采油工程——抽油机悬点运动规律及载荷分析.doc

第二章有杆泵采油第二节抽油机悬点运动规律及载荷分析一、游梁式抽油机悬点运动规律四连杆机构：以游梁支架轴和曲柄轴的连线为固定杆， 以曲柄、连杆和游梁为三个活动杆所组成的四连杆机构如图 3-21所示，抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化， 而且方向也在 不断改变上冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向上；后半个冲程为减 速运动，加速度方向向下下冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向下； 后半个冲程为减速运动，加速度方向向上其最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为零；其最大加 速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加速度为零上下死点处的最大加速度分别为：s 2 ramaox 2 (1 7) (3-12)s 2 ramax 2 (1 7) (3-13)、抽油机悬点载荷计算与分析（一）静载荷1 •抽油杆柱载荷上冲程，悬点承受着整个抽油杆柱的重力为:(3-21)Wr frL sg = qrLg对于多级抽油杆：W （q“Li q「2L2 — ）g式中 Wr——抽油杆柱的重力，N；fr ――抽油杆的截面积，m2;L——抽油杆柱的长度，m；s―― 抽油杆材料（钢）的密度， s 7850kg/m3。

qr—— 每米抽油杆的平均质量，kg/m；（可查表3-1）qri、q「2 ――用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量， kg/m；L、L2――用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度， m下冲程，作用在悬点上的杆柱载荷等于抽油杆柱的重力减去杆柱受到的浮 力：Wr frL（ s l）g 或Wr qrLgb Wrb （3-23）式中 Wr —— 抽油杆柱在液体中的重力，N ；b 抽油杆的失重系数s抽汲液体的密度，kg/m3;当原油含水时，可用下式近似计算:o(1(3-24)式中 o 原油密度，kg/m3 ；水的密度，kg/m3 ； 原油含水率，小数2.液柱载荷上冲程作用在悬点上的液柱载荷为：Wi （fp fr）L lg （3-26）下冲程液柱载荷不作用在悬点上3．上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷Wl Wr Wl —Wr=frL sg＋(fp fr)L lg— frL( s l)g=fpL lgWl ，简称为转移载荷由以上推导可知，上冲程的静载荷：Wr Wl Wr Wl (3-27)上、下冲程静载荷随悬点位移的变化曲线：图 3-29 静载荷随悬点冲程变化的曲线4．其它静载荷1)沉没压力对悬点载荷的影响 沉没压力：泵的吸入口沉没在液面以下一定深度， 该处的压力称为沉没压力。

吸入压力：上冲程中， 在沉没压力作用下， 井内液体克服泵的入口设备的阻 力进入泵内，此时液流具有的压力称吸入压力吸入压力作用在活塞底部而产生向上的载荷为：Fi Pnfp (ps pi) fp (3-28)式中 Fi—— 吸入压力Pn作用在活塞上产生的载荷，N ；Pn——吸入压力，PafP ——活塞截面积， m2；Ps—— 沉没压力， Pa；Pi —— 液流通过泵的入口设备产生的压力降， Pa； 下冲程中，吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响2)井口回压对悬点载荷的影响上冲程增加悬点载荷： FBu PB( fP fr) (3-29)下冲程减小悬点载荷： FBd PB f r (3-30)式中 Fbu—— 井口回压在上冲程中造成的悬点载荷，N ;FBd ――井口回压在下冲程中造成的悬点载荷，N ;Pb――井口回压，Pa；其它符号同前由于沉没压力和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反，可以相互 抵消一部分，所以在一般计算中可以忽略这两项二)动载荷1惯性载荷根据牛顿第二定律可得：抽油杆柱的惯性力为：Pg r a a (3-31)g液柱的惯性力为：WlPgi —3a (3-32)g式中£—— 考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数：f p fr f tg f r式中 ftg —— 油管的流通断面面积。

惯性载荷对悬点载荷的影响分析由图可以看出，惯性载荷的方向及对悬点载荷的影响为：上冲程前半冲程， 悬点向上加速运动，惯性力向下，增加悬点载荷；后半冲程，悬点向上减速运动, 惯性力方向向上，减小悬点载荷，下冲程前半冲程，悬点向下加速运动，惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程，悬点向下减速运动，惯性力向下，增加悬点载 荷由图中可以看出，在上、下死点处惯性载荷对悬点载荷的影响最大，而在二 分之一冲程处，惯性载荷为零上冲程中抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：PGrWr S丁2Wr ST2(紆2(12Wrs n1790(1(3-33)若取r /l 1/4时:(3-34)nu WrSn2PGr1440下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为:Pg；Wr s 2 r(I 一 g 2 l2Wrsn21790(3-35)上冲程液柱引起的悬点最大惯性载荷为:pGiWl s2(1Wen21790(1(3-36)下冲程中液柱不随悬点运动，因而没有液柱的惯性载荷上冲程中悬点最大惯性载荷为： Pgu PGr Pg：下冲程悬点最大惯性载荷为： PG； PGr注：当液柱中含气比较多且冲数比较小时，可忽略液柱引起的惯性载荷2.摩擦载荷 上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷对抽油机悬点载荷有影响的摩擦力包括以下五个方面：(1) 抽油杆柱和油管柱的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷, 下冲程减小悬点载荷。

2) 活塞与衬套之间的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷， 下冲程减小悬点载荷3) 液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点 载荷4) 液柱与油管之间的摩擦力，发生在上冲程，方向向下，增加悬点载荷5) 液体通过游动阀的摩擦阻力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载3.振动载荷在计算抽油机悬点最大载荷时，一般不考虑三、悬点最大和最小载荷悬点的最大载荷:2Wrsn2Wr Wl (1 -)1790 lP ax ^Vr W2W^n_(1 r)1790 l悬点的最小载荷:Pmin Wr P^ W2Wrsn r—(1 -)1790 l(3-37)(3-38)(3-39)。