(chǎn)生的力③多級(jí)抽油桿柱接合處承受液體壓強(qiáng)所產(chǎn)生的力⑤流體通過游動(dòng)閥孔所產(chǎn)生的力⑦桿管摩擦力(一)懸點(diǎn)所承受的載荷⑥桿液摩擦力①27慣性載荷(忽略桿液彈性影響)：抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做變速運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力。(一)懸點(diǎn)所承受的載荷28抽油桿柱的慣性力：液柱的慣性力：

為油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)上沖程:前半沖程加速度為正，即加速度向上，則慣性力向下，從而增加懸點(diǎn)載荷；后半沖程中加速度為負(fù)，即加速度向下，則慣性力向上，從而減小懸點(diǎn)載荷。懸點(diǎn)加速度在上、下沖程中大小和方向是變化的。下沖程:與上沖程相反，前半沖程慣性力向上，減小懸點(diǎn)載荷；后半沖程慣性力向下，將增大懸點(diǎn)載荷。(一)懸點(diǎn)所承受的載荷上沖程下沖程29抽油桿柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷上沖程：取r/l=1/4時(shí)，下沖程：液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷上沖程：下沖程中液柱不隨懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，沒有液柱慣性載荷懸點(diǎn)最大慣性載荷上沖程：下沖程：(一)懸點(diǎn)所承受的載荷30振動(dòng)載荷：

抽油桿柱本身為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運(yùn)動(dòng)和液柱載荷周期性地作用于抽油桿柱，從而引起抽油桿柱的彈性振動(dòng)，它所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷亦作用于懸點(diǎn)上。其數(shù)值與抽油桿柱的長(zhǎng)度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。(在考慮抽油桿柱彈性時(shí)最大載荷計(jì)算時(shí)介紹)(一)懸點(diǎn)所承受的載荷31(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷1.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷的一般公式最大載荷發(fā)生在上沖程，最小載荷發(fā)生在下沖程，其值為：思考題1：分析課堂所介紹的懸點(diǎn)載荷計(jì)算方法與教材所介紹的懸點(diǎn)載荷計(jì)算方法的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。322.考慮抽油桿柱彈性時(shí)懸點(diǎn)最大載荷的計(jì)算初變形期之后，抽油桿柱帶著活塞隨懸點(diǎn)做變速運(yùn)動(dòng)。在此過程中，除了液柱和抽油桿柱產(chǎn)生的靜載荷之外，還會(huì)在抽油桿柱上引起動(dòng)載荷。初變形期末抽油桿柱運(yùn)動(dòng)引起的自由縱振產(chǎn)生的振動(dòng)載荷初變形期：從上沖程開始到液柱載荷加載完畢的過程。抽油桿柱做變速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷動(dòng)載荷忽略液柱對(duì)抽油桿柱動(dòng)載荷的影響(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷抽油桿和油管彈性伸縮示意圖33①抽油桿柱自由縱振產(chǎn)生的振動(dòng)載荷在初變形期末激發(fā)起的抽油桿的縱向振動(dòng)微分方程為:邊界條件初始條件抽油桿柱的自由縱振在懸點(diǎn)上引起的振動(dòng)載荷為:用分離變量法求解為：坐標(biāo)原點(diǎn)選在懸點(diǎn)(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷34隨的變化懸點(diǎn)的的振動(dòng)載荷是的周期函數(shù)。所以，最大振動(dòng)載荷發(fā)生在處，實(shí)際上由于存在阻尼，振動(dòng)將會(huì)隨時(shí)間衰減，故最大振動(dòng)載荷發(fā)生在處，即：35②抽油桿柱的慣性載荷慣性載荷的大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量、懸點(diǎn)加速度及其在桿柱上的分布。懸點(diǎn)加速度的變化決定于抽油機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸點(diǎn)加速度為：抽油桿柱距懸點(diǎn)x處的加速度為：初變形期之后抽油桿柱隨懸點(diǎn)做變速運(yùn)動(dòng)，必然會(huì)由于強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)而在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷。為了使問題簡(jiǎn)化，把強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷只考慮為抽油桿柱隨懸點(diǎn)做加速度運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性載荷。(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷36在x處單元體上的慣性力將為：積分后可得任一時(shí)間作用在整個(gè)抽油桿柱L上的總慣性力：(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷37③懸點(diǎn)最大載荷初變形期后，懸點(diǎn)載荷P是抽油桿柱載荷、液柱載荷、及振動(dòng)、慣性載荷疊加而成，即:t0為初變形期經(jīng)歷的時(shí)間取最大振動(dòng)載荷出現(xiàn)的時(shí)間為懸點(diǎn)出現(xiàn)最大載荷的時(shí)間,則得到計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的公式：(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷38a.油管下端固定在油管下端固定的情況下，初變形期末柱塞對(duì)懸點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，即油管下端固定時(shí)懸點(diǎn)最大載荷為：b.油管下端未固定初變形期末懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度：初變形期末柱塞對(duì)懸點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度將小于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度，并且：油管下端未固定時(shí)懸點(diǎn)最大載荷為：(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷393.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式一般井深及低沖數(shù)油井簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱慣性載荷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷(二)懸點(diǎn)最大和最小載荷40第三節(jié)抽油機(jī)平衡、扭矩與功率計(jì)算一、抽油機(jī)平衡計(jì)算不平衡原因不平衡造成的后果上下沖程中懸點(diǎn)載荷不同，造成電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中所做的功不相等。①上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷，下沖程中抽油機(jī)帶著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成功率的浪費(fèi)，降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命；

②由于負(fù)荷極不均勻，會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動(dòng)，而影響抽油裝置的壽命。

③破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。41(一)平衡原理

在下沖程中把能量?jī)?chǔ)存起來，在上沖程中利用儲(chǔ)存的能量來幫助電動(dòng)機(jī)做功，從而使電動(dòng)機(jī)在上下沖程中都做相等的正功。

所以，為了使抽油機(jī)平衡，在下沖程中需要儲(chǔ)存的能量或上沖程中需要釋放的能量應(yīng)該是懸點(diǎn)載荷在上下沖程中所做功之和的一半。下沖程：上沖程：平衡條件：一、抽油機(jī)平衡計(jì)算42(二)平衡方式氣動(dòng)平衡機(jī)械平衡游梁平衡：游梁尾部加平衡重；曲柄平衡(旋轉(zhuǎn)平衡)：平衡塊加在曲柄上；復(fù)合平衡(混合平衡)：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。(1)氣包內(nèi)的氣體壓縮與膨脹(2)多用于大型抽油機(jī)；(3)節(jié)約鋼材；(4)改善抽油機(jī)受力狀況；(5)加工質(zhì)量要求高(如氣包的密封性等)。一、抽油機(jī)平衡計(jì)算43(三)平衡計(jì)算1)復(fù)合平衡平衡半徑公式:一、抽油機(jī)平衡計(jì)算復(fù)合平衡442)曲柄平衡平衡半徑公式：曲柄平衡一、抽油機(jī)平衡計(jì)算3)游梁平衡達(dá)到平衡所需要的游梁平衡塊重:游梁平衡45(四)抽油機(jī)平衡檢驗(yàn)方法1)測(cè)量驢頭上、下沖程的時(shí)間平衡條件下上、下沖程所用的時(shí)間基本相等。如果上沖程快，下沖程慢，說明平衡過量。2)測(cè)量上、下沖程中的電流平衡條件下上、下沖程的電流峰值相等。如果上沖程的電流峰值大于下沖程的電流峰值，說明平衡不夠。一、抽油機(jī)平衡計(jì)算46抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析(一)計(jì)算扭矩的基本公式

抽油過程中減速箱輸出軸(曲柄軸)的扭矩M等于曲柄半徑與作用在曲柄銷處的切線力T的乘積，即：復(fù)合平衡抽油機(jī)：曲柄平衡抽油機(jī)：游梁平衡抽油機(jī)：不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩精確計(jì)算相關(guān)式思考題１：上述公式的推導(dǎo)。抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡值B：等于連桿與曲柄銷脫開時(shí)，為了保持游梁處于水平位置而需要加在光桿上的力。(方向向下為正)47簡(jiǎn)化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。復(fù)合平衡抽油機(jī):扭矩因數(shù)：懸點(diǎn)載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點(diǎn)載荷的比值。不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩簡(jiǎn)化計(jì)算相關(guān)式二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析48復(fù)合平衡抽油機(jī):曲柄平衡抽油機(jī)：游梁平衡抽油機(jī)：二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩簡(jiǎn)化計(jì)算相關(guān)式49(二)扭矩因數(shù)計(jì)算抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析50(三)懸點(diǎn)位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩曲線—驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)的角—驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)的角—隨φ角而變的b和K之間的夾角沖程百分?jǐn)?shù)：抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)測(cè)示功圖懸點(diǎn)載荷與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩因素與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系濮1-3井扭矩曲線1.凈扭矩；2.油井負(fù)荷扭矩；3.曲柄平衡扭矩二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析51“背面沖突”：抽油過程中曲柄軸上出現(xiàn)負(fù)扭矩現(xiàn)象時(shí)，減速箱的主動(dòng)輪變?yōu)閺膭?dòng)輪的現(xiàn)象。(四)扭矩曲線的應(yīng)用1.檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生“背面沖突”2.判斷及計(jì)算平衡平衡條件：3.功率分析減速箱輸出的瞬時(shí)功率:減速箱的平均輸出功率：電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率：電動(dòng)機(jī)輸入的平均功率：4.效率分析電機(jī)、皮帶傳動(dòng)、減速箱的效率分析。二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析52(五)最大扭矩計(jì)算公式2.計(jì)算最大扭矩的近似公式(1)抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(2)忽略抽油機(jī)系統(tǒng)的慣性和游梁擺角的影響(3)最大峰值扭矩發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角為90時(shí)簡(jiǎn)化條件：1.根據(jù)扭矩曲線計(jì)算最大扭矩二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析53二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析有效平衡值：抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡重及平衡重在懸點(diǎn)產(chǎn)生的平衡力。它表示了被實(shí)際平衡掉的懸點(diǎn)載荷值。在平衡條件下：543.計(jì)算最大扭矩的經(jīng)驗(yàn)公式蘇聯(lián)拉瑪扎諾夫于1957年提出：根據(jù)國內(nèi)油井扭矩曲線的峰值建立的經(jīng)驗(yàn)公式：二、曲柄軸扭矩計(jì)算及分析55三、電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算(一)電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算電動(dòng)機(jī)的選擇關(guān)系到電能的利用效率和能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備與油層生產(chǎn)能力。a.負(fù)荷是脈沖的，而且變化大；游梁式抽油裝置的特點(diǎn)：目前國產(chǎn)抽油機(jī)所選配的電動(dòng)機(jī)大多是高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩系列的三相異步封閉式鼠籠型電動(dòng)機(jī)。b.啟動(dòng)條件困難，要求有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；c.所用的電動(dòng)機(jī)功率不太大，但總的數(shù)量大；d.在露天工作，要求電動(dòng)機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單、工作可靠。56電動(dòng)機(jī)功率與曲柄軸上的扭矩關(guān)系式為：由于抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷是變化的，所以電動(dòng)機(jī)功率與傳到曲柄軸上的扭矩也是變化的，因此在變負(fù)荷條件下，電動(dòng)機(jī)選擇的一般是根據(jù)扭矩的變化規(guī)律，按等值扭矩來計(jì)算，即：等值扭矩Me：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，則此固定扭矩即為實(shí)際變化的扭矩的等值扭矩。三、電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算57等值扭矩與最大扭矩之間的關(guān)系作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，扭矩呈正弦規(guī)律變化：真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律：考慮到不平衡等因素，實(shí)際計(jì)算時(shí)建議采用：電動(dòng)機(jī)功率：三、電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算58（二）抽油效率計(jì)算(3)光桿功率計(jì)算的近似計(jì)算：水力功率：在一定時(shí)間內(nèi)將一定量的液體提升一定距離所需要的功率。光桿功率：通過光桿來提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。(1)根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖準(zhǔn)確計(jì)算：(2)根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線準(zhǔn)確計(jì)算光桿平均功率。三、電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算59地面效率：電動(dòng)機(jī)效率皮帶和減速箱效率四連桿機(jī)構(gòu)效率盤根盒效率抽油桿效率抽油泵效率管柱效率井下效率：抽油效率：三、電動(dòng)機(jī)選擇和功率計(jì)算60提高抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)效率和管理水平是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)條件下油田生產(chǎn)的重要研究課題。(1)能量傳遞與轉(zhuǎn)化的過程(2)在能量傳遞和轉(zhuǎn)化的每一環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生能量損失。地面部分：電動(dòng)機(jī)、皮帶和減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)井下部分：盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱以懸繩器為界抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（專題）61目前我國抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)效率較低，平均在效率為20%左右。抽油機(jī)井井?dāng)?shù)多，5×104口左右。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)的工作制度、選擇合理的生產(chǎn)設(shè)備、提高油井的管理水平來提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率不僅可以節(jié)約大量的能源，降低生產(chǎn)成本，而且還能緩解國家用電緊張狀況，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（專題）62技術(shù)裝備水平。高水平和好性能的技術(shù)裝備是提高抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)效率的重要基礎(chǔ)。要想從根本上解決抽油機(jī)井系統(tǒng)效率低的問題，就應(yīng)采用較先進(jìn)的、節(jié)能型的技術(shù)裝備。抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)水平。它是提高抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的技術(shù)依托。在一定油井條件和設(shè)備條件下，優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的工作制度，將在一定程度上提高抽油設(shè)備的運(yùn)行效率和油井的生產(chǎn)效率。管理水平。高的管理水平是提高抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)效率的必要條件。及時(shí)準(zhǔn)確地分析油井及其設(shè)備的工作狀況、調(diào)整工作制度等，都會(huì)影響抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。抽油機(jī)井系統(tǒng)效率與油田本身的條件有密切的關(guān)系。在油井條件一定的情況下，抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率主要受到以下三種因素的影響：抽油機(jī)井系統(tǒng)效率分析（專題）63

常規(guī)有桿抽油系統(tǒng)采油是通過抽油設(shè)備將地面的電能轉(zhuǎn)化、傳遞給井筒中的生產(chǎn)流體，從而將其舉升至地面的采油方式。整個(gè)系統(tǒng)的工作實(shí)質(zhì)上就是能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)化的過程，在能量的每一次傳遞和轉(zhuǎn)化時(shí)都會(huì)有一定的能量損失。從地面供入系統(tǒng)提供的能量扣除系統(tǒng)中的各種損失，就是系統(tǒng)給井筒流體的有效能量，其與系統(tǒng)輸入的能量之比即為抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率。顯然，無論是節(jié)能還是提高經(jīng)濟(jì)效益，都要求常規(guī)有桿抽油系統(tǒng)有較高的系統(tǒng)效率。一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)641.定義（1）有桿抽油系統(tǒng)包括原動(dòng)機(jī)、抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵、井下管柱和井口裝置以及油層供液系統(tǒng)。（2）抽油機(jī)的輸入功率（P入）拖動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)輸入功率為抽油機(jī)的輸入功率。（3）抽油機(jī)的光桿功率（P光）提升液體和克服井下各種阻力消耗的功率為抽油機(jī)的光桿功率。（4）抽油機(jī)系統(tǒng)的有效功率（P水）將井下液體提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水力功率一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)652.效率分解

抽油機(jī)系統(tǒng)的效率分為兩部分，即地面效率和井下效率。以光桿懸繩器為界，懸繩器以上的機(jī)械傳動(dòng)效率和電機(jī)運(yùn)行效率的乘積為地面效率；懸繩器以下到抽油泵為井下效率，即：

一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)66

地面部分的能量損失發(fā)生在電動(dòng)機(jī)、皮帶和減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)中：一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)四連桿機(jī)構(gòu)效率皮帶和減速箱效率電動(dòng)機(jī)效率有效載荷系數(shù)α為有效功系數(shù)：抽油機(jī)每一沖程所做的有效功與抽油機(jī)上沖程時(shí)所做功的比值。67井下部分能量損失在盤根盒、抽油桿、抽油泵和管柱中，因此：一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)68各個(gè)效率又分別表示為：式中P5—光桿經(jīng)盤根盒后傳給抽油桿的功率，kW；P6—抽油泵的輸入功率，kW；P7—抽油泵的輸出功率，kW；P8—有桿抽油系統(tǒng)的有效功率，即P水，kW。一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)？69為了確定η、η地、η井及各部分效率ηi必須求得從電機(jī)輸入到抽油機(jī)系統(tǒng)輸出的各部分功率Pi。一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)703.測(cè)試參量與測(cè)點(diǎn)（1）電動(dòng)機(jī)部分電動(dòng)機(jī)的測(cè)試參量有：有功功率、無功功率、電流、電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)輸出扭矩等。（2）皮帶、減速箱部分皮帶、減速箱應(yīng)當(dāng)分別測(cè)試，從而分別計(jì)算它們的效率。但由于抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)原因，單獨(dú)測(cè)試?yán)щy，將它們作為一個(gè)組件。測(cè)試參量有：輸出軸扭矩、輸出軸轉(zhuǎn)速一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)71（3）光桿部分光桿的測(cè)試參數(shù)有：光桿載荷、光桿位移和光桿功率。（4）盤根盒盤根盒的測(cè)試參數(shù)有：光桿與盤根盒的摩擦力、光桿運(yùn)動(dòng)速度。（5）抽油桿部分

抽油桿的測(cè)試參數(shù)為：抽油桿在運(yùn)動(dòng)中的摩擦耗功（ΔP桿）。

一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)72（6）抽油泵部分

抽油泵的測(cè)試參數(shù)有：抽油泵的實(shí)際產(chǎn)液量、泵的吸入壓力、抽油泵的排出壓力。（7）井下管柱部分

井下管柱的測(cè)試參數(shù)有：油井產(chǎn)量、油井動(dòng)液面深度等。一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)73（8）測(cè)試點(diǎn)分布

為了測(cè)試有桿抽油系統(tǒng)的分效率，可在整個(gè)系統(tǒng)布點(diǎn)9處。一、系統(tǒng)效率分析基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)點(diǎn)1：電動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸入處測(cè)點(diǎn)2：電動(dòng)機(jī)輸出軸端測(cè)點(diǎn)3：減速箱的曲柄軸輸出端測(cè)點(diǎn)4：懸繩器處測(cè)點(diǎn)5：抽油泵處測(cè)點(diǎn)6：測(cè)油井動(dòng)液面深度測(cè)點(diǎn)7：測(cè)套管壓力測(cè)點(diǎn)8：測(cè)油管壓力測(cè)點(diǎn)9：測(cè)量油井產(chǎn)量74二、節(jié)能抽油設(shè)備與油井管理概述新型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。長(zhǎng)沖程抽油機(jī)采用長(zhǎng)沖程、低沖次抽油方式，改善了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)力特性和平衡特性，有利抽油機(jī)井的地面效率和井下效率。如皮帶抽油機(jī)和鏈條抽油機(jī)等。改進(jìn)結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)。主要是通過對(duì)抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和抽油機(jī)平衡方式的完善來改變抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動(dòng)平坦，減少負(fù)扭矩，從而減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。如異相曲柄平衡抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)(又稱異形機(jī))、二次平衡抽油機(jī)等。1.節(jié)能抽油設(shè)備概述75改變動(dòng)力機(jī)的工作特性。由于抽油機(jī)所用的動(dòng)力機(jī)絕大部分是電動(dòng)機(jī)，所以改變動(dòng)力機(jī)工作特性的主要辦法是用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)差率8%~13%）和超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)代替常規(guī)轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)差率小于5%）。與普通電動(dòng)機(jī)相比，在同樣油井工況