東北石油大學高等教育自學考試畢業設計（論文）專業：石油工程考號：姓名：題目：有桿泵采油分析與系統的設計指導教師：2010年9月19日東北石油大學高等教育自學考試畢業設計（論文）任務書題目：有桿泵采油分析與系統的設計專業：石油工程考號：姓名：本題目應達到的基本要求：主要內容及參考資料：簽發日期：2010年6月完成期限：2010年9月指導教師簽名：東北石油大學高等教育自學考試畢業設計（論文）PAGEI摘要有桿泵采油是最廣泛最主要的傳統機械采油技術。有桿泵采油包括游梁式有桿泵采油和地面驅動螺桿泵采油兩種方法。其中游梁式有桿泵采油方法以其結構簡單、適應性強和壽命長等特點。世界抽油機技術發展較快，科研人員研究開發了多種新型抽油機，特別無梁式抽油機的出現解決了很多常規機出現的弊端。。有桿泵采油的系統設計，新投產或轉抽的油井，需要合理地選擇抽油設備；油井投產后，還必須檢驗設計效果。當設備的工作狀況和油層工作狀況發生變化時，還需要對原有的設計進行調整。進行有桿泵采油井的系統選擇設計應遵循的原則是：符合油井及油層的工作條件、充分發揮油層的生產能力、設備利用率較高且有較長的免修期，以及有較高的系統效率和經濟效益。關鍵詞：有桿泵采油；游梁式；新機型；抽油機；系統設計東北石油大學高等教育自學考試畢業設計（論文）目錄TOC\o"1-2"\f\h\z第1章緒論 11.1有桿泵采油的現狀 11.2有桿泵采油存在的問題 1第2章有桿泵采油的簡介分析 22.1有桿泵采油井的系統組成 22.2泵的工作原理 5第3章有桿泵采油的泵效影響因素 63.1抽油桿和油管彈性伸縮的影響 63.2氣體和充不滿的影響 83.3漏失的影響 93.4提高泵效的措施 9第4章有桿泵采油系統選擇設計 104.1井底流壓的確定 114.2沉沒度和沉沒壓力的確定 114.3下泵深度的確定 114.4沖程和沖次的確定 124.5抽油泵的選擇 124.6抽油桿的選擇 134.7抽油機、減速箱、電動機及其它附屬設備的選擇 164.8設計的意義 16第5章結論 17參考文獻 18致謝 19緒論有桿泵采油的現狀大慶油田是全國最大的油田，目前油田常用的抽油機包括：常規游梁式抽油機、前置式抽油機、異相曲柄抽油機、偏置式抽油機、擺桿式抽油機、雙驢頭式抽油機、復合輪式抽油機、摩擦換向式抽油機、六連桿增程式抽油機、偏輪式抽油機、B游梁式抽油機等等。部分新型節能抽油機正在實驗當中，由于大部分新型抽油機各有優缺點，所以還沒有大批量投入使用近年來，隨著大慶油田老區塊開發的不斷深入，油田含水率迅速上升，開發經濟效益逐年下降，剩余未動用儲量絕大部分是有效厚度較小、儲量豐度較低的難采儲量。目前，企業在資金緊張、降低基本建設投資和控制生產成本的情況下，對于老區塊應何時改變采油方式，才能延長油田的經濟開采期；新區塊如何根據其地質條件，選擇最佳的舉升方式，使油田獲得更大的經濟效益，是企業面臨的新問題。因此，開展機械采油方式優選評價研究很有必要。有桿泵采油系統的效率僅26.5%，系統地面部分的效率為60%左右。影響地面效率的主要因素是抽油機的懸點運動情況和平衡狀況，而工作參數的配置影響懸點的運動，抽油機的平衡狀況對電動機的工作有直接的影響。此外，傳送帶，減速器等的傳送效率也是影響著地面系統效率的因素。為了使抽油機工作達到平衡狀態，在下沖程把抽油桿自重做的功和電機輸出的能量儲存起來所采取的形式，稱之為平衡方式。目前常用的平衡方式有氣動平衡和機械平衡。氣動平衡是通過游梁帶動的活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程中做的功儲存成為氣體的壓縮能。在上沖程中被壓縮的氣體膨脹，將儲存的壓縮能轉換成膨脹能幫助電動機做功。機械平衡是以增加平衡重塊的位能來儲存能量，而在上沖程中平衡重降低位能來幫助電動機做功的平衡方式。機械平衡有三種類型，即游梁平衡、曲柄平衡和復合平衡。1)游梁平衡是在游梁尾部加平衡重，適用于小型抽油機。2)曲柄平衡(旋轉平衡)是將平衡重加在曲柄上。這種平衡方式便于調節平衡，并且可避免在游梁上造成過大的慣性力，適用于大型抽油機。3)復合平衡(混合平衡)在游梁尾部和曲柄上都加有平衡重，是上述兩種方式的組合，多用于中型抽油機。有桿泵采油存在的問題有桿泵抽油機是油田的主要采油設備，其不但使用數量大，用電量大，而且系統效率低，節電潛力巨大，雖然也有很多節能型抽油機用于油田，也確實起到了一定的節能效果，但由于多方面原因，大部分節能機不能很好的適應油田的生產，具體有以下5種原因：①部分新型機的易損件不是通用件，壞了之后不便維修。②部分新型機造價太高，油田投資巨大。③目前各種新型抽油機，傳動元件的使用壽命尚不理想。實踐證明，新型抽油機的可靠性是決定抽油機成敗的關鍵。④油田工人一時很難熟悉一些新型機，日常維護困難。⑤一些新型機雖然節能但維修費用高，入不敷出。有桿泵采油的基本系統組成及泵的工作原理2.1有桿泵采油井的系統組成有桿泵采油井是以抽油機、抽油桿和抽油泵“三抽”設備為主的有桿抽油系統。其工作過程是：由動力機經傳動皮帶將高速的旋轉運動傳遞給減速箱，經三軸二級減速后，再由曲柄連桿機構將旋轉運動變為游梁的上、下擺動，掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動抽油泵柱塞做上、下往復運動，從而將原油抽汲至地面。圖2.1有桿泵采油井的系統組成1-吸入閥；2-泵筒；3-活塞；4-排出閥；5-抽油桿；6-油管；7-套管；8-三通；9-盤根盒；10-驢頭；11-游梁；12-連桿；13-曲柄；14-減速箱；15-動力機（電動機）2.1.1抽油機抽油機是有桿泵采油的主要地面設備，按是否有游梁，可將其分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機。游梁式抽油機是通過游梁與曲柄連桿機構將曲柄的圓周運動轉變為驢頭的上、下擺動。按結構不同可將其分為常規型和前置型兩類。常規型游梁式抽油機是目前礦場上使用最為普遍的抽油機，其特點是支架在驢頭和曲柄連桿之間，上、下沖程時間相等。前置型游梁式抽油機的減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長度，使得抽油機的規格尺寸大為減小，并且由于支點前移，使上、下沖程時間不等，從而降低了上沖程的運行速度、加速度和動載荷以及減速箱的最大扭矩和需要的電機功率。為了提高沖程、節約能源及改善抽油機的結構特性和受力狀態，國內外還出現了許多變形抽油機，如異相型、旋轉驢頭式、大輪式以及六桿式雙游梁等抽油機。為了減輕抽油機重量，擴大設備的使用范圍以及改善其技術經濟指標，國內外研制了許多不同類型的無游梁式抽油機。其主要特點多為長沖程低沖次，適合于深井和稠油井采油。目前，無游梁式抽油機主要有：鏈條式、增距式和寬帶式抽油機。2.1.2抽油泵抽油泵是有桿泵抽油系統中的主要設備，主要由工作筒(外筒和襯套)、活(柱)塞及閥(游動閥和固定閥)組成，如圖2.2所示。游動閥又稱為排出閥；固定閥又稱為吸入閥。抽油泵按其結構不同可分為管式泵和桿式泵。圖2.2抽油泵結構示意圖（a）管式泵；（b）桿式泵1-油管；2-鎖緊卡；3-活塞；4-游動閥；5-工作筒；6-固定閥如圖2.2（a）所示，管式泵是把外筒和襯套在地面組裝好后，接在油管下部先下入井內，然后投入固定閥，最后把活塞接在抽油桿柱下端下入泵筒內。其特點是：結構簡單、成本低；在相同油管直徑下允許下入的泵徑較桿式泵大，因而排量較大；檢泵時需起出油管，修井工作量大。因此，管式泵適用于下泵深度不大、產量較高的井。如圖2.2(b)所示，桿式泵是整個泵在地面組裝好后接在抽油桿柱的下端，整體通過油管下入井內，由預先安裝在油管預定位置上的卡簧固定在油管上。其特點是：檢泵不需起出油管，檢泵方便；結構復雜，制造成本高；在相同油管直徑下允許下入的泵徑比管式泵小，故排量較小。因此，桿式泵適用于下泵深度較大，但產量較低的井。由于井液性質的復雜性，對泵往往有特殊要求，因此，從用途上又可將抽油泵分為常規泵和特種泵。特種泵主要有防砂泵、防氣泵、抽稠泵、分抽混出泵和雙作用泵以及各種組合泵。2.1.3光桿與抽油桿光桿主要用于聯接驢頭鋼絲繩與井下抽油桿，并同井口盤根盒配合密封井口。因此，對其強度和表面光潔度要求較高。光桿分為普通型和一端鐓粗型兩種：普通型光桿兩端可互換，當一端磨損后可換另一端使用；一端鐓粗型光桿聯接性能好，但兩端不能互換。常用的抽油桿主要有普通抽油桿、玻璃纖維抽油桿和空心抽油桿三種類型。普通型抽油桿的特點是：結構簡單、制造容易、成本低；直徑小，有利于在油管中上下運行。因此，它主要用于常規有桿泵抽油方式。玻璃纖維抽油桿的主要特點是：耐腐蝕，有利于延長壽命；重量輕，有利于降低抽油機懸點載荷和節約能量；彈性模量小，可實現超沖程，有利于提高泵效。空心抽油桿由空心圓管制成，成本較高，它可用于熱油循環和熱電纜加熱等特殊抽油工藝，也可以通過空心通道向井內添加化學藥劑。適用于高含蠟、高凝固點的稠油井。2.1.4連續抽油桿主要技術特點

(1)物理性能好,重量輕。在橫截面積相同的情況下,抗拉強度,破斷拉力和承載能力均比同面積的常規抽油桿大,而質量卻減小,減小抽油桿負荷10%以上,電機能耗下降15%~25%。(2)彈性橫量小,柔性好。連續桿較常規鋼桿彈性橫量小、柔性好,并且結構伸長極小,可使抽油泵柱塞超行程工作,減少沖程損失,可提高泵效15%以上。(3)泵工作效率高。由于同截面的條件下,連續桿承載能力大,所以在不改變抽油機懸點負荷的情況下,使用連續桿代替常規鋼桿可對井下抽油泵升級和增加下泵深度,提高產液量,同時起下作業連續,方便省時、省力。(4)連續抽油桿與油管走向吻合,無較大偏磨點。連續抽油桿和油管在井筒的走向較常規鋼桿吻合,改變了常規抽油桿、油管的點接觸狀態,消除了常規抽油桿工作過程中的接箍產生的活塞效應,使桿、管磨損達到最小,減少井下抽油桿斷脫事故率。2.1.5應用范圍針對中原濮城油田高含水開發后期,油井井下技術狀況差,油藏埋藏深,且普遍存在偏磨、腐蝕等嚴重的狀況,為充分發揮連續抽油桿較常規抽油桿諸多卓越的性能,主要從兩個方面進行措施選井。2.2泵的工作原理泵的活塞上、下運動一次稱為一個沖程，可分為上沖程和下沖程。此外，沖程還是描述抽油泵的工作參數，即指懸點(或活塞)在上、下死點間的位移，稱為光桿沖程(或活塞沖程)，用s(或sP)來表示。每分鐘內完成上、下沖程的次數稱為沖次，用n來表示。2.2.1上沖程抽油桿柱帶動活塞向上動（圖2.3左），活塞上的游動閥受管內液柱壓力作用而關閉，甭內壓力隨之降低。固定閥在沉沒壓力與泵內壓力構成的壓差作用下，克服重力而被打開，原油進泵而井口排油。與此同時，抽油桿由于加載而伸長，油管卸載而縮短。2.2.2下沖程抽油桿柱帶動活塞向下運動（圖2.3右），固定閥一開始就關閉，泵內壓力逐漸升高。當泵內壓力升高到大于活塞以上液柱壓力和游動閥重力時，游動閥被頂開，活塞下部的液體通過游動閥進入活塞上部，泵內液體排向油管。于此同時，抽油桿由于卸載而縮短，油管加載而伸長。圖2.3泵的工作原理左：上沖程；右：下沖程1-排出閥；2-活塞；3-襯套；4-吸入閥第3章有桿泵采油的泵效影響因素影響泵效的因素是多方面的，但歸納起來主要有：抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮、氣體和充不滿的影響以及漏失三個方面。3.1抽油桿和油管彈性伸縮的影響抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮，將減小活塞沖程，因而降低泵效。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮量越大，活塞沖程與光桿沖程的差別也就越大，泵效也就越低。抽油桿柱所受的載荷性質不同，則伸縮變形的性質與程度也不同。抽油泵工作狀況的好壞，直接影響抽油井的系統效率，因此，需要經常進行分析，以采取相應的措施。分析抽油泵工作狀況常用地面實測示功圖，即懸點載荷同懸點位移之間的關系曲線圖，它實際上直接反映的是光桿的工作情況，因此又稱為光桿示功圖或地面示功圖。由于抽油井的情況較為復雜，在生產過程中，深井泵將受到制造質量、安裝質量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實測示功圖的形狀很不規則。為了正確分析和解釋示功圖，常需要以理論示功圖及典型示功圖為基礎，進而分析和解釋實測示圖。3.1.1靜載荷對活塞沖程的影響當驢頭開始上行時，由于抽油桿柱加載和油管柱卸載，使抽油桿柱伸長，油管柱縮短，這期間活塞并未產生位移，從而使活塞沖程比光桿沖程減少，并且。當變形結束后，活塞才開始與泵筒發生相對位移，吸入閥開始打開吸入液體，一直到上死點。下沖程與上沖程的影響相同，使活塞沖程比光桿沖程減少。這種由于抽油桿柱與油管柱的彈性伸縮使活塞沖程小于光桿沖程的值，稱為沖程損失。在抽油桿柱與油管柱的彈性伸縮影響下的活塞沖程為(3-1)根據廣義虎克定律，沖程損失大小為(3-2)式中——沖程損失，；,——活塞及油管金屬截面積，；——抽油桿柱總長度，；——液體密度，；——鋼的彈性模量，取Pa；——動液面深度，；——第i級抽油桿的長度，；——第i級抽油桿的截面積，。3.1.2慣性載荷對活塞沖程的影響懸點到達上死點時，抽油桿柱有向下的最大加速度和向上的最大慣性載荷，使抽油桿柱帶動活塞比靜載荷作用時向上多移動一段距離；同樣，懸點到達下死點時使抽油桿柱帶動活塞比靜載荷作用時向下多移動一段距離。這樣，使活塞沖程比只有靜載荷作用時要增加。(3-3)由于抽油桿柱上各點的慣性力不同，故取其平均值。根據廣義虎克定律可得(3-4)在靜載荷和慣性載荷的共同作用下，活塞沖程為(3-5)考慮到彈性波在抽油桿中的傳播速度，式(3-5)還可寫成(3-6)其中盡管慣性載荷作用引起的抽油桿柱變形將使活塞沖程增大，有利于提高泵效，但增加慣性載荷將會增加懸點的最大載荷、減小懸點的最小載荷，使抽油桿柱的受力條件變壞。因此，通常不用增加慣性載荷(即快速抽汲)的辦法來增加活塞沖程。3.1.3振動載荷對活塞沖程的影響理論分析和實驗研究表明：抽油桿柱本身振動的位相在上、下沖程中幾乎是對稱的，即如果在上沖程末抽油桿柱伸長，則在下沖程末抽油桿柱必然縮短；反之亦然。因此，不論是上沖程還是下沖程，由抽油桿柱振動引起的伸縮對活塞沖程影響都是一致的。究竟是增加還是減小，將取決于抽油桿柱自由振動與懸點擺動引起強迫振動的位相配合。對于深井，常常存在著一個s和n配合的不利區域，在此區域內提高沖次，反而會減小活塞沖程。3.2氣體和充不滿的影響抽油泵的吸入口壓力常低于飽和壓力，因此總有氣體進泵。氣體進泵必然減少進泵液體的量，從而使得泵效降低。當氣體影響嚴重時，由于氣體在泵內的壓縮和膨脹，使得吸入閥無法打開而抽不出油，這種現象稱為“氣鎖”。圖3.1氣體對充滿程度的影響氣體對泵效的影響程度常用泵的充滿系數來反映，充滿系數是指每沖次吸入泵內的原油(或液體)的體積與活塞讓出容積之比，即(3-7)充滿系數表示泵在工作過程中被液體充滿的程度。越大，充滿程度越高，泵效也越高。泵的充滿系數與泵內氣油比及泵的結構有關。根據如圖3.1所示的關系，定義和分別為泵內的氣油比和泵的余隙比，即:，可導出充滿系數表達式為(3-8)由式(3-8)，可得出如下結論：1)值越小，值就越大。根據的定義，若要使值小則應使盡量小或增大活塞沖程以提高。因此，在保證活塞不撞擊固定閥的情況下，應盡量減小防沖距，以減小余隙比。2)值越小，值就越大。為了降低進入泵內的氣油比，可增加泵的沉沒度提高泵吸入口壓力，使原油中的自由氣更多地溶于油中。也可以使用氣錨，使氣體在泵外分離，以防止和減少氣體進泵。若油層能量低或由于原油粘度高導致進泵阻力過大，都將出現供油跟不上、油還未來得及充滿泵筒而活塞已開始下行，即形成所謂的充不滿現象從而降低泵效。對于這種情況，一般可采取加深泵掛增大沉沒度，或選用合理的抽汲參數以及增產增注等措施，以適應油層的供油能力。對于稠油井，還可采取降粘措施。3.3漏失的影響抽油泵在工作時，由于各種原因將產生漏失，使泵效降低。影響泵效的漏失主要有：1)排出部分漏失：指活塞與襯套的間隙漏失和游動閥漏失，將減少泵內排出的油量。2)吸入部分漏失：指固定閥漏失，它將會減少進入泵內的油量。3)其它部分漏失：由于油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴，都將降低泵效。3.4提高泵效的措施泵效的高低，是反映抽油設備利用率和管理水平的一個重要指標。前面只就泵本身的工作過程進行了分析，并提出了相應的措施，但是，泵效同油層條件有相當密切的關系，因此，提高泵效的一個重要方面是要從油層著手，保證油層有足夠的供液能力。實踐證明，對于注水開發而采用有桿泵采油的油田，加強注水是保證油井高產量、高泵效生產的根本措施，在一定的油層條件下，使泵的工作同油層條件相適應是保證高泵效的前提。對于井筒方面，提高泵效應采取下述措施。3.4.1選擇合理的工作方式選擇合理的工作方式來提高泵效的基本原則是：1)當抽油機已選定，并且設備能力足夠大時，在保證產量的前提下，應以獲得最高泵效為基本出發點來調整抽汲參數。2)當產量不限時，應在設備條件允許的前提下，以獲得盡可能大的產量來提高泵效。調整抽汲參數時，在保證、和的乘積不變(即理論排量一定)的條件下，雖然可以任意調整三個參數，但當其組合不同時，沖程損失、氣體的影響及漏失的影響也不同。此外，對于深井抽汲時，要充分注意振動載荷影響的和配合不利區。3.4.2使用油管錨如前如述，沖程損失是由于載荷變化所引起抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮造成的。使用油管錨將油管下端固定，則可消除油管變形，從而減小沖程損失。3.4.3合理利用氣體能量及減少氣體影響氣體對抽油井生產的影響隨油井條件的不同而不同。對剛由自噴轉為抽油的井，初期尚有一定的自噴能力，可合理控制套管氣，利用氣體的能量來舉油，使油井連抽帶噴，從而提高油井產量和泵效。實踐證明，對于一些不帶噴的抽油井進行合理控制套管氣，可起到穩定液面和產量的作用，并可減少因脫氣而引起的原油粘度的增加。對于正常抽油的井，要想提高泵的充滿系數就必須減少進泵的氣量，以降低泵內氣油比。另外，還可采取適當增大沉沒度或安裝氣錨等措施。第4章有桿泵采油系統選擇設計新投產或轉抽的油井，需要合理地選擇抽油設備；油井投產后，還必須檢驗設計效果。當設備的工作狀況和油層工作狀況發生變化時，還需要對原有的設計進行調整。進行有桿泵采油井的系統選擇設計應遵循的原則是：符合油井及油層的工作條件、充分發揮油層的生產能力、設備利用率較高且有較長的免修期，以及有較高的系統效率和經濟效益。這些設備相互之間不是孤立的，而是作為整個有桿泵抽油系統相互聯系和制約的。因此，應將有桿泵系統從油層到地面，作為統一的系統來進行合理地選擇設計，其步驟為：1)根據油井產能和設計排量確定井底流壓；2)根據油井條件確定沉沒度和沉沒壓力；3)應用多相垂直管流理論或相關式確定下泵深度；4)根據油井條件和設備性能確定沖程和沖次；5)根據設計排量、沖程和沖次，以及油井條件選擇抽油泵；6)選擇抽油桿，確定抽油桿柱的組合；7)選擇抽油機、減速箱、電動機及其它附屬設備。4.1井底流壓的確定井底流壓是根據油井產能和設計排量來確定的。當設計排量一定時，根據油井產能便可確定相應排量下的井底流壓。設計排量一般是由配產方案給出的。4.2沉沒度和沉沒壓力的確定沉沒度是根據油井的產量、氣油比、原油粘度、含水率以及泵的進口設備等條件來確定。確定沉沒度的一般原則是：1)生產氣油比較低的稀油井，定時或連續放套管氣生產時，沉沒度應大于50；2)當生產氣油比較高，并且控制套管壓力生產時，沉沒度應保持在150以上；3)當產液量高、液體粘度大(如稠油或油水乳化液時)，沉沒度還應更高一些。由于稠油不僅進泵阻力大，而且脫出的溶解氣不易與油分離，往往被液流帶入泵內而降低泵的充滿程度，因此，稠油井需要有較高的沉沒度。這樣，既有利于克服進泵阻力，又可減少脫氣，以便保持較高的充滿程度。一般情況下，稠油井的沉沒度應在200以上。當沉沒度確定后，便可利用有關方法計算或根據靜液柱估算泵吸入口壓力。4.3下泵深度的確定當井底流壓和泵吸入口壓力確定之后，應用多相管流計算方法，可求出泵吸入口在油層中部以上的高度，則下泵深度為油層中部深度減去。4.4沖程和沖次的確定沖程和沖次是確定抽油泵直徑、計算懸點載荷的前提，選擇時應遵循下述原則：1)一般情況下應采用大沖程、小泵徑的工作方式，這樣既可以減小氣體對泵效的影響，也可以降低液柱載荷，從而減小沖程損失。2)對于原油比較稠的井，一般是選用大泵徑、大沖程和低沖次的工作方式。3)對于連抽帶噴的井，則選用高沖次快速抽汲，以增強誘噴作用。4)深井抽汲時，要充分注意振動載荷影響的和配合不利區。5)所選擇的沖程和沖次應屬于抽油機提供的選擇范圍之內。4.5抽油泵的選擇抽油泵的選擇包括泵徑、泵的類型及其配合間隙的選擇。泵徑是根據前面確定的沖程、沖次、配產方案給出的設計排量以及統計給出的泵效，由計算得出。泵型取決于油井條件：在1000以內的油井，含砂量小于%，油井結蠟較嚴重或油較稠，應采用管式泵；產量較小的中深或深井，可采用桿式泵。活塞和襯套的配合間隙，要根據原油粘度、井溫以及含砂量等資料來選擇，參見表4－1。表4－1活塞與襯套的配合間隙選擇配合等級配合尺寸，mm適用條件一級0.02-0.07下泵深度大，含砂少，粘度較低的油井二級0.07-0.12含砂不多的油井三級0.12-0.17含砂多，粘度高的淺井4.6抽油桿的選擇抽油桿的選擇主要包括確定抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。當下泵深度確定后，抽油桿柱的長度就確定下來。抽油桿的制造材料決定了抽油桿的強度及其它性能，應根據油井中的流體性質和井況來確定。不同直徑抽油桿的組合，應保證各種桿徑的抽油桿在工作時都能夠滿足強度要求。下面主要介紹抽油桿強度校核及桿柱組合的確定方法。4.6.1抽油桿強度校核方法抽油桿強度校核是保證抽油桿安全工作的前提條件，其校核方法有計算法和圖表法兩類。(1)計算法抽油桿柱在工作時承受著交變負荷，因此，抽油桿受著由最小應力到最大應力變化的非對稱循環應力作用，非對稱循環應力條件下的抽油桿強度條件為(4-1)其中（4-2）（4-3）式中，——分別為抽油桿柱的折算應力、循環應力的應力幅值；——非對稱循環疲勞極限應力，亦即抽油桿的許用應力，它與抽油桿的材質有關。例已知泵徑為70mm，沖程s=2.7m，沖次n=9，井液密度=960kg/。如采用7/8in、許用應力為90N/的抽油桿，試求其最大下入深度(r/l=0.20)。計算得抽油桿與活塞截面積分別為=387.948，=3848.451。由基本載荷公式計算得最大載荷和最小載荷分別為：=66.825L(N),=23.295L(N)。則L(N/)L(N/)L(N/)L(m)計算結果表明：該例抽油桿的最大下入深度為915.52m。如繼續增加下入深度，則該直徑抽油桿將不能滿足強度要求，需要換大直徑抽油桿。這樣，既浪費了抽油桿，又增加了懸點載荷。為此，往往采用上粗下細的多級組合抽油桿。選擇組合抽油桿時，要遵循等強度原則，即要求各級桿柱上部斷面上的折算應力相等。(2)圖表法圖4.1修正古德曼圖近年來國內多采用美國石油學會(API)推薦的方法，即利用修正古德曼圖(Googman)的方法，如圖4.1所示。圖中陰影區為安全區，其條件為(4-4)式中——抽油桿許用最大應力，計算式為(4-5)式中,——最大應力和最小抗張強度；——抽油桿使用系數，可參考表4－2。表4-2抽油桿的使用系數使用介質APID級桿APIC級桿無腐蝕性1．001．00礦化水0．900．65含硫化氫0．700．50修正古德曼圖給出的是許用應力范圍，常用應力范圍比來衡量抽油桿柱使用情況。(4-6)式中，——抽油桿的許用應力范圍和實際使用的應用范圍。—應用范圍比，一般要求小于100％，并具有較高的值，以提高抽油桿的利用率。4.6.2抽油桿組合的確定步驟通常人們把確定抽油桿柱組合稱為抽油桿柱設計，其具體設計計算步驟為：1)根據下泵深度及泵徑，假設一液柱載荷；2)給最大和最小載荷分別賦初值：；；3)給定最下級抽油桿直徑，取計算段長度為，以抽油泵為計算段的起點，其距油層中部的高度為；4)計算段上端距油層中部的高度為，則該計算段的中心距油層中部的高度為；5)計算該段中心處的井溫以及原油與混合物的粘度；6)求該段的最大載荷增量和最小載荷增量，并進行累積：；；；7)校核該段抽油桿，如不滿足強度，則將抽油桿直徑增大為，返回步驟4)重新計算該段；如滿足強度條件，則取起點，返回步驟4)繼續計算上一段，直到井口為止；8)計算液柱載荷，并與假設的液柱載荷比較，如滿足精度要求，則計算結束；否則重新假設液柱載荷，返回步驟2)再次計算。4.7抽油機、減速箱、電動機及其它附屬設備的選擇選擇抽油機時，要使計算的懸點最大載荷小于所選擇抽油機的許用載荷，同時所選擇的抽油機能夠提供前面確定的沖程沖次。選擇減速箱時，要使計算的最大扭矩小于所選擇減速箱的許用扭矩。選擇電動機時，要使計算的電機最大功率小于所選擇電動機的許用功率。其它附屬設備要根據油井具體情況和某些特殊要求進行選擇。此外，還要考慮這些設備應滿足以后調參以及油井條件變化的需要。4.8設計的意義當今世界，資源日益匱乏，為了人類的繼續生存，“節約”成為永遠不變的一個主題，本設計既是針對“節能降耗”要求展開的。其理論意義在于找出機械采油中節能降耗的技術關鍵和理論依據，對現有抽油機結構進行優化和創新，設計出有桿泵采油的節約方法，使其提高油田采油效率，降低能量損失，具有較高經濟效益。有桿泵采油是油田采油機械中的主要方式，對它進行深入研究，必然使機械采油中有新的突破，因而具有較高的理論意義。如果推廣本成果，必將為油田生產提供新的動力，對穩產增效，節能降耗，發展油田生產有很重要的應用價值。第5章結論在有條件的情況下,應采用較先進的抽汲設備及配套產品。但目前各采油廠由于考慮成本等原因,不可能大量更換采油設備,可行的辦法是根據油藏類型采用合理的匹配組合及優化工作參數。合理選用抽油機(1)充分發揮抽油機的潛力，合理調配抽油機,使其負載率達到80%左右,充分利用其能力。(2)使用中加強管理，油井工況多變,因此要經常調節平衡,使抽油機的平衡度由60%提高到90%