一种抽油泵的受力分析方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及石油开采领域，特别涉及一种抽油栗的受力分析方法及装置。
【背景技术】
[0002] 有杆栗抽油是最广泛的一种人工举升采油的方法，全世界大概有80%以上的油井 都是采用有杆抽油栗开采的，虽然在整个有杆栗抽油井生产系统的总成本中，抽油栗占的 比例并不是特别大，但是抽油栗却是决定抽油装置工作技术的关键部件，抽油栗的工作状 况对于油井的检栗周期具有很大影响。在常规有杆栗的设计基础上，为了解决油田生产过 程中出现的诸如出砂、油稠、气体、斜井等特殊问题，研制出了各种类型的特殊抽油栗。
[0003] 目前，特殊抽油栗的技术不完全成熟，还需要根据现实中具体的问题来进行调节 和修正，以使栗能够更好的工作，提高栗效。对于各种不同类型的抽油栗，需要分析它们的 物理模型，研究相应的数学模型来熟悉各种栗的特点，从而可以针对不同的油层情况确定 所需要的具体抽油栗。
[0004] 应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、 完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
【背景技术】部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
【发明内容】
[0005] 本申请实施例的目的在于提供一种抽油栗的受力分析方法及装置，能够针对不同 的油层情况选择所需要的抽油栗。
[0006] 本申请实施例提供的一种抽油栗的受力分析方法及装置是这样实现的：
[0007] -种抽油栗的受力分析方法，所述抽油栗包括抽油杆以及与所述抽油杆相连的柱 塞，所述抽油杆可带动所述柱塞进行上下运动，所述方法包括：
[0008] 计算所述抽油杆带动所述柱塞向上运动时，液柱作用于所述柱塞上的第一压力、 所述抽油栗的排出口的压强作用于所述柱塞上的第二压力以及液柱作用于所述抽油栗的 栗筒上的惯性力；
[0009] 计算所述抽油杆带动所述柱塞运动过程中产生的摩擦力；
[0010] 计算所述抽油杆带动所述柱塞运动过程中液体通过排出阀的阀口或者吸入阀的 阀口时产生的阻力以及液柱作用于所述抽油杆上的顶托力；
[0011] 计算所述抽油杆带动所述柱塞运动过程中，所述抽油栗内的压强作用于所述柱塞 上的第三压力以及井口回压作用于所述抽油杆下端表面上的第四压力；
[0012] 根据所述抽油杆带动所述柱塞运动的方向，从上述各种力中选取与运动方向相对 应的力，并基于选取的力计算所述抽油杆下端受到的合成力。
[0013] -种抽油栗的受力分析装置，所述抽油栗包括抽油杆以及与所述抽油杆相连的柱 塞，所述抽油杆可带动所述柱塞进行上下运动，所述装置包括：
[0014] 第一计算单元，用来计算所述抽油杆带动所述柱塞向上运动时，液柱作用于所述 柱塞上的第一压力、所述抽油栗的排出口的压强作用于所述柱塞上的第二压力以及液柱作 用于所述抽油栗的栗筒上的惯性力；
[0015] 第二计算单元，用来计算所述抽油杆带动所述柱塞运动过程中产生的摩擦力；
[0016] 第三计算单元，用来计算所述抽油杆带动所述柱塞运动过程中液体通过排出阀的 阀口或者吸入阀的阀口时产生的阻力以及液柱作用于所述抽油杆上的顶托力；
[0017] 第四计算单元，用来计算所述抽油杆带动所述柱塞运动过程中，所述抽油栗内的 压强作用于所述柱塞上的第三压力以及井口回压作用于所述抽油杆下端表面上的第四压 力；
[0018] 合成力选择单元，用来根据所述抽油杆带动所述柱塞运动的方向，从上述各种力 中选取与运动方向相对应的力；
[0019] 合成力计算单元，用来基于选取的力计算所述抽油杆下端受到的合成力。
[0020] 本申请实施例提供的一种抽油栗的受力分析方法及装置，通过计算抽油栗在工作 时抽油杆以及柱塞受到的各种力，从而可以根据抽油杆带动柱塞运动的方向，选择与运动 的方向相对应的力，从而可以分析抽油杆下端所受到的合力。这样，根据分析得到的抽油杆 下端所受到的合力，能够针对不同的油层情况，选择合适的抽油栗进行作业。
[0021] 参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原 理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附 权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
[0022] 针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更 多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特 征。
[0023] 应该强调，术语"包括/包含"在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但 并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
【附图说明】
[0024] 所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部 分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下 面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0025] 图1为本申请实施例中一种常规抽油栗进行上下冲程的结构示意图；
[0026] 图2为本申请实施例提供的一种抽油栗的受力分析方法的流程图；
[0027] 图3为本申请另一实施例中第二抽油栗进行上下冲程的结构示意图；
[0028] 图4为本申请另一实施例中第三抽油栗进行上下冲程的结构示意图；
[0029] 图5为本申请另一实施例中第四抽油栗进行上下冲程的结构示意图；
[0030] 图6为本申请另一实施例中第五抽油栗进行上下冲程的结构示意图；
[0031] 图7为本申请一实施例提供的一种抽油栗的受力分析装置。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护 的范围。
[0033] 图1为本申请实施例中一种常规抽油栗进行上下冲程的结构示意图。如图1所示， 所述常规抽油栗可以包括抽油杆以及与所述抽油杆相连的柱塞，所述抽油杆可带动所述柱 塞进行上下运动。图2为本申请实施例提供的一种抽油栗的受力分析方法的流程图。虽 然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括 更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行（例如使用并行处理器或多线程环 境）。如图2所示，所述方法可以包括：
[0034] Sl :计算所述抽油杆带动所述柱塞向上运动时，液柱作用于所述柱塞上的第一压 力、所述抽油栗的排出口的压强作用于所述柱塞上的第二压力以及液柱作用于所述抽油栗 的栗筒上的惯性力。
[0035] 以图1中所示的常规栗为例，所述柱塞3紧邻于所述抽油栗2的栗筒壁，所述柱塞 3的下表面开设有用于支撑排出阀4的阀口 7且吸入阀5位于所述抽油栗2的栗筒底壁上， 当抽油杆1带动柱塞3向上运动时，由于抽油栗2内的空间变大，导致压强降低，从而吸入 阀5会被油井中的液体向上冲起，油井中的液体从而可以进入抽油栗2内。此时，由于抽油 杆1带动柱塞3向上运动，那么柱塞3的上表面会受到液柱对其的压力，该压力即可以为所 述液柱作用于所述柱塞上的第一压力。此外，抽油栗2的排出口处的压强同样会对柱塞3 的上表面产生压力，该压力即可以为所述的第二压力。同时，由于抽油栗2内存在液柱，那 么在柱塞3运动的过程中，还会受到液柱作用于抽油栗2的栗筒上的惯性力，该惯性力往往 与柱塞3的冲程以及冲次相关。上述的第一压力、第二压力以及惯性力的方向均向下。具 体地，在本申请一优选实施例中，如图1所示的常规栗中的第一压力、第二压力以及惯性力 可以按照下述公式表示：
F11为液柱作用于所述柱塞3上的第一压力，F hul为所 述抽油栗2的排出口的压强作用于所述柱塞3上的第二压力，Pciutl为所述抽油栗2的排出 口的压强，Apl为所述柱塞3的横截面的面积，A _为所述抽油杆1下端横截面的面积；
F11为液柱作用于所述柱塞3上的第一压力，S i为所 述抽油杆1带动所述柱塞3向上运动的冲程，Γι为抽油机曲柄半径，I i为所述抽油机的连 杆长度，&为冲次，ε 1为液柱加速度变化的系数。
[0038] 图3为本申请另一实施例中第二抽油栗进行上下冲程的结构示意图。如图3所示， 在所述第二抽油栗中，柱塞22与抽油栗的栗筒壁23相连接，所述抽油栗的栗筒壁23可上 下移动地套设于油管24上，吸入阀26位于所述油管24的上端面上，排出阀25位于所述柱 塞22中。在本申请该实施例中，当抽油杆21带动柱塞22向上运动时，吸入阀26会被油管 24内的液体向上冲起，排出阀25则会堵住阀口。这样，柱塞22的上表面同样会受到液柱对 其的第一压力，抽油栗的排出口的压强同样会产生作用于柱塞22上表面的第二压力，抽油 栗内的液柱也同样会产生作用于栗筒上的惯性力，在本申请该实施例中，上述的第一压力、 第二压力以及惯性力的方向同样均向下。所述第一压力、第二压力以及惯性力可以按照下 述公式进行表示：
，&3为液柱作用于所述柱塞22上的第一压力，F hu3为所 述抽油栗的排出口的压强作用于所述柱塞22上的第二压力，Pciut3为所述抽油栗的排出口的 压强，Ap3为所述柱塞22的横截面的面积，A ^13为所述抽油杆21下端横截面的面积；
;Iu3为液柱作用于所述抽油栗的栗筒壁23上的惯性 力，F13为液柱作用于所述柱塞22上的第一压力，S 3为所述抽油杆21带动所述柱塞22向上 运动的冲程，r3为抽油机曲柄半径，I3为所述抽油机的连杆长度，N3为冲次，ε 3为液柱加速 度变化的系数。
[0041] 图4为本申请另一实施例中第三抽油栗进行上下冲程的结构示意图。如图4所示， 所述柱塞包括呈T型连接的上柱塞32与下柱塞33,所述下柱塞33的横截面的直径小于所 述上柱塞32的横截面的直径，所述上柱塞32紧邻于所述抽油栗的栗筒壁34,所述下柱塞 33与所述抽油栗的栗筒壁34之间形成空腔，所述空腔下端在所述下柱塞33与所述抽油栗 的栗筒壁34之间填充有预设厚度的密封总成35,所述排出阀36位