当前课程知识点：Production Engineering > Chapter 6 Sucker Rod Pumping(II) > 6.5 Calculation of Counterbalancing, Torque and Power > 6.5.2 Counterbalancing Calculation
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同学们好
本节我们学习平衡计算
也就是抽油机为了能够达到平衡状态
平衡重的大小和平衡位置的计算方法
我们学习了平衡的时候
它的条件是什么
为了达到平衡
储存与释放的能量
具体是如何来计算的
以游梁式平衡为例
为了简单起见
我们仅考虑静载荷的作用
大家知道在上冲程的时候
悬点受到的静载荷
是杆柱载荷和液柱载荷
它的运动的距离
也就是悬点的位移是S
在上冲程的时候
上冲程悬点做功应该是
杆柱载荷液柱载荷乘以它的距离S
在下冲程的时候
悬点的静载荷
仅仅受到杆柱载荷的作用
它的做功距离依然是悬点的位移S
所以下冲程的悬点做功应该是
杆柱载荷乘以S
我们学习了达到平衡的时候做功的条件
也就是要求平衡重做功应该是
上冲程下冲程做功之和的一半
如果把上冲程悬点做功
下冲程的悬点做功带入到这个公式中
我们就可以得到这个式子
也就是要求达到平衡的时候
平衡重的做功应该是杆柱载荷
加上二分之液柱载荷
再乘以悬点的位移S
有了这样的一个平衡重做功的条件
对于不同的平衡方式
我们就可以调节它的具体参数
来满足这样的一个做功条件
游梁平衡也就是将平衡重
放置在后臂的末端
这个位置
这样的一个平衡重
参与到整个的平衡的储存和释放能量之中
另外还有另外的一个力的作用
我们称为抽油机的不平衡重
抽油机的不平衡重指的是脱开杆柱
在悬点的位置施加一个力的作用
使得游梁保持平衡
如果施加的这个作用是零
也就意味着不平衡重为零
正常情况之下
这个地方施加了一个力的作用
保持游梁的平衡
我们规定方向向下为正
这样一个结构不平衡重
我们把它折算到游梁平衡块的这个位置
如何来折算
是将这样一个力的作用
乘以c比上a可以折到这样的一个位置
要注意的是后臂长b
和游梁平衡重的位置
c这个位置
这两个是不一样
这个同学们要注意
力的作用有了
它的做功的距离是多少
也就是在上下冲程的过程中
游梁平衡
它的做功距离应该等于什么
悬点的位置
它的作用距离是S冲程
将这个冲程乘以c比上a
就可以折算到平衡重这个位置
它的做功距离
有了力的大小有了做功距离
我们就可以来计算
平衡重它储存与释放能量的大小
这是做功条件
这个就是我们刚才分析的
力的大小Wb是平衡重
再加上结构不平衡重XUC
注意这个地方是折算过来的
乘以它的做功距离
做功距离是什么
冲程S乘以c比上a
就将这个位置折到了这个位置上
所以这个就是对于游梁平衡的来说
它的做功是满足这样一个条件
在这个条件里面
我们看到
我们能够调节的是什么
能够调节的只有
平衡重的大小
所以游梁平衡达到平衡的条件
Wb应该满足这样一个式子
大型的抽油机
将平衡重放在油梁的末端是不安全的
所以一般情况下
大型的抽油机
将平衡块是放在了曲柄的这个位置上
对于这样的一种曲柄平衡的
抽油机来说
我们来看一下
它的参与平衡的力有哪几个方面
首先是平衡块
平衡块
它有一个重量
我们称它为Wcb
曲柄本身它也有一个自重
这个自重我们称为Wc
除了这两个之外
还有就是我们所说的
抽油机的结构不平衡重
这个结构不平衡重
按照我们刚才所讲的
也是把悬点这个位置的不平衡的这个力
折算到后面
这个位置折算过来的
是折算到了游梁与连杆的连接点的位置
连接到这个位置上
所以我们折算到这个位置上之后
和曲柄的自重和平衡块的重量
这三个力的作用
参与了平衡的储存和释放
它的做功的距离又是怎么样的
这三个力的作用
它的做功距离我们来分析一下
首先平衡块
平衡块由
最低端旋转到最高端
它的做功应该是
二倍的它的半径
这个半径我们称为平衡半径
也就这个地方的R就是平衡块的位置
到曲柄旋转轴之间的这个距离
是平衡半径
它的做功应该是二倍的R
另外对于曲柄来说
曲柄的重心到曲柄旋转轴之间的距离
我们称为它的重心半径
重心半径我们称为Rc
同样的对于曲柄
它的做功距离应该是二倍的Rc
结构不平衡重
结构不平衡重上下的位置
它的距离我们说应该是
等于这个旋转半径的二倍
旋转半径是什么
是曲柄的旋转轴
到连杆与曲柄的连接点的这个位置
它之间的这个距离我们称为旋转半径
也就是结构不平衡重
它的做功距离
应该是二倍的旋转半径
有了力
有了它的做功距离
我们就可以计算它综合的做功
怎么来得到的
做功的条件
具体的做功的大小是力乘以它的距离
分别的平衡块的乘以二倍的R
它的做功距离
曲柄自重的Wc乘以二倍的Rc重心半径
XUB结构不平衡重乘以它的做功距离
二倍的r
二倍的旋转半径
这个就是对于曲柄平衡来说
它的做功是这样
我们带入到这个公式里面去整理
整理什么
对于曲柄平衡来说
我们比较容易调节的参数应该是
平衡块到旋转轴之间的这个距离
也就是所谓的平衡半径
也就是说这个平衡块在这个曲柄上
它的活动范围
调节了它的这个平衡的半径
这是比较容易调节的
当然也可以更换平衡块的重量来实现
这个相对调节位置来说要复杂一些
所以对于曲柄平衡
我们总结的调节参数
就是它的平衡半径
应该用这个式子可以计算出来
对于复合平衡来说
复合平衡也就是
游梁上和曲柄上都有平衡块的时候
按照我们前面所讲的方法
是同样可以把它的平衡条件计算出来的
这个时候我们可以调节
游梁上平衡块的大小
也就是重量的大小
也可以调节曲柄上平衡块的位置
也就是它的平衡半径
当然一般情况下
平衡半径还是比较容易调节的
在这种复合平衡的这种方式里面
我们有一个条件
什么条件
也就是游梁上的平衡重
和曲柄上的平衡块
这两个是同时达到最高点和最低点的
也就是我们将它两个的做功
可以直接地叠加在一起的
按照这样一个分析
我们可以将复合平衡的曲柄上平衡块的
这个平衡半径计算出来
是用这样一个式子来表达的
以上我们就是分别针对
三种不同的平衡方式
通过计算得到了它达到平衡的时候
容易调节的那个参数是如何来计算
这就是本节我们介绍的平衡计算的内容
同学们再见
-1.1 Main Tasks of Production Engineering
--1.1 Main Tasks of Production Engineering
-1.2 Flow in Production System
--1.2 Flow in Production System
-Problems
--Chapter 1 - Problems
-2.1 IPR Curve and Well Productivity
--2.1.1 Single-Phase Oil Inflow Performance Relationships
-2.2 Vogel's IPR and Applications
--2.2.2 Determination of IPR Curves Using Vogel's Equation
--2.2.3 Skin Factor and Flow Efficiency
--2.2.4 Extension of Vogel's Equation for Non-Complete Wells
--2.2.5 Combination Single-Phase Liquid and Two-Phase Flow
-Problems
--Chapter 2--Problems
-3.1 Two-Phase Flow in Wellbore
--3.1.1 Flow Regimes in Vertical Flow
-3.2 Two-Phase Vertical Flow Pressure Gradient Models
--3.2.1 Two-Phase Pressure Gradient Equations
--3.2.2 Predicting Gas-Liquid Flow Regimes Using the Okiszewski Correlation
--3.2.3 Pressure Gradient Calculation Using the Okiszewski Correlation
-3.3 Vertical Lift Performance
--3.3 Vertical Lift Performance
-Problems
--Chapter 3--Problems
-4.1 Nodal Analysis Approach
--4.1.2 Solution Node at Bottom of Well
--4.1.3 Solution Node at Wellhead
-4.2 Flow through Chokes
--4.2.2 Solution Node at Choke
-Problems
--Chapter 4--Problems
-5.1 Principles of Gas Lift
--5.1.2 Initial Kick-off of Gas Lift
-5.2 Gas Lift Valves and Gas Lift Completions
-5.3 Gas Lift Design
--5.3.1 Gas Lift Design for Specific Production Rate
--5.3.2 Gas Lift Design for Specific Injection Rate
--5.3.3 Kick-off Procedure with Unloading Valves
--5.3.4 Design Depths of Unloading Valves
-Problems
--Chapter 5--Problems
-6.1 Introduction of Surface and Downhole Equipment
-6.2 Operating Principle of Sucker Rod Pumps
-6.3 Pumping Unit Kinematics
--6.3.1 Motion of Polished Rod-Simple Harmonic Motion
--6.3.2 Motion of Polished Rod-Crank and Pitman Motion
-6.4 Polished Rod Load
--6.4.3 Peak Polished Rod Load and Minimum Polished Rod Load
-Problems
--Problems for chapter 6: Sucker Rod pumping I
-6.5 Calculation of Counterbalancing, Torque and Power
--6.5.1 Balance of Pumping Unit
--6.5.2 Counterbalancing Calculation
--6.5.3 Torque and Torque Factor
-6.6 Volumetric Efficiency of Pump
--6.6.2 Gas Effect on Pump Performance
--6.6.3 Measures of Enhancing Pump Volumetric Efficiency
-6.7 Design of Pumping System
--6.7.1 Strength Calculation and Design of Sucker Rod Strings
--6.7.2 Design Procedures of Pumping System
-6.8 Analysis of Sucker Rod Pumping Well Conditions
--6.8.1 Acoustic Surveys and Analysis of Annular Liquid Levels
--6.8.2 Introduction of Dynamometer Card
--6.8.3 Typical Dynamometer Cards
-Problems
--Problems: Chapter 6: Sucker Rod Pumping (II)
-7.1 Water Injection System
--7.1.1 Water Resources and Water Treatment
--7.1.2 Introduction of Water Injection System
-7.2 Injectivity Analysis
--7.2.1 Injectivity and Injectivity Index Curves
-7.3 Injection Tubing String
--7.3 Introduction of Injection Tubing Strings
-7.4 Analysis and Application of Injectivity Index Curves
--7.4.1 Analysis of Injectivity Index Curves
--7.4.2 Injection Choke Deployment
-Problems
--Chapter 7--Problems
-8.0 Introduction
-8.1 The Fracturing of Reservoir Rock
--8.1.1 Basic Rock Mechanics Parameters
--8.1.4 Fracture Initiation Conditions
-Problems
--Chapter 8(I)--Problems
-8.2 Fracturing Fluids
--8.2.2 Fluid-Loss Properties of Fracturing Fluids
--8.2.3 Rheological Properties of Fracturing Fluids
-8.3 Proppants
-8.4 Hydraulic Fracturing Design
--8.4.1 Productivity Index of Hydraulic Fracturing Wells
--8.4.2 Fracture Geometry Models
--8.4.3 Design Procedure for Hydraulic Fracturing
-Problems
--Chapter 8(II)--Problems
-9.0 Introduction
-9.1 Carbonate Acidizing
--9.1.1 Mechanism of Carbonate Acidizing
--9.1.2 Effect Factors of Reaction Rate
--9.1.4 Effective Distance of Live Acid
-9.2 Sandstone Acidizing
--9.2.1 Mechanism of Sandstone Acidizing
--9.2.2 Mud Acid Treatment Design
-9.3 Acidizing Treatment Technologies
--9.3.2 Acidizing Treatment Operations
-Problems
--Chapter 9--Problems
-Final Exam