《人工舉升理論》

有桿泵采油典型特點(diǎn)：地面能量通過(guò)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(guò)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(guò)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(guó)最廣泛應(yīng)用的采油方式，大約有60%以上的油井采油采用該舉升方式。精選課件抽油機(jī)井設(shè)備與工作原理一、抽油裝置

抽油機(jī)抽油桿抽油泵其它附件設(shè)備組成精選課件(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)械能，包括游梁式抽油機(jī)和無(wú)游梁式抽油機(jī)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)備和輔助裝置精選課件工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)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(guò)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)。工作原理游梁式抽油機(jī)分類后置式和前置式精選課件③運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同—后置式上、下沖程的時(shí)間基本相等；前置式上沖程較下沖程慢。圖3-2后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖3-3前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

不同點(diǎn)：①游梁和連桿的連接位置不同。②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。精選課件新型抽油機(jī)：為了節(jié)能和加大沖程。 異相型游梁式抽油機(jī)

節(jié)能加大沖程異形游梁式抽油機(jī)雙驢頭游梁式抽油機(jī)鏈條式抽油機(jī)皮帶傳動(dòng)抽油機(jī)液壓抽油機(jī) 塔架式摩擦換向抽油機(jī)精選課件雙驢頭抽油機(jī)（平衡性好，節(jié)能）精選課件調(diào)徑變矩游梁抽油機(jī)精選課件擺桿抽油機(jī)（勝利油田已用幾十臺(tái)）精選課件皮帶式抽油機(jī)精選課件塔架式摩擦換向抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)采用開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)用變頻調(diào)速控制電機(jī)轉(zhuǎn)速減速器采用擺線針輪減速器電機(jī)、減速器、摩擦輪用聯(lián)軸器連接摩擦輪上繞鋼絲繩鋼絲繩一端連光桿,另一端連平衡配重電動(dòng)機(jī)由程序控制正反轉(zhuǎn)摩擦輪與鋼絲繩通過(guò)表面摩擦力實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與能量的傳遞,從而實(shí)現(xiàn)懸點(diǎn)上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。精選課件(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)一般要求按照抽油泵在油管中的固定方式可分為：管式泵和桿式泵主要組成分類a.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)；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。精選課件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)。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(guò)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。管式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。精選課件(3)抽油桿：能量傳遞工具。1-外螺紋接頭；2-卸荷槽；3-推承面臺(tái)肩；4-扳手方徑；5-凸緣；6-圓弧過(guò)渡區(qū)精選課件二、泵的工作原理(一)泵的抽汲過(guò)程管內(nèi)液柱壓力和自重作用而關(guān)閉。泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒(méi)壓力。1)上沖程

抽油桿柱帶著柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)閥受泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液柱壓力(沉沒(méi)壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開(kāi)。泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。精選課件泵排出的條件：

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(guò)程。光桿沖程：光桿從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離。2)下沖程

柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。 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(kāi)。柱塞下部的液體通過(guò)游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。精選課件（二)泵的理論排量

泵的工作過(guò)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。 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：

V=fpSVm=fpSN每分鐘的排量為：Qt=1440fpSN=kpSN每日排量:精選課件主要內(nèi)容5．常規(guī)有桿泵采油（1）抽油機(jī)井設(shè)備與工作原理（2）抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)行為預(yù)測(cè)（3）抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與故障診斷（4）抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)效率分析精選課件SB=r(1?cosφ)=r(1?cosωt)

抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)行為預(yù)測(cè)

一、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

(一)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律假設(shè)條件：r/l≈0、r/b≈0 游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)可看做簡(jiǎn)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(guò)t時(shí)間(曲柄轉(zhuǎn)角φ)時(shí)位移為：圖3-7抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖精選課件ababSA=SB=r(1?cosωt)

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：A點(diǎn)的速度為:圖3-7抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

dSAa dtbA點(diǎn)的加速度為:

dVAa2

dtb

圖3-8簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)位移、 速度、加速度曲線精選課件WA==ωr(cosφ+λcos2φ)(二)簡(jiǎn)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：0<r/l<1/4 把B點(diǎn)繞游梁支點(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(jiǎn)化為曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)。A點(diǎn)加速度:dVA2

dtA點(diǎn)位移：absin2φ)λ2SA=r(1?cosφ+A點(diǎn)速度:abdSA

dtsin2φ)λ

2VA==ωr(sinφ+ab

圖3-9曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖精選課件

圖3-11懸點(diǎn)加速度變化曲線 1-按簡(jiǎn)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3-10懸點(diǎn)速度變化曲線1-按簡(jiǎn)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.精選課件游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精確解參考文獻(xiàn)：《游梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精確解》假定曲柄由12點(diǎn)鐘位置開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)。在△OBD中,根據(jù)余弦定理式中θ為任意時(shí)刻游梁擺角,即游梁后臂與Y方向的夾角;ψ為任意時(shí)刻J和-Y方向的夾角;φ為曲柄轉(zhuǎn)角,它等于角速度ω與時(shí)間t的乘積。由式（1）得：式(4)即為游梁擺動(dòng)方程。J和ψ都只為φ的函數(shù),因此θ也只為φ的函數(shù)。設(shè)下死點(diǎn)時(shí)θ角為θ。，位移為0。懸點(diǎn)的位移：X=a(θ-θ。)精選課件二、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：抽油桿柱自重載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒(méi)壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響；井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響。①抽油桿柱載荷rq′=qr(ρs?ρl)/ρs=qrbb=(ρs?ρl)/ρsr上沖程：Wr=frρsgL=qrgL（即桿柱在空氣中的重力）下沖程：Wr′=frL(ρs?ρl)g=q′Lg（即桿柱在液體中的重力）精選課件Wl=(fp?fr)Lρlg②作用在柱塞上的液柱載荷上沖程游動(dòng)閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為：下沖程游動(dòng)閥打開(kāi)，液柱載荷作用于油管，而不作用于懸點(diǎn)。③沉沒(méi)壓力(泵口壓力)對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響上沖程在沉沒(méi)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(méi)壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷沒(méi)有影響。Wi=pifp=(pn?Δpi)fp精選課件④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。Phu=ph(fp?fr)

Phd=phfr上沖程：增加懸點(diǎn)載荷:下沖程：減小抽油桿柱載荷:精選課件2.動(dòng)載荷(慣性載荷、振動(dòng)載荷) ①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。Wr

gaAIr=抽油桿柱的慣性力：Wl

gaAεIl=液柱的慣性力：fp?frftf?frε=

為油管過(guò)流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)精選課件上沖程: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。精選課件ω(1+)=WrS?πN??r??1+?ω(1?)=?WrSNrω(1+)ε=Wl?1+?ε抽油桿柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷Iru=

SN2?r?1790?l?

2

???1+?=Wrg2?30??l?WrS2r g2l上沖程：

SN21432Iru=Wr取r/l=1/4時(shí)，22r l

(1?)1790l?WrS g2Ird=下沖程：液柱引起的懸點(diǎn)最大慣性載荷Ilu=

SN2?r?1790?l?WlS2r g2l上沖程：下沖程中液柱不隨懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有液柱慣性載荷懸點(diǎn)最大慣性載荷Iu=Iru+Ilu

Id=Ird上沖程：下沖程：精選課件②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(zhǎng)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)精選課件3.摩擦載荷(1)抽油桿柱與油管的摩擦力(2)柱塞與襯套之間的摩擦力(3)液柱與抽油桿柱之間的摩擦力(4)液柱與油管之間的摩擦力(5)液體通過(guò)游動(dòng)閥的摩擦力（桿管）（柱塞與襯套）（桿液）（管液）（閥阻力）上沖程主要受(1)、(2)、(4)影響，增加懸點(diǎn)載荷下沖程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影響，減小懸點(diǎn)載荷精選課件(m+1)lnm?(m?1)ω=SπSN260υmax=①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：把懸點(diǎn)看做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則

主要決定因素：液體粘度和抽油桿的運(yùn)動(dòng)速度。②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。

Frl1.3Ftl=22]υmaxm2?1Frl=2πμL[dtdrm=精選課件7.29×10ξfoFrt=f?N③桿管摩擦力：⑤液體通過(guò)游動(dòng)閥產(chǎn)生的阻力：232(SN)1ρlfp

22Fv=ρlhfpg=

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)存在摩擦載荷及大沉沒(méi)度的井沉沒(méi)壓力產(chǎn)生的載荷；在低沉沒(méi)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。?1400.94dp

deFp=④柱塞與襯套之間的摩擦力：小于1717N精選課件WrSNr(1+)SNr(1?)21790lPmax(1+)=Wr+Wl+Iru=[qrL+(fp?fr)Lρl]g+(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(méi)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、Fu、Pd、Pi、Ph及液柱慣性載荷，則：Wr′=(qrL?frLρl)gWl′=fpLρlg令：rl則：PmaxWrSN2

1790=Wr′+Wl′+21790lPmin=Wr′+Ird=q′rLg?WrvivPmax=Wr+Wl+Iu+Phu+Fu+P?PPmin=Wr′+Id?Phd?Fd?P3-293-30精選課件除了液柱和抽油桿柱產(chǎn)生的靜載荷之外，液柱的加載還會(huì)在抽油桿柱上引起振動(dòng)載荷。初變形期末抽油桿柱運(yùn)動(dòng)，液柱加載引起的縱振產(chǎn)生的振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：從上沖程開(kāi)始到液柱載荷加載完畢的過(guò)程。 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(guò)程中，動(dòng)載荷動(dòng)載荷抽油桿柱做變速運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷忽略液柱對(duì)抽油桿柱動(dòng)載荷的影響精選課件?t2?u∑∑

2?x2?2u

2=a

①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:=0;x=0u=0x=L?u?x邊界條件ut=0=0;

xL?u

?t=?υt=0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:28EfrV

π2a?u?xsin(2n+1)ω0t

(?1)n(2n+1)=Fv=?Efr

∞n=0x=0用分離變量法求解為：2n+1πx

2Lsin(2n+1)ω0tsin

(?1)n(2n+1)3

?8Vω0π2u(x,t)=

∞n=0坐標(biāo)原點(diǎn)選在懸點(diǎn)精選課件∑振動(dòng)載荷是的周期函數(shù)。ω0tvEfr

aFvmax=上式懸點(diǎn)的振動(dòng)載荷繪圖如下:28EfrV

π2a?u?xsin(2n+1)ω0t

(?1)n(2n+1)=Fv=?Efr

∞n=0x=0

π5

最大振動(dòng)載荷發(fā)生在

22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，

2即：

tm==

a精選課件振動(dòng)時(shí)，dx微元段的軸向伸長(zhǎng)。?x該微元段的應(yīng)變?yōu)?x，對(duì)應(yīng)的軸向式(4)帶入式(2),令a=ρ2?u

桿的縱向振動(dòng)

假設(shè)桿的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，密度為ρ，橫截面積為S，彈性模量為E，設(shè)桿的橫截面在縱向振動(dòng)中始終保持干面，略去桿的縱向伸縮而引起的橫向變形。設(shè)桿上距原點(diǎn)x處在時(shí)刻t的縱向位移為u(x,t),

?u dx模型見(jiàn)圖。從彈性體上提取一微元段dx，該微元段的振動(dòng)方程為：?P

?x=P+?2u?t2ρSdxma=F?P?x=?2u

?t2ρS內(nèi)力為：dx?u?u?xP(x)=SEε(x)=SE?u?2u?x2=SE

??u?x?x=SE?P?x

2?2x=a?2u?t2E牛頓第二定律dx?P(1)(3)(2)(4)(5)精選課件ω2cosω(t′?)S2ω2cosωt′a0=簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，懸點(diǎn)加速度為：xaS2ax=抽油桿柱距懸點(diǎn)x處的加速度為：

②抽油桿柱的慣性載荷

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(wèn)題簡(jiǎn)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)做加速度運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的慣性載荷。 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)加速度的變化規(guī)律決定于抽油機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)。精選課件ω2cosω(t′?)dxFi=∫′t?)dx=cosω(ω?sinωt?sinω?t???xaqrS g2dFi=xaEfrs?'?'L??

L0a2??a??qrSω2

2g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：精選課件∑=n0(2n+1)2sin(2n+1)ω0taπ(t0+t)?sinω??t0+t?L??]ω[sinω+υ+×ω[sinω(t0+)?sinωt0]a2?a?=Wr′+Wl′+8Efrυ∞(?1)n

2EfrSL a2aEfr

aPmax=Wr′+Wl′+③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、振動(dòng)和慣性載 荷疊加而成，即:

''

EfrSt0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)最大載荷的公式：Latm==

π2ω0精選課件υ=ψ.υλ=ψωsinαλsin(αλ+)?(1?ψ)sinαλ?)EfrS a2ωL aωsin(αλr+Pmax=Wr′+Wl′+a.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

ss

22

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：ωsinαλS2υλ=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：S2??ωL aEfrSω?

a2??Pmax=Wr′+Wl′+油管下端未固定時(shí)懸點(diǎn)最大載荷為：精選課件SNrPmax=(Wrl′)?1++W?PPPP=(Wrl′)??1++WSN2?1790??3.計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式

SN?137?I? ????

IImax

21790l

IIImax(1+)]=Wl′+Wr[b+)

SN21790

IVmax=Wl+Wr(1+)

SN21790

Vmax=(Wr+Wl)(1+一般井深及低沖數(shù)油井簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱慣性載荷簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、桿柱和液柱慣性載荷精選課件二、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(guò)程中減速箱輸出軸(曲柄軸)的扭矩M等于曲柄半徑與作用在曲柄銷處的切線力T的乘積，即：M=rT圖3-17抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖精選課件Mcom=[P?Wb(cosθ?Mwb=[P?Wb(cosθ?)]rsinα

sinβacbbcaAag?Wc'rsinφ復(fù)合平衡抽油機(jī)：rsinα

sinβPab?Wc′rsinφMcr=曲柄平衡抽油機(jī)：)]rsinα

sinβacbbcaAag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)式作業(yè)題：上述公式的詳細(xì)推導(dǎo)。提示：參考相關(guān)論文。圖3-17抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖精選課件Mcom=TF[P?(B+Wb)]?McmaxsinφMwb=TF[P?(B+Wb)]TF==bsinβasinα

rMp

P

c aMcr=TF(P?B)?Mcmaxsinφ

c a復(fù)合平衡抽油機(jī):

曲柄平衡抽油機(jī)： 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(kāi)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(jiǎn)化計(jì)算相關(guān)式簡(jiǎn)化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。精選課件TF==bsinβ(二)扭矩因數(shù)計(jì)算asinα

rMp

P圖3-17抽油機(jī)幾何尺寸與曲銷受力圖b2+L2?k2?r2+2krcos(φ+φ0) 2bLβ=cos?1α=360°?[β+ψ+(φ+φ0)]精選課件扭矩曲線ψb—驢頭在下死點(diǎn)位置時(shí)的ψ角ψt—驢頭在上死點(diǎn)位置時(shí)的ψ角ψ—隨φ角而變的b和K之間的夾角

ψb?ψψb?ψtPR=沖程百分?jǐn)?shù)：實(shí)測(cè)示功圖(三)懸點(diǎn)位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系

抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 懸點(diǎn)載荷與曲柄

轉(zhuǎn)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.曲柄平衡扭矩精選課件∫∫(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”平衡條件：Mumax=Mdmax

N(φ)=M(φ)ω2.判斷及計(jì)算平衡3.功率分析

減速箱輸出的瞬時(shí)功率:

2π0

2π0

12π

12πM(φ)ωdφN(φ)dφ=Nr=減速箱的平均輸出功率：

電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率：電動(dòng)機(jī)輸入的平均功率：

Nr

ηcyjNmoηmNmo=Nmi=4.效率分析電機(jī)、皮帶傳動(dòng)、減速箱的效率分析。精選課件Ce=B+Wb+S4S2MmaxI=(Pmax?Ce)=(Pmax?Pmin)(1)抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)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(jiǎn)化條件：有效平衡值Ce：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)載荷值。在平衡條件下：(Pmax+Pmin) 2Ce=baca(WcbR+WcRc)/r(五)最大扭矩計(jì)算公式

1.根據(jù)扭矩曲線計(jì)算最大扭矩 2.計(jì)算最大扭矩的近似公式精選課件HPH==η

QLg86400QlρlLg

86400

Wl′Sn60×1000HPPR=(3)光桿功率計(jì)算的近似計(jì)算：（二）抽油效率計(jì)算

水力功率：在一定時(shí)間內(nèi)將一定量的液體提升一定距離所需要的功 率。光桿功率：通過(guò)光桿來(lái)提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。

Asnc×100l×60×1000HPPR=(1)根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖準(zhǔn)確計(jì)算：(2)根據(jù)示功圖準(zhǔn)確計(jì)算光桿平均功率。精選課件HPPR

Nm=η地面地面效率：電動(dòng)機(jī)效率皮帶和減速箱效率四連桿機(jī)構(gòu)效率 盤(pán)根盒效率抽油桿效率抽油泵效率管柱效率

HPHHPPRη井下=井下效率：HPH

Nm=η抽油=η地面×η井下抽油效率：精選課件1人工舉升理論

人工舉升理論講課：王海文單位：中國(guó)石油大學(xué)（華東） 石油工程學(xué)院郵件：hwwang@辦公：工科樓B座414室

地點(diǎn)：石油大學(xué)青島校區(qū)時(shí)間：2009年3-4月碩士研究生課程（續(xù)）精選課件2η=Q/Qt

人工舉升理論

第四節(jié)泵效計(jì)算泵效：在抽油井生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。影響泵效的因素(1)抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮Sp

Sη入=(2)氣體和充不滿的影響(3)漏失影響V液V活β=(4)體積系數(shù)的影響

1BlηB=地面產(chǎn)液量精選課件3

人工舉升理論一、柱塞沖程

交變載荷作用 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮 柱塞沖程小于光桿沖程 泵效小于1

(一)靜載荷作用下的柱塞沖程

液柱載荷交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長(zhǎng)和縮短。 抽油桿柱和油管柱的自重伸長(zhǎng)在泵工作的整個(gè)過(guò)程中是不變的，它們不會(huì)影響柱塞沖程。精選課件WL′L114)(+

(+Efrtf)=fpρlLfgLL Efrftλ=沖程損失計(jì)算式：

人工舉升理論

沖程損失：λ=λr+λt柱塞沖程：

Sp=S?(λr+λt)=S?λ精選課件Li+∑人工舉升理論()

mi=1frifpρlLfgL Eft多級(jí)抽油桿的沖程損失：λ=沖程損失的影響因素分析：

(1)油層供液狀況和生產(chǎn)流體的性質(zhì)；

(2)抽油桿和油管的性質(zhì)、組合；

(3)下泵深度；

(4)抽油泵的規(guī)格。

5精選課件6

人工舉升理論(二)考慮慣性載荷后柱塞沖程的計(jì)算

當(dāng)懸點(diǎn)上升到上死點(diǎn)時(shí)，抽油桿柱有向下的(負(fù)的)最大 加速度和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下 還會(huì)帶著柱塞繼續(xù)上行λ′。 當(dāng)懸點(diǎn)下行到下死點(diǎn)后，抽油桿的慣性力向下，使抽油 桿柱伸長(zhǎng)，柱塞又比靜載變形時(shí)向下多移動(dòng)一段距離λ′′。λi=λ′+λ′′柱塞沖程增加量：精選課件上沖程：λ′==WrSNL下沖程：λ′′==WrSNLWrSNLWrNL7

21790frEλi=)?λ

21790frESp=S?λ+λi=S(1+由于抽油桿柱上各點(diǎn)所承受的慣性力不同，計(jì)算中近似取其平均值，即：

人工舉升理論根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：) )rl r l

IrdL2frE IrdL

2frE(1?

(1+

22×1790×frE

2

2×1790×frE精選課件

人工舉升理論(三)抽油桿柱的振動(dòng)對(duì)柱塞沖程的影響

液柱載荷交變作用

抽油桿柱變速運(yùn)動(dòng) 理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：抽油桿柱本身振動(dòng)的相位在上下沖程中幾乎是對(duì)稱的，即如果上沖程末抽油桿柱伸長(zhǎng)，則下沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動(dòng)引起的伸縮對(duì)柱塞沖程的影響是一致，即要增加都增加，要減小都減小。其增減情況取決于抽油桿柱自由振動(dòng)與懸點(diǎn)擺動(dòng)引起的強(qiáng)迫振動(dòng)的相位配合。

8抽油桿柱振動(dòng)抽油桿柱變形精選課件9人工舉升理論

因此，抽油桿柱振動(dòng)對(duì)柱塞沖程的影響存在著沖次、沖程配合的有利與不利區(qū)域。超沖程現(xiàn)象精選課件β==10法打開(kāi)，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。

余隙比：K=Vs/Vp氣鎖：抽汲時(shí)由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無(wú)?K=1?KR

1+R1+K

1+RVl'Vpb

人工舉升理論二、泵的充滿程度

條件：Pin<P充滿系數(shù)：精選課件?K=1?KR

1+R1+K

1+Rβ=

人工舉升理論泵充滿程度的影響因素分析：泵吸入口 壓力(1)生產(chǎn)流體的性質(zhì)—?dú)庖罕?/p>

R愈小，β就越大。增加泵的沉沒(méi)深度或使用氣錨。 下死點(diǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下柱塞 與泵吸入口的距離(2)防沖距

K值越小，β值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。

11精選課件

人工舉升理論三、泵的漏失(1)排出部分漏失(2)吸入部分漏失(3)其它部分漏失影響泵效漏失

如油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴(yán)等

漏失很難計(jì)算，除了新泵可根據(jù)試泵實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和相關(guān)式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產(chǎn)生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴(yán)等所產(chǎn)生的漏失很難計(jì)算。

12精選課件πDegΔHπDegΔH12υ?πDeυp213

人工舉升理論柱塞與襯套間隙漏失計(jì)算

312υl靜止條件下的漏失量：q1=

q

86400ηλβηBQtηL=1?1l12.3總漏失量為：q=q1?q2=所以只考慮柱塞間隙漏失時(shí)，漏失系數(shù)為：精選課件14人工舉升理論四、提高泵效的措施(1)選擇合理的工作方式①選用長(zhǎng)沖程、慢沖次，減小氣體影響，降低懸點(diǎn)載荷，特別是稠油的井。②連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。③深井抽汲時(shí)，S和N的選擇一定要避開(kāi)不利配合區(qū)。(2)確定合理沉沒(méi)度。(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。(4)使用油管錨減少?zèng)_程損失(5)合理利用氣體能量及減少氣體影響精選課件15人工舉升理論123a簡(jiǎn)單氣錨1—孔眼；2—吸入管；3—外筒4 5 6 7b井下分離器4—中心管；5—外筒；6—套管；氣

7—封隔器油重力式氣錨分離原理精選課件16人工舉升理論旋流分離器利用離心力原理分離氣液（固）體。氣液（固）混合物由切線方向進(jìn)入分離器后，沿分離器筒體旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力。離心力與液（固）體顆粒的密度成正比。液（固）體顆粒的密度比氣體大得多，于是液（固）體顆粒就被拋到外圈（靠近器壁），較輕的氣體則在內(nèi)圈。被拋在外圈的液（固）體顆粒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并向下沉淀，最后到達(dá)錐形管聚集后從下部出口放出，內(nèi)圈的氣體則從上部出口放出。精選課件人工舉升理論P(yáng)max

fr=σmaxPmin

fr=σmin第五節(jié)有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、抽油桿強(qiáng)度計(jì)算及桿柱設(shè)計(jì)

抽油桿設(shè)計(jì)：抽油桿柱的長(zhǎng)度、直徑、組合及材料。 抽油桿柱工作時(shí)承受著交變負(fù)荷所產(chǎn)生的非對(duì)稱循環(huán)應(yīng) 力作用。

在交變負(fù)荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發(fā)生破壞，而不是在最大拉應(yīng)力下破壞。因此，抽油桿柱必須根據(jù)疲勞強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行計(jì)算

17精選課件抽油桿材料普通碳鋼鎳鉻鋼、鉻鉬鋼鎳鉬鋼

-2許用應(yīng)力/(N.mm)7090100~12018人工舉升理論σ?1

K[σ?1]=σc=σaσmaxPmax?Pmin

2fr=σmax?σmin

2σa=強(qiáng)度條件：σc≤[σ?1](一)抽油桿強(qiáng)度計(jì)算方法

1.И.А奧金格公式折算應(yīng)力<=許用應(yīng)力許用應(yīng)力幅對(duì)稱循環(huán)疲勞極限應(yīng)力/安全系數(shù)循環(huán)應(yīng)力幅精選課件圖3-29修正古德曼圖安全區(qū)

人工舉升理論2.修正古德曼圖

T

4

強(qiáng)度條件：σmax≤σall×100%

19σmax?σmin

σall?σminPL=應(yīng)力范圍比：精選課件抽油泵 套管PL1=PL2=......

20

人工舉升理論(二)抽油桿柱設(shè)計(jì)步驟

(1)不等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法

PLi<100%

油管(2)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法

PLi<100%精選課件21人工舉升理論二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有桿抽油系統(tǒng)組成：(1)油層有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容：(2)井筒(3)采油設(shè)備(機(jī)、桿、泵等)(4)地面出油管線(1)油井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算；(2)采油設(shè)備(機(jī)、桿、泵等)選擇；(3)抽汲參數(shù)(沖程、沖次、泵徑和下泵深度等)確定；(4)工況指標(biāo)預(yù)測(cè)。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)：經(jīng)濟(jì)、有效地舉升原油。精選課件22人工舉升理論(1)油井和油層數(shù)據(jù)；(2)流體物性參數(shù)；(3)油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)：節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)：油藏供液能力精選課件人工舉升理論P(yáng)wfhf有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：

PcPt

P、TPinhpump

h qi

qPoutPwfi(1)IPR計(jì)算(2)qiPwfi(3)溫度場(chǎng)計(jì)算(4)PwfiPin0(5)hf計(jì)算(6)PtPout(7)抽油桿柱設(shè)計(jì)(8)泵效分析(9)產(chǎn)量迭代計(jì)算(10)工況指標(biāo)計(jì)算

23精選課件24人工舉升理論抽油機(jī)井生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析1.抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)的組成(1)油氣層子系統(tǒng)(2)井筒子系統(tǒng)(3)地面集輸子系統(tǒng)(4)采油設(shè)備子系統(tǒng)穩(wěn)定工作條件：協(xié)調(diào)精選課件25

人工舉升理論2.節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法

節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析法：應(yīng)用系統(tǒng)工程原理，把整個(gè)油 井生產(chǎn)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，研究各子系統(tǒng)間的相互 關(guān)系及其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作的影響，為系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及 參數(shù)調(diào)控提供依據(jù)。 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析實(shí)質(zhì)：協(xié)調(diào)理論在采油應(yīng)用方面的發(fā)展協(xié)調(diào)條件

質(zhì)量守恒能量(壓力)守恒熱量守恒精選課件節(jié)點(diǎn)1油層Pr節(jié)點(diǎn)2井底Pwf節(jié)點(diǎn)3泵吸入口Pin節(jié)點(diǎn)4泵排出口Pout節(jié)點(diǎn)5井口Pt節(jié)點(diǎn)6電機(jī)輸入節(jié)點(diǎn)7分離器Psep2621435

人工舉升理論3.抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置

6

分離器

7求解點(diǎn)：為使問(wèn)題獲得解決的節(jié)點(diǎn)。 求解點(diǎn)的選擇：下泵處。精選課件27

人工舉升理論4.優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

利用數(shù)值模擬（仿真）的思路，對(duì)油井生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)可行的各種生產(chǎn)配置的可能性進(jìn)行全面計(jì)算分析，使得優(yōu)化結(jié)果具有很強(qiáng)的可操作性，同時(shí)具有敏感性分析作用。四點(diǎn)條件：油井流入動(dòng)態(tài)抽油設(shè)備抽汲參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)精選課件28開(kāi)始

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 油井產(chǎn)能（IPR曲線）計(jì)算抽油設(shè)備使用范圍及規(guī)格的確定

i=0設(shè)計(jì)方案的落實(shí)（n個(gè)方案）井筒中流體壓力、溫度及物性分布計(jì)算

抽油桿柱設(shè)計(jì)抽油泵泵效組成分析 抽油工況指標(biāo)預(yù)測(cè)i>=n

設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定i=i+1 數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)與輸出結(jié)束NY

人工舉升理論5.有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖精選課件人工舉升理論三、鋼桿-玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術(shù)玻璃鋼桿優(yōu)點(diǎn)(1)重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加下泵深度。(2)彈性好，可以實(shí)現(xiàn)超沖程。(3)耐腐蝕，可減少斷脫事故。玻璃鋼桿缺點(diǎn)(1)價(jià)格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的1.6～1.8倍。(2)不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過(guò)93.3℃。(3)報(bào)廢桿不能溶化回收利用。目前鋼—玻璃鋼組合桿柱設(shè)計(jì)理論與普通全鋼桿設(shè)計(jì)相同29。精選課件30人工舉升理論第六節(jié)有桿抽油系統(tǒng)工況分析(1)了解油層生產(chǎn)能力及工作狀況，分析是否已發(fā)揮了油層潛力，分析、判斷油層不正常工作的原因；(2)了解設(shè)備能力及工作狀況，分析設(shè)備是否適應(yīng)油層生產(chǎn)能力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；(3)分析檢查措施效果。分析目的：油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。分析內(nèi)容：精選課件31人工舉升理論一、抽油井液面測(cè)試與分析相對(duì)應(yīng)的壓力差。（一）動(dòng)液面、靜液面及采油指數(shù)

靜液面（Ls或Hs）：對(duì)應(yīng)于油藏壓力。

動(dòng)液面（Lf或Hf）：對(duì)應(yīng)于井底壓力

流壓

沉沒(méi)度hs：根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓 力損失而定。

生產(chǎn)壓差：與靜液面和動(dòng)液面之差圖3-25靜液面與動(dòng)液面的位置精選課件=32

QQLf?LsHs?HfK=采油指數(shù)：

人工舉升理論折算液面：把在一定套壓下測(cè)得的液面折算成套管壓力為零時(shí)的液面，即：

pc

ρog精選課件L=L1人工舉升理論(二)液面位置的測(cè)量測(cè)量?jī)x器：回聲儀測(cè)量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度和測(cè)得的反射時(shí)間來(lái)計(jì)算其位置：

L=Vt/2

1.有音標(biāo)的井圖3-26聲波反射曲線

L1t1/2V=圖3-25

t t133靜液面與動(dòng)液面的位置精選課件34KP

ρV=ZRTmμPV=ZK

TρgoV=16.95

人工舉升理論2.無(wú)音標(biāo)井

根據(jù)波動(dòng)理論和聲學(xué)原理，聲波在氣體中的傳播速度為：利用氣體狀態(tài)方程確定氣體密度：

μP因?yàn)椋害?m/V

則：ρ=

ZRT

ZRTK聲波速度為：V=

μ簡(jiǎn)化為：精選課件35

人工舉升理論(三)含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系

①含水井正常抽油時(shí)，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。

低氣油比含水油井：在泵下加深尾 管來(lái)降低流壓，提高產(chǎn)量。

低含水高氣油比井(除帶噴者外)： 加深尾管會(huì)降低泵的充滿系數(shù)， 因?yàn)檫M(jìn)入尾管后從油中分出的氣 體將全部進(jìn)入泵內(nèi)。圖3-27含水井的油水界面思考題：上述說(shuō)法的理由？精選課件36人工舉升理論②抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系當(dāng)油層和水層壓力相同(或油水同層)時(shí)，油井含水不隨工作制度而改變；當(dāng)出油層壓力高于出水層壓力時(shí)，增大總采液量(降流壓)，將引起油井含水量的上升；當(dāng)水層壓力高于油層壓力時(shí)，加大總采液量，將使油井含水量下降。確定含水井工作制度時(shí)：①對(duì)油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產(chǎn)液量增大到設(shè)備允許的抽汲量是合理的。②利用油井在不同工作制度下產(chǎn)液量與含水的變化情況來(lái)判斷油水層的壓力關(guān)系。精選課件37人工舉升理論二、地面示功圖分析

示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。

地面示功圖或光桿示功圖：懸點(diǎn)載荷與位移關(guān)系的示功圖。(一)理論示功圖及其分析

1.靜載荷作用下的理論示功圖

循環(huán)過(guò)程： 下死點(diǎn)A

→加載完成B

→上死點(diǎn)C

→卸載完成D

→下死點(diǎn)A→…圖3-28靜載理論示功圖精選課件38人工舉升理論圖3-28靜載理論示功圖二、地面示功圖分析(一)理論示功圖及其分析

1.靜載荷作用下的理論示功圖

ABC為上沖程靜載荷變 化線。 AB為加載過(guò)程，加載過(guò) 程中，游動(dòng)凡爾和固定 凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在 B點(diǎn)加載完畢，變形結(jié) 束，柱塞與泵筒開(kāi)始發(fā) 生相對(duì)位移，固定凡爾 打開(kāi)而吸入液體。BC為吸入過(guò)程（BC=Sp為泵的沖程），游動(dòng)凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。精選課件39人工舉升理論圖3-28靜載理論示功圖二、地面示功圖分析(一)理論示功圖及其分析

1.靜載荷作用下的理論示功圖

CDA為下沖程靜載荷變 化線。 CD為卸載過(guò)程，游動(dòng)凡 爾和固定凡爾處于關(guān)閉 狀態(tài)；在D點(diǎn)卸載完 畢，變形結(jié)束，柱塞與 泵筒發(fā)生向下相對(duì)位 移，游動(dòng)凡爾被頂開(kāi)、 排出液體。DA為排出過(guò)程，固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。精選課件40

人工舉升理論2.考慮慣性載荷后的理論示功圖圖3-29考慮慣性和振動(dòng)后的理論示功圖

S/2精選課件41

人工舉升理論(二)典型示功圖分析

典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該 因素影響下的基本特征的示功圖。

1.氣體和充不滿對(duì)示功圖的影響圖3-30有氣體影響的示功圖①氣體影響示功圖DD′

Sη′g=AD′

ADβ=充滿系數(shù)：氣鎖精選課件42起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。

人工舉升理論②充不滿影響的示功圖

充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。

圖3-31充不滿的示功圖

液擊現(xiàn)象：泵充不滿生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引精選課件43人工舉升理論2.漏失對(duì)示功圖的影響①排出部分的漏失圖3-32泵排出部分漏失Spu=B′C′柱塞的有效吸入行程：η=B′C′/S泵效：精選課件44人工舉升理論②吸入部分漏失圖3-33吸入凡爾漏失Sped=D′A′柱塞的有效吸入行程：η=D′A′/S泵效：精選課件45人工舉升理論圖3-34吸入凡爾嚴(yán)重漏失精選課件46人工舉升理論③吸入部分和排出部分同時(shí)漏失圖3-35吸入凡爾和排出凡爾同時(shí)漏失精選課件47人工舉升理論3.柱塞遇卡的示功圖柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時(shí)，在抽汲過(guò)程中柱塞無(wú)法移動(dòng)而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。圖3-36活塞卡在泵筒中部精選課件48

人工舉升理論4.帶噴井的示功圖

在抽汲過(guò)程中，游動(dòng)閥和固定閥處于同時(shí)打開(kāi)狀態(tài)，液 柱載荷基本加不到懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取 決于噴勢(shì)的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。圖3-37噴勢(shì)強(qiáng)、油稀帶噴圖3-38噴勢(shì)弱、油稠帶噴精選課件49

hCbqr′gL=位置取決于斷脫點(diǎn)的位置。

人工舉升理論5.抽油桿斷脫

抽油桿柱的斷脫位置可 根據(jù)下式來(lái)估算：

圖3-39抽油桿斷脫

抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的精選課件圖3-42管式泵活塞脫出工作筒

人工舉升理論圖3-40出砂井

506.其它情況

圖3-43防沖距過(guò)小活塞碰 固定凡爾的示功圖 圖3-41結(jié)蠟井精選課件

人工舉升理論三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)

抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)：抽油井計(jì)算機(jī)診斷的內(nèi)容：

①計(jì)算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖； ②估算泵口壓力； ③判斷油井潛能； ④計(jì)算活塞沖程和泵效； ⑤檢驗(yàn)泵及油管錨的機(jī)械狀況； ⑥計(jì)算和繪制扭矩曲線，并進(jìn)行平衡和功率的計(jì)算與分析。

51光桿示 功圖數(shù)學(xué)模型 計(jì)算機(jī)井下示 功圖抽油設(shè)備工況精選課件52抽油桿 抽油泵

井下動(dòng)態(tài)信 號(hào)的傳導(dǎo)線信號(hào)發(fā)送器

力 波設(shè)備工況

人工舉升理論(一)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)

示功儀

信號(hào)接收器 信號(hào)記錄 應(yīng)精選課件?t?x+∑(σncosnωt+τnsinnωt)+∑(νncosnωt+δnsinnωt)53?U(x,t)

?tU(x,t)

222??2U(x,t)

2?c=a

人工舉升理論應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過(guò)程可用帶阻尼的波動(dòng)方程描述：

用以截尾傅立葉級(jí)數(shù)表示的懸點(diǎn)動(dòng)負(fù)荷函數(shù)D(T)及光桿位移函數(shù)U(t)作為邊界條件：

n n=1

nn=1

D(t)=U(t)=σo

2υ0

2精選課件∫0D(t)cosnωtdt∫0D(t)sinnωtdt∫0U(t)cosnωtdt∫0U(t)sinnωtdtσνx++∑(O(x)cosnωt+P(x)sinnωt)2EA2+∑(54

人工舉升理論

n=0,1,2Lnn=1,2,Ln n=0,1,2,Ln n=1,2,Ln

ωT

πωTπωT

π ωT

πσn=τn=νn=δn=用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度x斷面的位移隨時(shí)間的變化：nn

nrn=10