顶部固定底部密封杆式抽油泵设计毕业论文.docx

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1、顶部固定底部密封杆式抽油泵设计毕业论文目录1绪论11.1 研究意义11.1.1 国外的发展现状11.1.2 国内的发展现状21.1.3 国内外发展水平分析及建议41.2 本文研究内容41.3 优点52顶部固定底部密封杆式抽油泵总体方案设计62.1 结构设计62.2 工作原理62.3 固定底部密封杆式抽油泵设计83.1 抽油泵总体尺寸计算83.1.1 油管直径与泵径的匹配83.1.2 抽油杆规格与泵径的匹配83.1.3 抽油泵最大外径83.1.4 抽油泵长度83.1.5 泵主要零件的设计与计算9321、古德曼图9322、泵筒的设计与计算12323、柱塞的设计与计算23324、泵阀的设计与计算26

2、325、阀罩的设计与计算334泵的排量和泵效计算384.1泵的排量计算384.2泵效的计算385结论44参考文献45致谢461.1 研究意义目前国内各油田的有杆采油系统中，应用管式泵占在用抽油泵总数的90%以上;而国外油田使用杆式泵约占抽油泵总数的90%,且因实现了标准化、系列化和通用化而成为成熟的技术。制约我国杆式泵发展的原因是：杆式泵结构相对复杂、设计制造相对困难，对密封及支撑部件的综合要求较高；对锚定件的结构及机械性能的研究尚未形成成熟技术；对杆式泵的作业质量要求相对较高；使用习惯性和认识上的偏差，推广普及进展较慢。随着国内大部分油田已经进入开发中后期，管式泵的诸多优点逐渐变得不再明显，

3、而杆式泵在检泵作业中不需取出油管、成本低、作业时间短等优越性则日益突出。因此，研制适应油田开发规律，在性能、种类和实用性等方面具有更要求的杆式泵成为迫切需要。分析发现，常规杆式泵的支撑、锁紧部件在起支撑、锁紧作用的同时, 还承担对泵体的密封作用，且支撑、锁紧部件与密封部件通常设计在泵体的同一侧。这种设计使常规杆式泵在具备上述优点的同时:也存在泵体密封欠佳、支撑锁紧装置易失效、检泵周期短且检泵作业量大、适用范围有一定限制等问题。因此设计了把支撑固定与密封分置的顶部固定底部密封杆式泵。全世界约有75%的油井是用有杆泵开采的，有杆泵是有杆排油装置的最关键部分。为了提高抽油泵对复杂开采条件的适应性，国

4、内外采油机械工作者集中大量力量去开发设计专用结构的抽油泵。整筒抽油泵取代衬套式抽油泵是抽油泵方面最主要的技术进步之一，整筒抽油泵显著提高了泵的容积效率（比衬套式抽油泵约提高20%）,延长了柱塞泵筒的使用寿命，并可节约40%左右的优质钢材。为适应油井条件的需要，除了标准抽油泵以外，出现了许多特殊类型的抽油泵。例如，用于大排液量的双作用泵和套管泵，使用与高油气比井的防气泵，适用于稠油开采的流线型泵和液压反馈泵，适用于多砂油井的防砂泵，在定向井中用的悬挂泵，可用于深井采油的过桥泵。在抽油泵零部件方面，主要是不断提高泵筒一柱塞副的耐久性和阀组件的可靠性。泵筒采用了多种原材料和热处理工艺。在提高柱塞一泵

5、筒副的耐久性上，注意了泵筒材料和柱塞材料的合理匹配，以及泵筒一柱塞副材料与油井条件相匹配。为了提高阀组件的抗腐蚀性，用高碳铭不锈钢和铸钻等材料代替一般的不锈钢。止匕外，正在研制不同密度的耐腐蚀、抗冲刷的阀球以满足开采不同密度、不同黏度原油的需要。1.1.1 国外的发展现状国外大量专利和各制造厂家都列出了用于特殊条件的抽油泵。现按稠油、防砂、防气等方面分别介绍两种新结构泵。1)开采稠油的抽油泵，除了改善流道，增加球重外，尚有：(1)具有柱塞下拉装置的泵。其特点是在油管内同时下入连接柱塞的抽油杆和绕过井底滑轮下拉柱塞的绳索,在上冲程时，通过抽油杆上提柱塞，在下冲程时，柱塞被下拉装置拉着向下运动,以

6、抽出重油。(2)哈斯推(HUSKY )稠油泵。这种泵将油管当作空心抽油杆，套管作油管，在杆、管间充以稀释的原油，空心杆的往复运动是在粘度小的稀释原油中进行的，阻力较小,在下冲程时出油。2)防砂抽油泵，除在油层防砂，下高效砂锚以外，从泵结构上看有：(1)带除砂装置的泵。其特点是柱塞内上部有一个喇叭口朝下的锥形腔，在柱塞和下固定阀之间装一个除砂器。(2)自润滑抽油泵。其特点是采用软密封与刚性密封相结合，有一个贮润滑液的封闭环腔，以润滑柱塞与泵筒的接触面，用以防磨粒和砂卡。3)防气抽油泵，除采用大沉没度，安装高效气描，放套管气，向套管加有泡剂等常规方法外，尚有以下新结构泵：(1)新型流体泵。此泵底部

7、装有气体过滤器，以降低进入泵的气量。它还有一个侧孔，当柱塞接近下冲程底部时，侧进液孔被打开，大大提高了泵腔内液体的充满度。(2)带环形阀的抽油泵。环形阀位于柱塞上方，下冲程时它处于关闭状态，承受油管液柱压力，使气体通过游动阀进入柱塞上部，在上冲程时，环行阀上行并打开，气体逸出，从而避免气锁。此外，根据井下特点还有具有刚性结构弹性密封件的短柱塞泵和适于柔性抽油杆的深抽泵等。国外各石油生产国对抽油泵研究的投入都很大，俄罗斯在这方面的投入相对更大一些，先后研制成功活塞式有杆泵、“真空”腔式双柱塞抽油泵、液压传动隔膜式抽油泵、机械传动式抽油泵、插入式双作用抽油泵阀副的改进等，并与瑞典合作研制成功了钢带

8、式超长冲程特种抽油泵。美国也先后研制成功了可提高杆式抽油泵运行寿命的新型自动旋转柱塞、双作用泵送系统、油井抽油泵柱塞制造新方法、用于杆式泵的新型陶瓷球等。1.1.2 国内的发展现状1949年解放时，我国只有少数井抽油，后来从苏联和罗马尼亚进口 了一些抽油泵和图样，用在玉门和乌苏油矿。五十年代末,南京晨光厂、兰通厂和玉门厂生产管式泵和杆式泵。进入六十年代，新油田大量发现，除玉门油田外，均处于自喷开采和注水促喷阶段，抽油泵需求量不大，加之泵的加工难度大，废品率高，利润低，晨光厂和兰通厂不再造泵，玉门泵自给有余。七十年代初胜利油田对抽油泵的需求增多,其总机厂生产自用泵。到八十年代，为了原油稳产增产，

9、各油田增加机械采油井，抽油泵的需用量猛增，因此，兵器部、机械部、石油部各油田机修厂均争先造泵，出现了一个新局面，目前做到供需基本平衡，供稍大于需。但从我国抽油泵的主要件部分、适应性和服务部分与国外相比，尚有较大差距，如不在技术装备上改造，管理上改革，是适应不了机械采油发展的。近年来国内各大油田及机械制造厂都对抽油泵进行了必要的研究，并研制了大量的抽油泵产品，如双柱塞反馈抽油泵、增压抽油泵（能量补偿装置）、液压反馈式增压抽油泵、HLB型空心环流抽油泵、浸入式抽稠油泵、防喷式稠油抽油泵等，并研究出了整筒泵稀土氮碳硼共渗、组合抽油泵缸套的激光淬火等技术。目前随着国内油井井况日益恶劣，如含砂量大、高气

10、油比、腐蚀严重、油井供液不足等，国内外石油装备企业不断生产出针对特殊井况要求的各类特种抽油泵。如适用于大排液量的双作用泵，适用于高气油比的防气泵，适用于抽稠油串联泵，适用于出砂井的刮砂泵、防砂抽稠泵和防砂卡泵等防砂泵，适用于深井抽油的过桥泵，适用于斜井抽油的斜井深井泵，适用于过泵测试或加热的空心泵等。（1） .我国油田常用的抽油泵一下几种泵均为国内自行研制，在我国各大油田使用较多。1）悬挂式抽油泵悬挂式抽油泵的特点是泵筒悬挂，下端不接尾管，尾管与外管连接，泵筒受力小,不易变形，避免了因泵筒被拉细拉长而造成的卡泵；处于悬垂状态的泵具有自动对正的功能，可以应用于斜井；悬挂式抽油泵与底部固定式泵相比

11、更适合于在稠油井中工作。悬挂式抽油泵比普通整筒泵使用寿命长。2）机械强制阀式抽油泵机械强制阀式抽油泵依靠机械力的作用，迫使游动阀开启，在抽吸稠油时解决了阀球滞后启闭的问题，以及热采转抽的蒸汽锁和一般气锁问题，提高了抽油泵的容积效率，适用于稠油井。3）有杆射流增压抽油泵有杆射流增压抽油泵是在常规有杆泵吸入口处安装了一套射流增压装置，利用射流增压原理提高有杆泵的吸入口压力，降低杆柱载荷，提高排液量。有杆射流增压抽油泵能够实现在不加深泵挂深度的情况下，达到加深泵挂的效果，还可以在不改变地面设备的条件下加深泵挂。有杆射流增压抽油泵的泵效比普通泵提高15%左右。4）动筒式杆式抽油泵动筒式杆式泵的主要特点

12、为泵筒在油管与柱塞之间相对运动，油内含砂不易沉积；油井停抽时，原油被封在泵筒以外，不易造成卡泵和柱塞拉伤。该泵泵筒采用镀铭处理，柱塞采用碰焊工艺，寿命较长，且作业方便；泵筒顶部加装沉砂结构，适用于含砂量较大的油井。5)配套抽油泵配套抽油泵实现了泄油器、脱接器、抽油泵的三配套。该泵采用撞滑式泄油器，滑套在弹簧作用下没有外力就可复位；采用仿美旋转脱接器，结构简单，使用方便，可靠性高。整泵具有寿命长、工具配套、采液量大、作业方便等优点，使用于产液量大的油井。6)斜井抽油泵斜井抽油泵的主要特点是：柱塞可以旋转；依靠弹簧力的作用迫使阀球关闭；阀罩与弹簧能够起到扶正作用。该泵解决了斜井中抽油时的柱塞偏磨、

13、阀球关闭滞后和阀球偏落的问题，提高了抽油泵的寿命和容积效率，适于在斜度达。9。的斜井中使用。1.1.3 国内外发展水平分析及建议从国内外抽油泵研究方面的情况来看，我国的研究水平与国外基本相当，都研制出了多种适应不同使用场合的抽油泵产品。但从现场调研情况来看，国产抽油泵的使用寿命比进口的抽油泵使用寿命短。主要原因是国外抽油泵的材料和热处理工艺优于国产抽油泵。制约我国杆式泵发展的原因是：1杆式泵结构相对复杂、设计制造相对困难，对密封及支撑件的综合要求较高；2对锚定件的结构及机械性能的研究尚未形成成熟技术；3对杆式泵的作业质量要求相对较高；4使用习惯和认识上的偏差，推广普及进展较慢。对我国抽油泵今后

14、发展的建议：(1)加大对抽油泵材料和热处理工艺的研究力度，努力提高抽油泵的使用寿命。(2)大力发展整筒抽油泵，同时要优化整筒泵的表面处理工艺，在提高泵效的同时，提高抽油泵的寿命。(3)研究长冲程抽油泵，并将其与长冲程抽油机的研究结合起来。长冲程抽油泵是利用油管作为泵筒，因此其关键技术是如何研制特殊结构的柱塞(封隔器)。1.2 本文研究内容该顶部固定底部密封杆式抽油泵是根据生产需要以功能设计为原则，在原抽油泵结构基础上进行结构改造而进行的，其中的主要内容如下：(1)杆式抽油泵的工作原理和方法说明：首先查找有关顶部固定和底部密封杆式抽油泵的资料，然后结合我国油田的实际情况对普通杆式抽油泵的优缺点进

15、行分析，最后提出自己的杆式抽油泵，并分析它的固定密封原理。(2)顶部固定底部密封杆式抽油泵的结构设计：通过对普通杆式抽油泵的结构分析，再结合设计的任务要求和自己的固定密封方法、工作原理，设计顶部固定底部密封杆式抽油泵的结构。(3)顶部固定底部密封杆式抽油泵的装配图、零件图的绘制：运用自己的CAD绘图知识，绘制设计的顶部固定底部密封抽油泵的装配图、零件图等。1.3 优点(1)采用将支撑固定于密封分置的结构，泵筒哎管住中对中性好，使柱塞与泵筒间的偏磨减小。(2)泵筒上下均被固定，对工作筒支撑更加可靠。(3)泵两端均被固定，有效避免了支撑卡爪折断及密封面磨损，使用寿命长，可靠性好。(4)工作过程中，泵筒、外管的上下两端分别被机械锁紧机构和皮碗密封结构密封，所行程的环形油液带具有压力调节器的作用，有效缓解泵筒内油液的交变压力造成的泵筒内径收缩、外帐趋势，并对正泵起到扶正、减振作用。2顶部固定底部密封杆式抽油泵总体方案设计2.1