【正文】 ，以及泵筒 — 柱塞副材料與油井條件相匹 配。為了提高閥組件的抗腐蝕性，用高碳鉻不銹鋼和鑄鈷等材料代替一般的不銹鋼。此外，正在研制不同密度的耐腐蝕、抗沖刷的閥球以滿足開采不同密度、不同黏度原油的需要。 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 國外大量專利和各制造廠家都列出了用于特殊條件的抽油泵。現(xiàn)按稠油、防砂、西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 防氣等方面分別介紹兩種新結(jié)構(gòu)泵。 1） 開采稠油的抽油泵 , 除了改善流道 , 增加球重外 , 尚有 : （ 1） 具有柱塞下拉裝置的泵。 其特點(diǎn)是在油管內(nèi)同時下入連接柱塞的抽油桿和繞過井底滑輪下拉柱塞的繩索 , 在上沖程時 , 通過抽油桿上提柱塞 , 在下沖程時 , 柱塞被 下拉裝置拉著向下運(yùn)動 , 以抽出重油。 （ 2） 哈斯推 ( H U S K Y ) 稠油泵。 這種泵將油管當(dāng)作空心抽油桿 , 套管作油管 , 在桿、管間充以稀釋的原油 , 空心桿的往復(fù)運(yùn)動是在粘度小的稀釋原油中進(jìn)行的 , 阻力較小 ,在下沖程時出油。 2） 防砂抽油泵 , 除在油層防砂 , 下高效砂錨以外 , 從泵結(jié)構(gòu)上看有 : （ 1） 帶除砂裝置的泵。其特點(diǎn)是柱塞內(nèi)上部有一個喇叭口朝下的錐形腔 , 在柱塞和下固定閥之間裝一個除砂器。 （ 2） 自潤滑抽油泵。其特點(diǎn)是采用軟密封與剛性密封相結(jié)合 , 有一個貯潤滑液的封閉環(huán)腔 , 以潤滑柱塞與泵筒 的接觸面 , 用以防磨粒和砂卡。 3） 防氣抽油泵 , 除采用大沉沒度 ,安裝高效氣描 , 放套管氣 , 向套管加有泡劑等常規(guī)方法外 , 尚有以下新結(jié)構(gòu)泵 : （ 1） 新型流體泵。 此泵底部裝有氣體過濾器 , 以降低進(jìn)入泵的氣量。它還有一個側(cè)孔 , 當(dāng)柱塞接近下沖程底部時 , 側(cè)進(jìn)液孔被打開 , 大大提高了泵腔內(nèi)液體的充滿度。 （ 2） 帶環(huán)形閥的抽油泵。 環(huán)形閥位于柱塞上方 , 下沖程時它處于關(guān)閉狀態(tài) , 承受油管液柱壓力 , 使氣體通過游動閥進(jìn)入柱塞上部 , 在上沖程時 , 環(huán)行閥上行并打開 , 氣體逸出 , 從而避免氣鎖。此外 , 根據(jù)井下特點(diǎn)還 有具有剛性結(jié)構(gòu)彈性密封件的短柱塞泵和適于柔性抽油桿的深抽泵等。 國外各石油生產(chǎn)國對抽油泵研究的投入都很大，俄羅斯在這方面的投入相對更大一些 ,先后研制成功活塞式有桿泵、“真空”腔式雙柱塞抽油泵、液壓傳動隔膜式抽油泵、機(jī)械傳動式抽油泵、插入式雙作用抽油泵閥副的改進(jìn)等，并與瑞典合作研制成功了鋼帶式超長沖程特種抽油泵。美國也先后研制成功了可提高桿式抽油泵運(yùn)行壽命的新型自動旋轉(zhuǎn)柱塞、雙作用泵送系統(tǒng)、油井抽油泵柱塞制造新方法、用于桿式泵的新型陶瓷球等。 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 1949年解放時 , 我國只有少數(shù)井抽油 ,后來從蘇聯(lián)和羅馬尼亞進(jìn)口了一些抽 油 泵和圖樣 , 用在玉門和烏蘇油礦。五十年代末 ,南京晨光廠、蘭通廠和玉門廠生產(chǎn)管式泵和桿式泵。進(jìn)入六十年代 , 新油田大量發(fā)現(xiàn) ,除玉門油田外 , 均處于自噴開采和注水促噴階段 , 抽油泵需求量不大 , 加之泵的加工難度大 , 廢品率高 , 利潤低 , 晨光西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 廠和蘭通廠不再造泵 , 玉門泵自給有余。七十年代初勝利油田對抽油泵的需求增多 , 其總機(jī)廠生產(chǎn)自用泵。到八十年代 , 為了原油穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn) ,各油田增加機(jī)械采油井 , 抽油泵的需用量猛增 , 因此 , 兵器部、機(jī)械部、石油部各油田機(jī)修廠均爭先造泵 , 出現(xiàn)了 一個新局面 , 目前做到供需基本平衡 , 供稍大于需。但從我國抽油泵的主要件部分、適應(yīng)性和服務(wù)部分與國外相比 , 尚有較大差距 , 如不在技術(shù)裝備上改造 , 管理上改革 , 是適應(yīng)不了機(jī)械采油發(fā)展的。 近年來國內(nèi)各大油田及機(jī)械制造廠都對抽油泵進(jìn)行了必要的研究，并研制了大量的抽油泵產(chǎn)品，如雙柱塞反饋抽油泵、增壓抽油泵（能量補(bǔ)償裝置）、液壓反饋式增壓抽油泵、 HLB型空心環(huán)流抽油泵、浸入式抽稠油泵、防噴式稠油抽油泵等，并研究出了整筒泵稀土氮碳硼共滲、組合抽油泵缸套的激光淬火等技術(shù)。 目前隨著國內(nèi)油井井況日益惡劣，如含砂量大、高 氣油比、腐蝕嚴(yán)重、油井供液不足等，國內(nèi)外石油裝備企業(yè)不斷生產(chǎn)出針對特殊井況要求的各類特種抽油泵。如適用于大排液量的雙作用泵，適用于高氣油比的防氣泵，適用于抽稠油串聯(lián)泵，適用于出砂井的刮砂泵、防砂抽稠泵和防砂卡泵等防砂泵，適用于深井抽油的過橋泵，適用于斜井抽油的斜井深井泵，適用于過泵測試或加熱的空心泵等。 （ 1） .我國油田常用的抽油泵 一下幾種泵均為國內(nèi)自行研制，在我國各大油田使用較多。 1） 懸掛式抽油泵 懸掛式抽油泵的特點(diǎn)是泵筒懸掛，下端不接尾管，尾管與外管連接，泵筒受力小，不易變形，避免了因泵筒被拉細(xì)拉 長而造成的卡泵；處于懸垂?fàn)顟B(tài)的泵具有自動對正的功能，可以應(yīng)用于斜井；懸掛式抽油泵與底部固定式泵相比更適合于在稠油井中工作。懸掛式抽油泵比普通整筒泵使用壽命長。 2） 機(jī)械強(qiáng)制閥式抽油泵 機(jī)械強(qiáng)制閥式抽油泵依靠機(jī)械力的作用，迫使游動閥開啟，在抽吸稠油時解決了閥球滯后啟閉的問題，以及熱采轉(zhuǎn)抽的蒸汽鎖和一般氣鎖問題，提高了抽油泵的容積效率，適用于稠油井。 3） 有桿射流增壓抽油泵 有桿射流增壓抽油泵是在常規(guī)有桿泵吸入口處安裝了一套射流增壓裝置，利用射流增壓原理提高有桿泵的吸入口壓力，降低桿柱載荷，提高排液量。有桿射流增壓抽油 泵能夠?qū)崿F(xiàn)在不加深泵掛深度的情況下，達(dá)到加深泵掛的效果，還可以在不改變地面設(shè)備的條件下加深泵掛。有桿射流增壓抽油泵的泵效比普通泵提高 15%左右。 4） 動筒式桿式抽油泵 動筒式桿式泵的主要特點(diǎn)為泵筒在油管與柱塞之間相對運(yùn)動，油內(nèi)含砂不易沉積；油井停抽時，原油被封在泵筒以外，不易造成卡泵和柱塞拉傷。該泵泵筒采用鍍鉻處理，柱塞采用碰焊工藝，壽命較長，且作業(yè)方便；泵筒頂部加裝沉砂結(jié)構(gòu)，適用西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 于含砂量較大的油井。 5） 配套抽油泵 配套抽油泵實(shí)現(xiàn)了泄油器、脫接器、抽油泵的三配套。該泵采用撞滑式泄油器，滑套在彈簧作用下沒有外力就可 復(fù)位；采用仿美旋轉(zhuǎn)脫接器，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可靠性高。整泵具有壽命長、工具配套、采液量大、作業(yè)方便等優(yōu)點(diǎn)，使用于產(chǎn)液量大的油井。 6） 斜井抽油泵 斜井抽油泵的主要特點(diǎn)是：柱塞可以旋轉(zhuǎn)；依靠彈簧力的作用迫使閥球關(guān)閉；閥罩與彈簧能夠起到扶正作用。該泵解決了斜井中抽油時的柱塞偏磨、閥球關(guān)閉滯后和閥球偏落的問題，提高了抽油泵的壽命和容積效率，適于在斜度達(dá) ?? 90~0 的斜井中使用。 國內(nèi)外發(fā)展水平分析及建議 從國內(nèi)外抽油泵研究方面的情況來看，我國的研究水平與國外基本相當(dāng)，都研制出了多種適應(yīng)不同使用場合的抽油泵產(chǎn)品。但從現(xiàn)場調(diào)研情況來看，國產(chǎn)抽油泵的使用壽命比進(jìn)口的抽油泵使用壽命短。主要原因是國外抽油泵的材料和熱處理工藝優(yōu)于國產(chǎn)抽油泵。制約我國桿式泵發(fā)展的原因是： 1桿式泵結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、設(shè)計制造相對困難，對密封及支撐件的綜合要求較高； 2對錨定件的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能的研究尚未形成成熟技術(shù)； 3對桿式泵的作業(yè)質(zhì)量要求相對較高； 4使用習(xí)慣和認(rèn)識上的偏差，推廣普及進(jìn)展較慢。 對我國抽油泵今后發(fā)展的建議： （ 1） 加大對抽油泵材料和熱處理工藝的研究力度，努力提高抽油泵的使用壽命。 （ 2） 大力發(fā)展整筒抽 油泵，同時要優(yōu)化整筒泵的表面處理工藝，在提高泵效的同時，提高抽油泵的壽命。 （ 3） 研究長沖程抽油泵，并將其與長沖程抽油機(jī)的研究結(jié)合起來。長沖程抽油泵是利用油管作為泵筒，因此其關(guān)鍵技術(shù)是如何研制特殊結(jié)構(gòu)的柱塞（封隔器）。 本文研究內(nèi)容 該頂部固定底部密封桿式抽油泵是根據(jù)生產(chǎn)需要以功能設(shè)計為原則 ， 在原抽油泵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造而進(jìn)行的，其中的主要內(nèi)容如下： （ 1） 桿式抽油泵的工作原理和方法說明：首先查找有關(guān)頂部固定和底部密封桿式抽油泵的資料，然后結(jié)合我國油田的實(shí)際情況對普通桿式抽油泵的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，最后 提出自己的桿式抽油泵，并分析它的固定密封原理。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （ 2） 頂部固定底部密封桿式抽油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計：通過對普通桿式抽油泵的結(jié)構(gòu)分析，再結(jié)合設(shè)計的任務(wù)要求和自己的固定密封方法、工作原理，設(shè)計頂部固定底部密封桿式抽油泵的結(jié)構(gòu)。 （ 3） 頂部固定底部密封桿式抽油泵的裝配圖、零件圖的繪制：運(yùn)用自己的 CAD繪圖知識，繪制設(shè)計的 頂部固定底部密封 抽油泵的裝配圖、零件圖等。 優(yōu) 點(diǎn) （ 1） 采用將支撐固定于密封分置的結(jié)構(gòu)，泵筒哎管住中對中性好，使柱塞與泵筒間的偏磨減小。 （ 2） 泵筒 上下 均被固定，對工作筒支撐更加可靠。 （ 3） 泵兩端均被固定 ，有效避免了支撐卡爪折斷及密封面磨損，使用壽命長，可靠性好。 （ 4） 工作過程中，泵筒、外管的上下兩端分別被機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)和皮碗密封結(jié)構(gòu)密封，所行程的環(huán)形油液帶具有壓力調(diào)節(jié)器的作用，有效緩解泵筒內(nèi)油液的交變壓力造成的泵筒內(nèi)徑收縮、外帳趨勢，并對正泵起到扶正、減振作用。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2 頂部固定底部密封桿式 抽油 泵 總體方案 設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計采用將支撐固定與密封分置的結(jié)構(gòu)，依照 GB/T 18607— 2021《抽油泵及其組件規(guī)范》，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計。該頂部固定底部密封桿式泵由 泵筒總成、柱塞總成、固定閥總成、 閥桿總成、泵固定裝置、泵密封裝置和泵支承裝置組成。結(jié)構(gòu) 設(shè)計 圖如圖 21。 泵筒總成包括泵筒 加長短節(jié) 12。柱塞總成由柱塞上部出油閥罩 1柱塞 1柱塞下部出油閥罩 1閥球 1閥座 閥座管塞 21 組成。固定閥總成由泵筒進(jìn)油閥罩 2閥球 2閥座 2組成。閥桿總成包括閥桿異徑接頭 1 和閥桿 2。泵固定裝置由導(dǎo)向套 密封銅環(huán) 心軸 鎖爪 9 和變徑接頭 11 組成。泵密封裝置由皮碗心軸 2皮碗座圈 2皮碗壓帽 28 和皮碗接箍 29 組成。泵支承裝置由上接頭下接頭 5 和密封座 8 組成。 圖 21 頂部固定底部密封桿式抽油泵 1— 閥桿異徑接頭 2— 閥桿 3— 上接頭 4— 閥桿導(dǎo)向套 5— 下接頭 6— 心軸 7— 密封銅環(huán) 8— 密封座 9— 機(jī)械鎖爪 10— 油管接箍 11— 變徑接頭 12— 加長短節(jié) 13— 上閥罩 14— 柱塞 15— 密封圈 16— 下閥罩 17— 下游動閥球 18— 下游動閥座 19— 閥座管塞 20— 泵筒 21— 外工作筒 22— 固定閥罩 23— 固定閥球 24— 固定閥座 25—皮碗心軸 26— 皮碗 27— 皮碗座圈 28— 皮碗壓帽 29— 皮碗接箍 30— 密 封短節(jié) 工作原理 該頂部固定底部密封桿式抽油泵頂部采用密封銅環(huán)、密封座、心軸、機(jī)械 鎖 爪等構(gòu)成的機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu) ，彈性機(jī)械鎖爪錨定在密封座上，并以密封銅環(huán)支撐，底部以由西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 皮碗、支承皮碗座圈、支承皮碗壓帽、支 承皮碗接箍、密封短節(jié)等構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)密封。在泵工作時通過變徑接頭和 心軸等部件，使泵筒總成可繞頂部鎖緊機(jī)構(gòu)這個支點(diǎn)擺動，而柱塞下部的密封皮碗則對柱塞總成起到扶正、減震作用，從而延長泵使用壽命。 泵安裝時，柱塞總成 下行，靠自重下入泵筒，到設(shè)計的下死點(diǎn)時，通過閥桿異徑接頭卡在閥桿導(dǎo)向套內(nèi)限制其繼續(xù)下行。 泵總成下行， 裝置與泵筒上端的彈性機(jī)械鎖爪經(jīng)過密封座內(nèi)腔環(huán)形凸臺時，彈性鎖爪部分外徑收縮，越過凸臺至密封座下端時回彈 恢復(fù)原來的尺寸 ， 并用其上外圓錐面向上緊靠在密封座的下內(nèi)圓錐面上，在正常抽油時防止泵被提上去。 同時密封銅環(huán)恰好落座于密封座的接觸錐面上，泵即被錨定，完成坐卡。 密封銅環(huán)的下錐面支承在泵支承裝置的密封座上，起著支承桿式泵防止在正常抽油時泵 下行和不讓密封環(huán)上的原油流回油管的作用。 檢泵時，閥桿總成與柱塞總成被抽油桿向上提起， 帶動泵總成上行，當(dāng)外加載荷克服彈性機(jī)械鎖爪與密封座之間的彈力及摩擦力時，機(jī)械鎖爪的彈性 鎖 爪收縮 ，機(jī)械鎖緊機(jī)構(gòu)的錨定被解除，實(shí)現(xiàn)解卡 并 可將泵整體起出。 下部皮碗密封裝置，密封短節(jié)設(shè)計了一個變徑結(jié)構(gòu)，皮碗下放到變徑部分，遇到凸臺，受摩擦產(chǎn)生擠壓變形，實(shí)現(xiàn)密封，防止原油在進(jìn)入泵筒時進(jìn)入泵筒和外管之間的間隙內(nèi)。同時也防止泵筒和外管間隙內(nèi)的油液流回油井。 工作過程中，上 沖 程時， 柱塞上行， 下游動閥關(guān)閉， 固定閥打開，原油 進(jìn)入泵筒下腔室，柱塞上部原油被排出地面。下沖程時，固定閥關(guān)閉，游動閥打開，下腔室原油通過閥座管塞、閥座、柱塞、閥罩的流道進(jìn)入油管，排出地面。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 3 頂部固定底部密封桿式 抽油 泵設(shè)計 抽油泵總 體尺寸計算 油管直徑與泵徑的匹配 桿式泵要插入油管中，管式泵要與油管連接，故油管直徑必須要與抽油泵的泵型及泵徑想匹配。 桿式泵是插入式泵，油管內(nèi)徑必須大于桿式泵最大外徑，反應(yīng)為油管尺寸代號比泵徑尺寸代號前兩位數(shù)值要大，如 20125RHA 中 2012。 根據(jù)任務(wù)書，抽油泵泵徑為 38 ㎜ ，油管外徑為 73 ㎜ 。 抽油桿規(guī)格與泵徑的匹配 與抽油桿連接的第一根抽油桿規(guī)格已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，其推薦的規(guī)格見表 31。 表 31 泵徑與抽油桿規(guī)格的匹配 尺寸符號 15125 25150 25175 25225 30275 30325 30375 泵徑