第三章 有杆泵采油 西南石油采油工程精品PPT课件
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有杆泵采油ppt课件
4.减速箱曲柄轴最大允许扭矩Mmax
2、游粱式抽油机分类 （1）按基本参数分类
①根据悬点最大允许载荷Pmax的变化范围 轻型 Pmax≤30kN 中型 30kN ＜Pmax≤100kN 重型 Pmax＞100kN
②根据悬点最大冲程长度Smax的变化范围
短冲程 Smax<1m
中等冲程 lm ＜Smax≤3 m 长冲程 3m ＜Smax≤6m 超长冲程Smax＞6m
超大扭矩 Mmax﹥ 60kN· m
⑤根据抽油机所需的最大功率Nmax 小功率 Nmax≤5kw
中等功率 15kw＜Nmax≤25kw
大功率 25kw＜Nmax≤100kw
超大功率 Nmax＞100kw
（2）按结构分类
①常规式：驴头和曲柄连杆机构分别位 于抽油机支架前后两边。 平衡方式：多采用机械平衡 运动规律：上下冲程的时间基本相等 ②前置式：驴头和曲柄连杆机构都位于 支架的前边
设曲柄匀速转动的角速度为 所需时间分别为：
，则悬点上、下冲程
t上＝
t下＝
当曲柄匀速转动时，悬点上、下冲程的平均速度不 等，悬点下冲程的平均速度大于上冲程时的平均速度。 将V上与V下的比值K1称为四杆机构的行程速比系数， 则为K1： K1 在近似对称循环抽油机中，一般来说: λ<0.5，K1<1.05 目前，石油矿场广泛应用的常规型抽油机均属于 近似对称循环。
弧 max 个中间短轴和两个轴承支在抽油机支架上。由于游梁负担抽 钢丝绳及光杆连成一体。悬绳器上可以安放示功仪，测悬 采用人字齿。并开始采用圆弧齿轮。减速箱采用圆弧齿轮后， 支架，重型的可做成三腿或四腿的行架。 ,它由改变曲柄和连杆的连 单独横梁，一般用于大型抽油机中 式中 S ― 驴头悬点（挂抽油杆处）的最大冲程长度。驴 油机平衡重分两类：一类为游梁平衡重，装在游梁尾部，一般 抽油机上所用的刹车机构一般为刹车型或闸瓦型。 油机的全部载荷，所以要有一定的强度和刚度。 max 点示工图。 其承载能力比相同参数的渐开线齿轮减速箱体积有所减小，这 接点位置来调节冲程长度。 头用钢板焊成。 作成片状；另一类为曲柄平衡重，装在曲柄上，类型较多。 样也给抽油机其他部分尺寸的缩小创造了条件。
2、游粱式抽油机分类 （1）按基本参数分类
①根据悬点最大允许载荷Pmax的变化范围 轻型 Pmax≤30kN 中型 30kN ＜Pmax≤100kN 重型 Pmax＞100kN
②根据悬点最大冲程长度Smax的变化范围
短冲程 Smax<1m
中等冲程 lm ＜Smax≤3 m 长冲程 3m ＜Smax≤6m 超长冲程Smax＞6m
超大扭矩 Mmax﹥ 60kN· m
⑤根据抽油机所需的最大功率Nmax 小功率 Nmax≤5kw
中等功率 15kw＜Nmax≤25kw
大功率 25kw＜Nmax≤100kw
超大功率 Nmax＞100kw
（2）按结构分类
①常规式：驴头和曲柄连杆机构分别位 于抽油机支架前后两边。 平衡方式：多采用机械平衡 运动规律：上下冲程的时间基本相等 ②前置式：驴头和曲柄连杆机构都位于 支架的前边
设曲柄匀速转动的角速度为 所需时间分别为：
，则悬点上、下冲程
t上＝
t下＝
当曲柄匀速转动时，悬点上、下冲程的平均速度不 等，悬点下冲程的平均速度大于上冲程时的平均速度。 将V上与V下的比值K1称为四杆机构的行程速比系数， 则为K1： K1 在近似对称循环抽油机中，一般来说: λ<0.5，K1<1.05 目前，石油矿场广泛应用的常规型抽油机均属于 近似对称循环。
弧 max 个中间短轴和两个轴承支在抽油机支架上。由于游梁负担抽 钢丝绳及光杆连成一体。悬绳器上可以安放示功仪，测悬 采用人字齿。并开始采用圆弧齿轮。减速箱采用圆弧齿轮后， 支架，重型的可做成三腿或四腿的行架。 ,它由改变曲柄和连杆的连 单独横梁，一般用于大型抽油机中 式中 S ― 驴头悬点（挂抽油杆处）的最大冲程长度。驴 油机平衡重分两类：一类为游梁平衡重，装在游梁尾部，一般 抽油机上所用的刹车机构一般为刹车型或闸瓦型。 油机的全部载荷，所以要有一定的强度和刚度。 max 点示工图。 其承载能力比相同参数的渐开线齿轮减速箱体积有所减小，这 接点位置来调节冲程长度。 头用钢板焊成。 作成片状；另一类为曲柄平衡重，装在曲柄上，类型较多。 样也给抽油机其他部分尺寸的缩小创造了条件。
第3章有杆泵采油
2.异相型抽油机
运动特点：使得上冲程的曲柄 转角明显大于下冲程，从而降 低了上冲程的运行速度、加速 度和动载荷，达到减小抽油机 载荷、延长抽油杆寿命和节能 的目的
后置式抽油机结构简图
3．前置型抽油机
不同点： ①游梁和连杆的连接位置不同。 ②平衡方式不同—后置式多采用 机械平衡；前置式多采用气动平 衡。
➢异相型 ➢前置型
常 规 型 游 梁 式 抽 油 机
异 型 游 梁 式 抽 油 机
旋
调
转
径
驴 头 游 梁 式 抽 油 机
变 矩 游 梁 式 抽 油 机
链条式抽油机
皮带式抽油机
链传式抽油机
天轮式抽油机
直线往复式抽油机
一、抽油机
主要组成：
游梁—连杆—曲柄（四连杆）机构 减速机构（减速器） 动力设备（电动机） 辅助装置等四部分
第四节 抽油机平衡计算
一、平衡方式及其原理
游梁式抽油机平衡采用气动平衡和机械平衡两种方式。
其中，机械平衡又分为： 1）游梁平衡（beam balance） ； 2）曲柄平衡（crank balance）； 3) 复合平衡（combined balance）。
平衡的基本原理：下冲程过程中以某种方式把抽油杆柱所 放出的能量、电动机提供的能量储存起来，到上冲程时再 释放出来帮助电动机做功。
– 上下冲程电机电流峰值相等 – 或减速器扭矩峰值相等 方法：测量下行电流和上行电流比值，0.8～1之间平衡
第四章 有杆泵采油
第一节 有杆抽油装置
抽油机 抽油泵 抽油杆柱
一、抽油机
游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄（四连杆）机 构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装 置等四部分组成。
采油工程第三章有杆泵采油5-6.ppt
Lvt 2
为了求出声波在环形空间中传播的速度，在距离井口一 定深度 L1 处安装音标。
液面深度
L L1 t t1
用双频回声仪测得的液面曲线。
在这种液面曲线上量取10个油管接箍反射波之间的纸带 长度作为 t1 ，量取从井口波到液面波之间的纸带长度作
为t，以10根油管的长度作为 L1， 也可求出液面深度为
Pf o gH f o g(H L f )
沉没度 hS ：泵的吸入口沉没在动液面以下的深度。
油井的采油指数为： J Q
Q
Q
Pe Pf o g(H S H f ) o g(L f LS )
令
K
Jo g
HS
Q H
f
Q L f LS
，则油井的流动方程可表达为：
Q K (H S H f ) K (L f LS )
二、
（一）地层方面的措施
1．对于注水开发的油田，加强注水，保持油层能量高， 液面高。 2．采取有效的防砂措施。
(二) 井筒方面的措施
1. 在保证泵的理论排量不变，即 f P、s、n的乘积不变，改变各个参数的
大小时，泵效也改变，如果选用合理的参数，泵效可提高。
一般选用大冲程、小冲数、适当的泵径
2、确定合理的下泵深度和合理的沉没度 下泵深度越小，冲程损失越小，泵效越高； 下泵深度越大即沉没度越大，沉没压力越高，气体影响越小。
式中 Q —— 油井产量，t /d； K —— 称为米采油指数，t /(d·m)。
米采油指数 K 和采油指数 J 一样，也表示单位生产压差 下的原油日产量，只是这时的生产压差是用液柱高度差或液 面深度差表示。
（二）液面位置的测量 原理：利用回声仪测量声波从井口传播到液面再返回到井 口所用的时间t，再求出声波在环形空间中传播的速度，则 液面深度为：
为了求出声波在环形空间中传播的速度，在距离井口一 定深度 L1 处安装音标。
液面深度
L L1 t t1
用双频回声仪测得的液面曲线。
在这种液面曲线上量取10个油管接箍反射波之间的纸带 长度作为 t1 ，量取从井口波到液面波之间的纸带长度作
为t，以10根油管的长度作为 L1， 也可求出液面深度为
Pf o gH f o g(H L f )
沉没度 hS ：泵的吸入口沉没在动液面以下的深度。
油井的采油指数为： J Q
Q
Q
Pe Pf o g(H S H f ) o g(L f LS )
令
K
Jo g
HS
Q H
f
Q L f LS
，则油井的流动方程可表达为：
Q K (H S H f ) K (L f LS )
二、
（一）地层方面的措施
1．对于注水开发的油田，加强注水，保持油层能量高， 液面高。 2．采取有效的防砂措施。
(二) 井筒方面的措施
1. 在保证泵的理论排量不变，即 f P、s、n的乘积不变，改变各个参数的
大小时，泵效也改变，如果选用合理的参数，泵效可提高。
一般选用大冲程、小冲数、适当的泵径
2、确定合理的下泵深度和合理的沉没度 下泵深度越小，冲程损失越小，泵效越高； 下泵深度越大即沉没度越大，沉没压力越高，气体影响越小。
式中 Q —— 油井产量，t /d； K —— 称为米采油指数，t /(d·m)。
米采油指数 K 和采油指数 J 一样，也表示单位生产压差 下的原油日产量，只是这时的生产压差是用液柱高度差或液 面深度差表示。
（二）液面位置的测量 原理：利用回声仪测量声波从井口传播到液面再返回到井 口所用的时间t，再求出声波在环形空间中传播的速度，则 液面深度为：
第三章 有杆泵采油
第三章有杆泵采油机械采油：通过给井中原油补充机械能将油采到地面的方法称为机械采油。
分类：机械采油法分为有杆泵采油和无杆泵采油等方法。
第一节有杆泵抽油装置有杆泵抽油系统的基本组成：由抽油机、抽油泵和抽油杆三大部分组成游梁式抽油机－深井泵抽油装置（见图3－1所示）：用油管把深井泵下入到井内液面以下，在泵筒下部装有只能向上打开的吸入阀，用抽油杆把柱塞下入泵筒内，柱塞上装有只能向上打开的排出阀，通过抽油杆柱把抽油机驴头悬点产生的上下往复运动传递给抽油泵向上抽油。
一、抽油机（一）游梁式抽油机游梁式抽油机的基本组成：1）换向机构：游梁－连杆－曲柄机构(四连杆)2）减速机构：由皮带轮、皮带、减速器组成。
3）动力设备：电动机或内燃机。
4）辅助装置：杀车装置、底座等工作原理：电动机通过传动皮带将高速旋转运动传递给减速器输入轴，经减速后由低旋转的曲柄通过四连杆机构带动游梁作上下往复摆动。
游梁前端圆弧状的驴头经悬绳器带动抽油杆作上下往复直线运动。
游梁式抽油机类的类型：（1）普通式：①基本型：抽油机的前臂和后臂接近等长（见图3－2）②变型：前臂长，可适应长冲程（2）前置式：其结构与普通式相同（见图3－3），只是支架轴和横梁轴互换了位置；上冲程曲柄转角为195°，下冲程为165°；当驴头在右侧时，曲柄顺时针转动；上冲程比下冲程慢，使抽油机承载能力强。
游梁式抽油的结构：(1)驴头驴头是装在游梁近井口端的一个带弧面构件，由钢板或三角铁焊接制成。
驴头的作用：是在游梁摆动的情况下保证光杆始终对准井口中心位置。
驴头的类型：根据移开井口的方式可分为，上翻式，可拆卸式和侧转式三种，如前图前所示。
上翻式(图a)：修井时可把驴头上翻到游梁上。
这种驴头由于修井作业时可以用大钩提放，较为方便迅速，但缺点是笨重、不安全；侧转式驴头(图c)俗称歪脖子，由于移开井口操作时不需爬上游梁，故安全可靠，但缺点是不灵活,侧转费力；可拆卸的驴头(b)一般只用于小型抽油机。
第三章有杆泵采油1-2011.5
arccos
C2
J2 2CJ
P2
K I 2 (H G)2
arcsin
R J
sin(D
)
b
C2 arccos
K
2 P
2CK
TR2
t
C2 arccos
K2 (P 2CK
TR)2
D为曲柄旋转方向指数（规定以悬点处于下死处，曲柄背
7
3) 前置型
结构特点 支架位于游梁的一端，驴头和曲柄连杆同位于另
一端。
运动特点
上冲程运行时间长于下冲 程运行时间，降低上冲程运行 速度、加速度和动载荷。
前置型多为重型长冲程抽 油机，除采用机械平衡外还采 用气动平衡。
8
a. 常规型 b. 异相型
c. 前置型
9
4) 其它游梁式抽油机
双驴头式 旋转驴头式 大轮驴头式 天轮式 斜直井游梁式抽油机。 目的 增大冲程、节能及改善抽油机的结构特 性和受力状态。
pi ps pv pi ps pC hL g
44
上冲程悬点静载荷
游梁式 抽油机
常规型 异相型 前置型
5
1）常规型
结构特点 曲柄轴中心基
本位于游梁尾轴承 的正下方。 运动特点
上下冲程运行 时间相等
6
2）异相型
结构特点
曲柄轴中心与游梁尾轴承存在一定的水平距离； 曲柄平衡重臂中心线与曲柄中心线存在偏移角。
运动特点
上冲程的曲柄转角明显大于下 冲程，降低了上冲程的运行速 度、加速度和动载荷，达到减 小抽油机载荷、延长抽油杆寿 命和节能的目的。
第3章有杆泵采油-采油概论
二、平衡计算
下冲程－存储能量 存储能量＝电机所做功＋抽油杆下落悬点所做功 Aw＝Amd＋Ad 上冲程－释放能量 释放能量+电机所做功=悬点提升所做功 Aw＋Amu＝ Au Amd＝Amu
基本公式：
(3-54)
二、平衡计算
只考虑静载荷，惯性力在上下冲程中所作功为0
悬点上冲程做功: 悬点下冲程做功:
二、泵的充满程度
条件：
P P in b
余隙比： K Vs / V p 充满系数：
Vl
'
1 K 1 R
K
1 KR 1 R
Vp
气体对冲满程度的影响
气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无 法打开，出现抽不出油的现象。
二、泵的充满程度
泵充满程度的影响因素分析：
前置式气动平衡抽油机结构简图 后置式抽油机结构简图
③运动规律不同—后置式上、 下冲程的时间基本相等；前 置式上冲程较下冲程慢。
我国游梁式抽油机型号表示法
例：CYJ8-3-37HB
CYJ
8 – 3 – 37 H
B
F：复合平衡
Y：游梁平衡 平衡方式代号 B：曲柄平衡 Q：气动平衡 减速箱齿轮形代号，H为点啮合双 圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮 减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m 光杆最大冲程，m 悬点最大载荷，10 kN 游梁式抽油机系列代号
松的防脱器等。
4、井口装置-采油树
节流器：控制 自喷井产量
清蜡闸门：其上方可 连接清蜡方喷管等， 清蜡时才打开。
生产阀门：控制油气 流向出油管线，正常 生产时打开，更换检 查油 嘴或油井停产时 关闭
总阀门：控制着油气 流入采油树的通道。 正常生产是打开，需 要关 井时关闭。
《有杆泵采油》课件
适用性
适应性强
有杆泵采油系统适用于各种类型的油田，尤其在斜井和水平井中表现出较好的 适应性。
可靠性高
经过多年的实践检验，有杆泵采油系统表现出较高的可靠性和稳定性，能够保 证长期的稳定生产。
04
有杆泵采油操作流程
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
开井采油
启动抽油机
停井操作
按照停井方案进行操作，关闭 相关阀门和设备，确保油井安 全关闭。
修井作业
针对需要修井的油井，进行相 应的修井作业，恢复油井产能 。
开井复产
修井作业完成后，按照操作规 程重新开井采油，确保油井恢
复正常生产。
05
有杆泵采油优缺点分析
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
有杆泵采油的定义
01
有杆泵采油是一种利用地面抽油 机作为动力源，通过抽油杆将动 力传递给井下抽油泵，从而将井 下原油举升到地面的采油方式。
02
它是一种广泛应用于油田开采的 技术，具有开采效率高、成本低 等优点。
有杆泵采油的原理
当抽油机带动抽油杆柱旋转时，井下抽油泵的游动阀和固定阀受到离心力、惯性 力和重力的作用，产生交替的开启和关闭运动，从而实现原油的举升。
02
有杆泵采油系统组成
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
抽油机
01
02
03
种类
游梁式抽油机、无游梁式 抽油机（链条式、滚筒式 等）
作用
提供动力，将井下的原油 提升到地面
特点
可靠性高、适应性强、寿 命长
抽油杆
有杆泵采油分析课件
抽油泵参数
根据油井的产液量、含气量、含砂量 等参数，选择合适的抽油泵参数，以 确保泵的正常运行和采油效率。
井筒设计
井筒结构
根据地质条件和开采要求 ，设计合理的井筒结构， 包括井身结构和套管等。
井筒压力
根据地层压力和采油要求 ，设计合理的井筒压力， 以确保采油的稳定性和安 全性。
井筒防砂
根据地层砂粒径和渗透率 等参数，采取有效的防砂 措施，防止砂粒进入井筒 影响采油效果。
安装井筒压力和温度监测系统，实时监测井筒内压力和温度变化， 为优化采油提供数据支持。
地面设备优化
地面管线
01
优化地面管线布局，减小流体阻力，提高输油效率。
储油设备
02
采用合适的储油设备，如储罐、油罐车等，满足采油和运输需
求。
地面泵
03
根据采油需求和输油能力，选择合适的地面泵，提高输油效率
。
PART 04
有杆泵采油系统故障诊断 与处理
抽油杆故障诊断与处理
抽油杆断脱
由于长时间受交变载荷作用，抽油杆可能发生疲劳断裂；或 因偏磨，使抽油杆磨损减薄、变形、弯曲等而断裂。应定期 检查抽油杆，使用合格的抽油杆，及时更换断脱的抽油杆。
抽油杆松动
由于抽油杆接箍或扶正器松动，或因螺旋副的旋转力矩作用 使抽油杆在管内发生转动，严重磨损油管，导致抽油杆松动 。应定期紧固抽油杆接箍或扶正器，确保其牢固可靠。
抽油泵故障诊断与处理
抽油泵漏失
由于柱塞与泵筒间的间隙过大、凡尔球与凡尔座间的密封失效等，造成抽油泵 漏失。应定期检查泵筒、柱塞、凡尔球和凡尔座等零件的磨损情况，及时更换 损坏的零件。
抽油泵卡泵
由于砂、蜡或其他杂质进入泵内，或因柱塞与泵筒间的间隙过小，导致抽油泵 卡泵。应定期清洗抽油泵，确保其通畅无阻。
第三章 有杆泵采油
第三章有杆泵采油有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。
有杆泵采油具有结构简单、适应性强和寿命长的特点，是目前国内外应用最广泛的机械采油方式。
本章将系统地介绍游梁式抽油机有杆抽油装置、采油原理、工艺设计及油井工况分析方法。
第一节有杆抽油装置典型的有杆抽油装置主要由三部分组成，如图3-1所示。
一是地面驱动设备即抽油机；二是安装在油管柱下部的抽油泵；三是抽油杆柱，它把地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵柱塞使其上下往复运动，使油管柱中的液体增压，将油层产液抽汲至地面。
就整个有杆抽油生产系统而言，还包括供给流体的油层、用于悬挂抽油泵并作为举升流体通道的油管柱、井下器具（油管锚、气锚、砂锚等）、油套管环形空间及井口装置等。
图3-1 典型的有杆抽油生产系统1-吸入阀；2-泵筒；3-排出阀；4-柱塞；5-抽油杆；6-动液面；7-油管；8-套管；9-三通；10-盘根盒；11-光杆；12-驴头；13-游梁；14-连杆；15-曲柄；16-减速器；17-动力机（电动机）一、抽油机抽油机（pumping unit）是有杆抽油的地面驱动设备。
按其基本结构抽油机可分为游梁式和无游梁式两大类，目前国内外应用最为广泛的是游梁式抽油机（俗称磕头机）。
游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄（四连杆）机构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装置等四部分组成，如图3-2所示。
游梁式抽油机工作时，传动皮带将电机的高速旋转运动传递给减速器的输入轴，经减速后由低速旋转的曲柄通过四连杆机构带动游梁作上下往复摆动。
游梁前端圆弧状的驴头经悬绳器带动抽油杆柱作上下往复直线运动。
根据结构形式不同游梁式抽油机分为常规型（普通型），异相型、前置型和异型等类型。
常规型和前置型是游梁式抽油机的两种基本型式。
1.常规型抽油机常规型游梁抽油机如图3-2所示。
它是目前油田使用最广的一种抽油机。
其结构特点是：支架位于游梁的中部，驴头和曲柄连杆分别位于游梁的两端，曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方，上下冲程运行时间相等。
有杆泵采油PPT课件
第11页/共46页
2.有杆抽油井生产系统设计
有杆抽油井生产系统设计
第12页/共46页
3.钢杆－玻璃钢杆组合杆柱抽油技术
钢杆-玻璃钢杆组合杆柱
玻璃钢(Fiber-glass)杆：玻璃纤维束+树脂
• 重量轻，减小地面动力设备投资，节省能源
• 弹性好，利于实现超冲程
• 耐腐蚀，适于抽吸有腐蚀性的流体
缺点：
游动凡尔漏失示功图
上冲程游动凡尔液体漏失减小载 荷，相当于对柱塞的顶托作用
上冲程开始： 漏失速度大于柱塞速度，液体漏失 减小载荷，使悬点载荷不能立即升 到最大值，加载缓慢
漏失严重，达 不上到冲最程大中载：荷
柱塞速度大于漏失速度，完全加载， 达到最大载荷
上冲程末： 柱塞速度又小于漏失速度，液体漏 失减小载荷，使悬点载荷提前卸载
1.抽油杆杆柱强度计算及杆柱设计
受力特征及强度计算方法
抽油杆设计内容
1. 长度－下泵深度确定抽油杆长度 2. 材料(强度)－碳钢、镍铬钢、铬钼钢、镍钼钢 3. 直径及组合－19/22/25mm
抽油杆破坏形式：
承载交变载荷产生的非对称循环应力作用 发生疲劳破坏，而不是都在最大拉应力下破坏 矿场实际：在抽油杆的上、中、下部均有破坏
时，第一级杆结束，更换粗一级杆继续向上设计， 直到井口 应力范围比允许误差：5%左右，分段间隔50~100m 详细设计步骤参考教材P146~147
第7页/共46页
2.有杆抽油井生产系统设计
有杆抽油井生产系统设计
地面管线 分离器系统
井筒流动 多相管流
有杆抽油系统组 成
选择抽油机、抽油
杆、抽油泵、油管
图形状各异 目的：能够正确分析和解释示功图，从而分析井下
2.有杆抽油井生产系统设计
有杆抽油井生产系统设计
第12页/共46页
3.钢杆－玻璃钢杆组合杆柱抽油技术
钢杆-玻璃钢杆组合杆柱
玻璃钢(Fiber-glass)杆：玻璃纤维束+树脂
• 重量轻，减小地面动力设备投资，节省能源
• 弹性好，利于实现超冲程
• 耐腐蚀，适于抽吸有腐蚀性的流体
缺点：
游动凡尔漏失示功图
上冲程游动凡尔液体漏失减小载 荷，相当于对柱塞的顶托作用
上冲程开始： 漏失速度大于柱塞速度，液体漏失 减小载荷，使悬点载荷不能立即升 到最大值，加载缓慢
漏失严重，达 不上到冲最程大中载：荷
柱塞速度大于漏失速度，完全加载， 达到最大载荷
上冲程末： 柱塞速度又小于漏失速度，液体漏 失减小载荷，使悬点载荷提前卸载
1.抽油杆杆柱强度计算及杆柱设计
受力特征及强度计算方法
抽油杆设计内容
1. 长度－下泵深度确定抽油杆长度 2. 材料(强度)－碳钢、镍铬钢、铬钼钢、镍钼钢 3. 直径及组合－19/22/25mm
抽油杆破坏形式：
承载交变载荷产生的非对称循环应力作用 发生疲劳破坏，而不是都在最大拉应力下破坏 矿场实际：在抽油杆的上、中、下部均有破坏
时，第一级杆结束，更换粗一级杆继续向上设计， 直到井口 应力范围比允许误差：5%左右，分段间隔50~100m 详细设计步骤参考教材P146~147
第7页/共46页
2.有杆抽油井生产系统设计
有杆抽油井生产系统设计
地面管线 分离器系统
井筒流动 多相管流
有杆抽油系统组 成
选择抽油机、抽油
杆、抽油泵、油管
图形状各异 目的：能够正确分析和解释示功图，从而分析井下
延大采油工程原理与设计课件03有杆泵采油
Chapter 4
第一节 抽油设备及其工作原理
抽油设备： 抽油机、抽油杆柱和抽油泵，即“三抽”设备
一、抽油机
1. 游梁式抽油机 （1）分类
抽油机
游梁式抽油机 无游梁式抽油机
游梁式抽油机
常规型（普通型） 前置型 变型
基本型
Chapter 4 （2）结构
第一节 抽油设备及其工作原理
由游梁—连杆—曲柄机构、减速箱、动力设备和 辅助装置四大部分构成
斜直井型
Chapter 4
第一节 抽油设备及其工作原理
（一）抽油机的结构组成
Chapter 4
第一节 抽油设备及其工作原理
（二）抽油机各组成部件的作用
（1）刹车装置：刹车也叫制动器，它是由手柄、刹车中间座、拉杆、锁死弹簧、 刹车轮、刹车片等部件组成。刹车片与刹车轮接触时发生摩擦而起到制动作用。
（2）电动机：电机是动力的来源，一般采用感应式三相交流电动机。它固定在电 机座上由皮带传递动力至减速器大皮带轮。前后对角上有两条顶丝可调节皮带的松 紧度。
（9）游梁：它安装在支架轴承上，绕支架轴承作上下摆动，尾端通过尾轴承与横梁 连接在一起，前端装有驴头，游梁可前后移动调节，以便使驴头始终对准井口。在 复合平衡的机型中，游梁尾部可挂有尾平衡板。
（10）驴头：它装在游梁最前端驴头为弧面，它的弧线是以支架轴承为圆心，以游 梁前臂长为半径画孤而得到的。它保证了抽油时光杆始终对正井口中心。驴头担负 着井内抽油杆、泵摩擦阻力及液柱的重量。
（3）曲柄：它是由铸铁铸就的一个部件，装在减速器输出轴上。曲柄上开有大小 冲程的孔眼叫冲程孔，专门为调节冲程所用。两侧外缘有牙槽并有刻度标记。侧面 开有凹槽是装配重块所用，内侧两边缘为平面，尾部有一吊孔。曲柄头部与输出轴 的连接，头部为叉型，中间开有与减速器输出轴直径相匹配的孔，并开有键槽。叉 型部分由两条拉紧螺栓固定。
有杆抽油系统——第3章 抽油泵PPT课件
造成本高；排量小。
适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井
2. 有 杆 泵 的 基 本 参 数
抽油泵型号表示方法
3.2 抽油泵的类型与结构
二、标准抽油泵的结构及特点
1．管式抽油泵的结构及特点 （1）管式抽油泵的结构
管式抽油泵的泵筒是按设计的泵挂深度由油管接箍直 接连接在油管的下端，而柱塞则随抽油杆下入泵筒内。管 式抽油泵从结构上又可分为可打捞式管式泵和不可打捞式 管式泵。
(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩
(2) 气体和充不满的影响 (3) 漏失影响 l
V液
V活
(4) 体积系数的影响
B
1 Bl
入
Sp S
3.1 抽油泵的工作原理及工作特点
（四）提高泵效的措施
(1)选择合理的工作方式 ①选用长冲程、低冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别 是稠油井。 ②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。 ③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度。 (3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。
(4)使用油管锚减少冲程损失。
(5)合理利用气体能量及减少气体影响。
3.1 抽油泵的工作原理及工作特点
二、抽油泵的工作特点
抽油泵外径受井眼尺寸的限制，只能是立式结构。在冲次相 同的条件下，要增加泵的排量，就须增大冲程长度，加长泵 的尺寸。 抽油泵在井下工作，有的需要装在3000多米的深处，这样， 柱塞上下压差很大，要维持柱塞与泵筒间的密封性和耐磨性， 提高泵效和延长使用寿命，就需要耐压泵筒和较长的柱塞。 抽油泵的工作和使用周期，受抽油杆强度和刚度的影响，如 抽油杆的变形和振动，影响柱塞有效冲程长度和泵的平稳性。 抽油泵在恶劣环境下连续工作。如油井含气、含砂；介质腐 蚀、结垢；高压、高粘度流体和较高的温度等。
适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井
2. 有 杆 泵 的 基 本 参 数
抽油泵型号表示方法
3.2 抽油泵的类型与结构
二、标准抽油泵的结构及特点
1．管式抽油泵的结构及特点 （1）管式抽油泵的结构
管式抽油泵的泵筒是按设计的泵挂深度由油管接箍直 接连接在油管的下端，而柱塞则随抽油杆下入泵筒内。管 式抽油泵从结构上又可分为可打捞式管式泵和不可打捞式 管式泵。
(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩
(2) 气体和充不满的影响 (3) 漏失影响 l
V液
V活
(4) 体积系数的影响
B
1 Bl
入
Sp S
3.1 抽油泵的工作原理及工作特点
（四）提高泵效的措施
(1)选择合理的工作方式 ①选用长冲程、低冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别 是稠油井。 ②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。 ③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度。 (3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。
(4)使用油管锚减少冲程损失。
(5)合理利用气体能量及减少气体影响。
3.1 抽油泵的工作原理及工作特点
二、抽油泵的工作特点
抽油泵外径受井眼尺寸的限制，只能是立式结构。在冲次相 同的条件下，要增加泵的排量，就须增大冲程长度，加长泵 的尺寸。 抽油泵在井下工作，有的需要装在3000多米的深处，这样， 柱塞上下压差很大，要维持柱塞与泵筒间的密封性和耐磨性， 提高泵效和延长使用寿命，就需要耐压泵筒和较长的柱塞。 抽油泵的工作和使用周期，受抽油杆强度和刚度的影响，如 抽油杆的变形和振动，影响柱塞有效冲程长度和泵的平稳性。 抽油泵在恶劣环境下连续工作。如油井含气、含砂；介质腐 蚀、结垢；高压、高粘度流体和较高的温度等。
采油工程课件-第三章螺杆泵采油
电潜螺杆泵工作原理
电潜螺杆泵机组是将潜油电动机、减速器、保护器、 联轴节(带泵吸入口)、与螺杆泵组合在一起，下入井内， 螺杆泵与油管、地面管线连接。
地面电网电源通过变压器、控制柜、接线盒连 接后，利用井下电缆将地面电力输送到井下潜油 电动机，当井底电机接通电源后，电机旋转经过 减速器和联轴节驱动螺杆泵在低速下转动，井液 经过螺杆泵增压后，通过油管举升到地面，输送 到计量站。
(7)井口密封
螺杆泵抽吸的油液到达井口，流入集油管线，一般 井口回压应保持1MPa左右以保证将油流送到计量间。从 满足生产的角度出发，井口盘根密封最低压力不应小于 1MPa，但由于洗井解堵时压力可达10MPa，故螺杆泵井 口密封特殊情况下短期最大压力应达到10MPa。
(8)防反转机构
螺杆泵在运转一段时间后，井下抽油杆将会积累一部分 能量，同时，由于抽油杆与油管内与油套环空内液面的高度 差造成螺杆泵象液压马达那样反转，在螺杆泵停机时，抽油 杆将高速反转．若不加以限制，其惯性作用势必造成抽油杆 脱扣，所以必须在螺杆泵驱动装置上设计防反转机构．设计 时应参考抽油杆所能承受的最大扭矩。
驱动装置下部安装密封盘根盒，密封住旋转的光杆。 杆柱负荷通过光杆传递给驱动装置，负荷由井口承受。这 种光杆主要传递动力。称为动力光杆。
还有一种光杆不传递动力，主要用来密封，动力通过 驱动装置的轴套传给抽油杆，光杆放在轴套内，通过静密 封胶圈封住环空油液。
(3)动力源
螺杆泵采油系统常用动力源有电机、柴油机、液压马达 等，其中最常见的是：
螺杆泵的局限性：
(1)定子最容易损坏，检泵次数多，每次检泵，必须起下管 柱。
(2)泵需要流体润滑，如果泵只靠极低粘度的液体润滑而工 作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。
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• 动液面—生产时的环
空液面高度。
• 静液面—关井时的液
面高度。
hf
hs
• hs—沉没度； • hf —动液面高度。
2)下冲程： 抽油杆带动活塞向下运动 a.泵内压力升高，固定凡
尔关闭，停止吸油。 b.游动凡尔打开，泵内油
转入活塞以上的油管， 井口出液。 泵排出液体的条件：
泵内压力活塞以上液柱压力
抽油杆扶正器: 用于斜井和丛式井，使抽油杆 处于油管中心，不直接与油管接触，减少抽油 杆的磨损、振动和弯曲。
还有用于减少抽油杆振动的减振器、防止抽 油杆接箍旋松的防脱器等。
CYJX5-3-26HB斜井游梁式抽油机
无游梁抽油机
(特别超长冲程抽油机)
如:链条式 增距式 宽带式等，
主要特点： 多为长冲程和慢冲次 目的:扩大有杆泵的适 用范围,适应深井和稠 油的特殊需要。
无游梁式抽油机
链传式抽油机 KCJ5-3.6-7HZ宽皮带式抽油机
增距式抽油机
二、抽油泵
有杆泵采油的井下设备 基本要求：结构简单、强度高； 工作可靠，使用寿命长；便于起 下，而且规格类型能满足不同油 田的采油工艺需要。 1.泵的工作原理
我 国 游 梁 式 抽 油 机 型 号 表 示 法
例: CYJ8-3-37HB
其它结构型式:
变形游梁式抽油机: 如:双驴头式
旋转驴头式 大轮驴头式 大轮式 斜直井游梁式 目的： 增大冲程、节能及 改善抽油机的结构 特性和受力状态。
YCYJ10-5旋转驴头游梁式抽油机
CYB38-RHAM4.5-1.5-
三、抽油杆柱
上经光杆连接抽油机，下接抽油泵的柱 塞，其作用是将地面抽油机悬点的往复运动 传递给井下抽油泵。
附属器具：
光杆: 位于抽油杆最上端,其作用是连接驴 头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘根配合 密封抽油井口。
加重杆: 用于大泵抽油、稠油井和深井，抽油 杆柱的下部采用加重杆，防止抽油杆柱下部发 生纵向弯曲，减少抽油杆的断脱事故。
2)管式泵
工作筒、固定凡尔装在油管尾部；游 动凡尔装在柱塞上。先下工作筒，再下 油管，最后用抽油杆下入柱塞。
特点
结构简单、成本低,操作复杂。适用 于下泵深度不大、产量较高的井。
SYS5059-91标准抽油泵的基本型式如图3-6所示。
按抽油泵泵筒结构又分为整筒泵和组合泵
3)组合泵 为了便于加工和保证质量，衬管分段加工，然
3.前置型抽油机
结构特点：支架位 于游梁的一端，驴 头和曲柄连杆同位 于另一端。 运动特点：这种抽 油机上冲程运行时 间长于下冲程运行 时间,从而降低了上 冲程的运行速度、 加速度和动载荷。
前置型多为 重型长冲程 抽油机，除 采用机械平 衡外还采用 气动平衡。
CYJQ14-5-73HQ气动平衡游梁式抽
动筒杆式泵的缺点是不宜在偏斜的井眼中工作，因为 在偏斜井眼中，泵筒与油管间的磨损严重；同时，固定阀 距井底较远，且尺寸较小。
定筒杆式泵可以采用尽可能大一些的固定阀，并可放 置到可靠近井底的位置，从而可以减小井中液体进入固定 阀的压力降，使气体分离减少，非常有利于提出泵效。
杆式泵的防气、防砂能力也比管式泵好。但是，杆式 泵制造难度大，成本高，为了保证杆式泵顺利通过，对油 管壁厚的均匀程度及内径尺寸的一致性要求较高。
抽油泵主要由泵筒、柱塞、 固定阀和游动阀组成。
柱塞上下运动一次称一个冲程,也称一个抽汲周期。
1)上冲程：抽油杆带动活塞向上运动。 a.游动凡尔关闭， 井口排液。 b.泵内压力下降， 固定凡尔打开， 泵内吸油。 吸入条件： 泵内压力 沉没压力 c.抽油杆加载伸长， 油管卸载缩短。
• 沉没压力—泵吸入口的压力。
后组装在泵筒内,这类泵称为衬管泵或组合泵。 4)整筒泵
泵筒为整体泵筒。与组合泵相比具有： 泵效高、冲程长、形式多、规格全、重量轻、 装卸方便、不会发生“错缸”等优点。
5)特种抽油泵
防气泵、防砂泵、抽稠泵、液力反馈泵等。
4. 抽油泵的型号及基本参数 我国的抽油泵型号表示方法如下： 例如：公称直径
为38mm，泵筒 长度为4.5m的厚 壁筒，定筒式顶 部固定，机械式 ，金属柱塞长 1.5m,加长短节长 度为0.6m的杆式 泵标记为:
第三章 有杆泵采油
有杆泵一般是指利用抽 油杆上下往复运动所驱动 的柱塞式抽油泵。
第一节 有杆抽油装置
典型有杆抽油装置如图 抽油机
抽油装置 抽油泵 抽油杆
一、抽油机
游梁式抽油机主要 由游梁—连杆—曲柄 机构、减速机构、动 力设备和辅助装置等 四部分组成。
常规型 抽油机 异相型
前置型
1. 常规型抽油机
c.抽油杆卸载缩短， 油管加载伸长。
2.泵的理论排量
假设： 活塞的冲程等于光杆的冲程； 活塞让出的体积完全被原油充满； 抽油系统无漏失。
泵的理论排量为: Qt 144(A30p-S1n) 式中：Qt——泵的理论体积排量，m3 / d
Ap——柱塞截面积；
Ap D2/4,m2
D——泵径，m； S——光杆冲程，m；
n——冲次， m。in1
3. 抽油泵类型和结构 按抽油泵在油管中的固定方式分为
1)杆式泵
杆式泵 管式泵
柱塞、固定凡尔、游动凡尔和工作筒装
成一个整体，随抽油杆柱插入油管内的
预定位置固定，故又称为“插入式泵”。
特 点：操作方便、结构复杂、成本高，适应
于深度大、产量小的井。
动筒杆式泵的固定阀 位于固定柱塞的顶部， 游动阀则位于游动泵筒 的顶部。这种泵的最大 优点是泵筒的往复运动 能使其外围环形空间的 液体产生旋涡运动，从 而阻止泵周围砂子沉积 ，避免泵卡在沙子中。 此外，如果抽油装置需 要间歇停抽，则泵筒顶 部的游动阀就会关闭， 可以防止进入泵中的砂 子沉积在柱塞的顶部和 周围。
2. 异相型抽油机
结构特点：曲柄轴中 心基本位于游梁尾轴 承的正下方。
结构特点：曲柄轴中心与游梁尾 轴承存在一定的水平距离；曲柄 平衡重臂中心线与曲柄中心线存 在偏移角（曲柄平衡相位角）。
1.常规型抽油机 2.异相型抽油机
运动特点： 上 下冲程运行时 间相等。
运动特点：使得上冲程的
曲柄转角明显大于下冲程， 从而降低了上冲程的运行速 度、加速度和动载荷，达到 减小抽油机载荷、延长抽油 杆寿命和节能的目的。