【正文】 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河南科技大學本科畢業(yè)設計論文38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)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。 sfp??式中：fp －柱塞面積， ，m 24Df? s－光桿沖程 m D－泵徑 m每分鐘排量 Vm snfp?每日排量： snfQpt140167。 抽油機懸點載荷的計算河南科技大學本科畢業(yè)設計論文39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備及分析設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： glqfWrsr??式中：Wr－抽油桿在空氣中的重力， N； g－重力加速度，m/s 2； fp－抽油桿截面積，m 2； ρs－抽油桿材料（鋼）的密度，ρs=7850Kg/m 3； L－抽油桿長度 m； qr－每米抽油桿的質量，Kg/m。下沖程作用在懸點上的抽油桿柱的載荷：河南科技大學本科畢業(yè)設計論文40glqlfWrspr 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）16192225（2）作用在柱塞上的液柱載荷在上沖程時，由于游動凡爾關閉，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。 gLfWrpl ?)(??（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 ffP)(???式中：Pi－吸入壓力 pi 作用在柱塞底部產(chǎn)生的載荷 N pi－吸入壓力 Pa fp－柱塞截面積 m2河南科技大學本科畢業(yè)設計論文41 pn－沉沒壓力 Pa Δpi－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）關閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響。其中，Δpi 的確定比較復雜，計算公式如下： 2032202 )(1791snfgvfvPppfi ??????式中：vf液體通過固定凡爾閥孔的流速，m/s。 fp－柱塞截面積，m 2； f0－固定凡爾閥孔截面積，m 2； 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： ?fvd0Re?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，m 2/s。（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。河南科技大學本科畢業(yè)設計論文42上沖程時： )(rphunfP??下沖程時： rd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量有關外，還與懸點加速度的大小成正比。抽油桿的慣性力 Ir 為： AragW?液柱的慣性力 Il 為： ?Allag?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)： rtfp???ftf油管過流斷面面積河南科技大學本科畢業(yè)設計論文43如果結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： 上死點時)1(2maxlrs??? 下死點時)(axl?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(790)1(302)1(2 2lrsnWlrnSglrsgWI rRRru ????????下沖程時液柱引起的懸點最大慣性載荷 Ird 為：)1(790)1(22lrsnlrsgI rrrd ????上沖程時液柱引起的懸點最大慣性載荷 Ilu 為：???)1(790)1(22lrsnWlrsgILLU????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，河南科技大學本科畢業(yè)設計論文44其數(shù)值與抽油桿的長度、載荷變化周期及抽油機結構有關。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：除與固定凡爾的結構有關外，主要取決于液體的粘度。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，河南科技大學本科畢業(yè)設計論文45但對于大慶油田而言，原油的性質不屬于稠油，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： ivuhulr PFIWP????max vddLP?39。in式中：P max、P min—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；河南科技大學本科畢業(yè)設計論文46 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、P hd—上、下沖程中井口回壓造成的懸點載荷； Fu、F d—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?？梢院雎?Pv、Fu 、Fd 、 Phu、Pi i 及液柱慣性載荷。此時可得： ?????????lrsnWPrlr17902max?lLgqrr239。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。 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，供計算時參考：公式Ⅰ ??????????13739。1maxsnWPlr河南科技大學本科畢業(yè)設計論文47公式Ⅱ ??????????1790239。2maxsnWPlr公式Ⅲ lrbrl 239。3ax公式Ⅳ ????????179024maxsnPrl公式Ⅴ ??25axWlr公式Ⅰ可用于一般井深及低沖數(shù)油井。 公式Ⅲ是式 的另一種表達形式，本質上是完?????????lrsnPrlr17902max全相同的。公式Ⅱ、Ⅳ和 V 都是把懸點運動簡化為簡諧運動，取 r／l＝0。公式Ⅳ只考慮了抽油桿柱產(chǎn)生的慣性載荷，公式Ⅱ和 V 同時考慮了抽油桿柱和液柱的慣性載荷?？紤]到摩擦力的影響，在公式Ⅱ和工中的液柱載荷采用 W’(即作用在柱塞整個截面積上的液柱載荷)，而公式 V 中采用 W1(即作用在柱塞環(huán)形面積人一人上的液柱載荷) 。所以，公式 V 的計算結果較公式 Ⅱ小。第 5 章 抽油機井系統(tǒng)效率及節(jié)能技術抽油機井的耗能占全廠總能耗的三分之一以上，是全廠能耗占有比例最大的一個部份，因而采取節(jié)能降耗技術措施，提高機采井系統(tǒng)效率是降低我廠維護成本，實現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展的重要手段，這與每一名員工的切身利益息息相關。167。 系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率，顧名思義就是系統(tǒng)的工作效率。機采井的系統(tǒng)工作效率就是機采河南科技大學本科畢業(yè)設計論文48井的系統(tǒng)效率。以抽油機井為例，抽油機井的系統(tǒng)效率主要是由以下工作效率組成：一是電機動的工作效率；二是皮帶傳動效率；三是減速箱的傳動效率；四是四連桿機構的傳動效率；五是抽油桿傳動效率；六是抽油泵的工作效率。由于上述各個部份均是起到傳遞能量的或做功的作用，因而在計算過程中，可以用能量的形式來加以表達。故此：將電機工作效率定義為 η 電，則 η 電的表達式為： ％電 機 輸 入電 機 輸 出電 10w???將皮帶的傳動效率定義為 η 皮帶，則 η 皮帶的表達式為： ％電 機 輸 出皮 帶 輸 出帶 10W???將減速箱的傳動效率定義為 η 減速箱，則 η 減速箱的表達式為： %10??皮 帶 輸 出減 速 箱 輸 出減 速 箱?將四連桿機構的傳動效率定義為 η 四連桿，則 η 四連桿的表達式為： 10W??減 速 箱 輸 出懸 點四 連 桿?將抽油桿傳動效率定義為 η 抽油桿，則 η 抽油桿的表達式為：河南科技大學本科畢業(yè)設計論文49 %10W??懸 點抽 油 桿 輸 出抽 油 桿?將抽油泵的工作效率定義為 η 抽油泵，則 η 抽油泵的表達式為： 10??抽 油 桿 輸 出抽 油 泵抽 油 泵?由于抽油機井的系統(tǒng)效率為各部份工作效率（傳動效率）之積，因而抽油機井系統(tǒng)效率的表達式為： %10 %1010?? ?????電 機 輸 入抽 油 泵 桿 輸 出抽 油 泵懸 點桿 輸 出減 速 箱 輸 出懸 點皮 帶 輸 出辣 速 箱 輸 出電 機 輸 出皮 帶 輸 出電 機 輸 入電 機 輸 出 抽 油 泵抽 油 桿四 連 桿減 速 箱皮 帶電 機WWW???其中 W 抽油泵是指抽油泵在舉升液體時所做的功，