人工举升理论第15讲 螺杆泵采油
螺杆泵采油技术
•应用 •范围
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•扬程可达到1800m • 排量可达到240m3/d (下泵深度800m)
•油品性质：（稠油、含砂、高含水、聚驱采油井等）
•井温可达到120℃ •直井
•斜度不大于30度的斜井
螺杆泵采油技术
•
•电动潜油螺杆泵
• 为满足稠油井、斜井及水平井举 升的需要，应开发应用电动潜油螺杆 泵。其系统由地面控制系统、井下电 缆、螺杆泵、保护器、减速器和电机 等组成。
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2020/12/5
螺杆泵采油技术
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螺杆泵采油技术
•螺杆泵理论排量如何计算 ？
• • 理论每转排量公式如下：
• 现场应用中，根据选用泵的型号可计算出理论排量， •公式如下：
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•式中：
•Q——螺杆泵理论排量，m3/d； •q——螺杆泵每转排量，ml/r； •n——转子转速，r/min。
螺杆泵采油技术
•地面驱动单螺杆泵采油系统由哪几部分组成？
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螺杆泵采油技术
•(一)、螺杆泵基础 知识
•螺杆泵定、转子的线数
• 目前所应用的螺杆泵线数均采用N/N+1形式，即定子的线 数总是比转子的线数多一线，这是由空间啮合理论所决定的。螺 杆泵的线数与螺杆数量是两个根本不同的概念，不应混为一谈。
• 1：2结构
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2：3结构
3：4结构
4：5结构
螺杆泵采油技术
•螺杆泵有哪些重要结构参数？
•螺杆泵三个重要的结构参数：
•e ——转子偏心距，mm；
•D ——转子截圆直径，mm；
•T ——定子导程，mm。
•T
旋转的工程师——螺杆泵采油技术大解密
旋转的工程师——螺杆泵采油技术大解密经过了几十年的发展，螺杆泵采油技术已经十分成熟可靠。
水驱采油井、稠油井以及复杂工况井都能见到它的身影。
但是你真的知道它是如何将地层深部的油气源源不断地开采至地面吗？本期石油课堂带你一起深入了解螺杆泵采油技术。
-------------------------------------- 什么是螺杆泵采油？ --------------------------------------一. 什么是螺杆泵？螺杆泵又称渐进式容积泵，由定子和转子组成，通过转子的旋转运动实现传输介质。
△螺杆泵结构△螺杆泵定子由丁腈橡胶衬套浇铸，粘接在钢体外套内△螺杆泵转子由合金钢调质后经防腐耐磨处理，转子在定子内转动，实现抽吸功能二. 螺杆泵工作原理沿着螺杆泵，转子的外表面与定子橡胶衬套内表面形成多个密封腔室。
介质在吸入端压差的作用下被吸入，随着转子的转动，逐渐通过各个密封腔室，不断被推挤至排出端。
△螺杆泵工作的实质就是密封腔室的不断形成、推移和消失的过程三. 螺杆泵采油螺杆泵采油就是利用螺杆泵举升高粘、含气、含砂原油的方式。
四. 螺杆泵采油系统分类按不同的驱动形式，螺杆泵采油系统可分为地面驱动和井下驱动两类。
△井下驱动分为井下液压驱动和井下电动驱动1. 地面驱动螺杆泵采油螺杆泵位于井下，而提供动力的装置位于地面之上，两者由抽油杆连接。
利用抽油杆传递螺杆泵所需要的扭矩，因此在大排量情况下，难以实现深井采油。
△地面驱动螺杆泵采油系统组成：地面驱动部分、井下部分、电控部分和配套工具△地面驱动设施△井下部分△电控部分2. 井下驱动螺杆泵采油井下驱动分为电驱动和液压驱动两种形式。
（1）电驱动螺杆泵和驱动电机都处于地下，因而不需要抽油杆传递动力，适用于深井、斜井和水平井采油作业。
（2）液压驱动利用地面泵提供具有一定压力和排量的液体，借助导管通向井下液压马达，驱动转子旋转抽油。
该驱动装置主要用于油井测试过程中。
人工举升简介 PPT课件
（2）对欲转抽或新井，需确定下泵深度。 考虑因素：泵吸入口处的气液比、分离器的类
型和分离能力以及沉没度。
Fgl
(1
(1 f w )( Rgo Rs )Bg f w )Bo (1 f w )Rs Bg
fw
泵吸入口处气液比
2. 系统的设备装置 (1) 离心泵
离心泵是由多级组成的，其中每一级包括一个 固定的导轮和一个可转动的叶轮。
叶轮的型号决定了泵的排量； 叶轮的级数决定了泵的扬程和电机所需的功率。
叶轮有固定式和浮动式两种。
浮动式叶轮可以轴向窜动，每级叶轮产生的 轴向力被叶轮和导轮上的止推轴承承受。整节泵 所产生的轴向推力由保护器中的止推轴承承受。
固定式叶轮固定在泵轴上，既不能轴向窜动， 也不能靠在导轮的止推垫上。叶轮及压差所产生 的全部推力，都由装在保护器内的止推轴承承受。
（2）保护器
保护器是电泵机组正常运转不可缺少的重要部 件之一。根据结构和作用原理不同，可将其分为连 通式、沉降式和胶囊式三种类型。
作用：
1）密封电机轴的动力输出端，防止井液进入电机 2）在电泵机组启、停过程中，为电机油的热胀冷缩
第十一章 其它人工举升方法
潜油电泵 螺杆泵 水力活塞泵 射流泵 气举 排水采气
第一节 潜油电泵采油
潜油电泵全称为电动潜油离心泵，简称电 泵，是重要的机械采油方法。 优点：排量大、自动化程度
一、 系统组成及设备装置
1. 系统组成
(1) 地面部分: 包括变压器、 控制屏、接线盒和特殊井 口装置等。
(2) 中间部分: 主要有油管 和电缆。
分离出的气体排走，油则流回储罐。一部 分油送到选油站，另一部分油滤清后再进入地 面动力泵，作动力液使用。
关于人工举升采油技术PPT课件
图5 偏轮游梁式抽油机结构图
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特点如下： a、上冲时曲柄旋转195°，下冲程时曲柄旋转165°。 b、曲柄连杆存在15°极位夹角。 c、存在20°平衡相位角，上冲程加速度小，下冲程时，由于负荷扭距滞后，降低 负荷峰值。
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二、人工举升采油技术
1—驴头；2—游梁； 3—横梁；4—连杆； 5—减速器； 6—吊绳及悬绳器； 7—曲柄销；8—支架； 9—曲柄；10—底座； 11—电动机；12—刹车装置
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三、详述潜油电泵采油、气举采油
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三、详述潜油电泵采油、气举采油
3 定向井下电潜泵注意的问题
a、在计算时，根据套管内径，电力潜油泵机组的长度和外径选择计算套管 最大允许曲率弧度能否通过机组。 b、要加电缆扶正器、电缆头保护器及机组扶正器。 c、电潜泵对气液比要求高，不得大于17m3/t。要选用高效井下油气分离 器（沉降式、离心式、涡流式）。
图4 异型游梁式抽油机结构示意图
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二、人工举升采油技术 （5）偏轮游梁抽油机（游梁尾部装一个偏轮，六连杆）
特点如下： 在游梁尾部装有一个偏心轮，围绕偏心轮在游梁后面形成六连杆机构，以达
到调整悬点位移、速度、加速度和扭距等因素，从而达到了节能的目的。
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二、人工举升采油技术
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二、人工举升采油技术
螺杆泵采油
螺杆泵采油螺杆泵采油螺杆泵（PCP，Progressing Cavity Pump）是以液体产生的旋转位移为泵送基础的一种新型机械采油装置。
它融合了柱塞泵和离心泵的优点，无阀、运动件少、流道简单、过流面积大、油流扰动小。
在开采高粘度、高含砂和含气量较大的原油时，同其它采油方式相比具有灵活可靠、抗磨蚀及容积效率高等特点。
随着合成橡胶和粘结技术的发展，使螺杆泵也成为稠油出砂冷采、聚合物驱油的油田主要的人工举升方式。
生产厂家主要有美国的Centrilift（Baker Hughes公司的分部）、Amoco、Reda等几个大公司，它们以其雄厚的经济、技术实力，很快就研制成功并进入批量生产阶段，在技术及产品上均处于世界领先地位。
在加拿大主要由Corod公司，法国PCM公司，英国的Moyno泵有限责任公司、美国的Kois & Moyno公司，我国现加工制造螺杆泵的厂家有北京石油机械厂、唐山玉联有限责任公司、上海东方、潍坊生建、胜利高原、天津螺杆机械有限责任公司等多家，应用及配套技术也相对成熟，现已成熟的螺杆泵采油配套技术有：管柱防脱技术，杆柱防脱技术、管柱、杆柱扶正技术、螺杆泵井清、防蜡解堵工艺技术。
这些配套技术的成功应用使螺杆泵在稠油开采领域得到了较广泛的应用。
一、螺杆泵采油系统螺杆泵采油系统按驱动方式可划分为地面驱动和井下驱动两大类，而地面驱动按不同驱动形式又可分为皮带传动和直接传动两种形式，井下驱动也可分为电驱动和液压驱动两种形式。
在整个螺杆泵采油系统中，地面驱动发展较早、也较成熟，但是井下驱动避免了地面驱动扭矩的损失、设备也比较少，具有较高的采油效率，国内正处于试验阶段。
1. 地面驱动螺杆泵系统地面驱动螺杆泵装置是利用抽油杆传递地面电机的扭矩，带动井下螺杆泵转动来举升原油。
就其驱动方式而言，它是一种旋转运动的有杆泵。
其装置主要由驱动系统、联接器、抽油杆及井下抽油装置组成。
但随着丛式井、定向井及斜井的日益增多，地面驱动螺杆泵开始暴露出其缺陷，由于不断的扭转常使抽油杆接箍松脱，丝扣损坏，特别是在下泵较深，负荷较大的井中更为严重；另外，在丛式井、定向井和斜井中，常规的地面驱动系统还要经受抽油杆损坏和抽油杆与油管偏磨产生的漏失问题，增加了油井因抽油杆失效所造成的损失，使油井作业费用增加。
螺杆泵采油工艺及其配套技术的应用
螺杆泵采油工艺及其配套技术的应用石油行业的迅速发展，对石油开采工艺的要求也越来越高，石油的开采工作本就是一项专业性和风险性很高的工作，在石油的开采时，如果操作不当就会对整个采油工作过程造成十分不利的影响，不利于石油的开采效率的提升。
螺杆泵采油工艺，是石油开采中比较常用的一类工艺，螺杆与衬套之间相对运动，为高粘度、高含砂、高含气原油的输送创造了有利的条件，从而提高工作效率。
标签：螺杆泵采油工艺;配套技术;应用前言螺杆泵采油工艺是一种新型的机械采油技术，主要分为无油管采油和有油管采油两种工艺。
螺杆泵正在我国大多数油田中得到广泛是推广和应用，它大排量的螺杆泵以及配套技术还有待于优化和完善，所以目前螺杆泵的采油工艺基本上都是小排量的螺杆泵，它具有能耗低、污染少、体积小、便于安装操作等特点，相比较于其他的的采油工艺，具有十分显著的优越性。
一、螺杆泵采油工艺中的配套技术（一）井下管柱配套井下管柱配套是螺杆泵采油工艺的关键作业环节，它直接影响采油工艺中的采油量和利用率。
通常情况下管柱选择的型号为直径62mm的油管和直径为25mm的抽油杆，由于在实际的采油作业时，油管和抽油杆之间是有一定的阻力，因此在生产中会把油管和抽油杆换成直径更大点的尺寸，这样在实际操作中，就会减少一些阻力，提高螺杆泵采油时的效率。
在安装管柱是要采用扶正杆柱的配套技术，扶正器一般选择耐磨性高、坚韧性好的尼龙纤维材料，来确保管柱安装的准确性，扶正器要安装在合适的位置，以减少管柱在采油过程中漏油的情况发生，这样就可以提高石油的开采量，同时也对管柱采油时的安全起到一定的保障。
（二）转速调整技术采油过程中，在调整排量的时候，多采用转速调整技术，一般采用电磁调速机，来控制抽油杆的转速，进而控制螺杆泵采油时的排量。
电磁调速机不仅可以调整抽油杆的转速，也可以控制螺旋桨的启动和停机，是螺杆泵维持采油的稳定进行。
电磁调速机采用调频来控制螺杆泵的转动速度，通过构建随时停随时启的条件，可以避免高电压、高电流带来的危险，保障了转速调整技术在采油作业使用的安全性。
浅析螺杆泵采油工艺及配套技术
浅析螺杆泵采油工艺及配套技术
螺杆泵是一种常用的采油工艺设备，它通过螺杆的旋转将液体或气体输送、压缩、泵
注到目标地点。
螺杆泵采油工艺及配套技术主要包括螺杆泵的结构原理、工作过程以及相
应的配套技术。
螺杆泵的结构原理主要包括螺杆、转子、定子、进出口和密封装置等组成部分。
螺杆
泵的工作原理是通过螺杆对工作物质进行连续的挤压和输送，实现液体或气体的流动。
螺
杆泵采油工艺的关键是通过螺杆泵将油井中的原油连续地抽到地面，实现油田的开发和利用。
螺杆泵采油工艺的主要工作过程是将螺杆泵运送到井口安装好后，通过电机带动螺杆
转动。
螺杆在转动的同时将油井中的原油连续地挤压和输送到地表。
为了保证螺杆泵的正
常工作，可以采用一些辅助技术，如适当的冷却和润滑措施，以延长螺杆泵的使用寿命。
螺杆泵采油工艺配套技术主要包括井口安装和维护技术。
井口安装技术是螺杆泵采油
的前期准备工作，通过安装和调试井口设备，确保螺杆泵运行的安全和可靠。
井口维护技
术是螺杆泵采油过程中的后期工作，主要包括对螺杆泵的检修、维护和故障排除等技术措施，以保持螺杆泵的正常运行状态。
螺杆泵采油工艺及配套技术是一种常用的采油工艺，通过螺杆泵对油井中的原油进行
连续的挤压和输送，实现油田的开发和利用。
螺杆泵采油工艺的应用需要合理安装和维护，以确保螺杆泵的正常运行和延长使用寿命。
螺杆泵采油工艺及配套技术在石油工业的应用
具有重要的意义。
螺杆泵采油技术
螺杆泵采油技术教材本文介绍了螺杆泵采油的技术原理和现场应用，从螺杆泵的工作原理、工作特性入手，阐述了螺杆泵采油的工艺技术，螺杆泵采油设计和配套工艺技术，这些对有关技术人员及管理人员有一定的指导作用，由此可了解螺杆泵采油机理，应用过程中常出现的问题及解决途径。
为了有效地提高螺杆泵下井成功率和延长检泵周期，便于现场技术人员和一线工人使用，闸述了螺杆泵采油的井下作业工艺技术和采油井生产管理方面的要求。
一、螺杆泵工作原理及组成1932年，法国人Rene’Moineau 发明了螺杆泵。
之后，螺杆泵这种水力机械在世界范围内得到了广泛的应用、发展和完善。
螺杆泵用于原油开采是最近二十几年的事情。
它是为开采高粘度原油而研究设计的，并且随着合成橡胶技术和粘接技术的发展而迅速发展起来。
目前螺杆泵采油按驱动方式分为潜油电动螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵。
本文重点讨论地面驱动井下单螺杆泵（简称螺杆泵）。
根据螺杆泵的工作原理，它兼有离心泵和容积泵的优点。
螺杆泵运动部件少，没有阀体和复杂的流道，吸入性能好，水力损失小，介质连续均匀吸入和排出，砂粒不易沉积且不怕磨，不易结蜡，因为没有凡尔，不会产生气锁现象。
螺杆泵采油系统又具有结构简单、体积小、重量轻、噪音小、耗能低、投资少、使用、安装、维修、保养方便等特点。
所以螺杆泵已经成为一种新型的、实用有效的机械采油设备。
随着配套工艺技术的日益完善，螺杆泵采油技术的发展有着广阔的前景。
1.螺杆泵的组成地面驱动井下单螺杆泵采油系统（简称螺杆泵采油系统）由四部分组成（如图1-1）。
电控部分：包括电控箱和电缆；地面驱动部分：包括减速箱和驱动电机、井口动密封、支撑架、方卡等；井下泵部分：包括螺杆泵定子和转子；配套工具部分：包括专用井口、特殊光杆、抽油杆扶正器、油管扶正器、抽油杆防倒转装置、油管防脱装置、防蜡器、防抽空装置、筛管等。
1) 电控部分电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电机的启、停。
该装置能自动显示、记录螺杆泵井正常生产时的电流、累计运行时间等，有过载、欠载自动保护功能，确保生产井正常生产。
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螺杆泵的理论排量
如下图所示，螺杆任一断面都是半径 为 r的圆，整个螺杆的形状可看成是 由很多半径为r的极薄圆盘组成，这 些圆盘的中心O1是以偏心距e绕螺杆 本身的轴线O2z一边旋转一边按一定 的螺距t向前移动。即圆盘圆心O1的 轨迹是螺距为t、偏心距为e的螺旋线。
衬套的材料是橡胶，它的断面是由 两个半径为r(等于螺杆断面半径)的 半圆和两个长度为4e的直线段组成 的长圆形，如右图所示。衬套的双
人工举升理论
第15讲 螺杆泵采油
吴晓东
螺杆泵采油
自1930年发明螺杆泵 以来，螺杆泵技术 工艺不断改进和完 善，特别是合成橡 胶技术和粘接技术 的发展，使螺杆泵 在石油开采中已得 到了广泛的应用。 目前在采用聚合物 驱油的油田中，螺 杆泵已成为常用的 人工举升方法。
螺杆泵采油
螺
驱动装置
地面动力
杆 泵
油管受扭累计转角计算公式如下：在线弹性范围内，油管
在扭矩M作用下，油管长为l，则两横截面间相对扭转角为
180 Ml （度/米） GI p
Ml (ral)
GI p
油管锚定方式及受力分析
模型二：
轴向自由、周向锚定型。油管自由悬挂，扭力由防转锚承受， 抽油时，抽油杆伸长，油管也随着伸长；抽油杆缩短，油管 也随之缩短，杆、管伸缩量与定、转子、油管、抽油杆几何 尺寸、材料及举升压差、下泵深度等参数有关。
力 液体向上流动产生的摩擦力忽略；
摩
2
；
擦
抽油杆自重F5；
螺杆泵转子与定子吸附在一块时，上提力
扭 矩
F6； 有效液柱作用在定子上的力F7。
3
油管受力分析
模型一： 反扣油管连螺杆泵定 子，正扣抽油杆连转
子，无锚定工具
M
M1
(M 2
M 3 )(L L
x)
F F3 F1 F7Leabharlann 模型二： 扭力作用在防转锚上
nw
cr
2E 2
抽油杆在油管内受力状态
在上图a中，抽油杆与油管不接触，当套管弯到 一定程度抽油杆开始磨油管，但抽油杆弯曲程度小 于油、套管弯曲程度，曲率半径大于套管弯曲曲率 半径。
在图b中，抽油杆摩擦油管情况取决于油、套 管几何尺寸以及油管的失稳程度。套管内径与油管 接箍外径比值越大，失稳程度越严重，抽油杆摩擦 越严重。
线内螺旋面就是由上述断面绕衬套 的轴线Oz旋转的同时，按一定的导 程T＝2t向前移动所形成的。
螺杆泵的理论排量
螺杆在衬套中的位置不同时，它们之间的接触点也就不同。当螺杆断面在衬套 长圆形断面的两端时，螺杆和衬套的接触为半圆弧线；而在衬套的其它位置时， 螺杆和衬套仅有两点接触。由于螺杆和衬套是连续啮合的，这些接触点就构成 了密封线，在衬套的一个导程T内便形成一个密封腔室。这样，在沿单螺杆泵的 全长上，衬套内螺旋面与螺杆的螺旋面形成了一个个封闭腔室。可见，衬套螺 杆副的长度至少为衬套的一个导程，才能形成完整的密封腔。
F F3 F1 F7
模型三： 扭力作用在支撑卡瓦 上，其它忽略不计
F (F4 F3 )
模型四： 扭力作用在张力锚上
F F4 F3
油管锚定方式及受力分析
模型一：
轴向自由，周向受扭，扭力的大小与抽油杆扭力计算相同， 抽油杆的全部反作用力都作用在油管上，抽油杆工作时，扭 力存在。当螺杆泵停止工作时，扭力释放，油管下端螺杆泵 处泵定子正转、倒转都有可能，停机的次数越多，正、反转 交变的次数越多。转子扭力越大，抽油杆的累计转角越大。
计算方法如下：
L EF3 E(L x)qt
油管锚定方式及受力分析
模型三：
油管座封时，整个管柱受压，扭力由支承卡瓦承受，作 用在套管上。作用力除油管自重外，在顶部还加一个附 加力F4。管柱在F3、F4的压力下，使管柱产生弯曲。管 柱失稳后产生弯曲，油管弯曲状态(如下图)
失稳计算方法如下：
n cr
直接影响泵效的高低。
转子转速的影响
转子的转速决定了螺杆泵的排量，在油井 产能允许的条件下，转子的转速越高，排 量就越大。但是，转速越高，抽油杆的离 心力就越大，抽油杆的弯曲振动就越严重， 抽油杆接箍与油管内壁的摩擦力也就随之 增大，同时，举升高度也将因沿程损失的
增加和定子橡胶磨损的加速而下降。
螺杆泵的工作特性影响因素
井口装置
螺
螺
油杆转动
杆 电动 杆 油
采 油
泵
液动
泵
管 输
螺杆泵转动
中间油管 驱 机动 工 出
系
动
作
统
井下螺杆泵
地层流体
螺杆泵采油
地面设备简单、紧凑、占地小、初期 投资少、操作安全可靠、管理和使用方便。
排出流量均匀平稳，调参容易，通过
优 改变地面驱动转速来调整泵的排量。
点
适宜输送和开采粘度大的流体。
在图c中，套管中心线弯曲，油井存在狗腿度。 油管失稳后弯曲比直井严重的多，抽油杆摩油管也 严重，抽油杆的狗腿度严重地受到套管狗腿度的影 响。
螺杆泵的工作特性曲线
螺杆泵的工作特性影响因素
过盈量的影响
螺杆泵的工作原理决定了要保证 一定的泵效，就必须使定、转子 表面的接触线保持充分密封，而 密封的程度取决于转子与定子间 的过盈量。因此，过盈量的大小
除了上述两个因素之外，还应注意粘度的 影响。由于螺杆泵在实际应中用以举升原油，
而且常常用于举升稠油，因此，泵在举升过 程中的工作特性与举升清水时的工作特性将 会有很大差别。一方面，粘度增加使得漏失 量减小，有利于提高泵的容积效率和系统效 率;另一方面，粘度的增加将使流动阻力增大 而降低泵的充满程度和举升高度，泵的容积 效率和系统效率也随之降低。同时，泵的摩 擦增大将增加阻力扭矩。因此，在实际应用 中，应充分注意粘度的影响。
自吸能力强，气体对泵效影响小。
螺杆泵的定子和转子的密封是柔性的 面接触，适用于含砂流体。
螺杆泵的结构
1一泵壳；2一衬套；3一螺杆；4一偏心联轴节； 5一中间传动轴； 6一密封装置；7一径向止推 轴承；8一普通连轴节
螺杆泵的工作原理
螺杆泵是靠空腔排油，即转子与定子间形 成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子 转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向 排出端方向运移。封闭腔在排出端消失， 空腔内的原油也就随之由吸人端均匀地挤 到排出端。同时，又在吸人端重新形成新 的低压空腔将原油吸人。这样，封闭空腔 不断地形成、运移和消失，原油便不断地 充满、挤压和排出，从而把井中的原油不 断地吸人，通过油管举升到井口。
油管受力分析
油 管 受 力 模 型 简 图
油管受力分析
从上述四个典型图分析，抽油管柱主要存在以下几个力
M M M
油抽转
管油子
转子正常工作时作用在定子上的拉、压力
内杆扭
F1(上提、下放时)；
流磨矩
抽油杆作用在油管上的摩擦力F2；
扭 力
体油 1
旋管； 转
拉 管柱自重F3； 压 外加管柱拉、压力F4；