抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析及載荷計(jì)算

1、1抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析及載荷計(jì)算一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)可簡化為 簡諧運(yùn)動(dòng) 曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)1.1.簡諧運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)簡諧運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)如圖3-16 簡化條件： 這樣就可以忽略連桿和游梁擺動(dòng)的影響，將游梁后臂B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)簡化為：曲柄與連桿連結(jié)點(diǎn)D做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)， 在中垂線上的投影點(diǎn)C的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(如圖3-17所示)。 而C點(diǎn)在平衡點(diǎn)O的來回運(yùn)動(dòng)，就正好是投影點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 0,0lrbr2er懸點(diǎn)（A）：是指光桿與驢頭的相切點(diǎn)。懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)：是指光桿與驢頭相切點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。研究思路：通過研究B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，轉(zhuǎn)化到A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3(1)B點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移為XB： 假定下死

2、點(diǎn)為起始點(diǎn)，取任意一時(shí)刻t，C點(diǎn)離開最遠(yuǎn)點(diǎn)E的位移為： )cos1 ()cos1 (trrXB)cos1 ()cos1 ( trrOCODXc則有下式：取： CBXX（3-1）（3-2）4(2)驢頭懸點(diǎn)A的位移方程：(3)A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度：(4)A點(diǎn)加速度方程：(3-3)(3-4)(3-5)cos1 (trXXbaBbaAtrbadtdXVAAsintrbadtdVWAAcos256 驢頭位置 最低 中間 最高 中間 最低 方向 （+） （+） （-） （-） 方向 （+） （-） （-） （+） 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 加速 加速 減速 慣性力方向 慣性力對(duì)懸點(diǎn)載荷影響 最大值 AVAWAW0)1 (2lrW

3、s180)1(2lrWs72.曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)條件：410lr(1)B點(diǎn)的位移方程：BOBOXBcoscoslrBO)cos1 ()cos1(1rXBrlBO8由三角關(guān)得：sinsinrlCDsinsinsinlr222sin1sin1cos2221sin1按二項(xiàng)式展開，取前二項(xiàng))sincos1 (22 rXB(3-7)式中：lr0cos229(3)A點(diǎn)的速度方程：(4)A點(diǎn)的加速度方程：(5)A點(diǎn)最大位移(光桿沖程)：)sin2 2r(sin badtdXVAA)2cos(cos2rbadtdVWAArbaXbaXSBA2maxmax(3-9)(3-10)(3-11)(2)驢頭懸點(diǎn)A點(diǎn)位移方程：

4、)sin2cos1 (2rbaXA（3-8）10(6)A點(diǎn)加速度的極值加速度的極值點(diǎn) 驢頭下死點(diǎn),0)1 (2)1 ()(220maxlrSlrrbaWoA驢頭上死點(diǎn),180)1 (2)1()(22180minlrSlrrbaWoA(3-12)(3-13)0ddWA 加速度的極值發(fā)生在驢頭的上下死點(diǎn)加速度的極值發(fā)生在驢頭的上下死點(diǎn)1112 二、抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷分析二、抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷分析. . 靜載荷抽油桿柱和液柱載荷、泵的沉沒 壓力、井口油壓 懸點(diǎn)載荷 動(dòng)載荷抽油桿柱和液柱的慣性載荷、振動(dòng)和沖擊載荷、摩擦載荷等1.抽油桿柱載荷上沖程抽油桿柱在空氣中的重力Wr 注意：力質(zhì)量加速度 (3-1

5、4)LqgLfWsrrr13 (3-15)式中 Wr抽油桿柱在空氣中的重力，N；fr抽油柱柱截面積，m2；s抽油桿材料的密度，s7850Kg/m3；g重力加速度，m/2；L抽油桿柱長度，m；qr每米抽油桿柱在空氣中的重力，N/m； Wr抽油桿在液體中的重力，N；qr每米抽油桿柱在液體中的重力(見表3-3),N/m； l液體的密度，Kg/m3。下沖程 抽油桿柱在液體中的重力Wr液體浮力作用LqgLfWrlsrr)(14式中：bqqgfqrslsrsslsrr)()(slsb抽油桿在液體中的失重系數(shù)(3-16)2.液柱載荷 WL 只有上沖程液柱載荷才作用于驢頭懸點(diǎn) WL(fPfr)Lmlg (3-

6、17)式中：WL作用在活塞上的液柱載荷，Nfp活塞截面積，m2 fr抽油桿柱截面積，m2153.慣性載荷 (1)慣性載荷的形成 P慣與既與抽油桿柱和液柱的質(zhì)量有關(guān)，還與懸點(diǎn)的WA成正比，其方向與加速度方向相反。 (2)加速度與慣性載荷的關(guān)系：一個(gè)沖程可分為四個(gè)階段：如圖3-20ml油水混合液的密度，Kg/m3 mlnww(1nw)o (3-18)nW原油含水率，o 、W水的密度，Kg/m3。1617沖 程 加速度 慣性力 對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響 00900 向上 向下 增大懸點(diǎn)載荷 上沖程 9001800 向下 向上 減小懸點(diǎn)載荷 18002700 向下 向上 減小懸點(diǎn)載荷 下沖程 27003600

7、 向上 向下 增大懸點(diǎn)載荷 表表3-4 加速度對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響加速度對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響18(3)慣性載荷的計(jì)算 條件：抽油桿柱和液柱看成是剛體式中： Ir、Il 分別為抽油桿柱和液柱的慣性載荷，N； g重力加速度，9.81m/s2； 油管過流斷面(比活塞)擴(kuò)大引起的液柱加速度降 低系數(shù)。ft油管過流截面積，m2（3-19）（3-20）ArragWI AllagWI 19rtrpffff_（3-21） 慣性載荷的極值也將發(fā)生在驢頭運(yùn)動(dòng)的上下死點(diǎn)：)1 (220maxmaxlrSgWagWIrArro)1 ()602(22lrnSgWr)1 (17902lrSnWr+=602 n(3-22)2001

8、80minminArragWI)1 (2_2lrSgWr)1 (1790_2_lrSnWr=(3-23)1 (22maxlrSgWIll)1 (17902lrSnWl液柱的慣生載荷只在上沖程存在:(3-24)21小結(jié)：上沖程懸點(diǎn)最大慣性載荷： 下沖程懸點(diǎn)最大慣性載荷：注意：在某些情況下，可忽略液柱引起的慣性載荷。如當(dāng)油中含水低，在液柱中氣液比較高和沖數(shù)較小時(shí)。（我國往往是使用的慢沖數(shù)抽油機(jī)） max lmaxr maxIII上maxr maxII下22 4.摩擦載荷抽油機(jī)工作中，作用在懸點(diǎn)的摩擦載荷主要有以下幾對(duì)： (1)活塞襯套之間的摩擦力：(活塞與襯套） 其值與活塞與襯套的配合、泵徑大小有

9、關(guān)。直井可忽略(2)抽油桿油管之間的摩擦力（桿管）直井可忽略(3)液柱與油管的摩擦力（液管）主要取決于液流速度和液體粘度(4)液柱與抽油桿之間的摩擦力；（液桿）(5)液體通過游動(dòng)閥的摩擦力： 主要取決于游動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)、液流速度和液體粘度。23上沖程主要受(1) (2) (3)的影響，增加懸點(diǎn)載荷；下沖程主要受(1) (2) (4) (5)的影響，減少懸點(diǎn)載荷。；分析的關(guān)鍵： (1)摩擦力與運(yùn)動(dòng)物體的方向相反； (2)上沖程產(chǎn)生的摩擦載荷總是使懸點(diǎn)載荷增加；下沖程正好相反。（3）有三種情況沒有摩擦力存在。245.其它載荷 (1)振動(dòng)載荷由于交變載荷(慣性載荷的變化和液柱載荷的交替作用)引起抽油桿柱

10、的振動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)載荷。（一般對(duì)于下泵不太深、沖數(shù)不大的井，可忽略。） (2)沉沒壓力和井口壓力 由于沉沒壓力使懸點(diǎn)載荷減輕，（上沖程，產(chǎn)生向上頂浮作用；下沖程無）；井口壓力（即井口回壓）使懸點(diǎn)載荷增加，（下沖程減輕抽油桿柱載荷）二者方向相反，可部分抵消，因此，在計(jì)算中可忽略。25 忽略沉沒壓力、井口壓力、摩擦載荷和沖擊振動(dòng)載荷。上沖程懸點(diǎn)所受的力主要有：下沖程懸點(diǎn)所受的力主要有：二、懸點(diǎn)最大和最小載荷計(jì)算二、懸點(diǎn)最大和最小載荷計(jì)算1.計(jì)算懸點(diǎn)最大和最小載荷的一般公式)180()0(minmaxrrlrIIWW，)180()360(minmaxrrrIIW，26懸點(diǎn)最大載荷發(fā)生在上沖程起始點(diǎn)

11、(0,驢頭下死點(diǎn))最小載荷發(fā)生在下沖程起始點(diǎn)(180,驢頭上死點(diǎn))。懸點(diǎn)最大載荷為：)1 (17902lrSnWWWrlrmaxmaxrlrIWWW27gLfWgLfWgLffWbWgLfWWgLfWlrllpllrplrlrrrrrr )( lrlrWWWW28)1 (17902maxlrSnWWWWrlr)1 (17902lrSnWWWrlr)1 (17902lrSnbWWrl(3-25)則若取, 4/1/ lr(3-26)14401 (2maxSnWWWrl29懸點(diǎn)最小載荷計(jì)算公式則為：)1 (17902lrSnWWrr)1 (17902lrSnbWr(3-27)minminrrIWW適

12、用條件：下泵深度和沉沒度不太大，井口回壓及沖數(shù)不太高的稀油直井。302.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式公式)1371)(maxSnWWPlr公式)17901)(2maxSnWWPlr)1 (17902maxlrSnbWWPrl公式適用于低沖次一般井深簡諧運(yùn)動(dòng)(短沖程)，考慮摩擦影響(用Wl代替Wl)和液柱慣性載荷曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，忽略摩擦載荷和液柱慣性載荷31公式)17901)(2maxSnWWPlr三、三種抽汲運(yùn)動(dòng)的對(duì)比簡諧運(yùn)動(dòng)，忽略摩擦載荷，考慮了液柱慣性載荷為簡諧運(yùn)動(dòng)，忽略摩擦載荷和液柱慣性載荷)17901 (2maxSnWWPlr公式3222sWa1790)(2SnWWPlrr17902SnW

13、Prr17902maxSnWWWPrlr17902minSnWWPrr)1 (22lrSWA)1 (22lrSWA)1 (1790)(2lrSnWWPlrr)1 (17902lrSnWPrr)1 (17901)(2maxlrSnWWPrl)1 (17902minlrSnWWPrr)1 (22lrSWA)1 (22lrSWA)1 (1790)(2lrSnWWPlrr)1 (17902lrSnWPrr)1 (17901)(2minlrSnWWPlr)1 (17902minlrSnWWPrr表3-5 三種抽汲運(yùn)動(dòng)的對(duì)比簡諧運(yùn)動(dòng)曲 柄 滑 塊 運(yùn) 動(dòng)普通抽油機(jī)前置型抽油機(jī)00時(shí)加速度的極值22SWa1

14、800時(shí)加速度的極值最大光桿慣性載荷最小光桿慣性載荷最大光桿載荷最小光桿載荷33例例3 31 1 某油井使用CYJ5-2.1-13HB型抽油機(jī)，泵掛深度L930m，泵徑D=56mm，沖程1.4m，沖數(shù)9次/分，使用 油管，3/4抽油桿，原油密度900kg/m3，油井含水33。試計(jì)算懸點(diǎn)最大和最小載荷，并計(jì)算各種載荷占最大載荷的百分比。 解解： 0.331000(10.33)900 933 kg/m3 根據(jù)抽油機(jī)型號(hào)CYJ-5-2.1-13HB，查得連桿長度L1800mm；當(dāng)沖程長度1.4m時(shí)，曲柄半徑r495mm。從表3-3中查得3/4抽油桿在空氣中重力為23.8N/m，在相對(duì)密度為0.933

15、的液體中的重力為21.0N/m。 0)1 (WWWlff21234 2.由抽油機(jī)型號(hào)CYJ-5-2.1-13HB，查l1800mm 由1.4米，查r495mm, 由表3-3查dr=3/4時(shí)，qr= 23.8N/m， 在相對(duì)密度為0.933的液體中, qr =21.0N/m。NLqWrr221349308 .23NLqWrr195309300 .21gLffWmlrpl)(N1855693081. 993310)83. 263.24(435)1 (17902lrSnWPrrN1788)18004951 (179094 . 1221342NlrSnWWWPrlr42478 17881855622134 )1 (17902max36)1 (17902minlrSnWWPrrN18513)18004951 (179094 . 122134195302各種載荷占最大載荷的比例：%1 .524247822134/maxPWr%7 .4342478/18556/maxPWl%2 . 442478/1788P