抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷上冲程
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抽油机悬点运动规律及悬点载荷
第二节抽油机悬点运动规律及悬点载荷一、教学目的了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
二、教学重点、难点教学重点：1悬点运动规律；2、载荷计算。
-| I *教学难点：1最大载荷和最小载荷的计算。
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.抽油机悬点运动规律.2.抽油机悬点载荷计算.（一）抽油机悬点运动规律1、简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l〜0、r/b〜0游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆运动时在垂直中心线上的投影（C点）的运动规律相同。
则B点经过t时间（曲柄转角© ）时位移为:S B = r(1 cos ) = r(1 - cos t)■图3-13抽油机四连杆机构简图以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向，则悬点A的位移为:a aSA=b S B = b r(i°S 7V A'S A,仙计dt bwA点的速度为:图3-14筒谐运动时悬点位移.速度、加遠度吨线7・丄■ A/ \〉等直4/y*\P>.!亠I 1L / 1*\iraA点的加速度为:W 2rcos t2、简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：° r门:14把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。
Dffl 曲柄滑块机构简图A 点位移:扎 21 aS A = r(1 - cos —sin )2 bA 点速度:(二)抽油机悬点载荷计算1、悬点所承受的载荷 (1)静载荷V A 严dtr (sina护2)bA 点加速度:W“；；2r(cosa 2S .2 max1802 (1十)图3-n 悬点加速度变化庙线1-按简谐运动计算：A 精确计算: 3-按曲柄滑块机构计算+ 扎cos2>) —bS 2(1 - )l am ax图3-氐悬点速度变化曲线1-按筒谐运动计算；A 精确计算; 3-按曲柄滑块机构计算包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响。
抽油机平衡
2 c
式中 Xub——抽油机结构的不平衡值，N，是折算到游梁平衡块重心位置的附加平衡力， 可查抽油机的出厂说明书。
二、抽油机的平衡( 三 ) 抽油机的平衡方式
2．曲柄平衡 抽油机工作时，要使电机在上、下冲程中作功近似 相等，可靠调节曲柄平衡块在曲柄上的位置（平衡 半径）来实现。 由于这种平衡方式便于调节，又不产生象游梁平衡 时在游梁上造成过大的惯性力，所以多用于大型抽 油机（50kN以上的重型抽油机），但这种平衡会使 曲柄轴上有较大的负荷和离心力。如图4—4所示， 下冲程中储存的位能：
（二）平衡的基本原理 抽油机之所以不平衡，是因为在上、下冲程中驴头悬点载荷不同，因而 造成电动机在上、下冲程中做功不相等。抽油机平衡的目的是为了在上、下 冲程中使电动机作功近似相等。 下面用最简单的机械平衡方式来说明这种可能性和达到平衡的基本条件。 1．下冲程 假定抽油杆柱下行时作功为Ad，在抽油机没有平衡的条件下这部分功全部传 给电动机，使它作负功。现在只在游梁的后端悬挂一个足够大重物，以致于 仅靠抽油杆柱下行时所作的功（Ad）都不能抬起，还需要电动机来带动作功 Amd才能抬起来，这时可得到下列平衡方式 Aw＝Amd＋Ad 或 Amd＝Aw－Ad 式中 Aw——下冲程中抽油杆柱自重和电动机举升重物需要作的功，即重物 储存的能； Amd——下冲程中电机对重物作的功，即电机在下冲程中作的功； Ad——下冲程中抽油杆柱对重物所作的功，即驴头悬点作的功；
二、抽油机的平衡
（一）抽油机不平衡的危害 当游梁式抽油机一抽油泵装置工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。 上冲程时，驴头悬点需要提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下， 电动机就要作功，才能使驴头上行。在下冲程时，抽油杆柱在其自重的作用下 克服浮力下行，这时电动机不仅不需要对外作功，反而接受外来能量作负功， 这就是抽油机在上、下冲程中不平衡的原因。抽油机工作过程中，电动机在上、 下冲程中作功不相等称为抽油机的不平衡。 抽油机不平衡时将带来以下危害： （1）降低电动机使用效率和寿命。由于负荷不均匀，降低电动机使用效率 和寿命。满足最大负荷时，造成功率的浪费较大。 （2）缩短抽油机使用寿命。由于负荷不均匀，在曲柄旋转一周中载荷忽大 忽小，会使抽油机发生剧烈振动而缩短抽油机的寿命。 （3）影响抽油机和抽油泵的正常工作。由于负荷不均匀，会破坏曲柄旋转 速度的均匀性，从而使驴头上、下摆也不均匀，影响抽油机和抽油泵的正常工 作。
式中 Xub——抽油机结构的不平衡值，N，是折算到游梁平衡块重心位置的附加平衡力， 可查抽油机的出厂说明书。
二、抽油机的平衡( 三 ) 抽油机的平衡方式
2．曲柄平衡 抽油机工作时，要使电机在上、下冲程中作功近似 相等，可靠调节曲柄平衡块在曲柄上的位置（平衡 半径）来实现。 由于这种平衡方式便于调节，又不产生象游梁平衡 时在游梁上造成过大的惯性力，所以多用于大型抽 油机（50kN以上的重型抽油机），但这种平衡会使 曲柄轴上有较大的负荷和离心力。如图4—4所示， 下冲程中储存的位能：
（二）平衡的基本原理 抽油机之所以不平衡，是因为在上、下冲程中驴头悬点载荷不同，因而 造成电动机在上、下冲程中做功不相等。抽油机平衡的目的是为了在上、下 冲程中使电动机作功近似相等。 下面用最简单的机械平衡方式来说明这种可能性和达到平衡的基本条件。 1．下冲程 假定抽油杆柱下行时作功为Ad，在抽油机没有平衡的条件下这部分功全部传 给电动机，使它作负功。现在只在游梁的后端悬挂一个足够大重物，以致于 仅靠抽油杆柱下行时所作的功（Ad）都不能抬起，还需要电动机来带动作功 Amd才能抬起来，这时可得到下列平衡方式 Aw＝Amd＋Ad 或 Amd＝Aw－Ad 式中 Aw——下冲程中抽油杆柱自重和电动机举升重物需要作的功，即重物 储存的能； Amd——下冲程中电机对重物作的功，即电机在下冲程中作的功； Ad——下冲程中抽油杆柱对重物所作的功，即驴头悬点作的功；
二、抽油机的平衡
（一）抽油机不平衡的危害 当游梁式抽油机一抽油泵装置工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。 上冲程时，驴头悬点需要提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件下， 电动机就要作功，才能使驴头上行。在下冲程时，抽油杆柱在其自重的作用下 克服浮力下行，这时电动机不仅不需要对外作功，反而接受外来能量作负功， 这就是抽油机在上、下冲程中不平衡的原因。抽油机工作过程中，电动机在上、 下冲程中作功不相等称为抽油机的不平衡。 抽油机不平衡时将带来以下危害： （1）降低电动机使用效率和寿命。由于负荷不均匀，降低电动机使用效率 和寿命。满足最大负荷时，造成功率的浪费较大。 （2）缩短抽油机使用寿命。由于负荷不均匀，在曲柄旋转一周中载荷忽大 忽小，会使抽油机发生剧烈振动而缩短抽油机的寿命。 （3）影响抽油机和抽油泵的正常工作。由于负荷不均匀，会破坏曲柄旋转 速度的均匀性，从而使驴头上、下摆也不均匀，影响抽油机和抽油泵的正常工 作。
第十章 有杆泵采油3
W max W r Wl Firu W r Wl W r sn
2
1790
(1 )
W min W rl Fird W rl
W r sn
2
1790
(1 )
令： W r W rl
W l l gA p L
则悬点所承受的最大和最小载荷公式可 分别写成另一种形式：
在下面的讨论中忽略了液柱的振动载荷。 (1) 抽油杆柱的振动引起的悬点载荷 在初变形期末激发起的抽油杆柱的纵向振动， 可用一端固定、一端自由的细长杆的自由纵振 动微分方程来描述
2u t
2
a
2
2u x
式中 u ——抽油杆柱任一截面的弹性位移，m；
x ——自悬点到抽油杆柱任意截面的距离，m； a——弹性波在抽油杆柱中的传播速度，等于 抽油杆中的声速，m/s； t——从初变形期末算起的时间，s。
s——光杆冲程，；n ——冲次，。
2
(2n 1)
n 0
( 1) n
2
sin( 2 n 1) 0 t
E——抽油杆材料的弹性模量。 EA r 最大振动载荷为 F v v max a
式中
最大振动载荷发生在 t 2 , 2 ...处。但 实际上由于存在阻尼，振动将会随时间逐 渐衰减，故最大振动载荷发生在处，出现 最大振动载荷的时间则为 L
第三节
抽油机悬点载荷计算
抽油机在工作时悬点所承受的载荷，是进行 抽油设备选择及工作状况分析的重要依据。 一、 悬点承受的载荷
振动
惯性 摩擦 杆重
动载荷
静载荷
液重
沉没压力 井口回压 浮力
其他载荷
1. 抽油杆柱的重力产生的悬点静载荷
2
1790
(1 )
W min W rl Fird W rl
W r sn
2
1790
(1 )
令： W r W rl
W l l gA p L
则悬点所承受的最大和最小载荷公式可 分别写成另一种形式：
在下面的讨论中忽略了液柱的振动载荷。 (1) 抽油杆柱的振动引起的悬点载荷 在初变形期末激发起的抽油杆柱的纵向振动， 可用一端固定、一端自由的细长杆的自由纵振 动微分方程来描述
2u t
2
a
2
2u x
式中 u ——抽油杆柱任一截面的弹性位移，m；
x ——自悬点到抽油杆柱任意截面的距离，m； a——弹性波在抽油杆柱中的传播速度，等于 抽油杆中的声速，m/s； t——从初变形期末算起的时间，s。
s——光杆冲程，；n ——冲次，。
2
(2n 1)
n 0
( 1) n
2
sin( 2 n 1) 0 t
E——抽油杆材料的弹性模量。 EA r 最大振动载荷为 F v v max a
式中
最大振动载荷发生在 t 2 , 2 ...处。但 实际上由于存在阻尼，振动将会随时间逐 渐衰减，故最大振动载荷发生在处，出现 最大振动载荷的时间则为 L
第三节
抽油机悬点载荷计算
抽油机在工作时悬点所承受的载荷，是进行 抽油设备选择及工作状况分析的重要依据。 一、 悬点承受的载荷
振动
惯性 摩擦 杆重
动载荷
静载荷
液重
沉没压力 井口回压 浮力
其他载荷
1. 抽油杆柱的重力产生的悬点静载荷
常规有杆泵采油技术资料
泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。
A-上冲程
泵的工作原理
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。
（一） 悬点所承受的载荷 1）静载荷
①抽油杆柱载荷；②作用在柱塞上的液柱载荷；③沉没压力对悬点载 荷的影响；④井口回压对悬点载荷的影响
①抽油杆柱载荷
上冲程： Wr fr s gL qr gL （即杆柱在空气中的重力） 下冲程： Wr fr L(s l )g qrLg （即杆柱在液体中的重力）
链条式抽油机
带传动抽油机
滚筒型抽油机
(二)抽油泵
一般要求
1）结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。 2）制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。 3）规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。 4）结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。 5）便于起下。
(二)抽油泵
主要组成：泵筒、柱塞及游动阀(排出阀) 和固定阀(吸入阀） 分类：按照抽油泵在油管中的固定方式 可分为：管式泵和杆式泵
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。
16
游梁式抽油机系列型号表示方法
CYJ 12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
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
A-上冲程
泵的工作原理
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。
（一） 悬点所承受的载荷 1）静载荷
①抽油杆柱载荷；②作用在柱塞上的液柱载荷；③沉没压力对悬点载 荷的影响；④井口回压对悬点载荷的影响
①抽油杆柱载荷
上冲程： Wr fr s gL qr gL （即杆柱在空气中的重力） 下冲程： Wr fr L(s l )g qrLg （即杆柱在液体中的重力）
链条式抽油机
带传动抽油机
滚筒型抽油机
(二)抽油泵
一般要求
1）结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。 2）制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。 3）规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。 4）结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。 5）便于起下。
(二)抽油泵
主要组成：泵筒、柱塞及游动阀(排出阀) 和固定阀(吸入阀） 分类：按照抽油泵在油管中的固定方式 可分为：管式泵和杆式泵
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。
16
游梁式抽油机系列型号表示方法
CYJ 12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
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
抽油机悬点运动规律分析及载荷计算汇总
9次/分，使用
2
1 2
"油管，3/4"抽油杆，原油密度
900kg/m3，油井含水33％。试计算悬点最大和最
小载荷，并计算各种载荷占最大载荷的百分比。
• 解：l fW W (1－fW )0 ＝0.33×1000＋(1－
0.33)×900 ＝933 kg/m3
• 根据抽油机型号CYJ-5-2.1-13HB，查得连杆长
Wl
(1
Sn 2 1790
)
为简谐运动，忽略摩擦载荷和液柱惯性载荷
公式Ⅴ
Pm a x
(Wr
Wl
)(1 Sn2 1790
)
简谐运动，忽略摩擦载荷，考虑了液柱惯性载荷
三、三种抽汲运动的对比
31
表3-5 三种抽汲运动的对比
简谐运动
曲柄滑块运动
普通抽油机
前置型抽油机
Ф＝00 时 加速度的
极值
Wa
S 2
Wr Wl Wr' Wl'
27
Wm a x
Wr
Wl
Wr
Sn2 1790
(1
r) l
Wr '
Wl '
Wr
Sn2 1790
(1
r) l
Wl '
Wr [b
Sn2 1790
(1
r )] l
若取r / l 1/ 4,则
Wm a x
Wl
Wr
(1
Sn2 1440
)
(3-25)
(3-26)
22
上冲程主要受(1) (2) (3)的影响，增加悬点载荷； 下冲程主要受(1) (2) (4) (5)的影响，减少悬点载
采油工程第3章有杆泵采油(1-1)
节能
双驴头游梁式抽油机
链条式抽油机 宽带传动抽油机 液压抽油机
加大冲程
抽
常 规 型 游 梁 式 抽 油 机
油
机
异 型 游 梁 式 抽 油 机
旋 转 驴 头 游 梁 式 抽 油 机
调 径 变 矩 游 梁 式 抽 油 机
抽
油
机
链条式抽油机
皮带式抽油机
抽
油
机
链传式抽油机
天轮式抽油机
直线往复式抽油机
一、抽油装置
游梁式抽油机系列型号表示方法
CYJ
12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
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
WA dV A a 2 r cos t dt b
抽油机四连杆机构简图
简谐运动时悬点位移、速度、 加速度曲线
一、抽油机悬点运动规律
(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律
假设条件：0<r/l<1/4
把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做 直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑 块运动。 a A点位移： S A r (1 cos sin 2 ) 2 b
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。
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。
抽油机悬点运动规律及载荷分析
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析一、游梁式抽油机悬点运动规律四连杆机构：以游梁支架轴和曲柄轴的连线为固定杆，以曲柄、连杆和游梁为三个活动杆所组成的四连杆机构。
如图3-21所示，抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化，而且方向也在不断改变。
上冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向上；后半个冲程为减速运动，加速度方向向下。
下冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向下；后半个冲程为减速运动，加速度方向向上。
其最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为零；其最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加速度为零。
上下死点处的最大加速度分别为：)1(220max lr s a +==ωϕ （3-12） )1(22max l r s a --==ωπϕ （3-13） 二、抽油机悬点载荷计算与分析（一）静载荷1．抽油杆柱载荷上冲程，悬点承受着整个抽油杆柱的重力为：g L f W s r r ρ= ＝Lg q r （3-21）对于多级抽油杆：g ┅L q L q W r r r )(2211++=式中 r W —— 抽油杆柱的重力，N ；r f —— 抽油杆的截面积，m 2；L —— 抽油杆柱的长度，m ；s ρ—— 抽油杆材料（钢）的密度，3/7850m kg s =ρ。
r q —— 每米抽油杆的平均质量，kg/m ；（可查表3-1）21r r 、q q —— 用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量，kg/m ； 21、L L —— 用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度，m 。
下冲程，作用在悬点上的杆柱载荷等于抽油杆柱的重力减去杆柱受到的浮力：g L f W l s r r )(ρρ-='或b W Lgb q W r r r ==' （3-23）式中 'r W —— 抽油杆柱在液体中的重力，N ；sl s b ρρρ-=――抽油杆的失重系数 l ρ—— 抽汲液体的密度，3/m kg ；当原油含水时，可用下式近似计算：w w w o l f f ρρρ+-=)1( （3-24）式中 o ρ—— 原油密度，3/m kg ；w ρ—— 水的密度，3/m kg ；w f —— 原油含水率，小数。
抽油机载荷计算(2006.2.15)
已知抽油机型号泵挂深度L(m)2180计算抽油杆上冲程在悬点载荷Wr (牛）=qr*L*g油水混合液密度ρm（公斤/米3）=n w*ρw+(1-n w)*ρ0抽油杆下冲程在悬点载荷Wr '(牛）=qr*L*b*g活塞上的液柱载荷Wl (牛）=(fb-fr)*L*ρm1*g上冲程中抽油杆引起的悬点最大惯性载荷Iru (牛）=Wr*s*n*n*(1+r/L1)/1790下冲程中抽油杆引起的悬点最大惯性载荷Id (牛）=Wr*s*n*n*(1-r/L1)/1790上冲程悬点最大载荷Pmax (牛）=Wr +Wl +Iru下冲程悬点最小载荷Pmax (牛）=Wr'- Id液柱载荷Wl ' (牛）=fb*L*ρm1*g公式1上冲程悬点最大载荷P1max (牛）=（Wr+w1 ')*(1+s*n/137)公式2上冲程悬点最大载荷P2max (牛）=(Wr+w1 ')*(1+s*n*n/1790)公式3上冲程悬点最大载荷P3max (牛）=w1 '+Wr*(b+s*n*n/1790)*(1+r/l)公式4上冲程悬点最大载荷P4max (牛）=w1+Wr*(1+s*n*n/1790)公式5上冲程悬点最大载荷P5max (牛）=(w1+Wr)*(1+s*n*n/1790)泵径D（mm)冲程s（m)冲数n（次/分）油管2 1/2"抽油杆 3/4"抽油杆7/8"抽油杆1"4436380900900 724969356386424681538633631025626050249232137721121727101551103040空气中每米3/4"抽油杆重qr（牛）空气中每米7/8"抽油杆重qr（牛）空气中每米1"抽油杆重qr（牛）2.33.074.17原油密度ρo（公斤/米3）抽油杆材料钢的密度ρs（公斤/米3）油井含水nw（%）901785034。
2.抽油机技术指标与计算2013.6解析
sn 2 r Pmax Wr WL Wr 1 1790 LG
15
取
r 1 LG 4
时：
sn 2 Pmax Wr WL Wr 1440
或
sn 2 Pmax Wr WL Wr 1440
16
（2）最小载荷为：
第二部分 抽油机井主要生产技术指标
中国石油大庆培训中心
1
第二部分 讲述内容：
一、抽油机驴头悬点载荷分析与计算
（一）抽油机驴头悬点载荷 （二）抽油机驴头悬点载荷分析与计算 （三）抽油机驴头悬点最大和最小载荷与计算 二、抽油机井主要生产技术指标计算
2
一、抽油机驴头悬点载荷分析与计算
（一）抽油机驴头 悬点载荷
WL AP AG Low g
或
WL AP AG L ow
AP
其中
4
DP
2
下泵深度示意图
10
式中
WL--柱塞以上的液柱重力，N； L-的柱塞截面积，m2； DP--抽油泵直径，m。
（2）下冲程 液柱重力不是作用在悬点上，即对悬点载 荷无影响。 （3）上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互 转移的载荷
ow w f w 1 f w o
ρw——水的密度，通常1000kg/m3； ρo——油的密度，kg/m3； γw——水的重度，通常10000N/m3； γo——油的重度，N/m3； fw——原油含水百分数，%。
9
式中
2.油管内柱塞以上液柱重力 （1）上冲程 悬点承受液柱重力，方向向下，增 加悬点载荷。
式中 Wr--抽油杆柱重力，N； AG--抽油杆截面积，m2； L--抽油杆柱长度（或下泵深度），m； g--重力加速度，g＝9.8m/s2； ρG--抽油杆材料的密度，kg/m3（取ρG＝7850kg/m3）； qG--每米抽油杆质量，kg/m； γG--抽油杆材料的重度，N/m3（取γG＝78500N/m3）； DG--抽油杆直径，m； qG′-- 每米抽油杆重量，N/m；
15
取
r 1 LG 4
时：
sn 2 Pmax Wr WL Wr 1440
或
sn 2 Pmax Wr WL Wr 1440
16
（2）最小载荷为：
第二部分 抽油机井主要生产技术指标
中国石油大庆培训中心
1
第二部分 讲述内容：
一、抽油机驴头悬点载荷分析与计算
（一）抽油机驴头悬点载荷 （二）抽油机驴头悬点载荷分析与计算 （三）抽油机驴头悬点最大和最小载荷与计算 二、抽油机井主要生产技术指标计算
2
一、抽油机驴头悬点载荷分析与计算
（一）抽油机驴头 悬点载荷
WL AP AG Low g
或
WL AP AG L ow
AP
其中
4
DP
2
下泵深度示意图
10
式中
WL--柱塞以上的液柱重力，N； L-的柱塞截面积，m2； DP--抽油泵直径，m。
（2）下冲程 液柱重力不是作用在悬点上，即对悬点载 荷无影响。 （3）上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互 转移的载荷
ow w f w 1 f w o
ρw——水的密度，通常1000kg/m3； ρo——油的密度，kg/m3； γw——水的重度，通常10000N/m3； γo——油的重度，N/m3； fw——原油含水百分数，%。
9
式中
2.油管内柱塞以上液柱重力 （1）上冲程 悬点承受液柱重力，方向向下，增 加悬点载荷。
式中 Wr--抽油杆柱重力，N； AG--抽油杆截面积，m2； L--抽油杆柱长度（或下泵深度），m； g--重力加速度，g＝9.8m/s2； ρG--抽油杆材料的密度，kg/m3（取ρG＝7850kg/m3）； qG--每米抽油杆质量，kg/m； γG--抽油杆材料的重度，N/m3（取γG＝78500N/m3）； DG--抽油杆直径，m； qG′-- 每米抽油杆重量，N/m；
2.抽油机技术指标与计算2013.6
式中
ρw——水的密度，通常1000kg/m3； ρo——油的密度，kg/m3； γw——水的重度，通常10000N/m3； γo——油的重度，N/m3；
fw——原油含水百分数，%。
9
2.油管内柱塞以上液柱重力 （1）上冲程
悬点承受液柱重力，方向向下，增 加悬点载荷。
WL AP AG Lowg
22-刹车装置；23-配电箱
4
（二）抽油机驴头悬点载荷分析与计算
1.抽油杆柱的重力 （1）上冲程
悬点承受抽油杆柱本身（在空气中 ）的重力，方向向下，增加悬点载荷。
Wr
AG LG g
q Lg G
或 Wr AG L G qG L
其中：
其中 AG
4
DG 2
G G g
下泵深度示意图
作用在抽油机驴头悬点 的主要载荷有：
（1）抽油杆柱重力。 （静）
（2）油管内柱塞以上 液柱重力。（静）
（3）抽油杆柱和柱塞 以上液柱运动时所产生的 惯性载荷。（动）
（4）摩擦力。（动） （5）抽油杆柱和液柱 运动时所产生的振动载荷。 （动）
游梁式抽油机—抽油泵采油装置图 1-固定阀；2-柱塞；3-油管；4-抽油 杆；5-套管；6-套管三通；7-法兰盘； 8-油管三通；9-光杆密封盒；10-套 管闸门；11-套压表；12-回压闸门； 13-油压表；14-生产闸门；15-悬绳 器；16-驴头；17-中轴承；18-连杆； 19-曲柄；20-减速器；21-电动机；
r LG
②上冲程液柱的最大惯性载荷
Iiu
WL
Sn2 1790
1
r LG
12
抽油机悬点运动规律及悬点载荷
第二节抽油机悬点运动规律及悬点载荷一、教学目的了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
二、教学重点、难点教学重点：1、悬点运动规律；2、载荷计算。
教学难点：1、最大载荷和最小载荷的计算。
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.抽油机悬点运动规律.2.抽油机悬点载荷计算.（一）抽油机悬点运动规律1、简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l≈0、r/b≈0游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆运动时在垂直中心线上的投影(C点)的运动规律相同。
则B 点经过t 时间(曲柄转角φ)时位移为：)cos 1()cos 1(t r r S B ωφ-=-=以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向，则悬点A 的位移为：)cos 1(t r b aS b a S B A ω-==A 点的速度为:tr b a dt dS v A A ωωsin ==A 点的加速度为:tr b a dt dv W A A ωωcos 2==2、简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律 假设条件：l r l r =<<λ 410把B 点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。
A 点位移：b ar SA )sin 2cos 1(2φλφ+-=A 点速度:b ar dt dS v A A )2sin 2(sin φλφω+==A 点加速度:b ar dt dv W A A )2cos (cos 2φλφω+==)1(220m axl r S a +=︒=ωϕ)1(22180m axl r S a --=︒=ωϕ(二)抽油机悬点载荷计算1、悬点所承受的载荷 （1）静载荷包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响。
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr f tf f r
Ir
Il
Wr g
Wl g
WA
W A
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷
上冲程：
I ru W S N r sN 2 (1 ) r 1 W r g 2 l g 2 30 l 1790 Wr S r
2 2
r 1 l
取r/l=1/4时，
I rd
I ru W r
Wr S
SN
2
1440
r ) W r SN
2
下冲程： g 2 l 液柱引起的悬点最大惯性载荷
(1
2
(1
r l
)
1790
2
上冲程：
I lu
Wl S g 2
(1
2
r l
) W l
教学内容：
1. 抽油机悬点运动规律 2. 抽油机悬点载荷计算
一、抽油机悬点运动规律
(一)简化为简谐运动时悬点运动规律
假设条件：r/l0、r/b0 游梁和连杆的连接点B的运动可看 做简谐运动，即认为B点的运动规律
和D点做圆运动时在垂直中心线上的
投影(C点)的运动规律相同。
图3-7 抽油机四连杆机构简图 则B点经过t时间(曲柄转角φ)时位 移为： S B r (1 cos ) r (1 cos t )
3-2抽油机悬点运动规律及载荷分析
Wr frL(s l )g
（2） 两个液柱载荷计算式的区别，即
Wl ( f p fr )Ll g
Wl f pLl g
其中：Wl —又称上下冲程过程中静载荷的变化量或转移 量，即上、下冲程静载荷的差值。
一、游梁式抽油机悬点运动规律
悬点：抽油杆在驴头上的悬挂点。
上冲程前半个冲程为加速运动， 加速度方向向上；后半个冲程为减速 运动，加速度方向向下。
下冲程前半个冲程为加速运动， 加速度方向向下；后半个冲程为减速 运动，加速度方向向上。
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
研究目的：
研究抽油装置动力学，从而进行抽油装置的设计、选择以及工 作状况分析。
游梁式抽油机可以看成四连杆机 构。
四 固定杆：游梁支架轴和曲柄轴
连 杆
的连线
机
构 游动杆：曲柄、连杆和游梁
抽油机悬点运动简图
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为 零。而最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加 速度为零。
上死点处的最大加速度分别为：
amax
s 2(1 2
r) l
0
下死点处的最大加速度分别为：
amax
s 2
2 (1
r l
)
180
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷分析
（二）动载荷
动载荷是随悬点位移或速度变化的载荷。
1.惯性载荷
上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度 向上，则惯性力向下，从而增加悬点载荷；后 半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性 力向上，从而减小悬点载荷。
第二节抽油机悬点运动规律及载荷
2.动载荷(惯性载荷、振动载荷) ①惯性载荷(忽略杆液弹性影响)
抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动， 因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与 悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。
抽油杆柱的惯性力：
Ir
Wr g
WA
液柱的惯性力：
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
m2 1 1) ln m (m2
1) ]vmax
m dt dr
把悬点看做简谐运动，则
max
S 2
SN
动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱
的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。(在考虑抽油杆柱弹
性时最大载荷计算时介绍)
3. 摩擦载荷
(1)抽油杆柱与油管的摩擦力
（杆管）
(2)柱塞与衬套之间的摩擦力
（柱塞与衬套）
(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）
(4)液柱与油管之间的摩擦力
（管液）
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速 度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载 荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
上冲程：
I lu
Wl g
S 2 (1 r )
2
l
Wl
SN 2 1790
1 r
l
下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷 悬点最大惯性载荷
抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动， 因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与 悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。
抽油杆柱的惯性力：
Ir
Wr g
WA
液柱的惯性力：
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
m2 1 1) ln m (m2
1) ]vmax
m dt dr
把悬点看做简谐运动，则
max
S 2
SN
动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱
的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。(在考虑抽油杆柱弹
性时最大载荷计算时介绍)
3. 摩擦载荷
(1)抽油杆柱与油管的摩擦力
（杆管）
(2)柱塞与衬套之间的摩擦力
（柱塞与衬套）
(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）
(4)液柱与油管之间的摩擦力
（管液）
Il
Wl g
WA
fp fr ftf fr
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速 度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载 荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
上冲程：
I lu
Wl g
S 2 (1 r )
2
l
Wl
SN 2 1790
1 r
l
下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷 悬点最大惯性载荷
油井计量原理及功图分析(1)
油井产液量计量原理目前，我厂已经在40多口抽油井、自喷井以及注水井上推广应用了微功耗无线变送器油水井井口自动计量装置，应用范围涉及6个采油队。
这套系统最基本的求产原理、示功图以及泵功图的定性分析有必要向各采油队技术人员做如下介绍，希望能对各位分析油井的生产状况起到作用。
(一)游梁式抽油机井功图法求产原理抽油井示功图的纵坐标为光杆（露出地面，通过悬绳器与驴头连接的第一根光滑的抽油杆）在抽油过程中受力的载荷坐标，横坐标为抽油杆上、下行程时的位移坐标。
抽油机驴头所悬拄的悬绳器承受光杆和井下全部抽油杆柱，并带动最下部有杆泵的柱塞作上、下运动，即一个周期。
相应地可画出一个载荷与位移的函数关系曲线，即示功图。
抽油井生产情况千变万化，井下泵况相当复杂，只有通过自动量油技术或动力仪、诊断仪测得反映有杆泵工作状况的示功图，只有掌握了诊断技术，才能分析和管理好抽油井。
采油二厂管辖的油田抽油机井目前已经有30多口井采用了“功图法”自动计量，相比较采用分离器求产，由于受各种因素影响求产波动较大，而且求产时间较长，不利于快速、准确、及时掌握油井生产动态，直接关系到油田的稳产，流量计或分离器的检修，也大量增加油气操作成本；以往在油田产量紧张时，大多是技术人员通过繁重的油水井大调查工作来摸清所辖井的生产情况，费时费力，其中个别油井因工程技术人员水平差异而无法进行定论，不但增加了井下作业工作量，也存在一定程度的误诊，漏诊，给油田生产造成极大不便。
通过示功图求产可以解决常期困绕油田的各类机采井求产、诊断和综合评判中存在的问题，在一定程度上不仅解决油井的求产困难，而且减轻采油工作者劳动强度。
自动计量系统油井产量提供了一个快速、准确测算方法，使决策部门能够对我厂所辖油井实现宏观上的控制和决策。
1.理论示功图特征分析在实际的示功图分析工作中，为便于分析常常要拿理论示功图与实测示功图进行对比，从中分析该油井的工作状况。
下面就先来了解一下理论示功图的绘制和解释。
抽油机井悬点载荷分析与优化治理对策
抽油机井悬点载荷分析与优化治理对策发表时间：2019-07-18T10:11:45.650Z 来源：《科技尚品》2018年第12期作者：尹宪霞[导读] 随着油田开发进入特高含水开采阶段，定向井和大斜度井比例逐渐增多，导致油井杆管偏磨问题日益突出，同时增大了杆柱载荷。
机采总能耗呈上升趋势，生产成本逐年增高。
抽油机井杆柱主要采用钢制抽油杆，油田抽油机井平均悬点载荷占总悬点载荷的56%；抽油机井平均悬点载荷占总悬点载荷的82%，举升能耗大。
因此，合理降低抽油机井悬点载荷是实施降本增效的有效手段之一。
抽油机井采油技术中，杆柱重占悬点载荷比例最大，因此引入胜利采油厂采油管理四区统计抽油机井检泵原因分析，杆问题是影响检泵的主要因素，占36.4%。
一是杆管偏磨严重，占检泵的21%，采取扶正器预防，活塞效应加剧，流动阻力加大，悬点载荷增加。
二是钢制抽油杆比重大，运行载荷大，以及疲劳极限等影响，杆断脱概率增大，杆断、杆脱检泵分别占14%和 1.4%，同时导致装机功率大，能耗高；为此，减少抽油机井杆管摩擦阻力和降低杆柱载荷是重点攻关方向。
1 降低油井悬点载荷技术1.1 抽油杆降载技术抽油机井采油技术中，杆柱重占悬点载荷比例最大，因此引入轻质抽油杆降低杆柱质量是一项重要措施。
近年来，逐步应用了钢质连续抽油杆、玻璃钢抽油杆和碳纤维复合材料抽油杆等。
1.1.1 钢质连续抽油杆钢质连续抽油杆目前年使用量超过50×10 4 m，其设计取消了连接件（接箍、丝扣、锻造部分和锻造加热过渡区）。
一是减少了抽油杆的失效频率，其质量比同样长度的普通杆轻8%～10%；二是无活塞效应，减小流动阻力，降低断脱概率；三是杆体没有接箍，表面喷镀了涂料，减少了结蜡并有效地克服了杆管偏磨。
但钢质连续抽油杆在现场应用过程中出现卡泵现象，采取分段切割报废而造成浪费。
1.1.2 玻璃钢连续抽油杆玻璃钢抽油杆密度为1.92 g/cm 3，具有密度孝耐腐蚀、延伸率孝弹性大等特点。
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2 2
取r/l=1/4时，
SN 2 I ru Wr 1440
下冲程： 液柱引起的悬点最大惯性载荷 上冲程：
Wr S 2 r SN 2 r I rd (1 ) Wr (1 ) g 2 l 1790 l
Wl S 2 r SN 2 r I lu (1 ) Wl 1 g 2 l 1790 l
amax
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S 2 r (1 ) 2 l
180
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf f r
Wr Ir WA g
Il Wl WA g
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速
图3-11 悬点加速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
图3-10 悬点速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
amax
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S 2 r (1 ) 2 l
180
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷
教学目的：
了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的 计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
教学重点、难点： 教学重点
1、悬点运动规律 2、载荷计算
教学难点
最大载荷和最小载荷的计算
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。
A点的加速度为:
dv A a 2 WA r cos t dt b
图3-8 简谐运动时悬点位移、 速度、加速度曲线
(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律
假设条件：
0 r l 1 r l
把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看 做直线运动，则可把抽油机的运动简化为 曲柄滑块运动。
qr ( s l ) / s qr b qr
b ( s l ) / s
失重系数
②作用在柱塞上的液柱载荷 上冲程:
游动阀关闭，作用在柱塞上 的液柱载荷为：
Wl ( f p f r ) Ll g
下冲程: 游动阀打开，液柱载荷作用于油 管，而不作用于悬点。
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载
荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
图3-11 悬点加速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
图3-10 悬点速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
图3-7 抽油机四连杆机构简图
S B r (1 cos ) r (1 cost a S A S B r (1 cos t ) b b
A点的速度为:
dS A a vA r sin t dt b
A-上冲程
B-下冲程
③沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响 上冲程 在沉没压力作用下，井内
液体克服泵入口设备的阻力进入泵 内，此时液流所具有的压力即吸入 压力。吸入压力作用在柱塞底部产 生向上的载荷:
P i pi f p ( pn pi ) f p
下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对 悬点载荷没有影响。
④井口回压对悬点载荷的影响 液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产 生附加的载荷。 上冲程：增加悬点载荷: P hu ph ( f p f r ) 下冲程：减小抽油杆柱载荷: Phd ph f r 2.动载荷(惯性载荷、振动载荷) ①惯性载荷(忽略杆液弹性影响) 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动， 因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与 悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。
a A点位移： S A r (1 cos sin 2 )
2
b
A点速度:
vA
dS A a r (sin sin 2 ) dt 2 b
dv A a 2 r (cos cos 2 ) A点加速度: WA dt b
图3-9 曲柄滑块机构简图
教学内容：
1. 抽油机悬点运动规律 2. 抽油机悬点载荷计算
一、抽油机悬点运动规律
(一)简化为简谐运动时悬点运动规律
假设条件：r/l0、r/b0 游梁和连杆的连接点B的运动可看 做简谐运动，即认为B点的运动规律
和D点做圆运动时在垂直中心线上的
投影(C点)的运动规律相同。 则B点经过t时间(曲柄转角φ)时位 移为：
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载
荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷
上冲程：
W S r W S N r sN r I ru r 2 (1 ) r 1 Wr 1 g 2 l g 2 30 l 1790 l
二、抽油机悬点载荷计算
(一)悬点所承受的载荷
1.静载荷 包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压 力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响 ①抽油杆柱载荷
上冲程
下冲程
Wr f r s gL qr gL （即杆柱在空气中的重力）
Lg （即杆柱在液体中的重力） Wr f r L( s l ) g qr
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf f r
Wr Ir WA g
Il Wl WA g
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速
取r/l=1/4时，
SN 2 I ru Wr 1440
下冲程： 液柱引起的悬点最大惯性载荷 上冲程：
Wr S 2 r SN 2 r I rd (1 ) Wr (1 ) g 2 l 1790 l
Wl S 2 r SN 2 r I lu (1 ) Wl 1 g 2 l 1790 l
amax
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S 2 r (1 ) 2 l
180
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf f r
Wr Ir WA g
Il Wl WA g
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速
图3-11 悬点加速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
图3-10 悬点速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
amax
amax
0
S 2 r (1 ) 2 l
S 2 r (1 ) 2 l
180
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷
教学目的：
了解抽油机悬点的运动规律，抽油机悬点静载和动载的 计算方法以及最大载荷、最小载荷的位置及其计算值。
教学重点、难点： 教学重点
1、悬点运动规律 2、载荷计算
教学难点
最大载荷和最小载荷的计算
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。
A点的加速度为:
dv A a 2 WA r cos t dt b
图3-8 简谐运动时悬点位移、 速度、加速度曲线
(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律
假设条件：
0 r l 1 r l
把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看 做直线运动，则可把抽油机的运动简化为 曲柄滑块运动。
qr ( s l ) / s qr b qr
b ( s l ) / s
失重系数
②作用在柱塞上的液柱载荷 上冲程:
游动阀关闭，作用在柱塞上 的液柱载荷为：
Wl ( f p f r ) Ll g
下冲程: 游动阀打开，液柱载荷作用于油 管，而不作用于悬点。
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载
荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
图3-11 悬点加速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
图3-10 悬点速度变化曲线 1-按简谐运动计算；2-精确计 算；3-按曲柄滑块机构计算
图3-7 抽油机四连杆机构简图
S B r (1 cos ) r (1 cost a S A S B r (1 cos t ) b b
A点的速度为:
dS A a vA r sin t dt b
A-上冲程
B-下冲程
③沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响 上冲程 在沉没压力作用下，井内
液体克服泵入口设备的阻力进入泵 内，此时液流所具有的压力即吸入 压力。吸入压力作用在柱塞底部产 生向上的载荷:
P i pi f p ( pn pi ) f p
下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对 悬点载荷没有影响。
④井口回压对悬点载荷的影响 液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产 生附加的载荷。 上冲程：增加悬点载荷: P hu ph ( f p f r ) 下冲程：减小抽油杆柱载荷: Phd ph f r 2.动载荷(惯性载荷、振动载荷) ①惯性载荷(忽略杆液弹性影响) 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动， 因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与 悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。
a A点位移： S A r (1 cos sin 2 )
2
b
A点速度:
vA
dS A a r (sin sin 2 ) dt 2 b
dv A a 2 r (cos cos 2 ) A点加速度: WA dt b
图3-9 曲柄滑块机构简图
教学内容：
1. 抽油机悬点运动规律 2. 抽油机悬点载荷计算
一、抽油机悬点运动规律
(一)简化为简谐运动时悬点运动规律
假设条件：r/l0、r/b0 游梁和连杆的连接点B的运动可看 做简谐运动，即认为B点的运动规律
和D点做圆运动时在垂直中心线上的
投影(C点)的运动规律相同。 则B点经过t时间(曲柄转角φ)时位 移为：
度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。
下冲程:与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载
荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。
抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷
上冲程：
W S r W S N r sN r I ru r 2 (1 ) r 1 Wr 1 g 2 l g 2 30 l 1790 l
二、抽油机悬点载荷计算
(一)悬点所承受的载荷
1.静载荷 包括：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压 力对悬点载荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响 ①抽油杆柱载荷
上冲程
下冲程
Wr f r s gL qr gL （即杆柱在空气中的重力）
Lg （即杆柱在液体中的重力） Wr f r L( s l ) g qr
抽油杆柱的惯性力： 液柱的惯性力：
f p fr ftf f r
Wr Ir WA g
Il Wl WA g
为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数
悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向 下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速