抽油泵设计计算说明指导书.doc
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1、顶部固定底部密封杆式抽油泵设计摘要:针对常规杆式泵泵体密封欠佳、支撑锁紧装置易失效、检泵周期短且检泵作业量大、合用范畴有一定限制等问题,设计了顶部固定底部密封杆式抽油泵。在检泵过程中不需取出油管,作业成本低。设计中采用将支撑固定与密封分置构造,顶部采用密封铜环、密封座、心轴、机械锁爪等构成机械锁紧机构,弹性机械锁爪锚定在密封座上,并以密封铜环支撑。底部以由皮碗、支承皮碗座圈、支承皮碗压帽、支承皮碗接箍、密封短节等构成密封构造密封。在泵工作时通过变径接头和心轴等部件,使泵筒总成可绕顶部锁紧机构这个支点摆动,而柱塞下部密封皮碗则对柱塞总成起到扶正、减震作用,从而延长泵使用寿命。合用于含砂井、含气井
2、、深井、长冲程井、低产井和低液井。核心词:顶部固定;底部密封;杆式抽油泵Top fixed bottom sealing rod pump designAbstract:As Conventional rod pump body sealing poor,Support and lock device easy failure,Pump overhaul period is short and large amount of examining the pumps,applicable scope have certain restriction,etc. I design the top f
3、ixed bottom sealing pole type pump. In the process of examining the pumps we dont need to take out tubing and the operation cost is low. In the design we use the structure of the separation of fixed and seal. The top use Copper ring seal,sealing socket,heart shaft,and mechanical lock claw,etc to mak
4、e up a mechanical locking mechanism. Elastic mechanical lock claw anchor in seal seat, and with copper ring seal support. In the bottom use a Sealing structure which consists of Skin bowl,supporting skin bowl circle,supporting skin bowl pressure cap,supporting skin bowl couplings,sealing a short sec
5、tion,etc. In the pump work,through the diameter changes joint and shaft parts,etc. make Pump cylinder assembly can top the locking mechanisms the fulcrum swing,and the bottom of the piston seal skin bowl of piston assembly is a centralizer,shock absorption effect,thereby prolong the service life of
6、the pump. Apply to contain erinaceous well,including gas well,deep well and long stroke well,stripper well and low liquid well. Key words:Top fixed,Bottom sealing,Pole type pump 目 录1 绪 论11.1研究意义11.1.1 国外发呈现状11.1.2 国内发呈现状21.1.3国内外发展水平分析及建议41.2本文研究内容41.3长处52 顶部固定底部密封杆式抽油泵总体方案设计62.1构造设计62.2工作原理63 顶部固定底
7、部密封杆式抽油泵设计83.1抽油泵总体尺寸计算83.1.1油管直径与泵径匹配83.1.2抽油杆规格与泵径匹配83.1.3抽油泵最大外径83.1.4抽油泵长度83.2抽油泵重要零件设计与计算93.2.1、古德曼图93.2.2、泵筒设计与计算123.2.3、柱塞设计与计算233.2.4、泵阀设计与计算263.2.5、阀罩设计与计算334 泵排量和泵效计算384.1 泵排量计算384.2 泵效计算385 结 论44参照文献45致 谢461 绪 论1.1研究意义当前国内各油田有杆采油系统中,应用管式泵占在用抽油泵总数90% 以上;而国外油田使用杆式泵约占抽油泵总数90%,且因实现了原则化、系列化和通用
8、化而成为成熟技术。制约国内杆式泵发展因素是:杆式泵构造相对复杂、设计制造相对困难,对密封及支撑部件综合规定较高;对锚定件构造及机械性能研究尚未形成成熟技术;对杆式泵作业质量规定相对较高;使用习惯性和结识上偏差,推广普及进展较慢。随着国内大某些油田已经进入开发中后期,管式泵诸多长处逐渐变得不再明显,而杆式泵在检泵作业中不需取出油管、成本低、作业时间短等优越性则日益突出。因而,研制适应油田开发规律,在性能、种类和实用性等方面具备更规定杆式泵成为迫切需要。分析发现,常规杆式泵支撑、锁紧部件在起支撑、锁紧作用同步,还承担对泵体密封作用,且支撑、锁紧部件与密封部件普通设计在泵体同一侧。这种设计使常规杆式
9、泵在具备上述长处同步,也存在泵体密封欠佳、支撑锁紧装置易失效、检泵周期短且检泵作业量大、合用范畴有一定限制等问题。因而设计了把支撑固定与密封分置顶部固定底部密封杆式泵。全世界约有75%油井是用有杆泵开采,有杆泵是有杆排油装置最核心某些。为了提高抽油泵对复杂开采条件适应性,国内外采油机械工作者集中大量力量去开发设计专用构造抽油泵。整筒抽油泵取代衬套式抽油泵是抽油泵方面最重要技术进步之一,整筒抽油泵明显提高了泵容积效率(比衬套式抽油泵约提高20%),延长了柱塞泵筒使用寿命,并可节约40%左右优质钢材。为适应油井条件需要,除了原则抽油泵以外,浮现了许多特殊类型抽油泵。例如,用于大排液量双作用泵和套管
10、泵,使用与高油气比井防气泵,合用于稠油开采流线型泵和液压反馈泵,合用于多砂油井防砂泵,在定向井中用悬挂泵,可用于深井采油过桥泵。在抽油泵零部件方面,重要是不断提高泵筒柱塞副耐久性和阀组件可靠性。泵筒采用了各种原材料和热解决工艺。在提高柱塞泵筒副耐久性上,注意了泵筒材料和柱塞材料合理匹配,以及泵筒柱塞副材料与油井条件相匹配。为了提高阀组件抗腐蚀性,用高碳铬不锈钢和铸钴等材料代替普通不锈钢。此外,正在研制不同密度耐腐蚀、抗冲刷阀球以满足开采不同密度、不同黏度原油需要。1.1.1 国外发呈现状国外大量专利和各制造厂家都列出了用于特殊条件抽油泵。现按稠油、防砂、防气等方面分别简介两种新构造泵。1)开采
11、稠油抽油泵,除了改进流道,增长球重外,尚有:(1)具备柱塞下拉装置泵。其特点是在油管内同步下入连接柱塞抽油杆和绕过井底滑轮下拉柱塞绳索,在上冲程时,通过抽油杆上提柱塞,在下冲程时,柱塞被下拉装置拉着向下运动,以抽出重油。(2)哈斯推( H U S K Y ) 稠油泵。这种泵将油管当作空心抽油杆,套管作油管,在杆、管间充以稀释原油,空心杆往复运动是在粘度小稀释原油中进行,阻力较小,在下冲程时出油。2)防砂抽油泵,除在油层防砂,下高效砂锚以外,从泵构造上看有:(1)带除砂装置泵。其特点是柱塞内上部有一种喇叭口朝下锥形腔,在柱塞和下固定阀之间装一种除砂器。(2)自润滑抽油泵。其特点是采用软密封与刚性
12、密封相结合,有一种贮润滑液封闭环腔,以润滑柱塞与泵筒接触面,用以防磨粒和砂卡。3)防气抽油泵,除采用大沉没度,安装高效气描,放套管气,向套管加有泡剂等常规办法外,尚有如下新构造泵:(1)新型流体泵。此泵底部装有气体过滤器,以减少进入泵气量。它尚有一种侧孔,当柱塞接近下冲程底部时,侧进液孔被打开,大大提高了泵腔内液体布满度。(2)带环形阀抽油泵。环形阀位于柱塞上方,下冲程时它处在关闭状态,承受油管液柱压力,使气体通过游动阀进入柱塞上部,在上冲程时,环行阀上行并打开,气体逸出,从而避免气锁。此外,依照井下特点尚有具备刚性构造弹性密封件短柱塞泵和适于柔性抽油杆深抽泵等。国外各石油生产国对抽油泵研究投
13、入都很大,俄罗斯在这方面投入相对更大某些,先后研制成功活塞式有杆泵、“真空”腔式双柱塞抽油泵、液压传动隔膜式抽油泵、机械传动式抽油泵、插入式双作用抽油泵阀副改进等,并与瑞典合伙研制成功了钢带式超长冲程特种抽油泵。美国也先后研制成功了可提高杆式抽油泵运营寿命新型自动旋转柱塞、双作用泵送系统、油井抽油泵柱塞制造新办法、用于杆式泵新型陶瓷球等。1.1.2 国内发呈现状1949年解放时,国内只有少数井抽油,日后从苏联和罗马尼亚进口了某些抽油泵和图样,用在玉门和乌苏油矿。五十年代末,南京晨光厂、兰通厂和玉门厂生产管式泵和杆式泵。进入六十年代,新油田大量发现,除玉门油田外,均处在自喷开采和注水促喷阶段,抽
14、油泵需求量不大,加之泵加工难度大,废品率高,利润低,晨光厂和兰通厂不再造泵,玉门泵自给有余。七十年代初胜利油田对抽油泵需求增多,其总机厂生产自用泵。到八十年代,为了原油稳产增产,各油田增长机械采油井,抽油泵需用量猛增,因而,兵器部、机械部、石油部各油田机修厂均争先造泵,浮现了一种新局面,当前做到供需基本平衡,供稍不不大于需。但从国内抽油泵重要件某些、适应性和服务某些与国外相比,尚有较大差距,如不在技术装备上改造,管理上改革,是适应不了机械采油发展。近年来国内各大油田及机械制造厂都对抽油泵进行了必要研究,并研制了大量抽油泵产品,如双柱塞反馈抽油泵、增压抽油泵(能量补偿装置)、液压反馈式增压抽油泵
15、、HLB型空心环流抽油泵、浸入式抽稠油泵、防喷式稠油抽油泵等,并研究出了整筒泵稀土氮碳硼共渗、组合抽油泵缸套激光淬火等技术。当前随着国内油井井况日益恶劣,如含砂量大、高气油比、腐蚀严重、油井供液局限性等,国内外石油装备公司不断生产出针对特殊井况规定各类特种抽油泵。如合用于大排液量双作用泵,合用于高气油比防气泵,合用于抽稠油串联泵,合用于出砂井刮砂泵、防砂抽稠泵和防砂卡泵等防砂泵,合用于深井抽油过桥泵,合用于斜井抽油斜井深井泵,合用于过泵测试或加热空心泵等。(1).国内油田惯用抽油泵 一下几种泵均为国内自行研制,在国内各大油田使用较多。1) 悬挂式抽油泵悬挂式抽油泵特点是泵筒悬挂,下端不接尾管,
16、尾管与外管连接,泵筒受力小,不易变形,避免了因泵筒被拉细拉长而导致卡泵;处在悬垂状态泵具备自动对正功能,可以应用于斜井;悬挂式抽油泵与底部固定式泵相比更适合于在稠油井中工作。悬挂式抽油泵比普通整筒泵使用寿命长。2) 机械强制阀式抽油泵机械强制阀式抽油泵依托机械力作用,迫使游动阀启动,在抽吸稠油时解决了阀球滞后启闭问题,以及热采转抽蒸汽锁和普通气锁问题,提高了抽油泵容积效率,合用于稠油井。3) 有杆射流增压抽油泵有杆射流增压抽油泵是在常规有杆泵吸入口处安装了一套射流增压装置,运用射流增压原理提高有杆泵吸入口压力,减少杆柱载荷,提高排液量。有杆射流增压抽油泵可以实当前不加深泵挂深度状况下,达到加深
17、泵挂效果,还可以在不变化地面设备条件下加深泵挂。有杆射流增压抽油泵泵效比普通泵提高15%左右。4) 动筒式杆式抽油泵动筒式杆式泵重要特点为泵筒在油管与柱塞之间相对运动,油内含砂不易沉积;油井停抽时,原油被封在泵筒以外,不易导致卡泵和柱塞拉伤。该泵泵筒采用镀铬解决,柱塞采用碰焊工艺,寿命较长,且作业以便;泵筒顶部加装沉砂构造,合用于含砂量较大油井。5) 配套抽油泵配套抽油泵实现了泄油器、脱接器、抽油泵三配套。该泵采用撞滑式泄油器,滑套在弹簧作用下没有外力就可复位;采用仿美旋转脱接器,构造简朴,使用以便,可靠性高。整泵具备寿命长、工具配套、采液量大、作业以便等长处,使用于产液量大油井。6) 斜井抽
18、油泵斜井抽油泵重要特点是:柱塞可以旋转;依托弹簧力作用迫使阀球关闭;阀罩与弹簧可以起到扶正作用。该泵解决了斜井中抽油时柱塞偏磨、阀球关闭滞后和阀球偏落问题,提高了抽油泵寿命和容积效率,适于在斜度达斜井中使用。1.1.3国内外发展水平分析及建议从国内外抽油泵研究方面状况来看,国内研究水平与国外基本相称,都研制出了各种适应不同使用场合抽油泵产品。但从现场调研状况来看,国产抽油泵使用寿命比进口抽油泵使用寿命短。重要因素是国外抽油泵材料和热解决工艺优于国产抽油泵。制约国内杆式泵发展因素是:1杆式泵构造相对复杂、设计制造相对困难,对密封及支撑件综合规定较高;2对锚定件构造及机械性能研究尚未形成成熟技术;
19、3对杆式泵作业质量规定相对较高;4使用习惯和结识上偏差,推广普及进展较慢。对国内抽油泵此后发展建议:(1)加大对抽油泵材料和热解决工艺研究力度,努力提高抽油泵使用寿命。(2)大力发展整筒抽油泵,同步要优化整筒泵表面解决工艺,在提高泵效同步,提高抽油泵寿命。(3)研究长冲程抽油泵,并将其与长冲程抽油机研究结合起来。长冲程抽油泵是运用油管作为泵筒,因而其核心技术是如何研制特殊构造柱塞(封隔器)。1.2本文研究内容该顶部固定底部密封杆式抽油泵是依照生产需要以功能设计为原则 , 在原抽油泵构造基本上进行构造改造而进行,其中重要内容如下:(1) 杆式抽油泵工作原理和办法阐明:一方面查找关于顶部固定和底部
20、密封杆式抽油泵资料,然后结合国内油田实际状况对普通杆式抽油泵优缺陷进行分析,最后提出自己杆式抽油泵,并分析它固定密封原理。(2) 顶部固定底部密封杆式抽油泵构造设计:通过对普通杆式抽油泵构造分析,再结合设计任务规定和自己固定密封办法、工作原理,设计顶部固定底部密封杆式抽油泵构造。(3) 顶部固定底部密封杆式抽油泵装配图、零件图绘制:运用自己CAD绘图知识,绘制设计顶部固定底部密封抽油泵装配图、零件图等。1.3长处(1)采用将支撑固定于密封分置构造,泵筒哎管住中对中性好,使柱塞与泵筒间偏磨减小。(2)泵筒上下均被固定,对工作筒支撑更加可靠。(3)泵两端均被固定,有效避免了支撑卡爪折断及密封面磨损
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