【正文】 有液柱慣性載荷實(shí)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(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)并不相同所以按上述懸點(diǎn)最大加速度計(jì)算的慣性載荷將大于實(shí)際數(shù)值在液柱中含氣和沖次較低的情況下計(jì)算點(diǎn)最大載荷時(shí)可忽略液柱慣性載荷2振動(dòng)載荷抽油桿柱作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在抽油桿上從而引起抽油桿的彈性振動(dòng)它所產(chǎn)生的振動(dòng)載荷也作用于懸點(diǎn)上其數(shù)值與抽油桿的長(zhǎng)度載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)在一般情況下的理論計(jì)算時(shí)忽略抽油桿柱的振動(dòng)載荷3摩擦載荷抽油機(jī)井工作時(shí)作用在懸點(diǎn)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152柱塞與襯套之間的摩擦力當(dāng)泵徑不超過70mm時(shí)其值小于1717N3液柱與抽油桿之間的摩擦力除與抽油桿長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)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(dòng)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上沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷主要受12及4三項(xiàng)影響其方向是向下增加懸點(diǎn)載荷下沖程中作用在懸點(diǎn)上的摩擦載荷主要受123及5四項(xiàng)影響其方向是向上減小懸點(diǎn)載荷在直井中無(wú)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(duì)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4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(diǎn)載荷的三項(xiàng)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(duì)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(huì)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(diǎn)載荷各種原因產(chǎn)生的撞擊雖然可能會(huì)造成較大的懸點(diǎn)載荷是抽油中的不利因素但在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)尚無(wú)法預(yù)計(jì)故在計(jì)算中都不考慮懸點(diǎn)最大最小載荷1．計(jì)算懸點(diǎn)最大和最小載荷的一般公式根據(jù)對(duì)懸點(diǎn)所承受的各種載荷的分析抽油機(jī)工作時(shí)上下沖程中懸點(diǎn)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式中PPmin懸點(diǎn)最大和最小載荷 WrWr上下沖程中作用在懸點(diǎn)上的抽油桿柱載荷 Wl作用在柱塞上的液柱載荷 IuId上下沖程中作用在懸點(diǎn)上的慣性載荷 PhuPhd上 FuFd上下沖程中的最大摩擦載荷 Pv振動(dòng)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(jì)算最大和最小載荷時(shí)通?？梢院雎訮vFuFd PhuPi i及液柱慣性載荷此時(shí)可得如果按將抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)則可忽略rl的影響 2計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的其它公式抽油桿在井下工作時(shí)受力情況是相當(dāng)復(fù)雜的所有用來計(jì)算懸點(diǎn)最大載荷的公式都只能得到近似的結(jié)果現(xiàn)將國(guó)內(nèi)外所用的一些比較簡(jiǎn)便的公式列在下面供計(jì)算時(shí)參考公式Ⅰ 公式Ⅱ 公式Ⅲ 公式Ⅳ 公式Ⅴ 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(dá)形式本質(zhì)上是完全相同的公式ⅡⅣ和V都是把懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)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(shí)考慮了抽油桿柱和液柱的慣性載荷考慮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(gè)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(jì)算結(jié)果較公式Ⅱ小抽油機(jī)平衡扭矩與功率計(jì)算抽油機(jī)平衡計(jì)算如果抽油機(jī)沒有平衡塊當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于上沖程中懸點(diǎn)承受著最大載荷所以電動(dòng)機(jī)必須作很大的功才能使驢頭上行而下沖程中抽油桿在其自重作用下克服浮力下行這時(shí)電動(dòng)機(jī)不僅不需要對(duì)外作功反而接受外來的能量作負(fù)功這就造成了抽油機(jī)在上下沖程中的不平衡抽油機(jī)不平衡造成的后果是1上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷下沖程中抽油機(jī)反而帶著電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)從而造成功率的浪費(fèi)降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命o2由于負(fù)荷極不均勻會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動(dòng)而影響抽油裝置的壽命3會(huì)破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性而影響抽油桿和泵的正常工作因此抽油機(jī)必須采用平衡裝置1平衡原理抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡是因?yàn)樯舷聸_程中懸點(diǎn)載荷不同造成電動(dòng)機(jī)在上下沖程中所作的功不相等要使抽油機(jī)在乎衡條件下運(yùn)轉(zhuǎn)就應(yīng)使電動(dòng)機(jī)在上下沖程中都作正功在下沖程中把能量?jī)?chǔ)存起來在上沖程中利用儲(chǔ)存的能量來幫助電動(dòng)機(jī)作功下面我們用一個(gè)最簡(jiǎn)單的機(jī)械平衡方式來說明這種可能性和達(dá)到平衡的基本條件在抽油機(jī)后梁上加一重物在下沖程中讓抽油桿自重和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)重物作功則式中 AW在上沖程中將重物儲(chǔ)存的能量釋放出來和電動(dòng)機(jī)一起對(duì)懸點(diǎn)作功則式中 Au上沖程中懸點(diǎn)作的功 Amu上沖程中電動(dòng)機(jī)作的功要使抽油機(jī)平衡應(yīng)該讓電動(dòng)機(jī)在上下沖程中作的功相等即所以為了達(dá)到平衡在下沖程需要對(duì)重物作的功和上沖程中需要重物釋放的能量的關(guān)系應(yīng)為上式說明為了使抽油機(jī)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)在下沖程中需要儲(chǔ)存的能量應(yīng)該是懸點(diǎn)在上下沖程中所作功之和的一半上式是進(jìn)行平衡計(jì)算的基本公式2平衡方式為了把下沖程中抽油桿自重作的功和電動(dòng)機(jī)輸出的能量?jī)?chǔ)存起來可以采用不同的平衡方式目前采用的主要有氣動(dòng)平衡和機(jī)械平衡1氣動(dòng)平衡下沖程中通過游梁帶動(dòng)活塞壓縮氣包中的氣體把下沖程所作的功儲(chǔ)存起來并轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓縮能上沖程中被壓縮的氣體膨脹將儲(chǔ)存的壓縮能轉(zhuǎn)換成膨脹能幫助電動(dòng)機(jī)作功氣動(dòng)平衡多用于大型抽油機(jī)這種平衡方式不僅可以大量節(jié)約鋼材而且可以改善抽油機(jī)的受力情況但平衡系統(tǒng)的加工制造質(zhì)量要求高中通過游梁帶動(dòng)的活塞壓縮氣包中的氣體把下沖程中作的功儲(chǔ)存起來并2機(jī)械平衡在下沖程中以增加平衡塊的位能來儲(chǔ)存能量在上沖程時(shí)平衡重降低位能來幫助電動(dòng)機(jī)作功平衡方式主要有三種游梁平衡在游梁尾部加平衡重適用于小型抽油機(jī)②曲柄平衡旋轉(zhuǎn)平衡平衡重加在曲柄上這種平衡方式便于調(diào)節(jié)并可避免在游梁上造成過大的慣性力適合于大型抽油機(jī)③復(fù)合平衡在游梁尾部和曲柄上都有平衡重是上述兩種平衡方式的組合多用于中型抽油機(jī)3平衡計(jì)算抽油機(jī)平衡的條件是在一個(gè)抽汲循環(huán)中重物在下沖程中儲(chǔ)存的能量或上沖程幫助電機(jī)所做的功應(yīng)等于上沖程和下沖程懸點(diǎn)作功之和的一半上沖程懸點(diǎn)所作的功下沖程懸點(diǎn)所作的功代入公式則得電機(jī)的選擇與功率計(jì)算式中HPH水力功率kW Q油井日產(chǎn)量t／d Qt泵的理論排量m／d ρ1抽汲液體的密度Kg／m3 η泵效 L有效提升高度即動(dòng)液面深度m 光桿功率就是通過光桿來提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率 要準(zhǔn)確地計(jì)算光桿功率必須根據(jù)實(shí)測(cè)示功圖計(jì)算即式中cm2 n數(shù)rain s光桿沖程m l示長(zhǎng)度mm C動(dòng)力儀力比N／mm上式可算得的光桿功率為平均功率線如前所述根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線亦可準(zhǔn)確地求得光桿平均功率下面的公式可近似地計(jì)算光桿功率式中按柱塞截面積計(jì)算的液柱載荷N S一光桿沖程m n沖數(shù)min1上式是以不考慮抽油桿柱和油管柱彈性變形的理論示功圖為基礎(chǔ)這里近似地認(rèn)為它的面積與考慮變形和慣性載荷后的理論示功圖的面積是相等的并忽略了摩擦載荷的影響顯然對(duì)于摩擦載荷大的井計(jì)算結(jié)果將會(huì)偏小根據(jù)油井產(chǎn)量計(jì)算得的水力功率是實(shí)際作功的有效功率它小于光桿功率它們之差反映了井下摩擦桿柱振動(dòng)慣性以及泵漏失等因素引起的功率損失而光桿功率除以抽油機(jī)效率 除嚴(yán)重的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)外一般可取0．8 即可求得需要電動(dòng)機(jī)輸出的平均功率泵效的計(jì)算在抽油井生產(chǎn)過程中實(shí)際產(chǎn)量Q一般都比理論產(chǎn)量Qt要低兩者的比值叫泵效用η表示即在正常情況下若泵效為0．7～o．8就認(rèn)為泵的工作狀況是良好的有些帶噴井的泵效可能接近或大于l礦場(chǎng)實(shí)踐表明平均泵效大都低于07甚至有的油井泵效低于03影響泵效的因素很多但從深井泵工作的三個(gè)基本環(huán)節(jié) 柱塞讓出體積液體進(jìn)泵液體從泵內(nèi)排出 來看可歸結(jié)為以下三個(gè)方面 1 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮根據(jù)深井泵的工作特點(diǎn)抽油桿柱和油管柱在工作過程中因承受著交變載荷而發(fā)生彈性伸縮使柱塞沖程小于光桿沖程所以減小了柱塞讓出的體積 2 氣體和充不滿的影響當(dāng)泵內(nèi)吸人氣液混合物后氣體占據(jù)了柱塞讓出的部分空間或者當(dāng)泵的排量大于油層供油能力時(shí)液體來不及進(jìn)入泵內(nèi)都會(huì)使進(jìn)入泵內(nèi)的液量減少 31的重要因素抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮愈大柱塞沖程與光桿沖程的差別也愈大泵效就愈低抽油桿柱所受的載荷不同則伸縮變形的大小不同如前所述抽油桿柱所承受的載荷主要有抽油桿柱及液柱載荷 總稱靜載荷 抽油桿柱和液柱的慣性載荷及抽油桿柱的振動(dòng)載荷 總稱動(dòng)載荷 下面就分別分析由這些載荷作用所引起的抽油桿柱及油管的彈性變形以及對(duì)柱塞沖程的影響 由于作用在柱塞上的液柱載荷在上下沖程中交替地分別由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管從而引起桿柱和管柱交替地增載和減載使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長(zhǎng)和縮短當(dāng)驢頭開始上行時(shí)游動(dòng)閥關(guān)閉液柱載荷作用在柱塞上使抽油桿發(fā)生彈性伸長(zhǎng)因此柱塞尚未發(fā)生移動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)這一段距離即為抽油桿柱的伸長(zhǎng)用λr表示當(dāng)懸點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)油管要卸去載荷要縮短一段距離此時(shí)柱塞與泵筒之間沒有相對(duì)位移這段縮短距離使懸點(diǎn)增加了一段無(wú)效位移用λt表示所以吸入閥仍然是關(guān)閉的當(dāng)驢頭繼續(xù)上行時(shí)柱塞才開始與泵筒發(fā)生相對(duì)位移吸人閥開始打開并吸入液體一直到上死點(diǎn)由此看出柱塞有效移動(dòng)距離柱塞沖程