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1、示功图分析示功图分析一、悬点所承受的载荷一、悬点所承受的载荷 1、抽油杆柱的重力、抽油杆柱的重力2、作用在活塞上的液柱载荷、作用在活塞上的液柱载荷3、惯性载荷、惯性载荷4、摩擦载荷、摩擦载荷5、抽油过程中产生的其它载荷、抽油过程中产生的其它载荷（一）抽油杆柱的重力（一）抽油杆柱的重力抽油机驴头上下运动时，带着抽油杆做往复运动，抽油机驴头上下运动时，带着抽油杆做往复运动，抽油杆的重量始终作用在驴头上。抽油杆的重量始终作用在驴头上。下冲程时，游动凡尔打开后，油管内液柱的浮力下冲程时，游动凡尔打开后，油管内液柱的浮力作用在抽油杆柱上，所以作用在悬点上的抽油杆作用在抽油杆柱上，所以作用在悬点上的抽油杆
2、柱的重力减去液体的浮力，即它在液体中的重量。柱的重力减去液体的浮力，即它在液体中的重量。Wr=fr(s i)g L=qr L上冲程时，游动凡尔关闭，抽油杆柱不受管内液上冲程时，游动凡尔关闭，抽油杆柱不受管内液体浮力的作用，所以作用在悬点上的抽油杆柱的体浮力的作用，所以作用在悬点上的抽油杆柱的重力，即在空气中的重量。重力，即在空气中的重量。Wr=fr s g L=qr g L（二）作用在活塞上的液柱载荷（二）作用在活塞上的液柱载荷 在上冲程中，由于游动凡尔关闭，作用在上冲程中，由于游动凡尔关闭，作用在活塞上的液柱引起的悬点载荷为：在活塞上的液柱引起的悬点载荷为：W1=(fp fr)i g L 下
3、冲程中，由于游动凡尔打开，液柱载下冲程中，由于游动凡尔打开，液柱载荷通过固定凡尔作用在油管上，而不作用荷通过固定凡尔作用在油管上，而不作用在悬点上。在悬点上。（三）惯性载荷（三）惯性载荷 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。如果忽略抽油杆柱和液柱的弹性影响，则可以如果忽略抽油杆柱和液柱的弹性影响，则可以认为抽油杆柱和液柱各点的运动规律和悬点完认为抽油杆柱和液柱各点的运动规律和悬点完全一致。所以，产生的惯性力除与抽油杆柱和全一致。所以，产生的惯性力除与抽油杆柱和液柱的质量有
4、关外，还与悬点加速度的大小成液柱的质量有关外，还与悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。正比，其方向与加速度方向相反。上冲程中，前半冲程加速度方向与运动方向相上冲程中，前半冲程加速度方向与运动方向相同，即加速度向上，而惯性力向下，增加悬点载同，即加速度向上，而惯性力向下，增加悬点载荷；后半冲程加速度方向与运动方向相反，即加荷；后半冲程加速度方向与运动方向相反，即加速度向下，惯性力向上，减小悬点载荷。速度向下，惯性力向上，减小悬点载荷。速度V加速度a惯性力Iu速度V加速度a惯性力Iu上冲程前半冲程上冲程前半冲程上冲程后半冲程上冲程后半冲程下冲程时情况则刚好相反。下冲程时情况则刚好相反。
5、速度V加速度a惯性力Id速度V加速度a惯性力Id下冲程前半冲程下冲程前半冲程下冲程后半冲程下冲程后半冲程 上冲程中悬点最大惯性载荷为上冲程中悬点最大惯性载荷为Iu(为液柱加抽为液柱加抽油杆柱在上冲程时引起的最大惯性载荷油杆柱在上冲程时引起的最大惯性载荷)；下冲；下冲程悬点最大惯性载荷程悬点最大惯性载荷 Id(为下冲程抽油杆柱引为下冲程抽油杆柱引起的最大惯性载荷，液柱不随悬点运动，无液起的最大惯性载荷，液柱不随悬点运动，无液柱惯性载荷柱惯性载荷)。但在实际中由于抽油杆柱和液柱的弹性，抽但在实际中由于抽油杆柱和液柱的弹性，抽油杆和液柱各点的运动与悬点运动并不一致，油杆和液柱各点的运动与悬点运动并不
6、一致，所以，上述方法计算的惯性载荷将大于实际值。所以，上述方法计算的惯性载荷将大于实际值。（四）摩擦载荷（四）摩擦载荷 抽油机工作时，作用在悬点上的摩擦载荷由五抽油机工作时，作用在悬点上的摩擦载荷由五部分组成：部分组成：1、抽油杆柱与油管的摩擦力，在直井中不超过、抽油杆柱与油管的摩擦力，在直井中不超过抽油杆重量的抽油杆重量的1.5%，可忽略。，可忽略。2、柱塞与衬套之间的摩擦力，当泵径不超过、柱塞与衬套之间的摩擦力，当泵径不超过70毫米时，其值小于毫米时，其值小于1717牛。牛。3、液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，除与抽油杆、液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，除与抽油杆柱的长度和速度有关外，主要取决于液
7、体的粘度。柱的长度和速度有关外，主要取决于液体的粘度。下冲程时，摩擦力方向向上，是稠油井抽油杆遇下冲程时，摩擦力方向向上，是稠油井抽油杆遇阻的主要原因，所以在抽汲高粘度液体时，不能阻的主要原因，所以在抽汲高粘度液体时，不能采用快速抽汲方式，否则将因下行阻力过大抽油采用快速抽汲方式，否则将因下行阻力过大抽油杆柱无法正常下行。杆柱无法正常下行。4、液柱与油管之间的摩擦力，除与液流速度、液柱与油管之间的摩擦力，除与液流速度有关外，主要取决于液体的粘度。有关外，主要取决于液体的粘度。5、液体通过游动凡尔的摩擦力，除与凡尔、液体通过游动凡尔的摩擦力，除与凡尔结构有关外，主要取决于液体粘度和液流速度。结构
8、有关外，主要取决于液体粘度和液流速度。在高粘度大产量井内，液体通过游动凡尔产生在高粘度大产量井内，液体通过游动凡尔产生的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因，对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。因，对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。上冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是由上冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是由1、2、4三项组成，方向向下，增大悬点载荷，用三项组成，方向向下，增大悬点载荷，用Fu 表示。下冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是由表示。下冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是由1、2、3、5四项组成，方向向上，减小悬点载四项组成，方向向上，减小悬点载荷，用荷，用Fd
9、 表示。表示。（五）抽油过程中产生的其它载荷（五）抽油过程中产生的其它载荷 除上述四种载荷外，如振动载荷、回压及沉没度都会影除上述四种载荷外，如振动载荷、回压及沉没度都会影响到悬点载荷。响到悬点载荷。1、沉没压力（泵口压力）及井口回压对悬点载荷的影、沉没压力（泵口压力）及井口回压对悬点载荷的影响响上冲程中，在沉没压力作用下，井内液体克服泵的入口设上冲程中，在沉没压力作用下，井内液体克服泵的入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力叫吸入压力。备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力叫吸入压力。此压力作用在活塞底部而产生向上的载荷此压力作用在活塞底部而产生向上的载荷Pi。下冲程中，。下冲程中，固
10、定凡尔关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。固定凡尔关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。其性质与油管内液体产生的载荷相同。将产生附加的载荷。其性质与油管内液体产生的载荷相同。上冲程中增加悬点载荷，用上冲程中增加悬点载荷，用Pbu 表示；下冲程中减轻抽油表示；下冲程中减轻抽油杆柱重量，用杆柱重量，用Pbd 表示。表示。2、振动载荷、振动载荷 抽油杆柱本身是一弹性体，由于抽油杆柱变抽油杆柱本身是一弹性体，由于抽油杆柱变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油
11、杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，产生的振动载从而引起抽油杆柱的弹性振动，产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。用载荷变化周期及抽油机结构有关。用Pv 表示。表示。另外，低沉没度井内，由于泵的充满程度差，另外，低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生活塞与泵内液面的撞击，产生较大的冲会发生活塞与泵内液面的撞击，产生较大的冲击载荷，从而影响悬点载荷。但现时尚无法预击载荷，从而影响悬点载荷。但现时尚无法预计，故在计算悬点载荷时都不考虑。计，故在计算悬点载荷时都不考虑。二、悬点最大和最小载荷计算公式二、悬点最大和
12、最小载荷计算公式根据前面对悬点所承受的各种载荷的分析，抽油机工作时，根据前面对悬点所承受的各种载荷的分析，抽油机工作时，上下冲程悬点载荷的组成是不同的，最大载荷发生在上冲上下冲程悬点载荷的组成是不同的，最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值如下：程，最小载荷发生在下冲程，其值如下：Pmax =Wr+W1+Iu+Pbu+Fu+Pv-Pi Pmin =Wr Id-Pbd Fd-Pv Pmax Pmin-悬点最大和最小载荷Wr Wr-上下冲程中作用在悬点上的抽油杆柱载荷W1-作用在活塞上的液柱载荷；Iu Id-上下冲程中的最大惯性载荷；Pbu Pbd-上下冲程中井口回压造成的悬点载荷；Fu
13、 Fd-上下冲程中最大摩擦载荷；Pv-振动载荷；Pi-上冲程中吸入压力作用在活塞上产生的载荷。示功图分析示功图分析 一、理论示功图及其分析一、理论示功图及其分析 1、静载荷作用下的理论示功图、静载荷作用下的理论示功图 即认为光杆只承受抽油杆柱与活塞截面积以上液柱的静载荷时，即认为光杆只承受抽油杆柱与活塞截面积以上液柱的静载荷时，理论上所得到的示功图。理论上所得到的示功图。绘制理论示功图的假设条件：绘制理论示功图的假设条件：1）深井泵质量合格，工作正常。）深井泵质量合格，工作正常。2）不考虑活塞在上下冲程中，抽油杆柱所承受的磨擦力、惯性力、）不考虑活塞在上下冲程中，抽油杆柱所承受的磨擦力、惯性力
14、、振动载荷与冲击载荷等的影响，假设力在抽油杆柱中的传递是瞬时振动载荷与冲击载荷等的影响，假设力在抽油杆柱中的传递是瞬时的，凡尔的起落也是瞬时的。的，凡尔的起落也是瞬时的。3）抽油设备在工作过程中，不受砂、蜡、水、气等因素的影响，）抽油设备在工作过程中，不受砂、蜡、水、气等因素的影响，认为进入泵内的液体不可压缩。认为进入泵内的液体不可压缩。4）油井没有连抽带喷的现象。）油井没有连抽带喷的现象。5）油层供液能力充足，泵能够完全充满）油层供液能力充足，泵能够完全充满 泵的工作过程和载荷转移情况泵的工作过程和载荷转移情况 由于作用在活塞上的液柱重量在由于作用在活塞上的液柱重量在上、下冲程中交替地分别由
15、油管转移上、下冲程中交替地分别由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，从而引起杆柱和管柱交替地增载和减从而引起杆柱和管柱交替地增载和减载，使杆柱和管柱发生交替地伸长和载，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。缩短。当驴头开始上当驴头开始上行时，游动凡行时，游动凡尔关闭，液柱尔关闭，液柱重量作用在活重量作用在活塞上，使抽油塞上，使抽油杆发生弹性伸杆发生弹性伸长。因此，活长。因此，活塞沿未发生移塞沿未发生移动时，悬点已动时，悬点已从位置从位置A移动移动到位置到位置B，这，这一段距离即为一段距离即为抽油杆柱的伸抽油杆柱的伸长长r。当悬点位置从当悬点位置从B移至移至B
16、时，正时，正是油管由于卸是油管由于卸去载荷要缩短去载荷要缩短的一段距离的一段距离t的的过程。此时，过程。此时，活塞与泵筒之活塞与泵筒之间没有相对位间没有相对位移。这段缩短移。这段缩短的距离就使悬的距离就使悬点增加的一段点增加的一段无效位移。即无效位移。即从位置从位置B移至位移至位置置B。所以，。所以，吸入凡尔是关吸入凡尔是关闭的。闭的。当驴头从位置当驴头从位置B移至位置移至位置C时，时，活塞才开始与活塞才开始与泵筒发生相对泵筒发生相对位移，吸入凡位移，吸入凡尔开始打开吸尔开始打开吸入液体，一直入液体，一直到上死点到上死点C。由。由此看出：活塞此看出：活塞有效移动距离有效移动距离（活塞冲程）（活塞冲程）比驴头冲程小比驴头冲程小。（rt）下冲程开始时，下冲程开始时，吸入凡尔立即关吸入凡尔立即关闭，液柱载荷由闭，液柱载荷由抽油杆柱转移到抽油杆柱转移到油管上，使抽油油管上，使抽油杆缩短杆缩短r，而油，而油管伸长管伸长t。此时，。此时，只有驴头下行只有驴头下行rt距离之后，距离之后，活塞才开始与泵活塞才开始与泵筒发生相对位移。筒发生相对位移。因此，下冲程活因此，下冲程活塞冲程仍比驴头塞冲程仍比驴
