有杆泵采油.pptx
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1、石油钻采机械任连城1石油钻采机械石油钻采机械第二篇第二篇 采油机械采油机械石油钻采机械任连城2凡是通过给井内原油提供机械能将油采到地面的方法统凡是通过给井内原油提供机械能将油采到地面的方法统称为机械采油法。称为机械采油法。采油方法采油方法自喷采油法自喷采油法机械采油法机械采油法气举采油法气举采油法深泵采油法深泵采油法有杆泵采油有杆泵采油无杆泵采油无杆泵采油采油方法将原油从井底举升到地面来的方法 采油方法的分类采油方法的分类采油机械石油钻采机械任连城3 凡是通过抽油杆来传递动力的采油方法称为有杆采油;反之称为无杆泵采油。深深井井泵泵采采油油有杆泵采油有杆泵采油无杆泵采油无杆泵采油抽油杆往复驱动柱
2、塞泵抽油杆往复驱动柱塞泵抽油杆旋转驱动螺杆泵抽油杆旋转驱动螺杆泵水力活塞泵水力活塞泵电动潜油离心泵电动潜油离心泵电动潜油螺杆泵电动潜油螺杆泵射流泵射流泵涡流泵涡流泵游梁式抽油机游梁式抽油机无游梁式抽油机无游梁式抽油机采油机械石油钻采机械任连城4 第七章第七章 有杆采油设备有杆采油设备石油钻采机械石油钻采机械石油钻采机械任连城5有杆抽油装置的组成有杆抽油装置的组成:1 1、地面部分、地面部分抽油机抽油机;2 2、地下部分、地下部分抽油泵抽油泵 (又称深井泵又称深井泵)3 3、中间部分、中间部分抽油杆抽油杆 称为称为“三抽三抽”系统。系统。有杆采油设备有杆采油设备液力端液力端动力端动力端拉杆拉杆石
3、油钻采机械任连城6游梁抽油机游梁抽油机(俗称磕头机俗称磕头机)是是最古老的应用最广泛的有杆采最古老的应用最广泛的有杆采油设备。它具有历史悠久、结油设备。它具有历史悠久、结构最古老简单,使用可靠、操构最古老简单,使用可靠、操作维护方便、在恶劣的自然环作维护方便、在恶劣的自然环境中能够长期可靠安全运行等境中能够长期可靠安全运行等特点,使其在油田开采过程中特点,使其在油田开采过程中得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城7第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机一、游梁式抽油机的结构组成与工作原理1 1、游梁式抽油机的结、游梁式抽油机的结构构(普通式
4、)(普通式)由游梁连杆由游梁连杆 曲柄曲柄机构机构(称为四连杆机构称为四连杆机构)、减速箱(减速机构)、减速箱(减速机构)、动力设备和辅助装置等动力设备和辅助装置等四大部分组成。四大部分组成。石油钻采机械任连城8抽油机四连杆机构示意图抽油机四连杆机构示意图 第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机曲柄曲柄连杆连杆游梁虚杆虚杆一、一、游梁式抽油机的机构组成与工作原理游梁式抽油机的机构组成与工作原理2 2、游梁式抽油机的工作过程游梁式抽油机的工作过程 简单讲:简单讲:一个速度的改变一个速度的改变、两个运动方式两个运动方式的改变。的改变。电动机电动机(或其它动力机或其它动力机)通过传动皮带将通过传动皮
5、带将高速旋转运动传递给减速箱的输入轴,经高速旋转运动传递给减速箱的输入轴,经减速后由四连杆机构将旋转运动变为游梁减速后由四连杆机构将旋转运动变为游梁的上下往复摆动,经游梁前端圆弧状的驴的上下往复摆动,经游梁前端圆弧状的驴头,通过抽油杆带动深井泵柱塞作上下往头,通过抽油杆带动深井泵柱塞作上下往复直线运动,将井内液体抽吸到地面。复直线运动,将井内液体抽吸到地面。石油钻采机械任连城9游梁式抽油机游梁式抽油机游梁游梁连杆连杆平衡块平衡块曲柄曲柄电机电机皮带轮皮带轮减速箱减速箱支架支架驴头驴头常规型常规型3 3、基本结构、基本结构动力设备:动力设备:电机电机;减速机构减速机构:皮带轮皮带轮皮带减速器;皮
6、带减速器;换向机构:换向机构:曲柄机曲柄机构连杆游梁构连杆游梁驴头;驴头;辅助机构辅助机构:刹车机刹车机构、底座、井口构、底座、井口装置装置石油钻采机械任连城10驴头为圆弧形,并以支座的支点驴头为圆弧形,并以支座的支点为圆心,作圆弧运动,保证光杆始为圆心,作圆弧运动,保证光杆始终与驴头相切。终与驴头相切。驴头将游梁前端往驴头将游梁前端往复圆弧运动,变为抽油杆垂直往复复圆弧运动,变为抽油杆垂直往复运动。驴头目的运动。驴头目的:对中井口对中井口。冲程的调节冲程的调节:移动曲柄上的孔眼。移动曲柄上的孔眼。冲数的调节冲数的调节:更换皮带轮的大小。更换皮带轮的大小。(曲柄每分钟旋转的圈数,正好与抽曲柄每
7、分钟旋转的圈数,正好与抽油机的冲数相同)油机的冲数相同)曲柄旋转的方向为顺时针方向。曲柄旋转的方向为顺时针方向。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城114.4.基本类型基本类型 常规型常规型:支点在中间,动力在尾部(见图支点在中间,动力在尾部(见图9-29-2););双驴头抽油机(变力臂,节能。);双驴头抽油机(变力臂,节能。);游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城12前置式前置式 前置型游梁抽油机减速器前置型游梁抽油机减速器在支架前面,缩短了游梁的长在支架前面,缩短了游梁的长度,使得抽油机的规格和尺寸度,使得抽油机的规格和尺寸大为减小,由于支点前移,使大为减小,由于支点前移,使得
8、上下行程时间不等,从而降得上下行程时间不等,从而降低了上冲程的运行速度、加速低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷以及减速机的最大度和动载荷以及减速机的最大扭矩和需要的电机功率,另外扭矩和需要的电机功率,另外支点前移改变了拉杆的连接连支点前移改变了拉杆的连接连接形式,使得悬点载荷降低接形式,使得悬点载荷降低1010。所以多用于重型长冲程抽。所以多用于重型长冲程抽油机。油机。游梁式抽油机游梁式抽油机前置式:前置式:支点在尾部,动力在中间。支点在尾部,动力在中间。优点:平衡效果好,光杆最大载荷小,节能效果好。优点:平衡效果好,光杆最大载荷小,节能效果好。石油钻采机械任连城13(连杆机构位于支(连杆机
9、构位于支架的前边)多采用架的前边)多采用气动平衡气动平衡上冲程气体膨胀,上冲程气体膨胀,帮助抽油机作功;帮助抽油机作功;下冲程气体被压缩,下冲程气体被压缩,储藏能量。储藏能量。第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城14异相型抽油机异相型抽油机结构特点:结构特点:使使曲曲柄柄中中心心轴轴承承与与连连杆杆和和游游梁梁的的连连接接销销(横横梁梁轴轴)不不在在一一条条垂垂线线上上,使使曲曲柄柄平平衡衡重重的的中中心心线线与与曲曲柄柄中中心心线线之之间间有有一一相相位位角角,增增加加了了上上冲冲程程时时间间动动载载荷荷降降低低;其其结结构构就就导导致致了了曲曲柄柄上上冲冲程程转转角角大
10、大于于190190。,下下冲冲程程小小于于170170。,使使上上冲冲程程驴驴头头悬悬点点运运动动速速度度较较下下冲冲程程慢慢,相相应应地地降降低低了了上上冲冲程程悬悬点点的的加加速速度度,从从而而降降低低了了上上冲冲程程悬悬点点的的惯惯性性载载荷。荷。第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城15异相型抽油机异相型抽油机曲曲柄柄连连杆杆臂臂与与游游梁梁的的夹夹角角在在上上冲冲程程几几乎乎保保持持垂垂直直,增增加加了了力力臂臂降降低低拉拉杆杆拉拉力力。,使使的的减减速速器器净净扭扭矩矩降降低低40406060,减减小小减减速速器器规规格格,降降低低能能耗耗,上上冲冲程程扭扭矩矩峰
11、峰值值减减小小下下冲冲程程扭扭矩矩峰峰值增加,变化幅度降低。值增加,变化幅度降低。优优点点:可可减减小小光光杆杆最最大大负负荷荷1010,因因而而能能延延长长抽抽油油杆杆的的寿寿命命,还还能能节节省省电力电力1010左右。左右。第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机缺点:减速器后移底座加长制造运输困难;两个曲柄缺点:减速器后移底座加长制造运输困难;两个曲柄不能互换,制造工作量增加,曲柄只能单向旋转不能互换,制造工作量增加,曲柄只能单向旋转且与常规相反否则性能变坏。且与常规相反否则性能变坏。石油钻采机械任连城165.游梁式抽油机的规格和型号(1)游梁式抽油机规格代号表示法:例例如如:某某游游梁梁
12、式式抽抽油油机机,规规格格代代号号为为4-1.5-9,4-1.5-9,表表示示该该抽抽油油机机的的额额定定悬悬点点载载荷荷为为40KN40KN,光光杆杆最最大大冲冲程程为为1.5M1.5M,减速器额定扭矩为,减速器额定扭矩为9KN.M9KN.M。减速器额定扭矩,kN.m光杆最大冲程,m额定悬点载荷,10kN第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城17(2)我国游梁式抽油机型号的表示法H 点啮合双圆弧齿轮(渐开线人字齿轮省略)平衡方式减速器齿轮形代号减速器额定扭矩,kN.m光杆最大冲程,m额定悬点载荷,10kN抽油机类型代号第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城
13、18egeg:CYJ10-3-53BCYJ10-3-53B常规型游梁式抽油机,常规型游梁式抽油机,额定悬点载额定悬点载荷为荷为100KN100KN,光杆最大冲程为,光杆最大冲程为3M3M,减速器额定扭矩为,减速器额定扭矩为53KN.M53KN.M,抽油机的平衡方式为曲柄平衡。抽油机的平衡方式为曲柄平衡。Y 游梁平衡B 曲柄平衡F 复合平衡Q 气动平衡CYJ 常规型CYJQ 前置型CYJY 异相型平衡方式抽油机类型代号第一节第一节 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城191 1、悬点载荷:、悬点载荷:P P 挂抽油杆处的载荷。主要取决于挂抽油杆处的载荷。主要取决于抽油杆和液柱重量抽油杆和液
14、柱重量,它反映在一定,它反映在一定的抽油杆和抽油泵泵径组合是的的抽油杆和抽油泵泵径组合是的最大下泵深度(或井深)最大下泵深度(或井深)。目前抽油机的最大许允载荷目前抽油机的最大许允载荷Pmax从从3 35kN5kN到到150150280kN280kN。二、游梁式抽油机主参数二、游梁式抽油机主参数游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城202.2.冲程长度:冲程长度:S S 上、下死点之间的距离。主要反应采油量以及抽油机的基本尺寸和重上、下死点之间的距离。主要反应采油量以及抽油机的基本尺寸和重量量。石油矿场上,应用的悬点最大冲程长度。石油矿场上,应用的悬点最大冲程长度Smax从从0.3m0.3
15、m10m10m,而用的最,而用的最广的在广的在6m6m以下。悬点冲程,受机构限制一般为以下。悬点冲程,受机构限制一般为3 34m4m。(曲柄连杆机构难以。(曲柄连杆机构难以实现长冲程。)实现长冲程。)S S正比于曲柄半径。正比于曲柄半径。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城213 3、冲次:、冲次:n n悬点冲程数(每分钟往复次数)悬点冲程数(每分钟往复次数)。它表明抽油机的抽汲。它表明抽油机的抽汲工况,最大冲程次数工况,最大冲程次数nmax和最大冲程长度和最大冲程长度Smax一起确定了抽一起确定了抽油机的油机的最大产量最大产量(当泵径一定时)。目前实际应用的悬点最(当泵径一定时)。目前
16、实际应用的悬点最大冲程次数从大冲程次数从24/min到到20次次/min。因为抽油杆的折断次数。因为抽油杆的折断次数和冲程次数成正比,所以限制了冲次的进一步提高和冲程次数成正比,所以限制了冲次的进一步提高游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城22 4.4.最大扭矩:最大扭矩:MM 曲柄轴最大扭矩。(用于曲柄轴最大扭矩。(用于选择电机选择电机功率)。它和上述的三个基本参数间功率)。它和上述的三个基本参数间存在一存在一 定关系,特别是和悬点最大冲程长度定关系,特别是和悬点最大冲程长度SmaxSmax成正比,成正比,SmaxSmax越大越大MmaxMmax也越也越大,同时曲柄轴的最大许允扭矩大,
17、同时曲柄轴的最大许允扭矩MmaxMmax确定了减速器的尺寸和重量。确定了减速器的尺寸和重量。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城235.5.功率功率 NN 如果将扭矩和冲次两个基本参数相乘就得到单位时间(一分钟内)所如果将扭矩和冲次两个基本参数相乘就得到单位时间(一分钟内)所需需 的功,也就是抽油机的功率。根据抽油机功率的大小可把抽油机分为:的功,也就是抽油机的功率。根据抽油机功率的大小可把抽油机分为:游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城24三、游梁抽油机驴头悬点载荷三、游梁抽油机驴头悬点载荷抽油泵工作过程抽油泵工作过程上冲程:上冲程:游动阀关游动阀关(柱塞上的阀);活塞(柱塞上的
18、阀);活塞上提,地面排油;同时,上提,地面排油;同时,固定阀开固定阀开(泵筒(泵筒上的阀),底层原油进入泵筒。上的阀),底层原油进入泵筒。下冲程:下冲程:游动阀开游动阀开;固定阀关固定阀关,泵筒向柱,泵筒向柱塞上方排油。塞上方排油。悬点载荷:悬点载荷:抽油杆悬挂在驴头处的载荷。抽油杆悬挂在驴头处的载荷。上下冲程悬点载荷不同上下冲程悬点载荷不同。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城25(一)六项悬点载荷(一)六项悬点载荷:1、静载、静载悬点静载荷变化图 游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城262、动载、动载动载与杆柱运动有关动载与杆柱运动有关。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连
19、城273、摩擦力、摩擦力 摩擦力也和抽油杆的运动有关,一般在直井、油管结蜡少和原油粘度不大的情况下一般只占总载荷的25,可以忽略,但是当原油粘度很高时,摩擦力将很大此时不能忽略。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城281 1、稠油高粘度,摩擦力大、稠油高粘度,摩擦力大。(粘度反映液体运动层间的摩擦。(粘度反映液体运动层间的摩擦力,绝对粘度,力,绝对粘度,Pa.sPa.s)2 2、摩擦力:、摩擦力:作用方向与油杆运动相反作用方向与油杆运动相反。游阀液体摩擦发生在。游阀液体摩擦发生在下冲程阀打开时。下冲程阀打开时。3 3、摩擦力低粘油时,忽略不计(占、摩擦力低粘油时,忽略不计(占2 25%5
20、%),高粘油时必考虑。),高粘油时必考虑。现场提出问题现场提出问题:油稠,下冲程杆和柱塞靠自重无法下行。油稠,下冲程杆和柱塞靠自重无法下行。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城29 1.1.上冲程上冲程 悬点从下死点上移,游阀关,悬点从下死点上移,游阀关,固定阀开固定阀开。(二)悬点静载荷大小及变化规律(二)悬点静载荷大小及变化规律游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城30上冲程悬点静载上冲程悬点静载:油杆密度,kg/m3;油密度,kg/m3;杆截面积,m2;F柱塞面积,m2;L抽油杆长或下泵深度m;动液面以上泵沉没度,m,有时认为 0断面面积等于柱塞面积的油柱重,N。游梁式抽油机游
21、梁式抽油机石油钻采机械任连城312.2.下冲程下冲程悬点从上死点下移,游阀开,固定阀悬点从上死点下移,游阀开,固定阀关。关。悬点只承受杆柱在油中重量。悬点只承受杆柱在油中重量。【柱塞上、下油压柱塞上、下油压p油油相等,油对杆产生浮力相等,油对杆产生浮力】杆在油中重量杆在油中重量游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城323.下死点载荷变化(从下至上冲程)(1)抽油杆载荷变化)抽油杆载荷变化悬点载荷悬点载荷:由变为载荷增量:载荷增量:(油柱重量)抽油杆伸长抽油杆伸长:导致导致:悬点走了悬点走了才全部加到杆或悬点上才全部加到杆或悬点上。【相当弹性变形,先走一段空的距离相当弹性变形,先走一段空的距
22、离】伸长使柱塞不动,此时不抽油。伸长使柱塞不动,此时不抽油。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城33(也就是说悬点又走了(也就是说悬点又走了 距离,柱塞与泵筒仍无相对运距离,柱塞与泵筒仍无相对运动,也不抽油。)动,也不抽油。)(2)油管柱载荷变化)油管柱载荷变化下冲程时下冲程时:游阀开,定阀关。:游阀开,定阀关。(柱塞将油管下端固定阀堵住,减去沉没压力。)(柱塞将油管下端固定阀堵住,减去沉没压力。)上冲程时上冲程时:游阀关,油柱由柱塞和抽油杆承担,:游阀关,油柱由柱塞和抽油杆承担,油管柱上无载荷作油管柱上无载荷作用。卸载引起油管缩短。用。卸载引起油管缩短。(油管与泵筒相连)(油管与泵筒相
23、连)油管缩短量:油管缩短量:压在油管下部,方向向下。压在油管下部,方向向下。油管管壁横截面积油管管壁横截面积游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城34变形分配系数,取0.60.9。(3)冲程(悬点冲程)冲程(悬点冲程S)柱塞有效冲程柱塞有效冲程:游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城354.4.上死点载荷变化(上冲程终了,下冲程开始)上死点载荷变化(上冲程终了,下冲程开始)(1 1)杆柱杆柱:静载由静载由 变到变到 。载荷减小载荷减小了了 (折合)油柱重,(折合)油柱重,杆缩短了杆缩短了 ,悬点走过,悬点走过 (距(距离),柱塞不动,泵筒不排油(泵筒向柱塞上方排油,柱塞运动游离),柱塞
24、不动,泵筒不排油(泵筒向柱塞上方排油,柱塞运动游阀才能打开(顶开)。阀才能打开(顶开)。(2 2)油管油管:此时,固定阀关(柱塞不动,泵筒与油管外的油共同压力,:此时,固定阀关(柱塞不动,泵筒与油管外的油共同压力,定阀球自由落下)。定阀球自由落下)。油管承受油管承受载荷载荷由空载由空载增加增加为为 ,管伸长了管伸长了 。悬点又走了悬点又走了 距离,柱塞相对泵筒仍不动,泵筒也不排油。距离,柱塞相对泵筒仍不动,泵筒也不排油。游梁式抽油机游梁式抽油机石油钻采机械任连城36(3 3)柱塞有效行程)柱塞有效行程 ()S-悬点冲程 缩短伸长;伸长缩短只有柱塞运动的距离才为有效行程只有柱塞运动的距离才为有效
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