第1讲游梁式抽油机概述ppt课件.ppt

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1、抽 油 机 及 其 设 计 计 算,教学目的：,理解抽油机的结构组成和工作原理；掌握抽油机的四个基本参数和抽油机的表示方法；了解各种不同类型的抽油机；,4、抽油机技术现状与发展趋势,3、游梁式抽油机的表示方法,2、游梁式抽油机分类,1、抽油机基本参数,第二节 抽油机基本参数、分类、表示方法与趋势,1、概 述,2、有杆抽油系统,第一节 抽油机概述与有杆抽油系统,一、概 述,石油开发技术:石油地质勘探技术 钻井工程技术 采油工程技术 油气集输,采油机械:石油举升所应用的各种机械设备。石油机械:石油开发过程中所应用的各种机械设备。,石 油 钻 机,定向井,水平井,直井,井眼的形式,完井（井底与油层连

2、通的工艺）:,采油方法：自喷采油法、机械采油法,自喷采油法,机械采油法分类：气举法和抽油泵采油法,气举法,抽油泵采油法 井底安装抽油泵,无杆泵电动潜油泵(电能液能)：通电使底部电机高速转动，带动多极离心泵将原油举升至地面,有杆泵（用抽油杆上下往复运动驱动柱塞式抽油泵）,系统（设备）组成（1）地上设备：抽油机、驱动与控制设备；（2）中间设备：抽油杆、油管及其附件；（3）地下设备：抽油泵及其配套工具；（4）地层、流体。,二、有杆抽油系统,电动机通过皮带传动带动减速箱输入轴上的大皮带轮转动。经减速箱减速后，由四连杆机构把减速箱输出轴的旋转运动变为游梁驴头的往复运动。用驴头带动光杆和抽油杆作上下往复的

3、直线运动。通过抽油杆再将这个运动传给井下抽油泵中的柱塞,有杆抽油系统的工作原理,地下设备 抽油泵,主要组成:泵筒(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,A-管式泵,B-杆式泵,管式泵(随油管入井)：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。,特点：结构简单，但检泵时必须起出油管，故下泵深度不能很大。,杆式泵（随抽油杆入井）：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。,特点：结构复杂，但检

4、泵时不需要起油管，故适用于下泵深度大。,泵的工作原理：,抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受油管内的液柱压力而关闭，井口排出液体。,A-上冲程,上冲程,泵内压力降低，固定阀打开，泵吸入液体。,B-下冲程,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，泵排出液体。,游梁式抽油机的组成：动力机构：驱动与控制设备；传动系统：换向机构工作机构；辅助装置：平衡装置；井口装置；调冲程装置；调冲次装置；制动装置；,地上设备 游梁式抽油机,1、悬绳器,作用：将钢丝绳及光杆连成一体；安放示功仪，测悬点 示功

5、图。,2、驴头,（1）驴头弧面半径R应等于前臂长度；（2）圆弧面长度应为：S弧=（1.21.3）Smax，Smax为悬点最大冲程长度（为保证在一定冲程长度下，将圆弧运动变为直线运动）；（3）修井：水平轴翻转驴头和垂直轴侧转驴头。,驴头钢板焊接，作用是将游梁（摇杆）前端的往复圆弧运动变为抽油杆的垂直往复直线运动。,侧转（转轴）式驴头的侧转机构,3、游梁,游梁用型钢焊接结构或用普通工字钢制成。通过短轴和轴承支在支架上，游梁负担抽油机的全部载荷，所以要有足够的强度和刚度。常用游梁结构：型钢焊制的游梁；,游梁型钢焊接结构,4、横梁与连杆,横梁一般用型钢或者焊接制成;,连杆一般用无缝钢管;,单独横梁结构

6、（弓形）,连杆结构,轴承架,上端连杆头,下端连杆头（装有滚动轴承的曲柄销）,（无转动销与横梁相连）,5、平衡重,抽油机的载荷特点：由于游梁式抽油机上、下冲程载荷不均匀（上冲程时，驴头提起抽油杆柱和油柱；下冲程时，抽油杆依靠自重就可以下落），这就使电机做功极不均匀。为了使上、下冲程电机作功均匀，兼顾减速机、四杆机构、抽油杆等的寿命，必须采用平衡重结构。,平衡原理：上冲程、下冲程平衡方式：机械平衡、气平衡。机械平衡中的平衡重结构类型：(1)游梁平衡重：装在游梁尾部，一般作成片状，调整时用人力安装或拆卸平衡重；（轻型抽油机）(2)曲柄平衡重：在曲柄上，广泛使用偏心重结构（重型抽油机）(3)复合平衡重

7、：,曲柄平衡重 偏心重结构,偏心重结构特点：（1）制造容易；（2）调整较困难，曲柄与配重之间有导轨和挡块，松开紧固螺钉，即可调整。,6、减速装置 一般由皮带传动与二级圆柱齿轮减速箱组成，个别一级齿轮传动。功率小：斜齿轮传动；功率大：人字齿、圆弧齿轮 减速箱的传动比一般为2540。,7、刹车机构 用于停车时控制悬点所在位置；维修时，安全保护。,8、支架 支架结构：常用型钢焊接；特轻型抽油机：一根圆管重型抽油机：三腿或者四腿的行架,第二节 抽油机基本参数、分类、表示方法与趋势,一、抽油机基本参数：1、悬点的最大允许载荷Pmax：2、悬点最大冲程长度Smax；3、悬点最大冲程次数nmax；4、减速箱

8、曲柄轴最大允许扭矩Mmax,抽油机的功能:从一定井深处抽出一定数量的原油。井深和产量就标志着抽油机的工作能力。,2、悬点最大冲程长度Smax：悬点上行程或下行程运动的最大距离。最大冲程长度决定了抽油机的产量、基本尺寸、重量。目前，Smax=0.3m到6m,而应用最广的在4.8m以下。每台抽油机具有3、4级冲程长度。通过调节曲柄半径来调节冲程长度。,1、悬点的最大允许载荷Pmax：包括静载荷和动载荷，取决于杆柱和油柱的重量。表明了：抽油机的承载能力；最大下泵深度(泵径一定)。悬点最大允许载荷Pmax=10280kN。,3、悬点最大冲程次数nmax：悬点每分钟往复的最大次数 当泵径一定时,悬点的最

9、大冲程次数nmax与最大冲程长度Smax共同确定了抽油机的最大产量。nmax=220min-1，我国nmax=12min-1。抽油杆在每次冲程中，应力变化一次，易发生疲劳破坏；通过更换电动机输出轴小皮带轮大小来改调节冲次。,4、减速箱曲柄轴最大允许扭矩Mmax,曲柄扭矩与冲程、冲次、泵径及下泵深度有关；特别是与最大冲程长度Smax成正比。曲柄轴最大允许扭矩Mmax表明了：抽油机减速箱的承载能力、尺寸和重量。,二、游梁式抽油机的分类,(1)根据悬点最大允许载荷Pmax 轻型：Pmax30 kN 中型：30kNPmax100 kN 重型：Pmax100 kN,游梁式抽油机分类方法：基本参数；结构形

10、式；平衡方式,1、按基本参数分类,(2)根据悬点最大冲程长度Smax 短冲程：Smax1m 中等冲程：1mSmax3 m 长冲程：3mSmax6 m 超长冲程：Smax6 m(3)根据悬点最大冲程次数nmax 低冲次：nmax6min-1 中等冲次：6 min-1nmax15 min-1 高冲次：nmax15 min-1,(4)根据减速箱曲柄轴最大允许扭矩Mmax 小扭矩：Mmax10 kNm 中等扭矩：10 kNmMmax30 kNm 大扭矩：30 kNmMmax60 kNm 超大扭矩：Mmax60 kNm(5)根据抽油机装机功率Nr 小功率：Nmax5kW 中等功率：5kWNmax25kW

11、 大功率：25kWNmax100kW 超大功率：Nmax100 kW,2、按结构形式分类,(a)常规型抽油机,(b)异相型异相曲柄平衡抽油机,按结构形式不同：游梁式抽油机分为 常规型、异相型和前置型。,(c)前置型抽油机,区别：,单/两侧,冲程,偏置角,极位夹角,常规型游梁式抽油机目前油田使用最广，其结构特点是：（1）驴头和四连杆机构分别位于游梁支点的两侧；（2）对称循环：曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方，上下冲程运行时间相等。异相（曲柄平衡）型游梁式抽油机的结构特点是：（1）驴头和四连杆机构分别位于游梁支点的两侧；（2）非对称循环：曲柄轴中心与游梁尾轴承存在一定的水平距离（存在较大的极位

12、夹角），使得上冲程的曲柄转角明显大于下冲程，从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，达到减小抽油机载荷；（3）曲柄平衡重重心线与曲柄中心线存在偏置角（滞后角），达到节能的目的。,前置型游梁式抽油机的结构特点是：（1）驴头和曲柄摇杆机构都位于支架的前方；（2）非对称循环：极位夹角存在，所以这种抽油机上冲程运行时间长于下冲程运行时间，从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，悬点载荷下降10%，利于减少抽油杆的事故；（3）在相同曲柄半径下，以游梁总长为回转半径，增加了冲程长度；,常规型抽油机机械平衡：曲柄平衡（重型抽油机）游梁平衡（轻型抽油机）复合平衡,图9-2 常规型游梁抽油机结构图1-刹

13、车装置;2-电动机;3-减速箱皮带轮;4-减速箱;5-输入轴;6-中间轴;7-输出轴;8-曲柄;9-连杆轴;10-支架;11-平衡重;12-连杆;13-横梁轴;14-横梁;15-平衡板;16-游梁;17-支架;18-驴头;19-暴绳嚣;20-井口密封盒;21-出油三通;22-底盘,3、按平衡方式分类,按平衡方式，游梁式抽油机分为：机械平衡;气动平衡。,气动平衡,前置式抽油机分为机械平衡与气动平衡,机械平衡,CYJ 123.370 H(B，Y，F，Q),例如：CYJ10-3-53HB CYJY10-3-53HF,三、游梁式抽油机的表示方法,游梁抽油机已经系列化、标准化；用类型代号、规格代号、其他

14、代号等标注。,四、抽油机技术现状与发展趋势,常规型：驴头和曲柄摇杆机构分别位于支架前后两侧。平衡方式：曲柄平衡、游梁平衡、复合平衡。,1、常规结构游梁式抽油机：常规型和前置型,（1）异相抽油机；（2）下偏杠铃抽油机；（3）悬挂偏置抽油机；（4）调径变矩抽油机；（5）大摆角抽油机（低矮型机）；（6）双驴头抽油机；（7）随动游梁平衡抽油机；（8）单曲柄低冲次节能型抽油机；,2、节能型游梁式抽油机,节能型游梁式抽油机种类较多，如,抽油机是否节能，即电机耗电量平衡性能决定的曲柄轴静扭矩。,平衡改进,减速装置改进,（1）异相曲柄平衡抽油机：在常规游梁式抽油机的基础上，水平偏移一定距离（悬点载荷减小），同

15、时采用偏置曲柄平衡装置。平衡：偏置平衡节能；动载荷小,（2）下偏杠铃抽油机：在常规游梁式抽油机的基础上，在游梁尾部增加杠铃平衡装置。平衡：复合平衡节能。,（3）悬挂偏置抽油机：在前置式抽油机的基础上，增加了偏置配重（后驴头）平衡和悬挂配重平衡（无曲柄平衡）。平衡：悬挂偏置游梁复合平衡节能。,（4）调径变矩抽油机：在前置式抽油机的基础上，游梁平衡取代曲柄平衡，并由直游梁变为弯型游梁结构（吊臂和游梁后臂的夹角和吊臂配重可调）；平衡：游梁平衡节能。,（5）大摆角抽油机（低矮型机）：在常规游梁式抽油机的基础上，采用曲柄偏置平衡方式，同时将游梁和驴头做成一体，游梁/驴头摆角可达90。平衡：偏置曲柄平衡节

16、能；游梁摆角大，整机高度降低约2m，结构小，重量轻约18%。,驴头与游梁一体,（6）双驴头式抽油机：增加一个后驴头（变径可变的圆弧状的游梁后臂），和前驴头组成双驴头；同时，游梁与横梁之间采用了柔性件连接（曲柄柔性连杆摇杆机构的传动机构）；属于变尺寸/参数的四杆结构；。平衡：曲柄平衡节能；变径圆弧节能负载大时（上冲程）游梁后臂长，负载小时（下冲程）游梁后臂短的工作状态。,(7)随动游梁平衡抽油机：采用和常规游梁式抽油机相同的电机、皮带传动和减速机，不同：平衡系统安装在游梁前臂（去掉原来的曲柄平衡，通过连杆带动装有偏置配重的摇杆）平衡：随动游梁平衡，平衡效果加强。,（8）单曲柄低冲次节能型抽油机：

17、平衡：单曲柄机构使整机结构小，重量轻；采用具有大传动比的摆线针轮减速器，适合低冲次的游梁式抽油机开采低渗透、低产井的需要。,2,1,3,5,6,7,8,13,14,15,20,A,9,18,19,10,12,21,20,18,19,15,13,12,在基本保持常规游粱式抽油机结构简单、工作可靠、技术成熟等优点的基础上，采用多杆机构研制新型游粱式抽油机，以达到增加冲程长度和节能的目的。,3、多杆机构游梁式抽油机,（1）六杆旋转驴头抽油机；（2）摆杆抽油机；（3）双摇杆机构增程抽油机；（4）绳轮增程旋转驴头抽油机。,冲程换向机构：曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联；平衡装置：偏置曲柄平衡或复合平衡。悬点

18、位移组成/增程原理/：悬点随游梁摆动的位移与驴头相对于游梁前端转动的位移；优点：偏置曲柄平衡节能、易实现长冲程。,(1)六杆旋转驴头抽油机,(2)摆杆抽油机,冲程换向机构：导杆机构与双摇杆机构串联（在曲柄与连杆间增加了一个摆杆，曲柄上的滚轮牵动摆杆槽内往复直线运动，摆杆绕支承点摆动，通过连杆拉动游梁驴头转动）。平衡装置：曲柄(或偏置曲柄)平衡。优点：游梁大摆角实现长冲程。,(3)双摇杆机构增程抽油机,冲程换向机构：曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联（增加了一套摇杆机构，增大游梁摆角）；平衡装置：曲柄(或偏置曲柄)平衡、复合平衡。优点：节能、游梁摆角大、易实现长冲程。,(4)绳轮增程旋转驴头抽油机,冲

19、程换向机构：曲柄摇杆机构与组合动滑轮串联（驴头绕游梁自由转动，锚索绕过驴头，实现倍增冲程）。平衡装置：曲柄(或偏置曲柄)平衡、复合平衡。优点：节能、游梁摆角大、易实现长冲程。,(1)曲柄柔性连杆天轮无游梁式抽油机,4、无游梁式抽油机,曲柄连杆无游梁抽油机:对称循环，曲柄平衡。中短冲程（2R，否则曲柄笨重）。,在前者基础上，开发天轮增程曲柄连杆无游梁抽油机:对称循环、曲柄平衡。中长冲程。,变矩天轮增程曲柄连杆无游梁抽油机结构特点：天轮后轮为变径曲线。优点：改善平衡效果、增程。,复合天轮长冲程抽油机结构特点：复合天轮。优点：实现长程（大摆角）,结构组成:驱动与传动部分：电动机、带传动、减速箱。换向

20、部分：主动链轮、被动链轮、往返架、轨迹链条。平衡部分：平衡缸、平衡链轮、空气包、平衡链轮、压缩机。悬挂部分：天轮、钢丝绳、悬绳器。机架：型钢焊接结构。,(2)链条长冲程无游梁式抽油机,液压抽油机：应用液压系统作为动力驱动的抽油机。液压抽油机的优点：液压抽油机具有无级调节冲次，控制灵活、方便等优点。液压抽油机的组成：主要由液压驱动系统与平衡系统等组成。液压驱动系统：主要用于驱动抽油杆，带动抽油泵作上、下往复运动；平衡方式：气动平衡、机械平衡。液压抽油机的发展现状：国内外均研制了液压抽油机。由于液压抽油机制造工艺比较复杂，液压元件可靠性差和效率较低等原因，发展比较缓慢。到目前为止，液压抽油机尚未在

21、油田推广应用。,(3)液压无游梁式抽油机,电控换向长冲程抽油机种类较多，部分电控换向长冲程抽油机已经得到小批量应用。,摩擦换向长冲程抽油机：驱动与传动系统均置于支架顶部，采用变频器控制电机正反转，电机输出轴通过联轴节和摆线针轮减速器输入轴相联，摆线针轮减速器输出轴通过联轴节直接驱动滚筒轴，配重滚筒与悬点滚筒为同一滚筒。滚筒为特殊结构的摩擦轮，钢丝绳缠绕在摩擦轮上，钢丝绳一端与配重相连，另一端与悬点相连。,(4)电控换向滚筒式长冲程抽油机,采油设备录象,课 堂 测 试 填空1、CYJY10-3-53HF表示该机为()平衡游梁式抽油 机、悬点最大允许载荷为()kN。2、和常规游梁式抽油机比较，异相曲柄平衡抽油机机构的最大 特点是存在（）夹角；曲柄平衡装置的最大特点是 曲柄平衡重存在（）角。3、对于游梁式抽油机，通过调节曲柄（）来调节冲程长度；通过调节电动机输出轴皮带轮（）来调节冲程次数。判断1、CYJY10-3-53HF游梁式抽油机的悬点最大允许载荷为10kN。（）2、与常规游梁式抽油机比较，异相曲柄平衡抽油机节能的根本原因是它采用了异相曲柄平衡技术。()3、当面向抽油机时，若井口在右侧、抽油机在左侧，则异相曲柄平衡抽油机的曲柄应该顺时针方向旋转。(),