第03章有桿泵采油1

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 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應(yīng)用最廣泛的采油方式，我國機(jī)械采油井占總井?dāng)?shù)的90%以上，其中有桿泵占機(jī)采井的90%以上。全國產(chǎn)液量的60、產(chǎn)油量的75%靠有桿抽油采出。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

2、其它附件設(shè)備組成抽油過程介紹抽油過程介紹 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)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，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成往復(fù)運(yùn)動(dòng)。械能，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成往復(fù)運(yùn)動(dòng)。包括：包括：游梁式抽油機(jī)游梁式抽油機(jī)和和無游梁式抽油機(jī)無游梁式抽油機(jī)兩種兩種游梁式抽油機(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

3、程較下沖程慢。圖3-2 后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖圖3-3 前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖游梁和連桿的連接位置不同。不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：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。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)能加大沖程圖3-4 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)雙驢頭游梁式抽油機(jī)鏈條式抽油機(jī)液壓增程抽油機(jī)游梁式抽油機(jī)系列型號(hào)表示方法CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q)游梁式抽油機(jī)系列代號(hào)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，懸點(diǎn)最大載

4、荷，10 kN10 kN光桿最大沖程，光桿最大沖程，m m減速箱曲柄軸最大允許扭矩減速箱曲柄軸最大允許扭矩,kN.m,kN.m減速箱齒輪形代號(hào)，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)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(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)a.結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，質(zhì)量好，連接部分密封可靠；b.制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用壽命長；c.規(guī)格類型能滿足油井排液量的需要，適應(yīng)性強(qiáng)；d.便于起下；e.結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設(shè)備。一般要求按照抽油泵在油管

5、上的固定方式可分為：管式泵管式泵和桿式泵桿式泵主要組成分類A-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。(3)抽油桿：能量傳遞工具。抽油桿的桿體直徑分別為13、16

6、、19、22、25、28mm，抽油桿的長度一般為8000mm或7620mm。接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時(shí)的連接零件。抽油桿的強(qiáng)度：C級(jí)桿(570MPa)、D級(jí)桿(810MPa)超高強(qiáng)度抽油桿(EL級(jí)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。A-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。B-下沖程2)下沖程 柱塞下行，固定閥在

7、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。 SfVp 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： SNfVpm每分鐘的排量為： SNfQpt1440每日排量:泵的理論排量)cos1 ()cos1 (trr

8、SB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)簡化為簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件：r/l0、r/b0圖3-7 抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡圖 游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)可看做簡諧運(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)時(shí)位移為：)cos1 (trbaSbaSBA 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：trbadtdvWAAcos2A點(diǎn)的加速度為:trbadtdSvAAsinA點(diǎn)的速度為:圖3-8 簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)位移、速度、加速度曲線(二)簡化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件： 把B點(diǎn)繞游梁

9、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)簡化為曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)。圖3-9 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡圖A點(diǎn)加速度:bardtdvWAA)2cos(cos2A點(diǎn)位移：barSA)sin2cos1 (2A點(diǎn)速度: bardtdSvAA)2sin2(sinlrlr 10圖3-10 懸點(diǎn)速度變化曲線 1-按簡諧運(yùn)動(dòng)計(jì)算；2-精確計(jì)算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算圖3-11 懸點(diǎn)加速度變化曲線1-按簡諧運(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)1 (220maxlrSa)1 (22180maxlrSa二、抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算1.靜載荷(一)懸點(diǎn)所承受的載荷包括：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓力對(duì)

10、懸點(diǎn)載荷的影響；井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響抽油桿柱載荷上沖程上沖程gLqgLfWrsrr（即桿柱在空氣中的重力）bqqqrslsrr/ )(slsb/ )(下沖程下沖程LgqgLfWrlsrr)(（即桿柱在液體中的重力）失重系數(shù)失重系數(shù)gLffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱載荷上沖程:下沖程:A-上沖程B-下沖程游動(dòng)閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為： 游動(dòng)閥打開，液柱載荷作用于油管，而不作用于懸點(diǎn)。沉沒壓力(泵口壓力)對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響上沖程 在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵入口設(shè)備的阻力進(jìn)入泵內(nèi)，此時(shí)液流所具有的壓力即吸入壓力。吸入壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷:下沖程 吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力

11、對(duì)懸點(diǎn)載荷沒有影響。pinpiifppfpP)(井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響 液流在地面管線中的流動(dòng)阻力所造成的井口回壓對(duì)懸點(diǎn)將產(chǎn)生附加的載荷。 )(rphhuffpP上沖程：上沖程：增加懸點(diǎn)載荷:rhhdfpP下沖程：下沖程：減小抽油桿柱載荷:2.動(dòng)載荷(慣性載荷、振動(dòng)載荷)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。慣性力與質(zhì)量有關(guān)，與懸點(diǎn)加速度的大小成正比，其方向與加速度方向相反。ArrWgWI 抽油桿柱的慣性力：AllWgWI 液柱的慣性力：rtfrpffff 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

12、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。圖3-10 懸點(diǎn)速度變化曲線 1-按簡諧運(yùn)動(dòng)計(jì)算；2-精確計(jì)算；3-按曲柄滑塊機(jī)構(gòu)計(jì)算圖3-11 懸點(diǎn)加速度變化曲線1-按簡諧運(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)1 (220maxlrSa)1 (22180maxlrSaArrWgWI 抽油桿柱的慣性力：AllWgWI 液柱的慣性力：rtfrpffff 為油管過流斷面變化引起液柱

13、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。抽油桿柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷lrsNWlrNSgWlrSgWIrrrru117901302)1 (2222上沖程上沖程：14402SNWIrru取r/l=1/4時(shí)，)1 (1790)1 (222lrSNWlrSgWIrrrd下沖程下沖程：液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷lrSNWlrSgWIlllu1179

14、0)1 (222上沖程：上沖程：下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luruuIII上沖程：上沖程：rddII 下沖程：下沖程：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)3. 摩擦載荷(1)抽油桿柱與油管的摩擦力 （桿管）上沖程主要受(1)、(2)、(4)影響，增加懸點(diǎn)載荷(2)柱塞與襯套之間的摩擦力 （柱塞與襯套）(3)液柱與抽油桿柱之間的摩擦力 （桿液）(4)

15、液柱與油管之間的摩擦力 （管液）(5)液體通過游動(dòng)閥的摩擦力 （閥阻力）下沖程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影響，減小懸點(diǎn)載荷max222) 1(ln) 1(12vmmmmLFrl602maxSNS抽油桿柱與液柱之間的摩擦力 抽油桿柱與液柱間的摩擦發(fā)生在下沖程，摩擦力方向向上。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，最大值為：主要決定因素：液體粘度和抽油桿的運(yùn)動(dòng)速度。把懸點(diǎn)看做簡諧運(yùn)動(dòng)，則液柱與油管間的摩擦力 上沖程時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉，油管內(nèi)的液柱隨抽油桿柱和柱塞上行，液柱與油管間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起的摩擦力的方向向下，故增大懸點(diǎn)載荷。 下沖程液柱與抽油桿柱間的摩擦力約為上沖程中油管與液柱間摩擦

16、力的1.3倍。即：3 . 1rltlFF rtddm 液體通過游動(dòng)閥產(chǎn)生的阻力：圖3-12 標(biāo)準(zhǔn)型凡爾的流量系數(shù) 22322)(1029. 71SNffFoplvf p 柱塞面積柱塞面積f o 閥孔面積閥孔面積NfFrt桿管摩擦力：14094. 0eppddF柱塞與襯套之間的摩擦力： 抽油桿柱載荷、液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點(diǎn)載荷的三項(xiàng)基本載荷。稠油井內(nèi)摩擦載荷及大沉沒度井的沉沒壓力產(chǎn)生的載荷突出；在低沉沒度井內(nèi)，由于泵的充滿程度差，會(huì)發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，將產(chǎn)生較大沖擊載荷，從而影響懸點(diǎn)載荷。ivuhuulrPPFPIWWPmaxvdhddrPFPIWPmin)1 (1790)(2max

17、lrSNWgLffLqIWWPrlrprrulr(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：在下泵深度及沉沒度不很大、井口回壓及沖數(shù)不高的稀油直井內(nèi)，在計(jì)算最大和最小載荷時(shí)，通?？梢院雎訮v、F、Pi、Ph及液柱慣性載荷，則：gLfWgLfLqWlpllrrr)(令：則：)1 (17902maxlrSNWWWPrlrrdrIWP min)1 (17902lrSNWLgqrr 2.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

18、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22222xuatu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:; 00 xu0Lxxu邊界條件; 00tuLxtut0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:tnnaVEfxuEfFnnrxrv02020) 12sin() 12() 1(8用分離變量法求解為：LxntnnVtxunnn212sin) 12sin() 12() 1(8),(0020坐標(biāo)原點(diǎn)選在懸點(diǎn)圖

19、3-13 隨 的變化vFt0懸點(diǎn)的的振動(dòng)載荷是 的周期函數(shù)。t0vaEfFrvmax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：.25,20t20taLtm02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)。tSacos220簡諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸點(diǎn)加速度為：)(cos22axtSax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

20、運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性載荷。dxaxtSgqdFri)(cos22aLttsaEfdxaxtgSqFrrLi20sinsin2)(cos2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：sinsin2) 12sin() 12() 1(8000202aLttttSaEftnnaEfWWFFWWPrnnrlrivlrsin)(sin200maxtaLtSaEfaEfWWPrrlr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tm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

21、公式：0sin2sin2tssrr)sin(2maxaLSaEfWWPrrlra.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：sin2S 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：sin2.Ssin)1 ()sin(2maxaLSaEfWWPrlr油管下端未固定時(shí)懸點(diǎn)最大載荷為：3.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式1371maxSNWWPlrI179012maxSNWWPlrII)1 (17902maxlrSNbWWPrlIII)17901 (2maxSNWWPr

22、lIV)17901)(2maxSNWWPlrV一般井深及低沖數(shù)油井簡諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷簡諧運(yùn)動(dòng)、桿柱慣性載荷簡諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)、桿柱慣性載荷第三節(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。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； 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。 破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。(一)平衡原理 在下沖程中把能量儲(chǔ)存起來，在上沖程中利用儲(chǔ)存的

23、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)在上下沖程中所做功之和的一半。下沖程：dwmdAAA上沖程：wumuAAA平衡條件：mumdAA2duwAAA(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)。(三) 平衡計(jì)算1)復(fù)合平衡圖3-14 復(fù)合平衡

24、cbcccbbubcblrWWRWrbcWXWrbaWWR2平衡半徑公式:2)曲柄平衡平衡半徑公式：cbcccbubcblrWWRWXrWrbaWWR2圖3-15 曲柄平衡3)游梁平衡ubrbXcaWWW)2(1達(dá)到平衡所需要的游梁平衡塊重: 圖3-16 游梁平衡(四)抽油機(jī)平衡檢驗(yàn)方法1)測量驢頭上、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。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

25、M等于曲柄半徑與作用在曲柄銷處的切線力T的乘積，即：rTM sinsinsin)(cosrWrgaacWbcPbaMcAbcom復(fù)合平衡抽油機(jī)：sinsinsinrWrPbaMccr曲柄平衡抽油機(jī)：sinsin)(cosrgaacWbcPbaMAbwb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)式不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩精確計(jì)算相關(guān)式推導(dǎo)要點(diǎn)：力矩平衡、三角幾何關(guān)系推導(dǎo)要點(diǎn)：力矩平衡、三角幾何關(guān)系sinsinrbaPMTFp簡化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。sin)(maxcbcomMWacBPTFM復(fù)合平衡抽油機(jī):sin)(maxccrMBPTFM曲柄平衡抽油機(jī)：)(

26、bwbWacBPTFM游梁平衡抽油機(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。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)不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩簡化計(jì)算相關(guān)式不同平衡方式的抽油機(jī)扭矩簡化計(jì)算相關(guān)式(二)扭矩因數(shù)計(jì)算sinsinrbaPMTFp圖3-17 抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖bLkrrkLb2)cos(2cos022221)(3600(三)懸點(diǎn)位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩曲線b驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)的 角t驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)的 角隨角而變的b和K之間的夾角tbbPR沖程百分?jǐn)?shù)：抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律實(shí)測示功圖懸點(diǎn)載荷與曲柄轉(zhuǎn)

27、角的關(guān)系扭矩因素與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖3-18 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(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maxmaxduMM平衡條件：3.功率分析)()(MN減速箱輸出的瞬時(shí)功率: 202021)(21dMdNNr平均功率：4.效率分析)(4)(2minmaxmaxmaxPPSCPSMeI(五)最大扭矩計(jì)算公式1.計(jì)算最大扭矩的近似公式(1) 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡化為簡諧運(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)簡化條件：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