第三章有杆泵采油
第一节抽油装置及泵的工作原理
一、教学目的
了解抽油机的工作原理，对抽油杆有一定的认识，掌握抽油泵的工作原理。
二、教学重点、难点
教学重点：
1、抽油机的工作原理；
2、抽油泵的工作原理。
教学难点：
1、抽油泵上下冲程中载荷变化、凡尔开关等。
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.抽油装置.
2.泵的工作原理.
（一）抽油装置
采油方法自喷
人工举升气举采油
深井泵采油有杆泵采油
无杆泵采油
有杆泵采油的优点：
a、设备简单
b、结构牢固
c、性能可靠
d、管理经验比较完善
有杆泵采油的不足
a、设备笨重（10型，18T）
b、仅适用于浅井、中深井
c、对特殊井（斜井、弯井、海口油井）有困难
d、对砂、蜡、盐、气、稠的适应性差
目前在人工举升中占绝对多数的还是游梁式有杆泵，因此，本章重点介绍游梁式有杆抽油。
通过前面的学习我们知道，任何油井的生产都可分为三个基本流动过程：
①从油层到井底的流动
渗流
向井流
②从井底到井口的流动
井筒中的流动，涉及到采油方法的问题。
③从井口到分离器的流动
对于自喷井，可分为四个基本流动过程，即增加原油到达井口后的嘴流。
有杆泵采油典型特点：
地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体
有杆泵采油分类：
(1) 常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。
(2) 地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。
常规有杆泵采油是目前我国应用最广泛的采油方式，我国机械采油井占总井数的90%以上，其中
有杆泵占机采井的90%以上。
全
国产液量的60％、产油量的75%
靠有杆抽油采出。
设抽油机
备抽油杆
组抽油泵
成其它附件
1、抽油机
有杆深井泵采油的主要地
面设备，它将电能转化为机械
能，将旋转运动转化成往复运
动。
包括：游梁式抽油机和无游梁
式抽油机两种。
游梁式抽油机组成：
游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置。
工作原理：
工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。
曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。
挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。
游梁式抽油机分类：
后置式和前置式。
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。
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。
新型抽油机：为了节能
和加大冲程。
异相型游梁式抽油机链条式抽油机节能异形游梁式抽油机加大冲程宽带传动抽油机双驴头游梁式抽油机液压抽油机
图3-4 异相型游梁式抽油机
图3-5 异形游梁式抽油机
图3-6 双驴头游梁式抽油机
图3-7 链条式抽油机
图3-8 KGJ5-3.6-7HZ宽皮带式抽油机
图3-9 液压增程抽油机
异相曲柄平衡抽油机，是近年来美国CMI公司利用计算机动态模拟技术研究出的一种新的游梁式抽油机，它具有以下特点：
①上冲程曲柄转角（约192°）大于下冲程的曲柄转角（约168°），因此上冲程悬点运动较下冲程缓慢，相应地降低了上冲程悬点的加速度，从而降低了上冲程悬点的惯性载荷，提高了抽油机的承载能力。
②曲柄中心线与平衡重力臂中心线之间设置了一特殊的相位角，它使曲柄轴上的平衡重扭矩与油井负荷（光杆）扭矩产生一个相位差，由此平衡后产生的曲柄轴净扭矩曲线较平缓，净据矩峰值降低，它改善了减速箱的工作条件，同时因抽油机减速箱输出扭矩与电机输出功率成正比，因此，它也降低了电机功率。
据美国同类产品的资料报导，
这种新型异相曲柄平衡抽油机与普通常规式抽油机相比，可节省电机功率15-35%。
链条式抽油机的特点：
①冲程长，有利于稠油井开采；
②采用气动平衡，因而电机工作平衡且平衡效果好；
③钢丝绳使用寿命短，易造成断链条事故。
塔式单臂游梁增程抽油机：
①工作原理：电动机通过三角皮带带动减速器旋转，减速器带动曲柄作360°转动，从而使连杆拉动单臂游梁作上下往复运动，单臂游梁牵动钢丝绳，带动光杆作上下往复运动，从而达到抽油的目的。
②性能特点：具有冲程长（如常规的2.5-3.5倍），效率高，能耗低，整体性能稳定可靠，换向平稳，动载小，结构简单耐用，维护工作量小等特点。
可利用常规抽油机进行改造，达到增加冲程长度的目的。
轮系增距式抽油机：
①工作原理：
该机由电机驱动，经减速器减速后带动曲柄连杆机构，把减速器输出的旋转运动变成增矩滑车的往复直线运动。
增距滑车通过一个死轮与平衡重小车相连接，带动平衡重小车沿导轮作上下长距离运动，平衡重小车通过天车轮及钢丝绳带动抽油杆作往复直线运动而完成抽油动作。
②性能特点：
a、冲程长度调节方便，适应于深井、大排量抽油的需要；
b、悬点运动规律近似简谐运动，变速加速度小，动载小，整机运转平衡；
c、平衡效果好，节电；
d、重量轻，占地面积小。
游梁式抽油机系列型号表示方法：
2、抽油泵：机械能转化为流体压能的设备。
一般要求：
a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；
b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长；
c.规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强；
d.便于起下；
e.结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。
主要组成：
工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)。
分类：
按照抽油泵在油管上的固定方式可分为：管式泵和杆式泵。
管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。
杆式泵：整个泵在地面组装好后接在
抽油杆柱的下端整体通过油管下入
井内，由预先装在油管预定深度(下
泵深度)上的卡簧固定在油管上，检
泵时不需要起油管。
管式泵特点：结构简单、成本低，排
量大。
但检泵时必须起出油管，修井
工作量大，故适用于下泵深度不很
大，产量较高的油井。
杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，
排量小，修井工作量小。
杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。
3、抽油杆：能量传递工具。
图3-11 抽油杆示意图
普通杆特点：结构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油管中运行。
玻璃钢杆特点：耐腐蚀、有利于延长寿命；重量轻、有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超行程，
有利于提高泵效。
空心杆特点：成本高，可用于热油循环和热电缆加热，也可通过空心通道向井内添加化学剂，适用于高含蜡、高凝固点的稠
油井。
符号说明：CYG 25 / 120 C(B)
CYG－抽油杆代号；25－抽油杆直径(mm)；120－短抽油杆长度(mm)；C－杆材强度代号(C－40号、45号钢正火处理；B－20CrMo钢调质处理)
常用的杆体直径有13mm、16mm、19mm、22mm、25mm和29mm。
新型抽油杆的发展：
为满足大泵强采、小泵深抽、稠油井、高含蜡井、腐蚀井和斜井采油的需要，以增加杆的承载、耐腐蚀、耐磨损，提高杆的使用可靠性与寿命，已开发出多种特殊抽油杆，如加高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、铝合金抽油杆、不锈钢抽油杆、喷涂保护处理抽油杆、空心抽油杆、连续抽油杆、钢丝绳抽油杆等。
（二）泵的工作原理
1、泵的抽汲过程
1）上冲程
抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。
泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。
泵内吸入液体、井口排出液体。
泵吸入的条件：
泵内压力(吸入压力)低于沉没压
力。
2)下冲程
柱塞下行，固定阀在重力作用下关
闭。
泵内压力增加，当泵内压力大于柱
塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。
柱塞下部的液体通过游动阀进入
柱塞上部，使泵排出液体。
泵排出的条件：
泵内压力(排出压力)高于柱塞以
上的液柱压力。
柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。
光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。
2、泵的理论排量
泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵和从泵内排出井内液体。
在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：
S
f V p = 每分钟的排量为： SN f V p m =
每日排量:
SN f Q p t 1440= 五、教学后记
通过本节的学习，绝大多数同学都了解了抽油机的工作原理，抽油杆的型号和用途，以及抽油泵的工作原理。
六、教学参考书
1、张琪，采油工程原理与设计
2、崔振华等编， “有杆抽油设备与技术”系列丛书
七、复习思考题
1、“三抽”各自的作用是什么？
2、抽油机类型及型号含义。
3、抽油泵类型及优缺点，泵的工作原理。
