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1、第三章机械采油常识第一节有杆泵抽油机及井口装置在油田开发过程中，油田达到自喷晚期或停喷后，或原始地层压力不足，要对这些井进行采油，就必须安装一种人工举升装置，以维持所需要的井底流压和生产出地质配产要求的产量。人工举升采油有三种方式可供选择，即气举采油、有杆泵采油和无杆泵采油。当前，我国有杆泵采油方式占人工举升井数的90。因此，本节就有杆泵抽油机及井口装置做一简单介绍。一、有杆抽油泵有杆抽油泵按用途可分为常规（标准）抽油泵和特种抽油泵两大类。通常，对于符合抽油泵标准设计和制造的抽油泵称作标准抽油泵或常规抽油泵，而具有专门用途的，如防砂、防气、抽稠油等，或具有与标准结构或尺寸不同的抽油泵称作特殊用
2、途的抽油泵或专用抽油泵。我国抽油泵行业标准是SY/T 5059-91抽油泵。（一）常规抽油泵常规抽油泵又分为管式泵和杆式泵两大类。1.管式抽油泵管式抽油泵是按设计的泵挂深度直接将泵筒连接在井下油管的下端，活塞连接在抽油杆的最下端，见图1-3-1。工作原理：上冲程时，抽油杆柱带动活塞上行，游动阀（排出阀）受自重和油管内液柱压力的作用而关闭，并提升柱塞上部的液体，与此同时柱塞下面的泵筒空间里的压力降低，当其压力低于套管压力时，该空间的液体将顶开油泵固定阀（吸人阀）而进人抽油泵活塞上冲程所让开的泵筒空间。当柱塞下行时，油泵的固定阀靠自重下落而关闭，泵筒内的液体受到压缩，在柱塞继续下行过程中，泵内的压
3、力不断增高，当泵内压力增至超过油管内液柱压力时，将顶开油泵的游动阀使泵筒内的液体进人油管内。由于油泵柱塞在抽油机的带动下，连续做上下往复运动，因而油泵的固定阀和游动阀也将交替地关闭与打开，完成抽油泵的抽汲工作循环。管式抽油泵结构简单，成本低；泵筒壁较厚，承载能力大；在相同的油管尺寸下可安装的管式抽油泵直径比杆式抽油泵大，因而排液量也较大；对于产液量更大的油井还可通过脱接器安装泵径大于油管内径的管式抽油泵。因此在我国得到了广泛的应用。2.杆式抽油泵杆式抽油泵有定筒式顶部固定杆式泵、定筒式底部固定杆式泵及动筒式底部固定杆式泵三种。1)定筒式顶部固定杆式泵这种泵由泵顶部的固定支承装置将泵筒固定在油管
4、内的预定位置上，见图1-3-2。顶部固定方式是杆式泵最常采用的，它不仅使用可靠，而且还具有下列优点：在柱塞运动时可将锁紧装置四周的砂子冲掉，防止砂卡，使起泵作业容易；泵筒可绕顶部锁紧装置这个支点摆动，所以在斜井中下泵时，泵筒和油管都不会损坏；在固定位置深度相同的情况下，泵的沉没度比底部固定的杆式抽油泵更大，所以更适合低产井和低液面并中使用；顶部固定位置使泵本身具有气锚作用，可在含气较多的油井中使用，其缺点为：由于顶部固定，泵筒受内压和液柱向下拉伸的复合载荷，受力状况比较恶劣；柱塞上行程时，泵筒受内部压力高于外部压力，使泵筒内孔增大，漏失量有所增加。2)定筒式底部固定杆式泵这种泵由泵的底部锁紧装
5、置将泵筒固定在油管内的预定位置上，见图1-3-3。底部固定杆式泵应用也较广。它具有泵筒不会因液柱作用而伸长、只受外压、间隙不会增大的特点，适合在深井中使用；泵筒可绕底部锁紧装置这个支点摆动，在斜井中也可使用。但在固定支承套和底部锁紧装置的环形空间处极易沉积砂粒，使起泵作业困难，不宜在含砂井中使用。底部固定，工作时泵筒摆动大，加剧了阀杆、导向套的磨损，故不宜用作长冲程泵。3)动筒式底部固定杆式泵这种泵的泵筒与抽油杆柱连接，并作上下运动，柱塞通过拉管及底部锁紧装置固定在油管内预定位置上的支承套上，见图1-3-4。动筒式底部固定杆式抽油泵，主要用在含砂较多的油井中。因为工作时泵筒上下运动，不停地搅动
6、井液，砂粒不易沉积在锁紧装置上产生卡泵；在周期开采抽油井停抽时，顶部阀球封闭阀座，油管中的砂粒不会沉积在泵内产生卡泵；固定阀和出油阀都为开式阀罩，流体的局部阻力小，有利于含砂较多的井液排出。但这种泵拉杆稳定差，不宜作长冲程泵和在稠油井中使用。杆式泵与管式泵相比具有起下泵时不起下油管的特点，适合在深井中使用。另外，它还具有形式多样、选择的余地大等优点，在我国正在逐步推广使用。（二）特殊用途有杆抽油泵为满足抽油井复杂开采条件（如稠油、高含砂、油气比大、斜井等）对抽油泵的专门要求，近几年，国内外研制出一些具有特殊用途的抽油泵。1.抽稠油泵稠油的粘度很高，阻力很大，用常规抽油泵无法使抽吸过程顺利进行，
7、为此设计以下几种专门开采稠油的抽油泵。1)流线型管式抽油泵这种泵的结构与管式泵相比，有如下特点：(1)只在柱塞总成的上出油罩内安装出油阀球与座，其阀球直径比同规格抽油泵的阀球直径要小一个等级，这样就扩大了油流通过阀罩的流道面积，减少了油流阻力。(2)阀座的内孔做成圆锥形，减少对油流的阻力；采用母螺纹柱塞，流道面积比外螺纹柱塞面积大，将柱塞下端的孔口做成圆锥形，减少了局部阻力；采用流线形大通道固定阀，与可打捞式的固定阀相比，提高了流通能力。总之，这种泵的设计特点是扩大或改变流道形状，减少对稠油的局部阻力。2)液力反馈抽稠油泵这种泵由两台不同泵径的抽油泵串联而成，中心管将上下柱塞连为一体，见图1-
8、3-5。这种泵的进、出油阀均装在柱塞上，当驴头作下冲程时，柱塞下行，上柱塞与上泵筒的环形腔A体积减小，压力增大。A 腔的原油通过孔b将进油阀关闭，油管内液柱压力通过进油阀加在柱塞上，强迫柱塞克服稠油的阻力下行。驴头作上冲程时，柱塞上行，A 腔增大，压力减小，进油阀打开，出油阀被油管内液柱压力关闭，井下原油经孔b流人A腔。这种泵的设计特点是采用大小柱塞形成A腔和只在大小柱塞上装进出油阀，以达到在下冲程时进油阀关闭，实现液力反馈的目的。这种泵泵筒上没有阀，因此井下可不装泄油器，还可不动泵筒、油管进行井下测试和对稠油层注人热采蒸汽。3)双向进油抽稠油泵这种泵与普通管式泵相比，在泵筒中部开有进油孔，柱
9、塞为整体超长结构，见图1-3-6。柱塞上行时，其底部压力降低，进油阀打开，出油阀在油管内浪往压力作用下关闭。当长柱塞上行程超过泵筒中部开有的进油孔b时，进油这种泵结构原理与液力反馈泵相似，也是由两台不同泵径抽油泵串联而成，见图1-3-7。其特点是在液力反馈泵的基础上增加了环流阀总阀关闭，套管中的液体在沉没压力作用下从泵筒中部进油孔进人泵筒，一方面对泵筒进油孔下部泵筒没充满的空间进行补充，一另一方面将泵筒进油孔下部泵筒空间的气体排出。柱塞下行时，只要往塞表面将泵筒进油孔密封，柱塞出油阀即打开，泵筒进油孔下部的液体从柱塞内孔排至油管。对稠油井、含气井使用双向泵虽然损失一部分有效冲程；但与常规泵相比
10、泵效还是得到大幅度提高，其原因是泵筒中部开进油孔，改善了进油状况，提高了泵筒开孔下部的泵筒内腔的充满程度。该泵采用在泵筒上开孔，除完成二次进油及排气功能外，还可不动油管柱对稠油井进行蒸汽吞吐。因为油管和套管通过泵筒上的二次进油孔相互连通，只要把超长柱塞提至油管中即可对稠油层实施蒸汽吞吐工艺。由于泵筒上开有二次进油孔，因此井下可不装泄油器，降低油井修井费用。4)环流抽稠油泵这种泵结构原理与液力反馈泵相似，也是由两台不同泵径抽油泵串联而成，见图1-3-7。其特点是在液力反馈泵的基础上增加了环流阀总成，增大了流道面积；缩短了井下原油进人A腔的路程，减少了液流阻力，既保留了液力反馈泵的优点，又提高了泵
11、的充满系数，更宜于抽汲稠油。井下可不装泄油器，只要将活塞总成提出，不动管柱就能进行井下测试和对稠油层实施蒸汽吞吐工艺。但因增加了环流阀总成，使得泵的外形尺寸增大，只能用于177. 8mm及以上套管的稠油井。5) VR一S抽稠油泵这种泵的设计特点是依靠机械力的作用迫使锥形阀开启，解决了在抽汲稠油时，阀球不能及时开启，与阀座不能形成可靠密封和球在阀罩中阻止稠油流动的一系列问题（见图1-3-8)。由于不是依靠压差开启锥形阀，所以能较好地解决热采转抽的蒸汽锁和一般气锁问题，极大地提高了抽神泵的容积效率。另外，锥形阀的倒装，连接器与柱塞头的刮砂作用，也使这种泵在含砂较多的稠油井能正用。2.防砂泵1)三管
12、抽油泵这种泵属于底部固定杆式抽油泵（见图1-3-9)，适宜用于含砂严重的油井，对于新投产的井和加砂压裂后初次抽油的井尤为适用。为保持一定的泵效，三管泵的冲次一般比常规泵要高。随泵挂的加深，三个泵筒也应相应加长，以增加密封长度。2)防砂卡抽油泵这种泵在抽汲过程中，排出到泵上部的井液把大部分较小的砂粒带到地面，而较大的砂粒在下沉过程中，被滑阀遮挡，不能落回泵筒，而是姐比沙卜套与泵筒间的环形通道沉到泵下面的沉砂管内。若因故停抽，滑阀使泵筒上端关闭，泵上方油管内井液中的砂粒，也通过环形通道下沉到沉砂管内。所以这种抽油泵在抽极和停抽时均能有效地防止砂卡和砂埋（见图1-3-10)。3.防气抽油泵常规抽油泵
13、在油气比大的油井中使用，油液充满程度差，泵效低，还往往出现“气锁”，使抽油泵无法正常工作。更有危害的是在这种油井中抽油常发生“液面冲击”，加速了抽油杆柱、阀杆、阀罩、泵阀、油管等井下设备的损坏。为此，人们专门设计了适合在油气比大的油井使用的抽油泵。1)两级压缩抽油泵这种泵活塞由细长的上柱塞与直径较大的下柱塞串联起来，将泵筒分成上下两个工作腔，下工作腔比上工作腔的环形面积大得多。上出油阀和中出油阀，下出油阀和进油阀分别构成这两个工作腔的进出油阀，泵由底部固定装置固定（见图1-3-11）。2)机械启闭阀抽油泵机械启闭阀抽油泵的结构示意图见图1-3-2。这种泵与常规抽油泵比较其结构上有以下几个特点：
14、（1)柱塞上的出油阀为一倒装的锥形阀，锥形阀体与抽油杆刚性连接，所以此阀的开启不是靠压差，而是依靠抽油杆上下机械移动来完成。（2)泵筒出油阀为一正装的锥形阀，锥形阀中心开一小孔，与阀杆滑动配合。(3)柱塞较短，一般为0. 5m左右，上段为硬柱塞，下段为软柱塞，提高了密封性能，增加了与泵筒的摩擦力。其工作过程为：上冲程时，抽油杆提升，使柱塞出油阀关闭，并带动柱塞上行。此时下腔室压力下降，当其压力低于泵的人口压力时，进油阀打开进油。与此同时，上腔室压力上升，如果井液油气比大，油气虽被压缩但压力增加小，此时常规泵往往打不开柱塞出油阀而发生“气锁”。由于此泵在阀杆上设计有推块和放气孔，当柱塞接近上死点
15、和换向上升一小段距离时，均能让柱塞出油阀上下腔连通，提前将上腔室的气体排至油管中，从而有效地避免了“气锁”的发生。下冲程时，抽油杆柱下行，它不受油气比大的影响，首先将柱塞出油阀打开，使上下腔室连通。当下行15mm后，推动柱塞下行，这样，下腔室的油、气很容易就进人了上腔室、在柱塞接近下死点和柱塞离开下死点的一段时间内，放气孔又将柱塞出油阅的上下腔连通，完成排气，保证上冲程时将柱塞出油阀及时打开。3)环形阀抽油泵这种泵是在常规抽油泵的基础上进行改造而成的，其结构示意图见图1-3-13。首先，取消上出油阀，在泵的出口处装一环形阀；其次，在环形阀中间固定一摩擦环，以增加环形阀与拉杆之间的摩擦力。上冲程
16、时，环形阀在拉杆摩擦力的带动下，及时打开，出油阀在油管液柱压力作用下关闭，上泵腔排油与此同时，下泵腔体积增大，压力下降，进油阀打开进油。下冲程时，在油气比大的油井中，常规抽油泵往往因进油阀上面的压力低于油管液柱压力，使出油阀打不开。而此时，环形阀抽油泵的环形阀在拉杆摩擦力作用下及时关闭，并承受油管液柱压力，使环形阀以下泵腔处于低压，出油阀由于柱塞上面泵体积增大，压力降低而迅速打开进油。4.其他特殊用途的抽油泵1)大排量双作用抽油泵这种泵在一个往复冲程中可完成两次汲油和两次排油的过程，因而比泵径和工作参数完全相同的抽油泵大幅度地提高了产液量。当油层压力高、油井供液相当充足，以至较大的常规泵也满足
17、不了排液量的要求时，可采用大排量双作用泵。但由于下冲程时有排油过程，杆柱下行阻力较大，不宜在原油粘度过大或出砂的油井中使用。其结构示意图见图1-3-14。2)整筒过桥抽油泵与常规泵相比，它增加了环形阀总成、过桥接头、过桥管及油管锚总成，除泵的上部与油管相连接外，下部还通过油管锚将泵锚固在套管上，大大增加了油管和泵筒的刚度（见图1-3-15）。下冲程时，在阀杆下行摩擦力的带动下环形阀关闭，泵上面的液柱重量通过环形阀过桥接头、过桥管、油管锚作用在套管上，这时的油管弹性伸长比常规泵要小得多。与此同时，由于环形阀及时关闭，柱塞和环形阀之间的空间不再受上部液柱压力的作用，压力较低，使进油阀能迅速打开，从
18、而可提高泵的充满系数。上冲程时，由于受液柱压力作用，初始阶段环形阀没有及时打开，所以抽油杆载荷没有立即被加上，这使抽油杆换向时产生的惯性力与液柱对抽油杆作用力不在同一时刻发生，减少了抽油杆弹性伸长。同时，油管因载荷降低所产生的弹性收缩也比常规泵小得多。这种泵可在3000m的泵挂深度下有效地工作。3)斜井抽油泵为使抽油泵能在斜井中正常工作，它采用具有导向筋的阀罩限制了阀球升降时的摆动幅度，合理地解决了泵以较大倾角安装时阀球关闭滞后问题；将泵下接头下部油管进口堵死，使原油从大筛管人泵，气体由套管放出，排除了气体上升减慢问题的出现；增加外管，提高泵体的刚度，从而减少了泵筒的变形，让柱塞运动自如。斜井
19、抽油泵可在泵挂点斜度达250左右的斜井中使用。其结构示意图见图1-3-16。4)螺杆抽油泵螺杆抽油泵（见图1-3-17)按基本结构型式分为单筒式和串联式，按驱动方式可分为地面驱动和井下驱动两类，目前广泛采用的是地面驱动螺杆泵。(1)结构：地面驱动螺杆泵抽油装置主要由驱动系统、连接器、抽油杆及井下抽油装置组成。(2)工作原理：螺杆泵是一种螺旋式空腔累进泵，地面动力通过抽油杆驱动转子在定子之中转动，转子与定子啮合，形成一系列被定子与转子之间的接触线所密封的腔室。随着转子的转动，泵人口处不断形成的敞开室在沉没压力作用下依次被井液充满，并逐渐成为密封腔向泵排出端移动，将井液排出。(3)特点：结构简单，
20、占地面积小，利于海上平台和丛式并组采油。它只有一个运动件（转子）不会出现常规抽油泵那样的阀卡、气锁、蜡卡等现象，适合稠油井和出砂井应用。它无脉动排油特征，泵内无阀件和复杂的流道。水力损失小。在相同举升参数下，螺杆泵系统效率为有杆泵的1 .7倍，能量消耗小。泵的实际扬程受液体粘度影响大，粘度上升，泵的扬程下降较大。应用过程中的工艺较复杂。二、抽油机随着采油设备技术研究的深人，抽油机在最初的雏形上有了长足的发展，从采油方式上可分为有杆类采油设备和无杆类采油设备两种。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类（如游梁式和无游梁式抽油机）和旋转运动类（如电动潜油螺杆泵），无杆类采油设备也可分为电动潜油离心
21、泵、液压驱动类（如水力活塞泵）和气举采油设备。尽管抽油机的种类很多，结构形式各异，但在油田上普遍被采用的抽油机种类并不太多。这里把油田常用的抽油机，尤其是最近几年新发明的专利节能抽油机，以及中国石油天然气集团公司在对全国抽油机全面考查、综合评定后的7种向全国推广的机型和很有潜力的节能抽油机，做一个简要介绍。（一）游梁式抽油机1.常规曲柄平衡抽油机其结构见图1-3-18。(1)工作原理：电动机通过皮带和减速器带动曲柄作匀速圆周运动，曲柄通过连杆带动四杆机构（由曲柄、连杆、支架及游梁所组成的四边形铰链机构）的游梁以支架上中央轴承为支点，做上下摆动，带动游梁前端的驴头悬点连接抽油杆柱、油泵柱塞做上下
22、往复直线运动，实现机械采油。(2)特点：常规曲柄平衡抽油机结构简单，运行可靠，操作维护方便，但长冲程时平衡效果较差，能耗高。2.常规复合平衡抽油机其结构见图1-3-19。该机结构与常规曲柄平衡抽油机基本相同，其不同点是在游梁尾端加装了游梁配重块，构成复合平衡。曲柄平衡块和游梁配重块共同对抽油机载荷起平衡作用，称之为复合平衡。其工作原理和常规曲柄平衡抽油机相同。游梁配重块起着削减一定载荷峰值的作用，与常规曲柄平衡抽油机相比平衡效果有所改善。其特点基本上与常规曲柄平衡抽油机相同，只是调整游梁配重块时不太方便。3.异相曲柄复合平衡抽油机其结构见图1-3-20。其工作原理和常规曲柄平衡抽油机相同。与常
23、规复合平衡抽油机相比，该机的结构特点体现在以下两个方面：上冲程悬点运动较下冲程缓慢，相应地降低了上冲程悬点的加速度，从而降低了上冲程悬点的惯性载荷，使得能耗降低。曲柄中心与平衡重中心线间有一相位角，从而使曲柄轴上的平衡扭矩与悬点负荷引起的扭矩相差一相位角，经平衡后产生的曲柄轴净扭矩曲线比较平缓，峰值扭矩降低，因此提高了减速器的寿命，降低能耗。4.前里式曲柄平衡抽油机其结构见图1-3-21。其四连杆机构的几何尺寸和角度发生了变化，该机型的基本结构与常规曲柄平衡抽油机相比，有较大改变。其一，将横梁铰接点由常规机型的游梁尾端移至中央轴承与驴头之间。其二，平衡块和连杆铰接点分别置于曲柄两端，减速器输出
24、轴在曲柄中间，且曲柄中心线与平衡块中心线偏离了一个相位角，结构紧凑。工作原理：电动机输出动力，通过皮带、减速器带动曲柄旋转，通过四连杆机构变成悬点的上下往复运动，驱动井下泵工作。上冲程时，曲柄落下，释放位能，下冲程时，曲柄平衡块举升，储存位能。该机具有结构新颖、性能可靠、运动平稳、冲次较低、冲程较大、节能等特点，同时又具有体积小、重量轻、节省钢材的优点。5.下偏杠铃游梁复合平衡抽油机（推广机型之一）下偏杠铃游梁复合平衡抽油机是在原常规游梁抽油机的游梁尾端，增加简单的下偏杠铃装置后诞生的一种新型节能抽油机。它有两种结构形式，内插式结构和后翘式结构，见图1-3-22。内插式下偏杠铃装置，利用减速器
25、、支架、两连杆之间、小横梁之下的有效空间；后翘式下偏杠铃装置，利用减速器和底座之间的有效空间，其余结构与常规游梁抽油机相同。其工作原理和常规曲柄平衡抽油机相同。该机继承和保留了原常规游梁式抽油机的全部优点，具有结构简单、可靠、耐用、维护费用低的优点，尾部采用下偏杠铃游梁复合平衡装置，科学地运用五条曲线和三点调节法对整机进行系统的优化设计和调节，使之与负载扭矩相吻合，起到对净扭矩削峰填谷的效果，达到了节能的目的。负载经过两次平衡，使抽油机的性能得到很大的改善：可降低减速箱和电动机功率的选型等级，或使原抽油机的提升能力得到提高。该技术既可用于新机制造，又可用于对大量现场在用的常规游梁式抽油机进行节
26、能改造。该节能改造技术是目前最简单易行的，且效益显著。6.调径变矩游梁平衡抽油机（推广机型之一）其结构见图1-3-23。它的结构是在常规游梁前置式抽油机的基础上变化而来的，不同之处是曲柄无配重，在游梁尾部加长吊臂和配重箱，进行游梁平衡。该机采用调径变矩纯下偏平衡的原理，在游梁尾部采用可变角度吊臂和配重箱，通过改变变径销直径，调节配重箱平衡力臂长度，使平衡扭矩变化曲线最大限度地吻合负载扭矩曲线，从而得到平稳、低峰值的净扭矩曲线，降低了减速器和电动机的额定扭矩，使游梁承受全部负载。其他运动件只承受负载与平衡力之差，有利于延长抽油机使用寿命，提高承载能力。该机具有结构简单、整机重量轻、运行电流平缓、
27、节电效果显著、制造成本低等特点。独特设计的游梁固定支撑调冲程装置、调平衡装置和短小的曲柄，大大减少了调参的时间，增加了安全性和方便性。7.悬挂偏里游梁平衡抽油机其结构见图1-3-24。该机与常规游梁前置式抽油机的运动部件基本相同，其不同之处是：曲柄上无平衡块，在游梁后端装有第二驴头（后驴头），后驴头是构成变矩平衡的主要构件之一。整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。后驴头与游梁下腹板间设置有抬头变矩装置，弧面上挂有易调平衡配重装置，尾端通过芯轴串装有杠铃式偏置配重装置。为使平衡配重载荷与抽油载荷的变化相适应，该机采用了三项平衡机理：偏置平衡、悬挂易调平衡和抬头变矩平衡。
28、三者都设置在后驴头上，在抽油机运行时，可同抽油机载荷的变化相适应，达到加强抽油机的平衡效果。在保持了常规抽油机优点的同时，还具有平衡率高、节电效果显著、调参方便等特点。8.摆杆式游梁抽油机（推广机型之一）其结构见图1-3-25。该机是在常规游梁式抽油机结构的基础上增加一对摆杆。由曲柄带动连杆，改为曲柄通过滚轮在摆杆中间轨道上往复滚动来带动摆杆拉动连杆，实现驴头往复直线运动。其节能机理是：在摆杆上作用着两个力矩：一个是抽油杆上的载荷，通过钢丝绳、驴头、游梁、横梁及连杆下接头与摆杆相连的铰点作用在摆杆上，对固定在支架上的支承轴的轴心形成一个力矩（称为载荷力矩）；另一个是由电动机通过皮带、减速器的输
29、出轴、曲柄及安装在曲柄及安装在曲柄销上的滚轮作用在摆杆上，对支承轴轴心形成一个力矩（称为动力矩）。由于动力矩力臂的长度是变化的，致使上冲程时力臂长，下冲程时力臂短。因上冲程时动力矩的力臂长，所以省力节能。摆杆平衡机构是节能的第三机理，在摆杆的端部可加平衡板（为了区别曲柄平衡锤，将其称为平衡板），又形成了一套平衡机构，不但可以使输出轴扭矩峰值较小，变化平衡，而且在一定条件下可以实现全抽汲周期无负扭矩，这一机理是该机一个创造性的特点。另外，从运动学角度看，上冲程时摆杆式游梁抽油机比常规游梁抽油机悬点速度低，动载荷减少，所需分力也相应减少，故而可节能。这样使抽油机的平衡力矩和动力力矩按悬点载荷力矩的
30、变化规律进行调节，可用来对在用的常规抽油机进行节能改造。9.偏轮式游梁抽油机（推广机型之一）其结构见图1-3-26。该机是在异相曲柄复合平衡抽油机游梁尾部装有一个偏轮结构，在偏轮与游染中心和支架之间增设一操纵杆，游梁尾部、横梁、操纵杆与偏轮之间用轴承连接。这样当曲柄旋转时，曲柄带动连杆、横梁、偏轮和游梁运动。由于偏轮具有急回机构，上冲程加速度明显降低，所以在上冲程时由悬点载荷产生的曲柄轴扭矩比常规游梁式抽油机要小，而偏轮式游梁抽油机由于具有游梁后臂长度变化和游梁摆动角速度变化的特点，所以上冲程的加速度比异相曲柄复合平衡抽油机小，因而上冲程由悬点载荷产生的最大曲柄轴扭拒比常规游梁式抽油机降低。由
31、于偏轮式游梁抽油机上冲程的最大扭矩因数值推移到曲柄转角1050由悬点载荷产生的最大曲柄轴扭矩也在该处，而曲柄平衡重由于具有偏置角，所以由曲柄平衡重产生的最大平衡扭矩点基本与悬点载荷产生的最大扭矩重合。而下冲程最小扭矩因数值则向前移动至曲柄转角2700处，下冲程由悬点载荷产生的曲柄轴最小扭矩点也在该处，基本上与曲柄平衡重产生的最小平衡扭矩点重合。这样经平衡后的曲柄轴净扭矩波动变得平稳，使其净扭矩曲线波动远小于常规游梁式抽油机。由于在这种运动中偏轮相对游梁转动，使游梁后臂有效长度随着曲柄转角的变化而变化，游梁摆动角速度也随着曲柄转角的变化而具有不同的变化，使得抽油过程中的平衡力臂和动力臂合理变化，
32、实现上提加速度比常规游梁式抽油机低，大大地减少了抽油杆上提时的动负荷和因动负荷引起的震动负荷。10.特形双驴头游梁式抽油机（推广机型之一）其结构见图1-3-27，该机是将常规游梁式抽油机游梁与横梁的铰连接，改为变径圆弧形的后驴头、钢丝绳与横梁的软连接，构成变参数四杆机构来传递运动和扭矩，克服了原机构的死角，增加游梁摆角，冲程提高2070，同时正转时慢提快放，适用于抽稀油，反转时为快提慢放，适用于抽稠油。由于采用了变径圆弧形的游梁后臂，游梁与横梁之间采用柔性连接等结构，得到变参数四杆机构。该机构在工作时，依靠游梁后臂有效长度的有规律变化实现负载大时平衡力矩大、负载小时平衡力矩小的工作状态。该机游
33、梁力臂变化产生的变动扭矩和平衡块按正弦规律产生的平衡扭矩之和能尽可能地拟合载荷扭矩的变化，这是该机一个创造性的特点，从而使净扭矩波动小，达到加强平衡、降低能耗的目的。11.低矮异形游梁式抽油机（推广机型之一）其结构见图1-3-28。该机较常规游梁式抽油机相比，舍弃游梁，形成了驴头、游梁一体化结构的扇形驴头，使整机结构更加紧凑，驴头的强度有所提高。低矮异形抽油机的悬点加速度较常规抽油机下降，使其惯性载荷降低，支架受力减少，增加平稳性。该机取消了尾轴承座，代之是柔性连接的钢丝绳。钢丝绳成为关键件，钢丝绳的破坏形式主要是接触应力。该机在后驴头后面覆盖一层聚氨醋板，大大地降低了钢丝绳的接触应力，使其寿
34、命增加，整机的可靠性大幅度提高。工作原理为：电动机输出的动力经皮带、减速箱及柔性曲柄连杆机构传动而带动驴头，驴头通过旋转带动悬点上下往复运动，达到抽油的目的，驴头前部相对于回转中心为一圆弧，从而保证悬点对准井口；驴头后部相对于回转中心为一变径曲线，从而达到变矩，减少曲柄轴净扭矩曲线波动，降低装机功率及节能的目的。该机采用一体式游梁驴头整体结构，大大减少了整机尺寸和重量，结构紧凑。比较适合10型以下抽油机。12.双四杆游梁式抽油机其结构见图1-3-29。该机仅在游梁后臂与连杆的铰接处及游梁支承部位增加了一套四连杆机构，因此就改变了连杆上端的运行轨迹，使原来是一个圆的轨迹变为接近直线的扁圆轨迹。这
35、样就放大了冲程，从而使驱动扭矩在一定程度上可模拟正弦规律，改善了抽油机平衡效果，实现了运动及力的重新分布。改善了减速器的扭矩曲线，降低了波峰和波谷的绝对值，也就改变了对动力源的要求，从而实现了在同一负荷的工作条件下所使用的减速器和电机较常规游梁式抽油机小，即实现了节能目的。该机的特点是：在保持传统常规游梁式抽油机基本特征不变的条件下，只是在抽油机尾轴与游梁支撑之间增加一套副梁连杆机构，合理地控制抽油过程中曲柄平衡重作用在游梁上的平衡力臂和动力力臂的变化，使减速器输出轴净扭矩峰值大幅度降低，使抽油机系统运行更平衡，实现了既保持常规游梁式抽油机简单、耐用、易维护的优点，又提高了动力效率，减少能耗，
36、同时降低了抽油机制造的成本。13.气动平衡抽油机其结构见图1-3-30。该机属前置式抽油机，除了空气动力平衡系统以外，其他结构和前置式曲柄平衡抽油机相似。它去掉了曲柄平衡块，在游梁的前臂加装了平衡空气包，其横梁铰接于游梁前臂，位于主支承与驴头之间。四连杆机构尺寸和角度发生了变化，使整机更加紧凑。工作原理为：电动机输出动力，通过皮带、减速器带动曲柄旋转，通过四连杆机构变成悬点上下往复运动驱动井下工作。上冲程时，气缸气体膨胀，释放压能；下冲程时，气体压缩，储存压能。该机结构紧凑，体积小，重量轻，节省材料，但由于气缸平衡部分问题较多，油田上的推广应用量呈下降趋势。（二）无游梁式抽油机一1.天轮式抽油
37、机（1)结构特点：平衡块与抽油杆通过钢丝绳悬挂在天轮的两侧，直接平衡负载，只有天轮承受主要负荷，曲柄旋转时，通过连杆、摇杆和滚轴带动天轮，见图1-3-31。(2)工作原理：电动机作单向旋转，经皮带轮由减速器带动装在减速器上的曲柄旋转，曲柄经连杆带动摇杆摆动，滚轴与天轮铰接连接，滚轴又卡在摇杆的槽中。摇杆摆动时，将带动天轮实现大摆角摆动，平衡块和抽油杆用悬绳器挂在天轮上，当天轮摆动时，带动抽油杆和平衡块上下运动，达到抽汲油液的目的。(3)性能特点：结构新颖简单，平衡效果好，效率高、节电。调平衡简单方便。2.轮式移动平衡抽油机其结构见图1-3-32。该机主要由拖动装置、减速器、曲柄装置、连杆、横梁
38、、游梁、托轮、悬绳器、游梁支承、推拉杆、平衡箱、支架、高低座、刹车装置、围栏组成。特点：该机独特的全平衡结构设计使平衡重从曲柄位置转移到摆动梁的平衡箱中，随着曲柄的旋转借助于推拉杆使平衡箱在摆动梁轨道上作往复直线运动，巧妙地改变平衡重的力矩，改善抽油机的平衡状况。减速器的峰值扭矩显著降低，与常规游梁式抽油机相比，相同工况下峰值扭矩降低，整机重量减轻，节电效果明显。3.渐开线异形抽油机其结构见图1-3-33。该机采用双天轮结构，驱动轮为渐开线形，负荷轮为圆形，并与驱动轮同轴固定在一起；负荷轮一侧悬挂抽油杆，另一侧悬挂曲柄平衡重。圆周运动曲柄通过钢丝绳带动驱动轮摆动，经负荷轮带动抽油杆做往复运动，
39、可实现大摆角、长冲程、大负荷。其特点为：结构简单，运行可靠。净扭矩下降，电机配置减小，节能效果好，系统效率提高。调参方便，操作维护管理难度较小。后钢丝绳受力太大，为延长其寿命，驱动轮覆盖聚氨醋板。该机在结构上舍弃了游梁，取消了横梁、连杆，避免在光杆断脱或滞后出现横梁撞击支架，造成支架与横梁破坏，消除了事故隐患。4.直线往复式抽油机（推广机型之一）直线往复式抽油机是根据直线往复机构设计的无游梁、大载荷、长冲程、节能高效抽油机，其结构见图1-3-34。它是由两个圆环形轨道安置在H型换向器的两边，通过变向减速器双输出销齿轮拨动长环形轨道中的特殊链条作反方向运动。即轨道内有两个比较特殊的销齿轨迹链条，
40、轨道的下方有两个外啮合的驱动齿轮，齿轮由一个单输人双输出对称分流式的减速器进行驱动，通过轨迹链条上的特殊链节带动换向轴，换向轴带动H型换向器上的光杆做上下往复运动。换向轴在直线段的运动中只作上下的匀速直线运动，无惯性力，无脉动、无侧向力；在上下死点左右换向时，在曲线段的运动是既作上下标准的简谐运动，又做在换向器横槽中的横向运动，从而实现上下往复运动中的换向，可实现平衡无冲击换向。其结构特点是：抽油杆直接悬挂在抽油机的换向器上，减少了传动环节，取消了游梁式抽油机与链条式抽油机悬挂的钢丝绳，减少了事故发生几率，提高了可靠性。因为采用对称布置，整机受力状态好。由于采用销齿轨迹链条传动，避免了传动中的
41、链条的多边形效应和链条中的磨损伸长及链条的爬高跳齿现象。由其结构决定了较易实现大冲程。由于其结构采用了销齿轨道传动方式，因此消除了链条传动中突然卸载与突然加载引起的换向冲击。其减速器是一种单输人双输出对称分流双圆弧齿形减速器，这种减速器具有在同样体积和材料的情况下，承受载荷大、传动效率高和使用寿命长的优点，而且还具有很小的翻转力矩。抽油机的平衡重两侧对称的布置减少了平衡宽带负荷重量，并使宽带处于极小的动载状态，从而有利于提高宽带的使用寿命和可靠性。重块祛码直接平衡能实现较好的平衡性。5.宽皮带式抽油机该机主要由底座、电动机、减速器、滚筒、过轮、柔性宽皮带、机架、平衡筐组成，见图1-3-35。(
42、1)结构特点：在机架顶部装有旋转天车，悬绳器和平衡筐之间采用多股钢丝绳组连接，平衡筐底部装有销式安全装置，柔性宽皮带同其他零件的连接采用契形皮带接头齿轮减速器驱动滚筒再通过链条减速装置带动偏心轮冲程调节器。 (2)工作原理：依靠电动机的正反驱动来带动一个特殊滚筒正反转缠绕一根柔性皮带拉动平衡筐，通过钢丝绳组和悬绳器使光杆做往复直线运动，以达到抽油的目的。(3)性能特点：将受载荷部分的柔性皮带传动改为钢丝绳传动，从而提高传动的可靠性和寿命，减少了使用费用和停机维修时间。采用旋转天车台结构代替移动底座结构，方便了修井作业，提高了工效，减轻了劳动强度；采用直接平衡，调整方便、准确、效果好并且恒定，冲
43、程长度可不停机无级调节。滚筒传动的力臂小于曲柄传动的力臂，扭矩可以减小节电效果较好。动载比常规抽油机减小，接近气动平衡抽油机，增加了实际承载能力。由于该机冲程长，平衡效果好，故适于2000m以上中深井采油，用于2000m以内浅井采油同样具有高效、节能、操作方便等优点。6.链条式抽油机其结构见图1一3一36。其工作原理为：电动机经皮带传动和减速后驱动下链轮旋转，使轨迹链条在垂直布置的主动链轮和上链轮间运转；轨迹链条上的特殊链节与往返架上的滑块中的主轴销相连，使往返架随轨迹链条而上、下往返运行；往返架体的上横梁连接着绕过天车轮的钢丝绳，带动抽油杆往返运动，从而带动抽油泵抽油；往返架下横梁连接着绕过
44、平衡链轮并固定在机架上的平衡链条，使平衡缸式的柱塞往返运动，实现储能和放能的平衡作用。三、井口装置井口装置（图1-3-37)是安装在井口上的设备通称。其作用是：在完井以后，用于悬挂油管，承托并内的全部油管柱重量；密封油管、套管间的环形空间，控制和调节油井的生产；有序控制各项井下作业，如诱喷、洗井、打捞、酸化、压裂等的施工；录取油压、套压资料和测压、清蜡等日常生产管理。井口装置包括套管头、油管头及采油（气）树三部分，连接方式有螺纹、法兰和卡箍三种。（一）套管头井口装置的下部分称套管头，其作用是用来悬挂技术套管和油层套管并密封各层套管间环形空间的井口装置，为安装防喷器和油管头等上部井口装置提供过渡
45、连接，并且通过套管头本体上的两个侧口，可以进行补挤水泥和注平衡液等作业。（二）油管头井口装置的中间部分称油管头，是由一个两端带法兰的大四通及油管悬挂器组成，安装在套管头的法兰上，用以悬挂油管柱，密封油管柱和油层套管之间的环形空间，为下接套管头、上接采油树提供过渡。通过油管头四通体上的两个侧口，接套管闸门，完成套管注入、洗井作业或作为高产井油流生产通道。（三）采油树采油树是油管头上法兰及以上的设备，它是由一些闸门、三通、四通和短节组成，用于油气井的流体控制和作为生产通道。采油树和油管头是连在一起的，是井口装置的重要组成部分，按连接形式可分为法兰式和卡箍式。采油树的安装必须满足注采的需要。必须要考
46、虑到采油、注水的控制和调节，注水井的正反洗井、试井清蜡、部件更换以及各种井下作业的要求等因素。（四）采气树气井的井口装置包括采气树、油管头及套管头。采气树与采油树结构相似，但有一定的区别：（1）所有部件均采用法兰连接。(2)油套管闸门及总闸门均为成双配置，一个工作，一个备用。(3)节流器采用针形阀，而不是固定孔径的油嘴。(4)全部部件经抗HZS处理。(5)常用的采气树的工作压力分为21 MPa、35MPa、60MPa、70MPa，根据预测的井口压力予以选择。（五）封井器试油封井器（防喷器）用于在试油修井和作业过程中关闭并口，防止井喷事故的发生，并可用作地层测试的配套设备试油封并器分为半封封井器
47、、全封封井器和自封封井器。半封封井器用于封闭油套环形空间，全封封井器用于封闭整个井筒，自封封井器主要用于起下作业过程中的刮油、防掉落物。此外，还有旋转封井器用于磨铣或冲洗作业。半封封井器主要由壳体、两个在主体相向运动的闸板总成、拉杆、操作丝杠、手柄等组成。当需要关井时，同时右旋左、右两个手柄，转动丝杠，即可推动两闸板向井眼中心运动，依靠密封胶芯和顶密封胶皮的共同作用，即可实现封井的目的；封并器按关闭方式来分，又可分为液动式和手动式。但一般试油作业多用手动式，它具有简单、方便、成本低等优点。第二节潜油电泵管柱的结构及常见故障本节以潜油电泵管柱的组成、结构为主线，较全面地介绍潜油电泵管柱各个组成部
48、分的相关知识及管柱常见故障的处理方法，使学习者对潜油电泵管柱的各个部分有一个较全面的了解。一、潜油电泵装里的工作原理及组成（一）潜油电泵装1的工作原理潜油电泵装置是将在井下工作的离心泵，用油管下人井内，悬挂在油管底部，地面电源通过供电流程，将电能输送给井下潜油电机，潜油电机将电能转换为机械能带动潜油泵工作，井液在潜油泵的作用下，沿抽油工作流程被举升到地面。（二）潜油电泵装置的组成潜油泵指潜油多级离心泵。潜油电泵包括潜油电机、潜油电机保护器（简称为保护器）、潜油电泵油气分离器（简称为分离器）、潜油泵。潜油电泵机组包括潜油电泵、潜油电缆、潜油电泵控制屏（简称为控制屏）、潜油电泵专用变压器（简称为变压器）。潜油电泵装置包括潜油电泵机组、接线盒、井口装置、单向阀、泄油阀等附属装备。潜油电泵装置供电流程为：电源一变压器一控制屏潜油电缆一潜油电机。潜油电泵装置的抽油工作流程为：分离器一潜油泵一单向阀一泄油阀一井口装置一出油干线。潜油电泵型号各部分的含义如下：二、潜油电泵装里的标准管柱结构潜油电泵装置的管柱形式很多，有标准管柱、斜井管柱、底部吸人口管柱等等，其结构各不相同。潜油电泵装置的标准管柱自下而上依次由潜油电机、保护器、分离器