【正文】 T動筒式、頂部定位 泵筒形式： H金屬柱塞厚壁筒 L金屬柱塞組合泵筒 W金屬柱塞薄壁筒 S軟柱塞薄壁筒 P軟柱塞厚壁筒 抽 油泵形式： R桿式泵； T管式泵 公稱直徑 mm 抽油泵代號 抽油泵柱塞和泵筒配合分為三個等級，其間隙值見下表 間隙等級 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 直徑上的間隙（ μm） 20~70 70~120 120~170 抽油泵的等級與試壓時的漏失量有關(guān)，管式泵不同等級漏失量推薦值見下表： 公稱直徑 試驗壓力 間隙等級 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 28 （ mm） （ MPa） Ⅰ Ⅱ Ⅲ 最大漏失量（ L/min） 32 10 105 451 1196 38 125 535 1421 44 145 620 1645 56 184 789 2094 57 187 803 2131 70 230 986 2617 83 272 1169 3103 95 312 1338 3552 167。 抽油桿 我國生產(chǎn)的抽油桿從級別上分有 C、 D、 K 三種級別。 C 級抽油桿用于輕、中型負荷的抽油機井； D 級抽油桿用于中、重負荷的抽油機井； K 級抽油桿用于輕、中負荷有腐蝕性的抽油機井。大慶油田使用的抽油桿為 C 級和 D 級抽 油桿。由于各個抽油桿生產(chǎn)廠家采取的加工工藝不一，使用的加工材料不一，抽油桿的機械性能也各不相同。 167。 抽油泵的工作原理 167。 泵的抽汲過程 上沖程 抽油桿帶動柱塞向上運動，柱塞上的游動凡爾受管柱內(nèi)液柱的壓力而關(guān)閉。此時泵內(nèi)壓力降低，固定凡爾在環(huán)形空間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差（即沉沒壓力）的作用下而打開。如果油管內(nèi)已充滿液體，在井口將排相當于柱塞沖程長度的一段液體，同時泵內(nèi)吸入液體。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 29 壓力低于沉沒壓力。 下沖程 抽油桿帶動柱塞向下運動，固定凡爾立即關(guān)閉，泵內(nèi)壓力升高到大于柱塞以上液柱壓力時 ，游動凡爾打開，柱塞下部的液體通過游動凡爾進入柱塞上部，使泵排出液體。所以下沖程是泵向油管排液的過程，條件是泵內(nèi)壓力高于柱塞以上液柱壓力。 167。 泵的理論排量 泵的工作過程由三個基本環(huán)節(jié)組成，即：柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。理想情況下，柱塞上、下沖程進入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積 V。 sfV p?? 式中： fp－柱塞面積， 24Df ?? ， m2 s－光桿沖程 m D－泵徑 m 每分鐘排量 Vm snfV pm ? 每日排量： snfQ pt 1440? 167。 抽油機懸點載荷的計算 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 30 抽油在不同抽汲參數(shù)下工作時，懸點所承受的載荷是選擇抽油設(shè)備及分析設(shè)備工作狀況的重要依據(jù)。為此了解懸點承受哪些載荷和怎樣計算這些載荷是十分必要的。 167。 懸點承受的載荷 靜載荷 （ 1）抽油桿柱載荷 驢頭帶動抽油桿運動過程中，抽油桿柱的載荷始終作用于驢頭上。但在下沖程時，游動幾爾打開，油管內(nèi)液體的浮力作用于抽油桿柱上，所以，下沖程中作用在懸點上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的重力作用在懸點上 的載荷。而在上沖程中，游動凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程中作用在懸點上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。 上沖程作用在懸點上的抽油桿柱的載荷： glqglfW rsrr ?? ? 式中： Wr－抽油桿在空氣中的重力， N； g－重力加速度， m/s2； fp－抽油桿截面積， m2； ρ s－抽油桿材料（鋼）的密度，ρ s=7850Kg/m3； L－抽油桿長度 m； qr－每米抽油桿的質(zhì)量， Kg/m。 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 31 下沖程作用在懸點上的抽油桿 柱的載荷： glqglfW rlspr 39。39。 )( ??? ?? 式中： Wr‘ －抽油桿在空氣中的重力， N； ρ l－液體的密度， kg/m3。 為了便于計算，我們在表中列出不同直徑抽油桿在空氣中的每米重量。 直徑 d(m) 截面積（ cm2） 空氣中每米抽油桿重量（ Kg/m） 16 19 22 25 （ 2）作用在柱塞上的液柱載荷 在上沖程時，由于游動凡爾關(guān)閉，液柱載荷作用在柱塞上；而下沖程時，由于游動凡爾打開，液柱載荷作用在油管上 ，因而懸點只在上沖程承受液柱載荷。 gLffW Lrpl ?)( ?? （ 3）沉沒壓力對懸點載荷的影響 上沖程時，在沉沒度壓力的作用下，井內(nèi)液體克服泵的入口設(shè)備的阻力進入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力稱吸入壓力，此壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷： pinpii fppfpP )( ???? 式中： Pi－吸入壓力 pi 作用在柱塞底部產(chǎn)生的載荷 N 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 32 pi－吸入壓力 Pa fp－柱塞截面積 m2 pn－沉沒壓力 Pa Δ pi－液流通 過泵固定凡爾產(chǎn)生的壓力降 Pa 而在下沖程時，吸入閥（固定凡爾）關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響。 其中，Δ pi 的確定比較復雜，計算公式如下： 2203222202222 )(110729 12121 snffgvffgvP pppfi ??? ????? 式中： vf液體通過固定凡爾閥孔的流速， m/s。 fp－柱塞截面積， m2； f0－固定凡爾閥孔截面積， m2； vp－柱塞運動速度， m/s； ξ－由實驗確定的閥流量系數(shù)。對于標準型閥可查圖。 但在查圖之前需計算雷諾數(shù) NRe： ?fvdN 0Re ? 式中： d0－固定凡爾閥孔徑， m； vf－液流速度， m/s； ν－液體運動粘度， m2/s。 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 33 （ 4）井口回壓對懸點載荷的影響 液流在地面管線流動阻力所產(chǎn)生的井口回壓對懸點產(chǎn)生附加載荷。其性質(zhì)與液體產(chǎn)生的載荷相同，特點是上沖程增大懸點載荷，下沖程減小抽油桿柱載荷。 上沖程時： )( rphun ffpP ?? 下沖程時： rhhd fpP ? 式中： Ph－井口回壓 Pa 由于沉沒壓力和井口回壓在上沖程時產(chǎn)生的懸點載荷變化方向相反，故此 在近似計算中將其忽略。 動載荷 （ 1）慣性載荷 抽油機運轉(zhuǎn)時，驢頭帶抽油桿和液柱做變速運動，因而產(chǎn)生抽油桿和液柱的慣性力。如果忽略抽油桿和液柱的的彈性影響，則可以認為抽油桿和液柱的各點與抽油機懸點運動完全一致，產(chǎn)生的慣性力除與抽油桿和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與懸點加速度的大小成正比。 抽油桿的慣性力 Ir 為： Ar agWrI ? 液柱的慣性力 Il 為： 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 34 ?All agWI? 式中：ε 考慮 油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)： rtfrp ff ff ???? ftf油管過流斷面面積 如果結(jié)合抽油機懸點運動規(guī)律，最大加速度將發(fā)生的上死點和下死點，其加速度值分別為： )1(2 2m ax lrsa ?? ? 上死點時 )1(2 2m ax lrsa ??? ? 下死點時 以此可求得上沖程時抽油桿柱引起的懸點最大慣性載荷 Iru 為： )1(1790)1()30(2)1(2 222 lrsnWlrnSgWlrsgWI rRRru ?????? ?? 下沖程時液柱引起的懸點最大慣性載荷 Ird 為： )1(1790)1(2 22 lrsnWlrsgWI rrrd ?????? ? 上沖程時液柱引起的懸點最大慣性載荷 Ilu 為： ??? )1(1790)1(2 22 lrsnWlrsgWI LLLU ???? 下沖程時液柱不隨懸點運動，因而沒有液柱慣性載荷。 實際上由于受抽油桿柱和液柱的彈性影響，抽油桿柱和液柱各點的運動與懸點的運動并不相同，所以按上述懸點最大加速度計算的慣性載荷將大于河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 35 實際數(shù)值，在液柱中含氣和沖次較低的情況下，計算點最大載荷時可忽略液柱慣性載荷。 （ 2）振動載荷 抽油桿柱作為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運動和液柱載荷周期性地作用在抽油桿上，從而引起抽 油桿的彈性振動，它所產(chǎn)生的振動載荷也作用于懸點上，其數(shù)值與抽油桿的長度、載荷變化周期及抽油機結(jié)構(gòu)有關(guān)。在一般情況下的理論計算時，忽略抽油桿柱的振動載荷。 摩擦載荷 抽油機井工作時，作用在懸點上的摩擦載荷受以下五部份的影響： （ 1）抽油桿柱與油管之間的摩擦力：在直井內(nèi)通常不超過抽油桿柱重量的 %。 （ 2）柱塞與襯套之間的摩擦力：當泵徑不超過 70mm 時，其值小于1717N。 （ 3）液柱與抽油桿之間的摩擦力：除與抽油桿長度和運動速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。 （ 4）液柱與油管之間的摩擦力：除與液流速度 有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。 （ 5）流體通過游動凡爾的摩擦力：除與固定凡爾的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 36 上沖程中作用在懸點上的摩擦載荷主要受（ 1）（ 2）及（ 4）三項影響，其方向是向下，增加懸點載荷。下沖程中作用在懸點上的摩擦載荷主要受（ 1）（ 2）（ 3）及（ 5）四項影響，其方向是向上，減小懸點載荷。 在直井中無論稠油還是稀油，抽油桿柱與油管、柱塞與襯套之間的摩擦力數(shù)值都不大，均可忽略，但在稠油井內(nèi)，液柱摩擦引起的摩擦載荷則是不可忽略的，但對于大慶油田而言，原油的性質(zhì)不屬于稠油，因而液柱摩擦引起的摩擦 載荷可以忽略。 抽汲過程中的其它載荷 一般情況下，抽油桿柱載荷、作用在柱塞上的液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點載荷的三項基本載荷，在稠油井內(nèi)的摩擦載荷及大沉沒度井中的沉沒壓力對載荷的影響也是不可忽略的。 除上述載荷外，在抽油過程中尚有其它一些載荷，如在低沉沒度井內(nèi)由于泵的充滿程度差，會發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，產(chǎn)生較大的沖擊載荷，從而影響懸點載荷。各種原因產(chǎn)生的撞擊，雖然可能會造成較大的懸點載荷，是抽油中的不利因素，但在進行設(shè)計計算時尚無法預計，故在計算中都不考慮。 167。 懸點最大、最小載荷 1．計算懸點最大和最 小載荷的一般公式 根據(jù)對懸點所承受的各種載荷的分析，抽油機工作時，上、下沖程中懸河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 37 點載荷的組成是不同的。最大載荷發(fā)生在上沖程中，最小載荷發(fā)生在下沖程中，其值分別如下： ivuhuulr PPFPIWWP ???????m a x vdhddL PFPIWP ????? 39。m in 式中： Pmax、 Pmin— 懸點最大和最小載荷； Wr、 Wr’— 上、下沖程中作用在懸點上的抽油桿柱載荷； Wl— 作用在柱塞上的液柱載荷； Iu、 Id— 上、下沖程中作用在懸點上的慣性載荷； Phu、 Phd— 上 、 下沖程中 井口回壓造成的懸點載荷； Fu、 Fd— 上、下沖程中的最大摩擦載荷； Pv— 振動載荷； Pi— 上沖程中吸入壓力作用在活塞上產(chǎn)生的載荷。 在下泵深度及沉沒度不很大、井口回壓及沖數(shù)不甚高的稀油直井內(nèi)，在計算最大和最小載荷時，通常可以忽略 Pv、 Fu、 Fd 、 Phu、 Pi i 及液柱慣性載荷。此時可得： ?????? ???? lrsnWWWP rlr 1179 02m a x ?????? ??? lrsnWLgqP rr 11790 239。m in 如果按將抽油機懸點運動規(guī)律簡化為簡諧運動時，則可忽略 r/l 的影響。 河南科技大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 38 計算懸點最大載荷的其它公式 抽 油桿在井下工作時，受力情況是相當復雜的，所有用來計算懸點最大載荷的公式都只能得到近似的結(jié)果?，F(xiàn)將國內(nèi)外所用的一些比較簡便的公式列在下面，供計算時