《抽油机变载荷对系统效率的影响.docVIP

游梁式抽油机驴头恳点载荷是标志抽油机工作能力的重要参数之一，也是抽油机设计计算和选择使用的主要根据。 当抽油泵工作时，抽油机驴头悬点上作用有下列6项载荷： (1)抽油杆柱白重，用P杆表示(它在油中重力用P杆’表示)，作用方向向下。 (2)油管内柱塞上的油柱重(即柱塞面积减去抽油杆面积上的油柱重)，用P油表示， 作用方向也向下。 (3)油管外油校对活塞下端的压力，用 P压表示，P压的大小取决于泵的沉没度，作用 方向向上。 〔4)抽油杆柱和油柱运动所产生的惯性载荷，相应的用P杆惯和P油惯表示。它们的人小 与恳点的加速度成正比，而作用方向与加速度方向相反。 (5)抽油杆柱和油柱运动所产生的振动载荷，用P振表示，其大小和方向都是变化的。 (6)柱塞和泵筒间、抽油杆(接箍)和油管间的半干摩擦力，用P摩干表示。还有抽油 杆和油柱间、油柱和油管间以及油流通过抽油泵游动阀(排出阀)的液体摩擦力，用P摩液 表示。P摩干和摩液的作用力方向和抽油杆的运动方向相反。其中游动阀的液体摩擦力只在泵 下冲程、游动阀打开时才产生，所以它的作用方向只向上。 上述(1)、(2)、(3)三项载荷和抽油杆的运动无关，称为静载荷。(4)、(5)两项载荷 和抽油杆的运动有关，但是在直井、油管结蜡少和原油粘度不高的情况下，它们在总作用载 荷中占的比重很小，约占2％一5％左右，一般可忽略不计。出于我国油田上粘油的开采问 题相当突出，第(6)项的液体摩擦力对悬点载荷的影响很显著，有时不能忽略。这里为了 叙述方便起见，先讨论静载荷的大小和变化规律，再讨动载荷的大小和变化规律，在此基 础上张荐几个用来确定悬点最大载荷和最小载荷的计算公式，最后定性分析一下第(6)项 中的摩擦力对悬点载荷的影响问题。 一、悬点静载荷的大小和变化规律 分别对上冲程、下冲程、下死点和上死点四种情况进行分析 1上冲程 当悬点从下死点往上移动时，如图2．14(a)所示，游动阀 在柱塞上部油柱压力作用下关闭，而固定阀在柱塞下面泵简内、 外压力差作用下打开。由于游动阀关闭，使悬点承受抽油杆自重 P杆和柱塞上油柱重P油，这两个载荷的作用方向都是向下的。同 时，由于固定阀打开，使油管外—定沉没度的油柱对柱塞下表面 产生方向向上的压力P压。因此，上冲程时，悬点的静载荷P静上 等于： 式中一 抽油杆材料的密度， —一原油的密度，； ——抽油杆横截面面积，； F——泵柱塞横截面团积．； L一—抽油杆长度或下泵深度，； 2．下冲程 当悬点从上死点往下移动时，如图214〔b)所示，游动阀由于柱塞上下压力差而打 开，而固定阀在泵筒内外压力差作用下而关闭。游动阀打开，使悬点只承受抽油杆柱在油中 重力。而固定阀关闭，使油柱重力移到固定阀和油管上。这样一来，下冲程时悬点的静 载荷P静下等于： 3．下死点(从下冲程到上冲程的转折点) 这时，对抽油杆柱或油管柱来说，载荷都发生了变化：由下冲程的P静下变到上冲程 (1)对抽油杆来说，在这一瞬间．悬点载荷发生了变化 的P静上，增加了—个载荷 (油柱重)，载荷增加就使抽油杆伸长，伸 长的大小等于： 式中 E——钢材的弹性模数． 等于。 在伸长变形完毕以后，载荷才全部加到抽 油杆或悬点上。实际上，在抽油杆柱受载伸长的 过程中，驴头已开始上冲程。当悬点杆上走了一 个距离时．由于同时产生的抽油杆柱伸长的结 果．使柱塞还停留在原来位置，即柱塞对泵筒没 有相对运动，因而不抽油，如图215(c)所示。 (2)对油管柱来说，下冲程时，由于游动阀 打开和固定阀关闭，油柱重 压在固定阀上， 也就是压在泵筒和油管的下部。而当转到上冲程 时，游动阀关闭，整个油柱的重力都由柱塞和抽 油杆柱承担，而油管柱上就没有这个载荷作用。 因此．在抽油杆柱加载的同时，油管柱却卸载。 卸载引起袖管长度的缩短．直到缩短变形完毕以 后，油管柱的载荷才全部卸掉。油管柱缩短的大 小等于 式中 —油管管壁的横截而面积，。 这样一来，虽然悬总带着柱塞一起住上移动 但是由于油管柱的缩短，使油管柱的下端也跟着柱塞往上移动，柱塞对泵简还是没有相对运 动，即还不能抽油，如图215(d)所尔c —直到悬点经过一段距离等于以后，柱塞才 开始抽油。 上面所进行的分析表明：悬点从下死点到上列点虽然走了冲程长度S，但是由于抽油杆 柱和油管柱的静变形结果，使抽油泵柱塞的有效冲程长度要比S小，所以 而静变形的大小等于