毕业设计（论文）长塞环封防气防砂抽油泵结构设计.doc

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1、 长塞环封防气防砂抽油泵结构设计 摘要：针对目前解决普通抽油泵采油时产生气阻，气锁及砂卡现象的不足，研制了一种新型长塞环防气防砂抽油泵。该泵采用长柱塞短泵筒结构，柱塞上端设计成机械强启闭防气出油阀总成，密封段采用防沙环，补偿式金属环及非金属环间隔排列的形式防砂，现场试验表明，该泵能在各种油田气比的井中高效可靠地工作，与普通抽油泵相比，平均泵效提高15%-20%，平均单井检泵周期延长90d以上。 长塞环封闭防砂抽油泵能够在各种油气比的油井中高效可靠地工作，既能有效防止气锁，气阻，提高泵效，又能消除上下冲程带来的“液面冲击”，降低阀罩，泵阀及抽油杆柱等部件所受到的冲击载荷。本文首先介绍了国内外抽油

2、泵的发展现状，接着论述了长塞环防气防砂抽油泵的工作原理，设计了抽油泵的整体结构。然后设计了大排量防喷抽油泵的整体尺寸，确定了泵的外径和泵筒的长度。最后对抽油泵的泵筒、柱塞、泵阀、阀罩等主要零件进行了设计，并对抽油泵的排量进行了计算，该泵可有效防止气锁，实现泵向油管的排液。关键词: 防气防砂；抽油泵；结构设计； Sucker-Rod Pumping Failures Diagnostic SystemAbstractA decision support system was developed based on Failure Root Cause Analysis aiming to redu

3、ce the mean time between failures (MTBF) of sucker rod pumping wells. It collects, organizes and integrates data about pulling services, failures, and technical observations and uses a combination of Failures Modes and Effects (FMEA) and Fault tree (FTA) analysis techniques to generate diagnosis. Th

4、e system is based on an ontology that describes the domain, including: equipments, failures modes and causes. The diagnosis is inferred by a specialist system based on production rules and identifies well severity level based on data aggregation algorithms, in particular, k-means, which clusters the

5、 behavior of similar wells given the subsurface reservoir and equipment characteristics, type of material installed and the failures characteristics. The sucker rod pumping failures diagnostic system is currently being implemented at Petrobras. Initial results are promising: even during pilot tests,

6、 analysts were able to detect problems with manufactures and a lack of synchronicity between component changes.Key words: sucker rod pumping； structural design; 目 录1 绪 论11.1 研究意义11.2 国内外研究现状11.3 本文研究内容51.4 创新点51.5 研究进度52 大排量防喷抽油泵工作原理及总体结构设计62.1 普通抽油泵的工作原理62.2 大排量防喷抽油泵工作原理及结构设计72.2.1 结构设计72.2.2 工作原理7

7、3 大排量防喷抽油泵设计93.1 抽油泵总体尺寸计算93.1.1 油管直径与泵径的匹配93.1.2 抽油泵长度93.2 抽油泵的主要零件的设计与计算93.2.1 古德曼图1593.2.2 泵筒的设计与计算123.2.3 柱塞的设计与计算203.2.4 泵阀的设计与计算223.2.5 阀罩的设计与计算263.2.6 防喷阀的设计293.3 泵的排量计算304 结论35参考文献36致 谢37 1 绪 论1.1 研究意义由于泵筒上部的密封总成具有刮砂环和自动补偿组合式密封环，沙粒很难进入密封筒，有效地防止了砂卡，上冲程时，抽油杆直接拉动阀杆上移，强制梭形阀球坐封于球形阀座上，泵内腔体积增大，压力降低

8、，固定阀及时打开，实现了泵内吸入液体。下冲程时，推块带动阀杆向下移动，强制打开梭形阀球。这样，泵内腔的油气混合物便可以顺利通过梭形阀座内孔，经环形阀罩侧壁及时排出含气量较高的油液，完全避免了由于气体易压缩造成出油阀开启滞后或打不开的问题，有效防止气锁，实现泵向油管的排液。长塞环封闭防砂抽油泵能够在各种油气比的油井中高效可靠地工作，既能有效防止气锁，气阻，提高泵效，又能消除上下冲程带来的“液面冲击”，降低阀罩，泵阀及抽油杆柱等部件所受到的冲击载荷。 1.2 国内外研究现状 全世界约有75%的油井是用有杆泵开采的,有杆泵是有杆抽油装置的最关键部分。为了推动有杆泵采油的技术进步和提高其采油的经济效益

9、,国外石油机械制造商投入了大量的人力和物力,近年来先后研制成功了一系列新型有杆抽油泵,即,双管泵和多相泵等抽稠泵;防砂泵、自旋转柱塞泵和旋流柱塞抽油泵等防砂泵及防气泵、连续油管抽油泵和防气防砂抽油泵。(1) 抽稠泵a) 双管泵 美国Multh泵液面控制公司开发了一种双管泵,是由一根其中下入抽油杆的动力液管柱和一根生产管柱组成的双管柱。它有一个装在抽油杆上的由磨光杆、密封部件和液流转换头组成的转换装置,可使液流沿生产管柱上行,而这时的动力液管柱是被水、稀油或煤油充满。因它抽吸的稠油不从杆管间排出,可减少稠油沿杆管环空运动的摩擦力。此外其转换装置上还装有一个固定环形阀,可防止井液中的砂砾进入泵内造

10、成砂卡。其柱塞上方的环形单流阀还可消除气锁。如将其转换装置改为旁通管,即可由泵入口注入稀释剂,以抽吸特高粘原油。目前采用该种双管泵已可使注蒸汽热采井增产原油,使早先有杆柱断脱的冷采井在最高产量下生产,并可抽吸特高粘原油。矿场使用结果表明,该种双管泵不仅可高效地抽吸稠油,防止泵砂卡和气锁,还可大幅度降低光杆负荷。其结果可降低抽油电耗和油井维护成本,大幅度延长油井免修期。b) 多相泵 美国Quinn泵公司新近开发了一种多相泵。它是专为抽吸泡沫/含气液和稠油设计的。该种多相泵取消了常规泵的固定阀和罩,可降低井液进泵阻力,增加入泵流量和完全消除泵的气锁,并可抽吸含砂乳化液和稠油。其游动阀总成位于柱塞顶

11、部,刚性密封环和固定阀位于泵筒上方,这样就可在泵入口产生喷嘴效应,使井液在上冲程时快速进泵。 另外,用合成材料制造的固定阀托架上还装有橡胶刮子和密封环,可有效地密封阀杆和防止抽油时阀杆遇卡。泵在下冲程时,固定阀首先关闭,柱塞继续下行游动阀开启,井液进入柱塞上部的泵筒;上冲程时,游动阀关闭,泵筒内所有井液可由打开的固定阀托架进入油管,并被抽吸到地表。(2) 防砂泵a) 抗冲蚀泵 美国Quinn泵公司开发了一种抗冲蚀泵,由插入式导向罩、钛硬质合金球/座和顶部控制总成3部分组成。它采用双层镀铬或聚合物柱塞密封,可有效地防止地层微粒和压裂砂进入泵的柱塞泵筒内。矿场实际使用结果表明,采用它可有效地防止泵

12、磨损、砂卡和漏失,从而可大幅度延长抽油泵在出砂井中的使用寿命和油井免修期,降低油井维护成本。(3) 自旋转柱塞泵美国研制了一种自旋转柱塞抽油泵,其泵体与柱塞之间为刚性连接,并且其泵体外表面还加工有可经由通道与其内腔连通的螺旋槽。在下冲程时,井内原油可通过上冲程时被堵住的孔进入柱塞,再由柱塞内通道进入泵体,最后再经由通道进入螺旋槽。这样一来,油流的上行分速度就可反过来作用于螺旋槽上缘,对泵体产生一个扭矩,在该扭矩的作用下,泵体和柱塞就可顺时针转动,这时因抽油杆柱是通过旋转接头与泵体连接的,柱塞就可在泵筒内自由转动,柱塞在每一下冲程的顺时针转动,就可使其外圆均匀磨损,并可清除柱塞与泵筒之间的积砂。

13、采用该种自旋转柱塞泵,已使美国加里福尼亚中部的一个油田的严重出砂油井的维护费用下降了37%,油井小修次数下降了51%,修泵费用减少了48%。由此可见,它适用于严重出砂井,采用它可降低采油成本,缩短油井停产时间,延长油井免修期,并可使“死井”变“活”,增产原油。（4）旋流柱塞抽油泵美国Eagle技术革新公司研制了一种可直接安装在常规柱塞上方的旋流柱塞,生产了一种旋流柱塞有杆泵。它可使产液中的砂、砂砾、硫化铁和其它微粒快速通过泵总成,防止它们聚集在泵筒与柱塞之间。常规泵的柱塞与泵筒之间允许井液通过,其污物就会在其中聚积。柱塞在上下运动时就会被快速磨损,特别是会在柱塞和泵筒表面产生划痕。另外由此产生

14、的摩擦力,还会造成抽油机自动停机和杆柱断裂。该种旋流柱塞有杆泵,可在下行时强制携带柱塞与泵筒之间聚集的机杂物,使其通过排出孔进入柱塞中心,在其中与其他井液混合入泵,再被排入油管。在泵的整个上行期间,机杂物均被收集在该种新型柱塞上部的锥形腔内;在泵下行时,它们就会被向上冲洗,通过锥形腔的三翼形内表面进入油管。与此同时,安装在该种新型柱塞内的轴向带孔叶片,还可使井液-机杂物不停地旋转。其结果可使柱塞和泵筒均匀磨损,延长其使用寿命。（5）防气泵美国Harbison Fischer公司研制了一种可在气锁情况下使用的新型有杆泵,其泵筒上部为逐渐增大的锥形。当柱塞上行接近上死点进入该锥形区后,泵的漏失量增

15、加。其结果可均衡柱塞和游动阀上下的压力,在柱塞下行时泵筒内可立即达到高压,使游动阀强制打开,这就可从根本上消除泵气锁,使其在产气量大的油井上正常使用。矿场示功图测试表明,采用该种新型防气泵抽油,光杆的最小载荷增大,抽油杆柱的谐振减小,泵上杆柱承受的压缩载荷降低。由此可见,采用它可从根本上消除泵气锁,缩小杆柱的应力范围。还可消除泵的气、液击,减轻泵的杆管磨损,保证气量大井正常生产（6）高效抽油泵连续油管抽油系统 美国连续油管公司开发了一种包括井下和地面设备的连续油管抽油系统。它用连续油管代替常规抽油杆,将带有回收锚的空心柱塞泵下入油井的油管柱内,再将其上端通过与出油软管相连的空心抽油杆同抽油机驴

16、头连接。这样一来,就可用连续油管代替抽油杆抽油。因这种抽油系统无井下连接,可消除井下磨损,延长油管的使用寿命,还可根除杆柱断脱,无须进行打捞作业。又因连续油管直径比抽油杆大,它与油管间的环空较小,可快速地将井液抽出地表,防止油管结蜡。实际使用表明,它可在1 830 m的泵深下,以480 m3/d的排量长期正常使用,还特别适用于小井眼井。随着科技的发展，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%），延长了柱塞泵筒副的使用寿命，并可节约40%左右的优质钢材。美国API有关抽油泵的规范中已淘汰了衬套式抽油泵（但实际上仍有生

17、产与使用）。（7） 防气防砂泵美国CDI动力装置公司研制了一种防气防砂泵,其捞砂工具安装在两节泵筒之间,在每个冲程中柱塞都要通过它上下,其冲程和柱塞的长度决定了泵筒的长度和工具的位置。与目前的刮砂柱塞和高压缩阀罩相比,其防砂效果是最好的。在泵的下冲程,柱塞在完全通过捞砂工具之前,泵内气体被截留在柱塞和工具之间,这时油管内的井液可向下进入工具,气体就可排入其中。上冲程柱塞通过工具时,保留在其中的井液向下充满泵筒下方,这就进一步减少了其中的气体,减轻泵的液击和气锁。它的下井成功率很高,目前已在美国一些油田的严重出砂井和产气量大井上应用,均获得了成功。 为适应多种油井条件的需要，除了标准抽油泵以外，

18、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（不用油管采油），适用于高油气比的防气泵，适用于稠油的开采的流线型泵和液压反馈泵，适用于多砂油井的防砂泵（如自润滑式防砂泵、伸缩式三管防砂泵等），在定向井中采用的悬挂泵（可防止弯曲），可用于深井抽油的过桥泵，等等。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，除渗碳外，发展了碳氮共渗、复合涂层以及镀硬铬等工艺（HRC6872）。在高矿化度介质中，镀硬铬工艺可能是较好的处理方法。柱塞除采用镀硬铬工艺外，发展了喷焊镍基合金工艺，正在试验喷涂陶瓷等工艺。在提高泵柱塞副的耐久性上

19、，注意了泵筒材料与柱塞材料的合理匹配以及泵筒柱塞副材料与油井条件相匹配。不同含沙量、不同油井介质（含水、含H2S、含CO2等）应选用不同的泵筒柱塞副材料。为了提高阀组件的抗腐蚀性，用高碳铬不锈钢和铸钴等材料替代一般的不锈钢（3Cr13）。此外，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、不同粘度原油的需要。在供液充足或连抽带喷的油井中,地层压力的变动往往会造成油压、套压急剧增大,此时如果地面井口防喷设备处理不当或井口设备损坏,就会造成井喷失控。一旦井喷失控,不仅会造成上百万甚至上千万元的直接经济损失,同时对环境也会有极大损害,甚至会对应急抢险人员的生命安全造成威胁。2006-0

20、5,某油田DK11井机抽抽喷,井口压力急剧增大,紧急实施井口放喷抢险后,造成地面污染以及损耗了大量的油气和施工抢险费用; 2007-12,TK452井光杆断脱,造成原油外泄,地面污染;2008-01,TK08井光杆断脱,抽油机井自喷,井口失控,造成大面积地面污染。针对这些问题,对常规抽油泵结构进行剖析,设计了一种新型防喷抽油泵,可有效防止井喷事故的发生。目前我国使用的抽油泵，有两种结构型式的杆式泵和四种结构型式的管式泵，杆式泵的使用数量仅占管式泵的1%，且杆式泵只有顶部固定型式，适应能力较差. 我国抽油井基本上采用标准型泵，不能适应稠油、含砂、含水量大、含硫化氢等腐蚀性较强、结蜡严重等油井的生

21、产。近几年为研制异型泵做了大量工作,如江汉油田研制了长冲程泵，泵总长8.5m，内径70mm，外径90mm，采用软活塞配整体泵筒结构.与华北油田Bn型增距式抽油机配套使用，平均泵效达91%.目前我国抽油泵泵筒仍由多节短衬套组合而成。过去每节衬套只有150mm长，现已大批生产每节30omm长的衬套。近两年玉门石油机械厂已小批量生产CYB70/1.8SGZY长筒泵。还给辽河油田生产了CYB57/6GZY长筒稠油泵。胜利油田也已小批量生产CYB70/燕GLY和cyB83/3.3GY型长泵筒无衬套金属柱塞抽油泵。在长泵筒制造工艺方面，玉门石油机械厂近几年搞出了两种整体泵筒制造工艺，即大泵筒内壁镀铬和中型

22、泵筒内壁辉光离子氮化。泵筒材料大多用20CrM。，经热处理后硬度为HRC6062，此硬度低于井内工作介质中所含石英砂的硬度，故泵筒内表面往往被拉伤，严重影响抽油泵的使用寿命. 1.3 本文研究内容本文针对抽油泵的防风防砂问题，对抽油泵结构及各零部件进行设计，并进行性能校核。主要研究内容有：1.认真查阅、收集相关资料，完成开题报告； 2.掌握防风防砂抽油泵的工作原理，分析其优越性；3.设计防风防砂抽油泵机械结构，并进行性能校核；4.绘制防风防砂抽油泵装配图和零件图，设计图纸量不得少于3张0号图； 1.4 创新点针对目前解决普通抽油泵采油时产生气阻，气锁及砂卡现象的不足，研制了一种新型长塞环防气防

23、砂抽油泵。该泵采用长柱塞短泵筒结构，柱塞上端设计成机械强启闭防气出油阀总成，密封段采用防沙环，补偿式金属环及非金属环间隔排列的形式防砂，现场试验表明，该泵能在各种油田气比的井中高效可靠地工作，与普通抽油泵相比，平均泵效提高15%-20%，平均单井检泵周期延长90d以上。本文首先设计了抽油泵的整体结构。然后设计了防风防砂抽油泵的整体尺寸，确定了泵的外径和泵筒的长度。最后对抽油泵的泵筒、柱塞、泵阀、阀罩等主要零件进行了设计，并对抽油泵的排量进行了计算，该泵可有效防止卡砂现象。 1.5 研究进度 这次毕业设计的时间为2011年3月1日至2011年6月4日，结合导师的要求和自身的实际情况，决定以下设计

24、进度：第一阶段： 1周- 3周 熟悉论文题目，查找资料，完成开题报告和英文翻译；第二阶段： 4周-10周 推导运动学方程，设计抽油泵结构及各零部件结构；第三阶段： 11周-14周 绘制图纸，撰写论文；第四阶段： 15周 准备答辩。2 封闭环防气防砂抽油泵工作原理及总体结构设计2.1 普通抽油泵的工作原理 下图是抽油泵的工作原理图。有杆抽油泵属于一种特殊形式的往复泵，动力从地面经抽油杆传递到井下，使抽油泵的柱塞作上下往复运动，将油井中石油沿油管举升到地面上，完成人工举升采油。 图2-2 泵的工作原理图 1 出油阀； 2柱塞； 3泵筒； 4进油阀 抽油泵主要是由泵筒、柱塞、进油阀（吸入阀或固定阀）

25、、出油阀(排出阀或游动阀)组成。上冲程时，柱塞下面的下泵腔。容积增大，压力减小，进油阀在其上下压差的作用下打开，原油进入下腔，与此同时，出油阀在其上下压差作用下关闭，柱塞上面的上泵腔内的原油沿油管排到地面。同理，下冲程时，柱塞压缩进油阀和出油阀之间的原油。关闭进油阀，打开出油阀，下泵腔原油进入上泵腔。柱塞一上一下，抽油泵完成了一次循环。如此周而复始，重复进行循环。2.2 封闭环防气防砂抽油泵工作原理及结构设计2.2.1 结构设计 2.2.2 工作原理由于泵筒上部的密封总成具有刮砂环和自动补偿组合式密封环，沙粒很难进入密封筒，有效地防止了砂卡，上冲程时，抽油杆直接拉动阀杆上移，强制梭形阀球坐封于

26、球形阀座上，泵内腔体积增大，压力降低，固定阀及时打开，实现了泵内吸入液体。下冲程时，推块带动阀杆向下移动，强制打开梭形阀球。这样，泵内腔的油气混合物便可以顺利通过梭形阀座内孔，经环形阀罩侧壁及时排出含气量较高的油液，完全避免了由于气体易压缩造成出油阀开启滞后或打不开的问题，有效防止气锁，实现泵向油管的排液。 （a）机械强启闭防气出油阀 机械强启闭防气出油阀总成（图2）主要包括梭形阀强制打开，保证泵下腔气体上排；该总成中的强启闭防气出油阀倒置并与阀杆上的球阀面配合以保证万向密封，保证了泵在任何油气比情况下均能有效工作。（b）主要技术参数目前，已开发出四种规格长塞环封防气防砂抽油泵，主要技术参数见

27、表1。2.2.3 现场试验及结论2009年9月，长塞环封防气防砂抽油泵先后进行了现场测试，实验数据见表2.该泵与普通抽油泵相比，试验压力28MPa没有漏失量，平均泵提高 15%-20%，平均单井检泵周期延长90d以上。 长塞环封防气防砂抽油泵能够在各种油气比的油井中高效可靠地工作，既能有效防止气锁，气阻，提高泵效，又能消除上下冲程带来的“液面冲击”，降低阀罩，泵阀及抽油杆柱等部件所受到的冲击载荷。3 封闭环防气防砂抽油泵设计3.1 抽油泵总体尺寸计算3.1.1 油管直径与泵径的匹配管式抽油泵要与油管连接，故油管直径必须与抽油泵的泵型相匹配。(1) 同一种泵型同一种规格的抽油泵可以与一种规格或者

28、两种规格的油管相匹配，其目的是在空间允许的范围下提供较大的选择余地。(2) 因为管式泵是插入式管，油管内径必须大于杆式泵最大外径，反映为油管尺寸代号比泵径尺寸代号前两位数值要大。管式泵大部分也符合此规律，但有一部分油管尺寸代号反而小于泵径尺寸代号的前两位数值，说明此时柱塞直径大于油管内径，柱塞必须事先放在泵筒内，用脱接器与抽油杆连接。管式泵最大外径受到套管内径的限制，我国常用的是套管，壁厚最厚的一种内径为mm，与它配的抽油泵最大外径应控制在，有时因作业需要应留出更大的空隙。3.1.2 抽油泵长度抽油泵长度主要取决于泵筒长度，它与冲程长度有关，具体的说是柱塞长度、冲程长度、防冲距和加长短节长度等

29、决定。推荐柱塞长度和防冲距按表3-1选择。表3-1 推荐柱塞长度和防冲距下泵深度90012001500180021002400270030003300柱塞长度0.60.91.21.21.21.21.51.51.8防冲距0.60.60.60.60.60.60.90.90.9本次设计柱塞长度为1.2m；冲程长度为2.0m；防冲距为0.6m；下泵深度为1200m；泵筒的总长度为4.2m。3.2 抽油泵的主要零件的设计与计算因各种零件的结构、作用和工况不同，设计计算的内容也有区别。泵筒、柱塞等零件侧重于强度、刚度的计算，而泵阀计算则侧重与结构设计计算。3.2.1 古德曼图15 石油机械疲劳强度计算时，

30、经常利用古德曼图（图3-1），它是一张极限应力图。抽油泵是一种往复泵，各种零件所受应力为交变应力，可借用古德曼图进行计算。 （1）古德曼图金属材料用古德曼图 ，如图3-1所示，其横坐标是交变应力的平均应力，纵坐标是最大应力和最小应力。一张完全的古德曼图是最大应力和最小应力凸八边形构成的封闭图形。工作在封闭图形范围内的零件其寿命可达到次循环以上，是安全的。图3-1 古德曼图（2） 实际耐久极限试件在周期应力作用下，不发生循环破坏（循环破坏次数达到次）的最大应力称为耐久极限。耐久极限是通过表面光滑直径5-7mm圆柱形试件，在转杆寿命试验机上试验获得的。大量试验证明：对于黑色金属和和部分有色金属，耐

31、久极限 与材料抗力强度存在一定关系，并于加载方式有关，即： （3-1）式中 ：耐久极限，Mpa；材料强度极限，Mpa；加载方式系数，弯曲: 轴向拉压: 扭转： 。实际使用的零件与试样有差异，工况与试验条件也不尽相同，应将耐久极限根据实际情况进行调整，使之能适应实际情况，调整后的数据称为实际耐久极限。影响实际耐久极限的因素主要有偏载情况、直径大小、工件表面质量和介质性质等。l） 偏载系数轴向拉压，因偏心而产生不确定的弯曲，将影响实际耐久极限。对于抽油泵零件而言可取偏载系数。2） 直径系数（）抽油泵泵筒可取：。 3） 工件表面系数：工件表面粗糙度对耐久极限有较大的影响，而且材料强度极限越大，影响越

32、明显。抽油泵零件表面大部分经过机械加工，故推荐表面系数为： （3-2）4）腐蚀情况系数（）一般取，腐蚀情况越严重，系数越小，无腐蚀。5）实际耐久极限综合比较，实际耐久极限为: （3-3） （3） 交变应力最小应力min，最大应力max，平均应力m，应力振幅a，应力振程r ，它们之间的关系如下： （3-4） （3-5） （3-6）（4） 应力集中系数对于抽油泵而言，大部分零件的危险断面在螺纹上，推荐按表3-2确定应力集中系数。表3-2 螺纹应力集中系数材料滚制螺纹切制螺纹退火钢（HB200）2.22.8淬火冷拔钢（HB200）3.03.83.2.2 泵筒的设计与计算泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在

33、其内做往复运动，抽汲油液，它又是固定阀、泵筒接箍的支持件，因此加工难度较大。1对泵筒的性能要求（1） 泵筒与柱塞形成一运动副，要保证柱塞运转和往复运动灵活无阻卡，且磨损均匀； （2）保证泵筒与柱塞之间有足够的密封能力；（3） 要有足够的强度、刚度和疲劳强度，能适应深抽需要；（4） 要有较好的耐磨性；（5） 要有较好的抗腐蚀能力。2泵筒的材料选择从井下介质情况来看，主要存在的的固体颗粒和腐蚀性物质，不同井中固体颗粒大小、含量和腐蚀性物质的化学成分、浓度都有变化，应该根据不同介质选择相应的泵筒材料。为了更好的发挥材料的使用性能，还应该与采用的工艺结合起来，以达到较好的经济效益。此设计制造泵筒的材料

34、为45钢。 制造泵筒的毛坯是精密钢管（冷拔、冷轧无缝管）。这种毛坯尺寸精度高，表面质量好，可以有效的控制加工余量。泵筒摩擦表面强化工艺主要有碳氮共渗（或渗碳），氮化和镀铬等。本设计采用镀铬。各种泵筒材料与工艺对井下介质的适应能力，对于常用几种工艺渗（镀）层厚度及硬度推荐数值见下表3-3：表3-3 泵筒渗（镀）层厚度及硬度表面处理方法渗（镀）层厚度（mm）表面硬度（HRC）心部硬度（HB）镀铬6672207240渗碳或者渗氮共渗5866氮化HV85613073泵筒的技术要求（1） 内径制造偏差为mm。（2） 形位偏差 泵筒全长内内径变动量要求控制在制造公差内，即最大为0.05mm。 内孔圆柱度用

35、综合测量，基本尺寸为D的泵筒，用的综合量规检查时应能通过。（3） 内孔表面粗糙度不大于Ra0.4.（4） 渗层厚度与硬度对于常用几种工艺渗层厚度即硬度推荐数值见表3-3.4泵筒强度计算（1）泵筒分类：第一种 按泵筒壁厚可分为薄壁筒、中厚壁筒和加厚壁筒。API规范中，薄壁筒壁厚，厚壁筒，按照设计需要选取泵筒壁厚.第二种 按泵筒两端螺纹结构可分为外螺纹和内螺纹两种，由于壁筒较厚，选择外螺纹；第三种 按受力方式可分为挤扁和复合抗力两种。管式泵（THTP）受复合抗力。（2）危险工况、危险部位和危险断面的分析计算泵筒危险断面两端螺纹处。推荐螺纹处计算直径为： (3-7) 式中：螺纹处计算直径，（mm）；

36、 螺纹处大径，（mm）； 螺距，（mm）螺纹危险断面处，承载面积计算如下：外螺纹泵筒（用于厚壁筒、中厚壁筒） 56 =危险断面承载面积： (3-8) = =740.53式中： 危险断面承载面积，； 计算内径，mm； 计算外径，mm。（3）载荷分析l）筒内、外压力筒内、外压力是由井液造成的，其计算式为 =9.8 (3-9)式中 筒内、外压力，MPa； 井液密度，本设计取； 下泵深度，1200； 井口回压，MPa ； 取，故有=9.8 =9.8=13.762）附加轴向载荷把由筒内压力造成轴向载荷以外的轴向载荷称为附加轴向载荷，它包括泵筒组自重、尾管重量、井液浮力及柱塞和泵筒之间的摩擦力。因泵筒组自

37、重占轴向载荷的比例不大，可忽略不计；为安全起见，井液浮力不予考虑。故附加轴向载荷及应力为 (3-10) (3-11) = 式中 附加轴向载荷； 附加轴向应力； 尾管重量，由API可查得下泵深度1200m的管式泵，=4000； 柱塞与泵筒之间的摩擦力，井液粘度不大，摩擦力可忽略不计，故设计时按考虑。（4）应力分析从泵筒上取一应力元（如图），它受三向应力，危险点在泵筒内径处。各种泵型三向应力大小见沈迪成等编著的抽油泵表4-8）， 图3-2 泵筒应力分析图 （3-12） （3-13） （3-14） = （3-15） = （3-16） = （5）许用应力的计算泵筒一般用塑性材料制造，推荐许用应力为 （

38、3-17）式中 许用应力，MPa； 材料屈服极限，； 安全系数，=1.2-1.6，一般管式泵可取=1.4。 （3-18） 故满足强度要求。（6）最大下泵深度 （3-19） 式中 （7）允许挂尾管重量： （3-20） =52.94740.53 =39.2 t5泵筒疲劳强度计算交变应力泵筒轴向载荷为（应力为），最大轴向应力是筒内压力形成的轴向应力与最小轴向应力之和，考虑应力集中系数，故交变应力为 （3-21） = =3.43 （3-22） =2.8 =2.8 （3-23） = =134.95 （3-24） =0.5 =66.08 = （3-25） =3.43 =132.15 =0.5 （3-26） 古德曼图的应用a.泵筒用45号钢，计算时所取数据为： ，可取加载方式系数，偏载系数，直径系数，表面系数腐蚀情况系数，应力集中系数.故实际耐久极限为： =0.80.90.750.90.5637=154.8b. 泵筒在井下工