1、抽油井技術指標 (扭矩、電機功率等) 一曲柄軸扭矩計算及分析一曲柄軸扭矩計算及分析v抽油機工作時，由懸點載荷及平衡重在曲柄軸（減速箱輸出軸）上造成的扭抽油機工作時，由懸點載荷及平衡重在曲柄軸（減速箱輸出軸）上造成的扭矩與電動機輸給曲柄的扭矩相平衡。因此，通過懸點載荷及平衡來計算曲柄軸矩與電動機輸給曲柄的扭矩相平衡。因此，通過懸點載荷及平衡來計算曲柄軸扭矩，不僅可以檢查減速箱是否在超扭矩條件下工作，而且可以用來檢查和計扭矩，不僅可以檢查減速箱是否在超扭矩條件下工作，而且可以用來檢查和計算電動機功率及功率利用情況。算電動機功率及功率利用情況。v一定型號的抽油機所配減速箱都有允許的最大扭矩。在一定條

2、件下它既限一定型號的抽油機所配減速箱都有允許的最大扭矩。在一定條件下它既限制著油井生產時所采用的最大抽油參數（制著油井生產時所采用的最大抽油參數（Dp、s、n及及L），同時又限制著為了），同時又限制著為了保證在參數生產所需要的電動機功率。在生產中既不能只看懸點最大載荷，而保證在參數生產所需要的電動機功率。在生產中既不能只看懸點最大載荷，而任意采用大參數生產，也不能單純根據大參數抽汲的需要，而隨意使用大功率任意采用大參數生產，也不能單純根據大參數抽汲的需要，而隨意使用大功率電動機。電動機。v例如，對于例如，對于5型抽油機，一般選用的電動機功率最大不要超過型抽油機，一般選用的電動機功率最大不要超過

3、2022kW。如果選。如果選用用28或或30kW的電動機，則會出現兩種情況：一是電動機過大，而功率利用不充的電動機，則會出現兩種情況：一是電動機過大，而功率利用不充分；或者電動機在滿載條件下工作，但抽油機必然在超載荷或超扭矩的條件下分；或者電動機在滿載條件下工作，但抽油機必然在超載荷或超扭矩的條件下工作。因此，了解抽油機運轉過程中產生的最大扭矩是選擇分析抽油設備工作工作。因此，了解抽油機運轉過程中產生的最大扭矩是選擇分析抽油設備工作狀況的一項重要內容。狀況的一項重要內容。v在抽油技術設計和一般分析中大多采用直接計算的方法。下面分別介紹三在抽油技術設計和一般分析中大多采用直接計算的方法。下面分別

4、介紹三種比較常用的計算公式。種比較常用的計算公式。v（一）計算扭矩的準確方法（一）計算扭矩的準確方法扭矩因數法扭矩因數法v以常用的曲柄平衡抽油機為例，可得曲柄平衡的曲柄軸扭矩的計算公式：以常用的曲柄平衡抽油機為例，可得曲柄平衡的曲柄軸扭矩的計算公式：v而而 v式中式中 M曲柄軸扭矩，曲柄軸扭矩，Nm；v MP表示懸點載荷表示懸點載荷P在曲柄上造成的扭矩，稱為載荷扭矩在曲柄上造成的扭矩，稱為載荷扭矩Nm；v a、b分別為抽油機游梁前、后臂長度，分別為抽油機游梁前、后臂長度，m；v P懸點負荷，懸點負荷，N；v r曲柄半徑，曲柄半徑，m；v 連桿與曲柄的夾角；連桿與曲柄的夾角；v 游梁與連桿的夾角

5、；游梁與連桿的夾角；v Mc表示曲柄平衡重在曲柄上造成的扭矩，稱為曲柄平衡扭矩，表示曲柄平衡重在曲柄上造成的扭矩，稱為曲柄平衡扭矩，Nm；v Wc折算曲柄平衡重力（折算曲柄平衡重力（ ），），N；v 曲柄轉角。曲柄轉角。v v，稱為扭矩因數。，稱為扭矩因數。cPMMMsinsinrPbaMPsinrWMccrrXRWRWWubcccbcsinsinPbaC 一曲柄軸扭矩計算及分析一曲柄軸扭矩計算及分析v（二）計算最大扭矩的近似公式（二）計算最大扭矩的近似公式v近似計算法是把抽油機四連桿運動簡化為簡諧運動，略去抽油機幾何特性的影近似計算法是把抽油機四連桿運動簡化為簡諧運動，略去抽油機幾何特性的影

6、響；另外還忽略了游梁平衡塊產生的慣性力。此時計算曲柄軸扭矩的公式為：響；另外還忽略了游梁平衡塊產生的慣性力。此時計算曲柄軸扭矩的公式為：v式中式中 M曲柄軸扭矩，曲柄軸扭矩，Nm； S光桿沖程，光桿沖程，m；v P懸點負荷，懸點負荷，N； 曲柄轉角；曲柄轉角；v Ce有效平衡值，表示被平衡重平衡了的懸點負荷，有效平衡值，表示被平衡重平衡了的懸點負荷，N。v其理論值為其理論值為v有效平衡值的計算方法很多，在利用最大、最小載荷計算方法計算有效平衡值有效平衡值的計算方法很多，在利用最大、最小載荷計算方法計算有效平衡值時，為了保持抽油機在平衡條件下工作，必須通過調整平衡半徑或平衡重，使時，為了保持抽油

7、機在平衡條件下工作，必須通過調整平衡半徑或平衡重，使Ce值等于懸點最大、最小載荷之和的二分之一，即值等于懸點最大、最小載荷之和的二分之一，即 v 一般認為，最大扭矩與最大載荷出現在同一曲柄位置。由式看出，當一般認為，最大扭矩與最大載荷出現在同一曲柄位置。由式看出，當90或或270，并且不考慮懸點載荷，并且不考慮懸點載荷P的變化時，的變化時，M值為最大。所以，將值為最大。所以，將PPmax及及sin1和和 式代入式后，可得：式代入式后，可得：sin)(2eCPSM2LreWWC2minmaxPPCe2minmaxPPCe)(2max1maxeCPSM)(4max1maxmimPPSM一曲柄軸扭矩

8、計算及分析一曲柄軸扭矩計算及分析sin)(2eCPSMv（三）計算最大扭矩的經驗公式（三）計算最大扭矩的經驗公式v1勒瑪柴諾夫經驗公式勒瑪柴諾夫經驗公式v公式公式2是蘇聯勒瑪柴諾夫于是蘇聯勒瑪柴諾夫于1957年提出來的。它是根據類似于公式年提出來的。它是根據類似于公式1的近似公式的近似公式和拉比諾維奇的精確公式，利用一批實測示功圖，分別計算了曲柄銷處的切線和拉比諾維奇的精確公式，利用一批實測示功圖，分別計算了曲柄銷處的切線力后，進行回歸分析所得的公式。力后，進行回歸分析所得的公式。v國內外的實踐都證明用公式國內外的實踐都證明用公式1、2計算的結果普遍偏低，目前國外還在使用這些計算的結果普遍偏低

9、，目前國外還在使用這些公式。公式。v2國內建立的經驗公式國內建立的經驗公式v根據國內油井扭矩曲線峰值統計和回歸，建立了類似的經驗公式：根據國內油井扭矩曲線峰值統計和回歸，建立了類似的經驗公式：v初步檢驗的結果表明，該經驗公式比公式初步檢驗的結果表明，該經驗公式比公式1、2準確，但還有待于在試用中用更準確，但還有待于在試用中用更廣泛的資料進行檢驗和完善。廣泛的資料進行檢驗和完善。)(236. 0300minmax2maxPPSSM)(202. 01800minmax3maxPPSSM一曲柄軸扭矩計算及分析一曲柄軸扭矩計算及分析二電動機選擇和功率計算二電動機選擇和功率計算v1電動機額定功率電動機額

10、定功率v抽油裝置的電動機選擇，一方面關系到電能的利用效率；另一方面抽油裝置的電動機選擇，一方面關系到電能的利用效率；另一方面將關系到能否充分發揮抽油設備和油層生產能力的問題。將關系到能否充分發揮抽油設備和油層生產能力的問題。v游梁式抽油裝置的特點是：游梁式抽油裝置的特點是：v（1）負荷是脈沖的，而且變化大；）負荷是脈沖的，而且變化大；v（2）啟動條件困難，要求有大的啟動轉矩；）啟動條件困難，要求有大的啟動轉矩；v（3）所用的電動機功率不太大，但總的數量大；）所用的電動機功率不太大，但總的數量大；v（4）在露天工作，要求電動機維護簡單、工作可靠。）在露天工作，要求電動機維護簡單、工作可靠。v所以

11、，抽油機所用電動機都封閉式鼠籠型異步電動機。它的構造簡所以，抽油機所用電動機都封閉式鼠籠型異步電動機。它的構造簡單、堅固、易于維修。單、堅固、易于維修。v電動機的選擇電動機的選擇除了確定適合于抽油機工作特點的類型之外，還要確定適除了確定適合于抽油機工作特點的類型之外，還要確定適合各型抽油機工作能力的電動機的容量（即功率）。合各型抽油機工作能力的電動機的容量（即功率）。v電動機功率與傳到減速箱從動軸（曲柄軸）上的扭矩關系為：電動機功率與傳到減速箱從動軸（曲柄軸）上的扭矩關系為：v式中式中 M傳至曲柄軸上的扭矩，傳至曲柄軸上的扭矩，Nm；v N電動機功率，電動機功率，kW；v n曲柄軸轉數（沖數）

12、，曲柄軸轉數（沖數），r/min；v 傳動效率，傳動效率，=12，1皮帶傳動效率；皮帶傳動效率；2減速箱傳動效減速箱傳動效率；率；v nm電動機轉數，電動機轉數，r/min；v i總傳動比，總傳動比，ii1i2。i1減速箱傳動比；減速箱傳動比；i2D/d， D減速箱減速箱皮帶輪直徑，皮帶輪直徑，d電動機皮帶輪直徑。電動機皮帶輪直徑。mniNnNM95459545二電動機功率計算二電動機功率計算v由上式可得，根據曲柄軸上的扭矩確定所需要的由上式可得，根據曲柄軸上的扭矩確定所需要的電動機功率計算公式：電動機功率計算公式：v由上式看出：由上式看出：抽油機工作時，實際在曲柄軸上所產生的扭矩和沖數決定抽

13、油機工作時，實際在曲柄軸上所產生的扭矩和沖數決定著需要的電動機功率。但是曲柄扭矩在整個工作過程中是變化的，而只著需要的電動機功率。但是曲柄扭矩在整個工作過程中是變化的，而只在上、下沖程的某一瞬時達到最大值。在上、下沖程的某一瞬時達到最大值。v 在變負荷條件下，為了提高電動機的效率和功率因素，通常采用等在變負荷條件下，為了提高電動機的效率和功率因素，通常采用等值扭矩而不用最大扭矩來進行計算電動機效率。值扭矩而不用最大扭矩來進行計算電動機效率。根據負載電流或扭矩的根據負載電流或扭矩的變化規律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算變化規律，按均方根求出等值電流或等值扭矩來計算，則：，則：v式中式中

14、Nr需要的電動機功率（即需要選用的電動機額定功率），需要的電動機功率（即需要選用的電動機額定功率），kW；v n沖數，沖數，r/min；v 傳動效率；傳動效率；v Me曲柄軸上的等值扭矩，曲柄軸上的等值扭矩，Nm。9545MnN 9545nMNer二電動機功率計算二電動機功率計算v所謂所謂等值扭矩等值扭矩Me，就是用一個不變化的固定扭矩代替變化，就是用一個不變化的固定扭矩代替變化的實際扭矩，使其電動機的發熱條件相同，則此固定扭矩即的實際扭矩，使其電動機的發熱條件相同，則此固定扭矩即為實際變化的扭矩的等值扭矩。它可用計算得的扭矩曲線或為實際變化的扭矩的等值扭矩。它可用計算得的扭矩曲線或測得的瞬時

15、扭矩來計算：測得的瞬時扭矩來計算：v = v式中式中 M瞬時扭矩（隨曲柄轉角瞬時扭矩（隨曲柄轉角而變），而變），Nm；v 曲柄轉角。曲柄轉角。v計算時取的間隙計算時取的間隙越小，則計算越準確。越小，則計算越準確。nnneMMMM212222121)(2iiM二電動機功率計算二電動機功率計算v 對抽油機來講，對抽油機來講，等值扭矩與最大扭矩之間有一定關系等值扭矩與最大扭矩之間有一定關系，當把抽油機的運動近似地看作簡諧運動，而使扭矩呈正弦規當把抽油機的運動近似地看作簡諧運動，而使扭矩呈正弦規律變化時，律變化時，v 實際曲柄連桿機構的理論扭矩變化規律與正弦曲線不實際曲柄連桿機構的理論扭矩變化規律與正

16、弦曲線不同。根據對實際井扭矩曲線，進行回歸分析的結果，最大扭同。根據對實際井扭矩曲線，進行回歸分析的結果，最大扭矩與等值扭矩的關系大體上為：矩與等值扭矩的關系大體上為：max70. 0MMemax54. 0MMe二電動機功率計算二電動機功率計算v由理論分析和一些實際資料的初步計算結果，并考慮到不平衡等因素，由理論分析和一些實際資料的初步計算結果，并考慮到不平衡等因素，實際計算時，建議采用下式：實際計算時，建議采用下式：v則則v如果取如果取=0.9v式中式中 Nr電動機的額定功率，電動機的額定功率，kW。max6 . 0 MMe95456 . 0maxnMNr14318maxnMNr二電動機功率

17、計算二電動機功率計算v由于實際扭矩變化規律的復雜性，要合理選擇電動機功率是比較困難的，由于實際扭矩變化規律的復雜性，要合理選擇電動機功率是比較困難的，公式公式 只是用于近似分析和計算的簡便公式。只是用于近似分析和計算的簡便公式。在國外曾提出了各種各樣的半經驗性公式，有的計算在國外曾提出了各種各樣的半經驗性公式，有的計算比較復雜，也有的比較簡便，但有些計算結果卻相差很大。比較復雜，也有的比較簡便，但有些計算結果卻相差很大。v下面介紹一種計算比較簡便而又有代表性的一種。下面介紹一種計算比較簡便而又有代表性的一種。v式中式中 Nr電動機額定功率，電動機額定功率，kW； D泵徑，泵徑，m；v S光桿沖

18、程，光桿沖程，m； n沖數，沖數，r/ rmin；v 1抽汲液體密度，抽汲液體密度，kg/m3；v L動液面深度（有效舉升高度），動液面深度（有效舉升高度），m；v 泵效；泵效；v p泵的舉升效率，一般為泵的舉升效率，一般為0.85 0.95，可取，可取0.9；v u抽油機效率，一般為抽油機效率，一般為 0.80 0.85，可取，可取0.82；v k形狀系數，與平衡狀況有關，為形狀系數，與平衡狀況有關，為1.23.4，平衡時取，平衡時取1.2，嚴重不平衡時取，嚴重不平衡時取3.4。v取取p=0.9，u=0.82 則上式可簡化為：則上式可簡化為：v式中式中 Qt理論排量，理論排量，m3/d。v應該指出的是計算出電動機功率后，在具體選型號時，還應注意電動機的轉數與皮帶輪直徑應該指出的是計算出電動機功率后，在具體選型號時，還應注意電動機的轉數與皮帶輪直徑和沖數的配合，以及考慮電動機的超載能力和起動特性。和沖數的配合，以及考慮電動機的超載能力和起動特性。 812101040