油田有杆管式抽油泵实用理论排量与泵效计算方法-图片版
第03章有杆泵采油-2讲解
B
Bl
一、柱塞冲程
第四节 泵效计算
交变载荷作用
抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩
柱塞冲程小于光杆冲程
液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱
(一)静载荷作用下的柱塞冲程
转移到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。
一、柱塞冲程
上冲程中：抽油杆加载，油管卸载。 1） A B驴头上 行，游动阀关闭， 抽 油杆加载W’ l ，杆伸 长λr 。 2） B B’与此同 时，管卸载W’ l ，缩 短λt ，活塞与衬套无 相对位移，吸入阀关 闭。 3）B’ C吸入阀 打开，B’C=Sp =S(λr + λt )=S-λ
一、柱塞冲程
API方法：
抽油杆柱振
动对柱塞冲
程的影响存 在着冲次、 冲程配合的 有利与不利 区域。
二、气体和充不满的影响
通常： P泵入口 Pb 气体进泵减少 V液进泵
气锁：由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入 阀无法打开而抽不出油，这种现象称为“气锁”。 充满系数:是指每冲次吸入泵内的原油(或液体)的 体积 Vo 与活塞让出容积 V p 之比，即
Vo V p Vs 1 Rgo
Vo ' Vo Vs
Vp Vs 1 Rgo
Vs
Vp Vs Rgo 1 Rgo
1 K s Rgo 1 Rgo
Vo ' V p Vs Rgo 1 Vp 1 Rgo V p
Vs 1 Rgo Vp 1 Rgo
若油层能量低或 o高，造成冲不满，可以 采用：加深泵挂，增加 沉没度，实施增产措 施，优选抽汲参数，若 为稠油，可以降粘。
Rgo
( R p Rs )(1 f w ) pi 0.1
泵效、动液面、流静压、断脱点
式中：V分--------泵的每分钟排量
n-----------冲数，次／分
2、理论排量：
泵每日的理论排量V理： V理=πD2／4×S光×n ×60×24
=1440 × πD2／4×S光×n
Q理= 1440×πD2／4×S光×n ×ρ混
(体积排量)
(重量排量)
液量等于活塞在泵中所让出的体积。用公式表式如下：
V活＝F× S光＝ πD2／4 ×S光 式中 V活------- 一个冲程的排液量 F ------S光-----活塞截面积，ｍ2 活塞的理论冲程（光杆冲程）长度ｍ
D ------- 活塞直径m
2、理论排量：
光杆冲程：指抽油机驴头由下死点移动到上死点所走 过的距离。（米） 冲数：是指抽油机驴头一分钟内上下往返的次数， 次／分钟 泵的每分钟的排量为： V
油层
油层
例题：
某井油层中部深度为1827ｍ，动、静液面深度分别为700ｍ和400 ｍ，混合液密度为0.9ｔ／ｍ3，套压1.0MPａ，根据所给数据计算该
井流、静压。
解：已知ρ混＝0.9ｔｍ3 ＝700ｍ，H静＝400ｍ P套＝1.0MPａ 求：P静？ P流？ H中＝1827ｍ H动
由P流压＝（H中-H动）× ρ混／100+ P套
递减率
老井综合递减率：油田（或区块）核实年产油量扣出当 年新井年产油量后下降的百分数。综合递减大于零，说明产 量递减，综合递减小于零，表示产量上升。
老井自然递减率：油田（或区块）老井扣出措施增产油 量后年产油量下降的百分数。
递减率
D综合递减率
阶段产油量 新井产油量 1 100% 标定水平 日历天数 阶段产油 新井产油 措施产油 1 100% 标定水平 日历天数
采油工程—— 泵效计算与分析
第三章 有杆泵采油第四节 泵效计算与分析泵效：油井日产液量与泵的理论排量的比值称为泵效。
用公式表示为：t Q Q =η （3-78） 一、影响泵效的因素（一）地质因素1．油井出砂：2．气体的影响：充满系数：Pl V V '=β （3-79） 式中 P V —— 上冲程活塞让出容积；'l V —— 每冲次吸入泵内的液体体积；如图3-41所示。
图3-41 气体对泵充满程度的影响图3-41中S V 表示余隙容积，l V 表示活塞在上死点时泵内的液体体积，g V 表示泵内气体的体积，令l g V V R /=称泵内气液比，令P S V V K /=称余隙容积比，将S l l V V V -='和R ,K 代入式（3-79）得：RKR +-=11β （3-80） 分析式（3-80）可得出以下结论：（1）K 值越小，β值就越大。
而减小余隙容积S V 和增大活塞冲程以增大P V 都可以减小K 值。
因此在生产中应使用长冲程和在保证活塞不碰固定阀的前提下，应尽量减小防冲距以减小余隙。
（2）R 越小，β值就越大，因此为增加泵效，应尽量减少进泵的气体。
进泵气液比可用下式计算：1.0)1)((+--=S w S P P f R R R （3-81） 式中 P R —— 地面生产气油比；S R —— 泵吸入口处的溶解气油比；S P —— 沉没压力，MPa ；w f —— 油井含水体积分数；3．油井结蜡：由于活塞上行时，泵内压力降低，在泵的入口处及泵内极易结蜡，使油流进泵阻力增大，影响泵效。
4．原油粘度高：由于油稠，油流进泵阻力大，固定阀和游动阀不易打开和关闭，抽油杆下行阻力大，影响泵的冲程，降低泵的充满系数，使泵效降低。
5．原油中含腐蚀性物质，如硫化物、酸性水，腐蚀泵的部件，引起漏失降低泵效。
（二）设备因素1．活塞的有效冲程：1）静载荷作用下的冲程损失及活塞有效冲程如图3-42，由于转移载荷'l W 上冲程从油管柱上转移到抽油杆柱上使抽油杆柱伸长了r λ，油管柱缩短了t λ，悬点向上移动了t r λλλ+=一段距离后活塞和泵筒才有相对位移，悬点无效的冲程λ称为冲程损失。
第3章有杆泵采油-1
大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。
第一节 抽油装置及泵的工作原理
一、抽油装置
常规有杆泵采油
抽 抽抽 油 油油 机 泵杆
(一)抽油机
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。
每分钟的排量为： Vm f pSN
每日排量: Qt 1440 f pSN kpSN
第二节 抽油机悬点运动规律及载荷
一、抽油机悬点运动规律
(一)简化为简谐运动时悬点运动规律
假设条件：r/l0、r/b0
游梁和连杆的连接点B的运动可看做 简谐运动，即认为B点的运动规律和D点 做圆运动时在垂直中心线上的投影(C点) 的运动规律相同。
主要组成
工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀)
分类
按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵和杆式泵
管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油
管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后 再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。
A-管式泵 B-杆式泵
杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆
柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在 油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管 上，检泵时不需要起油管。
游梁式抽油机组成
游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置
工作原理
工作时，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。
游梁式抽油机分类
后置式和前置式
不同点：
①游梁和连杆的连接位置不同。 ②平衡方式不同—后置式多采用机 械平衡；前置式多采用气动平衡。
有杆抽油泵选择
泵径
mm
泵隙号
1
2
3
4
5
修正泵隙号
70
83
95
108
2
3
3
4
3
4
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
4 配套工具的选择
4.1使用管式抽油泵的油井，应在泵上接泄油器。抽油泵柱塞直径应小于油管内径4mm以上，否则应使用脱节器。
4.2对于高含气井，推荐使用余隙调零装置和气锚。
4.3对于小泵深抽井，推荐使用油管锚。
b
a
b
b
a
a
a
c
a
a
c
a
B
b
低液面
a
－
－
－
a
b
－
－
a
b
－
－
－
a
－
－
直井
a
b
b
b
a
a
c
a
b
a
a
a
c
a
c
b
中含砂
a
－
c
c
a
－
b
c
a
－
c
b
－
a
－
c
高含砂
a
－
c
c
a
－
b
c
a
－
c
b
－
a
－
c
盐
a
c
a
b
a
c
a
a
a
a
a
a
第三章 有杆泵采油
(3)横梁 (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)
(4)连杆 (4)连杆 连杆与横梁连接(如图所示)： 在连杆的上部焊有接头，连 杆与横梁用销轴铰接，下接 头靠曲柄销4与曲柄连接，曲 柄销与连杆连接的一端装有 双列自位滚珠轴承，另一端 与锥形套配合固定在曲柄销 孔内，用冕形螺帽6固紧，并 加开口销锁住。
变型抽油机为适 应长冲程做成前 臂长，驴头端重
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：是在游梁 摆动的情况下保证光杆始 终对准井口中心位置。
(2)游梁 (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。
每分钟排量为: 每日体积排量为: 每日质量排量为: 式中:
Vm = f P sn
Qt = 1440 f P sn
Qm = 1440 f P snρ l
Qt －泵的体积理论排量，m3/d；
Qm－
泵的质量理论排量，t/d；
三、抽油杆
抽油杆的作用：在抽油装置中抽油杆是中间部分， 起连接抽油机与抽油泵，并把抽油机的动力传递给抽 油泵的作用。 抽油杆的类型： (1)根据化学成份，抽油杆可分为碳钢抽油杆、 合金钢抽油杆及玻璃钢抽油杆等类型。 (2)根据抽油杆在杆柱中起的作用，抽油杆又可 分为光杆、普通抽油杆和加重杆。
有杆泵采油示功图分析
光杆：光杆是抽油杆柱中最上端的一根抽油杆，其表面光滑。 驴头位于下死点时，光杆伸入密封盒以下的长度称为方入；密封盒以上到悬绳器之间的光杆长 度称为方余。光杆的方入要大于光杆冲程。 加重杆：把泵以上几十米的抽油杆柱直径加粗，称为加重杆。加重杆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。 下冲程时液体通过游动阀时的摩擦阻力，向上顶托活塞，减小悬点载荷，使活塞与泵连接处的 几根抽油杆受到压缩力作用发生弯曲，长时间的弯曲拉直运动会加速这部分抽油杆的疲劳破坏。 悬绳器：是连接光杆和绳辫子的工具，由上下两块扼板组成，通过楔形卡瓦固定。 悬绳器在抽油机工作时，承担着整个工作载荷，在测示功图时安装测试传感器。
2020/4/10
华鹏测试
12
测试是技术 解释是艺术
1.8 悬点载荷计算与分析
动载荷是随悬点位移或速度变化的载荷，包括惯性载荷、摩擦载荷及振动载荷。 1、惯性载荷 上冲程的前半冲程，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。（上冲程的前半冲程作加速度逐渐减小的向上加速运 动；上冲程的后半冲程作加速度逐渐增大的向上减速运动。） 下冲程的前半冲程，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。（下冲程的前半冲程作加速度逐渐减小的向下加速运动； 下冲程的后半冲程作加速度逐渐增大的向下减速运动。） 2、摩擦载荷：抽油杆柱和油管柱的摩擦力；活塞与衬套之间的摩擦力；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；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；液体通过游动阀时的摩擦阻力，发生在下冲程，方向向上，减 小悬点载荷，是造成下冲程时下部抽油杆柱受压缩弯曲的主要原因。
常规有杆泵采油技术资料
A-上冲程
泵的工作原理
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，柱塞下部的液体通过游动阀进入柱 塞上部，使泵排出液体。
泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)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） 悬点所承受的载荷 1）静载荷
①抽油杆柱载荷；②作用在柱塞上的液柱载荷；③沉没压力对悬点载 荷的影响；④井口回压对悬点载荷的影响
①抽油杆柱载荷
上冲程： Wr fr s gL qr gL （即杆柱在空气中的重力） 下冲程： Wr fr L(s l )g qrLg （即杆柱在液体中的重力）
链条式抽油机
带传动抽油机
滚筒型抽油机
(二)抽油泵
一般要求
1）结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。 2）制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。 3）规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。 4）结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。 5）便于起下。
(二)抽油泵
主要组成：泵筒、柱塞及游动阀(排出阀) 和固定阀(吸入阀） 分类：按照抽油泵在油管中的固定方式 可分为：管式泵和杆式泵
③运动规律不同。后置式上、 下冲程的时间基本相等；前 置式上冲程较下冲程慢。
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游梁式抽油机系列型号表示方法
CYJ 12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
F：复合平衡
Y：游梁平衡 平衡方式代号 B：曲柄平衡
Q：气动平衡
减速箱齿轮形代号，H为点啮合双 圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮
减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m
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油田有杆活塞管式抽油泵理论排量及泵效计算方法关键词：理论排量泵效混合液密度抽油机油田含水抽油泵油井一、体积理论排量公式:
S ＝S r＋ S L
因S r和S L不便直接测得，所以现场一般用S代替S r ,用井口理论排量代替井下理论排量，因此，计算结果比实际偏大；
D : 泵直径，毫米；
S ：光杆冲程，米；
S r ：泵冲程，米；
N : 冲次，次/分钟；
S L : 冲程损失，米；
r：real，实际；
L：lost，损失；
二、质量理论排量公式:
A、体积含水法计算混合液密度公式：
B、质量含水法计算混合液密度公式：
C、质量理论排量公式：
三、泵效公式:
f v : 体积含水，小数或百分数；
f m: 质量含水，小数或百分数；
ρm: 混合液密度，g/cm3或g/ml；
ρo: 净化原油密度， g/cm3或g/ml；
ρw: 原油中水的密度， g/cm3或g/ml ,近似值1g/ml或1g/cm3；
D : 泵直径，mm；
S ：光杆冲程，m；
S r ：泵冲程，m；
N : 冲次，次/分钟；
S L : 冲程损失，m；
r: real，实际；
L : lost，损失；
η: 泵效，小数或百分数；
q L: 日产液，ton/day；
1g/cm3＝1g/ml＝1000kg/m3
说明：
▪以上公式未考虑井下温度、压力、气油比、原油成分、膨胀系数，关于这些需要进一步研究和探讨！
▪
体积含水与质量含水之间的转换，具体请参见本人在油气田地面工程第29卷第1期发表的《油田分队计量末端产量计算公式》
作者：尹鹏飞
2010.10.20。