有杆泵及无杆泵采油技术
机械有杆、无杆采油技术
2.影响泵效的因素
Q/Qt
(1)
抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩
入
Sp S
(2) 气体和充不满的影响 V 液
V活
(3B
1 Bl
3.提高泵效的措施
(1)选择合理的工作方式 ①选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷， 特别是稠油的井。 ②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。
液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引 起抽油设备受力急剧变化的现象。
2.漏失对示功图的影响 ① 排出部分的漏失
图10-9 泵排出部分漏失
柱塞的有效吸入行程：
Spu BC
泵效：
BC/S
② 吸入部分漏失
图10-10 吸入凡尔漏失
柱塞的有效吸入行程：
SpedDA
泵效：
DA/S
图10-11 吸入凡尔严重漏失
1)上冲程 抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上
的游动阀受管内液柱压力而关闭。
泵内压力降低，固定阀在环形空间液 柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用 下被打开。
泵内吸入液体、井口排出液体。
泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。
A-上冲程
2)下冲程
柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。 泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上 液柱压力时，游动阀被顶开。
(一)理论示功图及其分析
1.静载荷作用下的理论示功图
循环过程：下死点A加载完成B上 死点C卸载完成D下死点A
图10-5 静载理论示功图
ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程， 加载过程中，游动凡尔和固定凡尔处于关闭 状态；在B点加载完毕，变形结束，柱塞与 泵筒开始发生相对位移，固定凡尔打开而吸 入液体。BC为吸入过程（BC=sP为泵的冲 程），游动凡尔处于关闭状态。
有杆泵采油工作原理
有杆泵采油工作原理一、引言有杆泵采油是一种常见的油田采油方式，其主要原理是利用有杆泵将井底的原油抽到地面。
本文将详细介绍有杆泵采油的工作原理。
二、有杆泵采油的组成1. 有杆泵有杆泵是有杆泵采油系统中最重要的部分，其结构包括上接头、下接头、抽吸管、驱动装置等部分。
其中，上接头连接井口设备，下接头连接抽吸管，抽吸管负责将原油输送到地面，驱动装置则提供动力使得有杆泵能够正常运行。
2. 抽吸管抽吸管是将井底原油输送到地面的关键部件。
其结构包括铁制或者塑料制成的管道和连接器等部分。
在使用时需要根据实际情况选择合适的长度和直径。
3. 驱动装置驱动装置主要负责为有杆泵提供动力，在实际应用中可以选择电机、内燃机等不同类型的驱动装置。
三、有杆泵采油的工作原理1. 抽吸过程当有杆泵开始运行时，驱动装置会提供动力，使得有杆泵开始运转。
此时，抽吸管会下沉到井底，并且通过自身的重力将原油吸入管道中。
2. 推送过程当抽吸管内充满了原油之后，有杆泵将开始推送抽吸管并且将原油输送到地面。
在这个过程中，有杆泵的活塞会向下移动，并且将原油从抽吸管中压出。
3. 重复循环一旦有杆泵完成了一次推送过程之后，它就会开始重复进行抽吸和推送的循环。
这个过程可以持续进行数小时或者数天，直到井底的原油被完全采集出来。
四、有杆泵采油的优缺点1. 优点（1）采集效率高：由于有杆泵能够不断地进行抽吸和推送的循环，因此其采集效率非常高。
（2）使用成本低：相比其他采油方式而言，有杆泵采油所需的设备和人力成本都非常低。
（3）适用范围广：由于其结构简单，因此有杆泵采油可以适用于多种不同类型的油田。
2. 缺点（1）维护成本高：由于有杆泵采油需要经常进行维护和保养，因此其维护成本相对较高。
（2）使用寿命短：由于有杆泵采油的结构比较简单，因此其使用寿命相对较短。
（3）易受外界环境影响：由于有杆泵采油需要在井下进行操作，因此其易受到外界环境的影响，例如地震等。
五、总结有杆泵采油是一种非常常见的采油方式。
04有杆泵及无杆泵采油技术
第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
2、抽油泵
抽油泵是将机械能转化为流体压能的设备。
主要组成
工作筒(外筒和衬套) 柱塞 游动凡尔(排出阀) 固定凡尔(吸入阀)
柱塞 游动凡尔 工作筒 固定凡尔
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
Hale Waihona Puke 泵的类型按照抽油泵在油管中的固定方式可分为： 管式泵和杆式泵
A-管式泵
B-杆式泵
1—油管；2—锁紧卡；3—柱塞；4—游动凡尔；5—工作筒；6—固定凡尔
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
（1）管式抽油泵： －下泵深度较小的高产油井
特
工作筒在地面组装好后接在油管 柱下端，随油管一起下入井内，
点
然后投入固定凡尔，最后把柱塞
接在抽油杆柱下端下入泵筒内。
柱塞上下抽汲一次为一个冲程在一个冲程内完一分钟内完成的冲程次数叫冲数冲次第一节第一节游梁式抽油装置及泵的工作原理游梁式抽油装置及泵的工作原理泵的理论排量及泵效泵的理论排量及泵效第一节第一节游梁式抽油装置及泵的工作原理游梁式抽油装置及泵的工作原理泵的工作过程泵的工作过程是由三个基本环节所组成即是由三个基本环节所组成即柱塞在柱塞在泵内让出容积泵内让出容积井内液体进泵井内液体进泵和和从泵内排出井内液体从泵内排出井内液体
在实际生产中，由于油管、抽油杆的弹性伸缩、气体进泵、砂、 蜡等各种因素影响，实际产量往往小于理论排量Qt。
泵效：实际产量Q与理论产量Qt的比值
＝ Q
Qt
泵效的大小反映了泵的工作状况，泵效越大，泵的工 作条件越好。
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理 （二)泵的理论排量及泵效
采油机械——有杆泵采油
(2)游梁
游梁的作用：游梁安装在支 架轴承上，作用是绕支点 轴承作摇摆运动来传递动 力，同时也是承受负荷的 主要构件。
游梁安装的要求：为了校准 驴头中心与井口中心一致, 往往在游梁上焊上2—4个 顶丝，并且将游梁上的 “U”型卡子的孔开成长方 形的。亦有在抽油机支架 上焊上2—4个顶丝，用来 调节小轴的轴承位置。
安装时要注意曲柄孔、曲柄孔 键槽、锥形套和键等应有良 好的配合，否则易滚键或断 曲柄销。
(5)曲柄
曲柄的位置：曲柄安装在 减速器输出轴两端共 两个。
曲柄的结构：曲柄上有 4—8 个 圆 孔 ， 调 节 冲 程时可将曲柄销子固 定在任何一个适当的 孔里。图为曲柄和平 衡块的安装图。
(5)曲柄
曲柄的安装:曲柄一端有开口 的大孔,是用它把曲柄安装 在减速器的输出轴上。安 装时键槽孔要对正,然后将 键打入键槽,再将孔旁的差 动螺丝或T型螺丝上紧。曲 柄两侧的两个大铁块叫平 衡块，平衡块是用T型螺丝 与曲柄紧固在一起。平衡 块上面标的箭头处是平衡 块的中心线，它是供调平 衡时应用的。
(3)横梁
横梁的作用：是连接连杆 与游梁之间的桥梁，动 力经过横梁才能带动游 梁作摇摆运动
横梁的形式: 一般有三种, 一种是直形横梁，另一 种是船形横梁，还有一 种是翼形横梁。
横梁结构：多采用型钢焊 接结构，如船形横梁 ( 图 a) ， 也 有 少 数 铸 造 横梁，如翼形横梁(图b)
第4堂开始
普通式抽油机结构简图
2.游梁式抽油机的结构：
(1)驴头
驴头的安装形式： 驴头是装在游梁近
井口端的一个带弧面构 件，由钢板或三角铁焊 接制成。 驴头的作用：
在游梁摆动的情况 下保证光杆始终对准井 口中心位置。
驴头的类型:
采油工程第三章有杆泵采油13
二、抽油泵
抽油泵是有杆泵抽油 系统中的主要设备
1、泵的结构
泵筒
四大部分
吸入阀(固定阀) 活塞
排出阀(游动阀)
2、泵的类型
第二节 抽油机悬点运动规律 运动规律：位移 S、速度 v 、加速度 a 的变化规律
悬点：抽油杆通过悬绳器及毛辫子连接在驴头上的
悬挂点。
固定杆：游梁支点与
四 曲柄轴中心的连线 连 杆 机 构 游动杆：曲柄、连杆
、游梁后臂
悬点运动可以简化为简谐运动和曲柄滑块运动
一、简化为简谐运动时的悬点运动规律
条件： r/l→0 r/b→0
3.加重杆
抽油杆柱在向下运动时，由于阻力和浮力作用，抽油杆发生 弯曲，为改善抽油杆柱的工作状况，延长抽油杆柱的工作 寿命，采用在泵以上几十米的杆柱直径加粗，称为加重杆。 加重杆的结构如图所示，是两端带抽油杆螺纹的实心圆钢杆， 一端车有吊卡颈和打捞颈，杆身直径有Φ35、Φ38、Φ51 mm 三种。
4、悬绳器 悬绳器是连接光杆与毛辫子的工具。悬绳器在抽油机工 作时，承担整个工作载荷，在测示功图时安装测试传感器。
点B的运动可以看 作简谐运动，即认为B 点的运动规律和D点做 圆周运动时在垂直中 心线上的投影（C点） 的运动规律相同，即B 点和C点的运动规律相 同。
驴头在下死点 曲柄垂直向上
0C
B点经过时间t时的位移 sB 为：
sB sC r r cos r(1 cos )
根据相似三角形关系可知，悬点位移
1—天车滑轮；2—上钢丝绳；3—上链轮；4— 往返架；5—特殊链节；6—轨迹链条； 7—主动链轮；8—减速箱；9—皮带传动； 10—电机；11—平衡气缸；12—平衡柱塞； 13—平衡链条；14—平衡链轮；15—油底壳； 16—底座；17—机架；18—导轨； 19—滑块；20—主轴销；21—悬绳器；22—光 杆
有杆与无杆采油设备概述及对比
有杆采油装备与无杆采油装备概述及对比人类有着1600年左右的石油开采历史，直到1848年俄国工程师F.N. Semyenov在巴库东北方的Aspheron半岛开采了第一口现代油井后，人类才步入了现代化的石油开采时代。
其中机械采油装备经过了一百多年的发展，逐渐形成了当今有杆采油装备和无杆采油装备两大体系。
据统计，全世界约有100万口左右的在产油井，其中使用有杆采油装备的约占到90%以上，这些有杆采油装备的驱动装置采用游梁式抽油机的约占到80%以上。
（兰石以往出口抽油机型全部为游梁式抽油机。
）一. 机械采油装备概述机械采油装备基本可归纳为两大类，有杆采油装备和无杆采油装备。
1.有杆采油设备：位于地面的动力设备通过一系列的机械传动带动抽油杆柱，再由抽油杆柱带动井下抽油泵活塞上、下往复运动或旋转运动，将井内原油抽至地面的采油设备。
可分为：1) 杆式抽油泵：检泵方便，但结构复杂，制造成本较高，在相同的油管直径下允许下入的泵径较管式泵要小，适用于下泵深度较大，产量较小的油井。
该泵地面驱动装置为游梁式或非游梁式抽油机。
2）管式抽油泵：结构简单，成本低，在相同油管直径下允许下入的泵径比杆式泵大，因而排量大。
但检泵时必须拆卸油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不大，产量较高的井。
该泵地面驱动装置为游梁式或非游梁式抽油机。
3）地面驱动螺杆泵：能够输送高粘度、高含砂量的原油，适应高气油比、中等深度低产井原油的需要，工艺简单、管理方便、低生产成本、具有高举升性能。
但螺杆泵缺点为油井抽油杆易断脱、油管漏失、结蜡严重、螺杆泵定子脱落、磨损严重等故障频繁。
该泵的驱动装置为螺杆泵电机，安置在地面采油树上。
2.无杆采油设备：不用抽油杆柱传递能量，而是用电缆或高压液体传递能量的采油设备统称为无杆采油设备。
其中可细分为：1）电泵类：a.电动潜油离心泵：是一种井下工作的多级离心泵，排量大、操作简单、管理方便、在防蜡方面有一定作用。
在有些高凝油、稠油情况下还需要加装一套原油稀释系统，由稀释管线向井下油层注入稀释液。
人工举升方式对比
人工举升方式对比人工举升是在地层的天然能量不足以维持自喷生产或者虽然可以自喷生产，但是产量达不到要求时，在井筒中下入机械设备对流体做功，使流体能流到地面的工艺流程。
目前在油气田开发中常用的举升方式有：有杆泵采油和无杆泵采油，有杆泵细分为游梁式抽油机和螺杆泵，无杆泵采油分为电潜泵举升、水力活塞泵采油和水力射流泵采油等。
以下将对抽油机、螺杆泵以及电潜泵的优缺点、适用条件、应用现状进行对比。
一、工作原理对比1.抽油机有杆泵采油是以地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体的举升方式。
抽油机是最常见的有杆泵采油，它的悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。
工作原理：动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。
曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。
挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。
2.螺杆泵地面驱动螺杆泵是以井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵的采油方式。
工作原理：流体沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室。
随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。
螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。
3.电潜泵电潜泵地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。
电潜泵采油装置主要由三部分组成：由潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵组成的井下机组部分、电力传输部分以及由控制屏、变压器和接线盒组成的地面控制部分。
工作原理：电机带动泵轴上的叶轮告诉旋转时，叶轮内液体的每一质点受离心力作用，从叶轮中心沿叶片间的流道被甩向叶轮四周，液体压力和速度同时增加，经过导流道被引向上一级叶轮，这样逐级经过所有的叶轮，使液体能逐级增加，最后获得一定的压头，将流体举升至地面。
机械采油技术PPT课件
一、游梁式 抽油机——深井泵 抽油装置
1、抽油装置 图10-1所示为 游梁式抽油装
置工作示意图。
工作过程：用油管6把深井泵的泵筒 2下到井内液面以下，在泵筒下部装有 只能向上打开的吸入凡尔（固定凡尔） 1。用直径16-25mm的抽油杆柱把柱塞3 从油管内下入泵筒。柱塞上装有只能向 上打开的排出凡尔（游动尔）4。最上 面与抽油杆相连的称光杆，它穿过三通 8和盘根分别9由悬绳悬挂在驴头10上。 借助抽油机的曲柄连杆机构13和12的作 用，把动力机15（电动机或内燃机）的 旋转运动变为光杆的往复运动，进而带 动深井泵的柱塞进行抽油。
qr′—每米抽油杆柱在液体中的重量；
b—抽油杆柱在液体中失重系数。
b=rs-r1/rs r1—抽汲液体的密度。 2、作用在活塞上的载荷
只有上冲程时，才有：
W1=(fp-fr)Lγ1 W1—上冲程时作用在活塞上的环形液柱重量。 fp—活塞载面积； fr—抽油杆截面积。
(二) 理论示功图及其诊断 1 静载荷作用下的理论示功图，图10-.5。示功图就是悬点载荷随光杆
油杆带动井下的深井泵工作。
其工作原理：
（1）上冲程—吸入过程 活塞上升：游动凡尔关闭，并将冲程上的一段液柱排出井口。同
时泵内压降低，使吸入压力pi小于泵的沉没压力Psu，固定凡尔打开， 井中流体进入泵内活塞所让出的空间，载荷作用在活塞上。
即：游动凡尔关闭，固定凡尔打开，抽油杆伸长，油管缩短，井 内液体吸入泵内。
3、抽油杆，截面为圆形的实心钢制杆，是游梁式抽油机装置的动力传递工 具。按其名义直径可分为： 5/8″ 3/4″ 7/8″ 1″四种。 物理性质来选择抽油杆的尺寸。为了减轻抽油杆的重量，增加允许 下泵深度，除小产量浅井外，大多采用不同直径的组合抽油杆柱（等强 度法）。
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(General Introduction of Petroleum Engineering)
第四章
有杆泵及无杆泵采油技术
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
一、抽油装置
抽油机（地面）
设 备
抽油杆（传动动力）
组 抽油泵（井筒内）
成 其它附件
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
在一个冲程内，排出的液体体积：
V fpS
柱塞横截面积,m2
光杆冲程，m
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理 （二)泵的理论排量及泵效
每分钟的冲数为N，则每分钟排量：
Vm fpSN
冲数（冲次）
每日排量: Qt 144f0pSN
泵的理论排量
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理 （二)泵的理论排量及泵效
抽油杆上，引起油管和抽油杆周期性地增载和减载，从而引起 弹性伸缩。 2、惯性载荷对活塞冲程的影响
3、抽油杆振动对活塞程的影响
液柱载荷交变作用 抽油杆柱变速运动
抽油杆柱振动
抽油杆柱变形
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第二节 影响泵效的因素及提高措施
（二）气体对泵效的影响
当泵内吸入气液混合物后，气体占据了柱塞让出的部分空间， 或者当泵的排量大于油层供油能力时，液体来不及进入泵内，都 会使进入泵内的液量减小。
泵内进液的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力（油、套管
环形空间液柱压力）。
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
2、下冲程
抽油杆柱带动柱塞向下运动，固定凡尔在重力作用下 关闭。泵内压力因液体压缩而增高，当泵内压力大于柱 塞以上液柱压力时，游动凡尔被顶开。柱塞下部泵筒内 的液体通过游动凡尔进入柱塞上部的油管中。
在实际生产中，由于油管、抽油杆的弹性伸缩、气体进泵、砂、 蜡等各种因素影响，实际产量往往小于理论排量Qt。
泵效：实际产量Q与理论产量Qt的比值
＝ Q
Qt
泵效的大小反映了泵的工作状况，泵效越大，泵的工 作条件越好。
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理 （二)泵的理论排量及泵效
例：已知某油井的抽油泵的直径0.075m，冲程3m，冲数15次/分钟，每天排 液量为90m3，请计算该泵的泵效。
1、抽油机
抽油机是有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化 为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
1、抽油机
游梁式抽油机组成
游梁-连杆-曲柄机构 减速箱 动力设备 辅助装置
工作原理
工作时，动力设备将高速旋转运动通过减速箱传递给曲柄，带 动曲柄作低速旋转；曲柄通过连杆带动游梁作上下摆动；挂在驴 头上的悬绳器通过抽油杆带动井下深井泵作上下往复运动，把油 抽到地面。
充满系数：
表示泵的充满程度，其值为泵内吸入液体与活塞让出体积之比：
V l
Vp
V p —上冲程活塞让出的容积
V l —每冲程吸入泵内的液体体积
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第二节 影响泵效的因素及提高措施
（三）漏失的影响
柱塞与衬套的间隙及阀和其它部件间的漏失都会使实际排 量减小。
一般，在下泵后一定时期内，漏失的影响是不大的，但当 液体有腐蚀性或含砂时，将会由于对泵的腐蚀和磨损，使漏 失迅速增加。
第二节 影响泵效的因素及提高措施
一、泵效影响因素： 从泵工作的三个基本环节（活塞让出体积、原油进泵和泵
内排液）可归纳为： (1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 (2) 气体和充不满的影响 (3) 漏失影响
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第二节 影响泵效的因素及提高措施
（一）抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响
1、静载荷对活塞冲程的影响 在上下冲程中由于活塞以上的液柱重量交替地作用于油管和
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
2、抽油泵
抽油泵是将机械能转化为流体压能的设备。
主要组成
工作筒(外筒和衬套) 柱塞 游动凡尔(排出阀) 固定凡尔(吸入阀)
柱塞 游动凡尔 工作筒 固定凡尔
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
泵的类型
按照抽油泵在油管中的固定方式可分为： 管式泵和杆式泵
泵排出的条件： 泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。
柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完
成进油与排油的过程。
一分钟内完成的冲程次数叫冲数（冲次）
B-下冲程
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理 （二)泵的理论排量及泵效
泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵 内让出容积，井内液体进泵和从泵内排出井内液体。
优
检泵、提泵时不必起出油管，大 大缩短了作业时间，同时没有固
点
定凡尔打捞装置，余隙小，适用
于含气井。
缺 点
结构复杂，成本高，相同油管直 径允许下入的泵径小。
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
二、泵的工作原理
（一）泵的抽汲过程
1、上冲程
抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动凡 尔受管内液柱压力而关闭。此时，泵内压力降低， 固定凡尔在油、套管环形空间液柱压力与泵内压 力之差的作用下被打开，泵筒内吸入液体。
泵效计算公式：
η＝Q/Qt
Q =1440×fp×S×N
Q－泵的实际排量，m3； Qt－泵的理论排量，m3；
m2； S－泵的冲程，m；N－泵的冲数，次/分钟；
fp－泵的横截面积，
Q Q t 14403.14 9 0 0 .0 2 75 2315100% 31.5%
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A-管式泵
B-杆式泵
1—油管；2—锁紧卡；3—柱塞；4—游动凡尔；5—工作筒；6—固定凡尔
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理
（1）管式抽油泵： －下泵深度较小的高产油井
特
工作筒在地面组装好后接在油管 柱下端，随油管一起下入井内，
点
然后投入固定凡尔，最后把柱塞
接在抽油杆柱下端下入泵筒内。
优
结构简单，制造成本低，在相同
点
油管直径下，允许下入的泵径较
杆式泵大，因而排量大。
缺
检泵时要起出全部油管，费工费 时，适用于下泵深度不很大、产
点
量较高的的油井。
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第一节 游梁式抽油装置及泵的工作原理 （2）杆式抽油泵：－下泵深度较大的低产油井
特 点
把活塞、固定凡尔和工作筒组装 成一个整体，接在抽油杆柱的下 端整体通过油管下入井内