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液压抽油机（一）

2014-10-30 08:16阅读：

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液压抽油机

第1章 绪 论
1.1 目前机械采油现状及存在问题
抽油机是油田有杆抽油系统的地面驱动设备,它是有杆抽油系统的地面动力 传动设备， 也是石油开采的主要设备,原油生产井使用抽油机将蕴藏在地下的石油 通过抽油管抽出。 据统计在油田生产成本中约有三分之一为电能消耗,而抽油机消 耗的电能约占总电能消耗的 80%,对抽油机的机械系统和电气控制系统进行节能 改造,可带来相当可观的经济效益。是构成“三抽”系统的主要组成部分，抽油机
的产生和使用已经有了一百多年的历史。发展到现在，抽油机的种类主要有游梁 式抽油机和无游梁式抽油机两大类。其中游梁式抽油机的应用最为广泛，各个产 油国仍然在大量使用。游梁式抽油机具有结构简单，制造容易，可靠性高，操作 维护方便，适应现场工况，使用寿命长并且一次性投资少等特点，在今后相当时 间内仍然是油田首选的采油设备。但是由于常规机本身结构特征，决定了它平衡 曲柄净扭矩脉动大，存在负扭矩，载荷率低，工作效率低和能耗大等缺点。随着 很多油田逐渐进入开发的中后期，油井含水量不断上升，使生产成本不断增加， 常规游梁抽油机已经不能满足需要，因此需要开发各种新型节能抽油机来满足降 低成本，节能降耗。近 20 年来，世界抽油机技术发展较快，科研人员研究开发了 多种新型抽油机，特别无梁式抽油机的出现解决了很多常规机出现的弊端。这些 新机型的特点是：增加了抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性；改善了抽 油机的性能，提高了抽油效率，减少了动力消耗；提高了抽油机的平衡效果，改 善了抽油机的动力特性、运动特性、提高了抽油机的平衡效果，增加了抽油机的 使用范围，减少抽油机的体积和质量，强化了抽油机的自动化和智能化程度。因 此，研制开发新型节能抽油机是当前亟待解决的问题。 目前，有杆泵抽油机是油田的主要采油设备，其不但使用数量大，用电量大， 而且系统效率低，节电潜力巨大，虽然也有很多节能型抽油机用于油田，也确实 起到了一定的节能效果，但由于多方面原因，大部分节能机不能很好的适应油田 的生产，具体有以下 5 种原因：①部分新型机的易损件不是通用件，坏了之后不 便维修。②部分新型机造价太高，油田投资巨大。③目前各种新型抽油机，传动 元件的使用寿命尚不理想。实践证明，新型抽油机的可靠性是决定抽油机成败的 关键。④油田工人一时很难熟悉一些新型机，日常维护困难。⑤一些新型机虽然 节能但维修费用高，入不敷出 [1] 。
抽油机地面能耗分析

大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计(论文)
大庆油田是全国最大的油田，目前油田常用的抽油机包括：常规游梁式抽油 机、前置式抽油机、异相曲柄抽油机、偏置式抽油机、摆杆式抽油机、双驴头式 抽油机、复合轮式抽油机、摩擦换向式抽油机、六连杆增程式抽油机、偏轮式抽 油机、B 游梁式抽油机等等。部分新型节能抽油机正在实验当中，由于大部分新 型抽油机各有优缺点，所以还没有大批量投入使用 近年来，随着大庆油田老区块开发的不断深入，油田含水率迅速上升，开发 经济效益逐年下降，剩余未动用储量绝大部分是有效厚度较小、储量丰度较低的 难采储量。目前，企业在资金紧张、降低基本建设投资和控制生产成本的情况下， 对于老区块应何时改变采油方式，才能延长油田的经济开采期；新区块如何根据 其地质条件，选择最佳的举升方式，使油田获得更大的经济效益，是企业面临的 新问题。因此，开展机械采油方式优选评价研究很有必要。 游梁式抽油机的有杆泵全系统的总效率在国内一般地区平均只 12%-23%， 系 统效率低，能耗大，耗电就多。此外，随着老油田油井的注水开发，油田己进入 高含水采油期。不断提高产液量，以液保油，这是注水开采油田保证原油稳产的 必要趋势。这种开采特点要求抽油机的冲程越长越好，使得在役的常规游梁式抽 油机机型偏小，在一定程度上已经不能满足长冲程、低冲次的要求。 偏置式节能抽油机是国内油田目前使用最多的节能型抽油机。 80 年代中后 自 期，在我国石油矿场上广泛推广应用了偏置式抽油机。该机保持了常规抽油机的 基本结构，与常规游梁式抽油机相比，该机的游梁后臂缩短，减速箱相对于支架 位置后移。
1.2 抽油机的发展及节能
抽油机的发展趋势主要朝以下几个方向： (1)大型化方向 随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不断 增大，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机。所以，近 年来国外出了许多大载荷抽油机，例如前置式气平衡抽油机最大载荷 213KN、气 囊平衡抽油机最大载荷 227KN 等，将来会有更大载荷抽油机出现。 (2)低能耗方向 为了减少能耗，提高经济效益，近年来研制与应用了许多节能型抽油机。如 异相双驴头抽油机、摆杆抽油机、渐开线抽油机、摩擦换向抽油机、液压抽油机 及各种节能装置和控制装置。 (3)朝着高适应性方向发展 现在抽油机应具备较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如适应各种自然地 理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成份石油抽汲的需要；适应各种类型油
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大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计(论文)
井抽汲的需要；适应深井抽汲的需要；适应长冲程的需要；适应节电的需要；适 应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽汲的需要。 (4)朝着长冲程无游梁式抽油机方向发展 近年来国内、外研制与应用了多种类型的长冲程抽油机，其中包括增大冲程 游梁式抽油机，增大冲程无游梁式抽油机和长冲程无游梁式抽油机。实践与理论 表明，增大冲程无游梁式抽油机式增大冲程抽油机的发展方向，长冲程无游梁式 抽油机是长冲程抽油机的发展方向。 (5)朝着自动化和智能化方向发展 近年来，抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。BAKER 提升系统 公司、DELIA0-X 公司、APS 公司等研制了自动化抽油机，具有保护和报警功能， 实时测得油井运动参数及时显示与记录，并通过综合计算分析，得出最优工况参 数，进一步指导抽油在最优工况抽油。NSCO 公司职能抽油机采用微处理机和自 适应电子控制器进行控制与监测，具有抽油效率高、节电、功能多、安全可靠、 经济性好、适应性强等 优点[ 2 ] 。 总而言之，抽油机将朝着节能降耗并具有自动化、智能化、长冲程、大载荷、 精确平衡等方向发展。 抽油机节能技术目前主要从以下几个方面进行研究： (1)改进抽油机结构。这种方法主要是通过对抽油机四杆机构的优化设计和改 变抽油机平衡方式来改变抽油机曲柄净扭矩曲线的形状和大小， 使扭矩波动平缓， 从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率，达到节能的目的。 (2)采用节能驱动设备。这种方法是从研究电机的特性入手，研究开发新型的 电动机，使之与采油井井况相匹配，进而达到提高电动机的效率和功率因数的目 的，即采用高转率的电动机(转差率 8%~13%)和朝高转差率电动机代替常规转差 电动机(转差率＜5%)。另外，还有采用节能配电箱来实现节电的。 (3)采用节能控制装置。如 DCS 系列抽油机多功能程控装置、间抽定时控制。 (4)采用节能原部件。如窄 V 型带传动或同步带传动等。 (5)改进平衡方式。如采用气动平衡或天平平衡等。 (6)改进“三抽”系统部件。有采用抽油杆导向器、空心抽油杆、减震式悬 件，都可提高三抽系统的工作效率，达到节能的目的。 (7)采用高效节能泵，提高泵效，降低百米吨耗，实现节能 [ 46] 。 总之，近年来抽油机节能技术的研究己经成为科技攻关的方向。以上七种方 法取得了显著的节能效果。
1.3 在役游梁式抽油机优化设计的研究
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大庆石油学院华瑞学院本科生毕业设计(论文)
游梁式抽油机是石油开采的主要设备,也是主要耗能设备,其驱动电机负载率 通常都小于 30%。这种情况的存在,使电能的利用率降低,增加了电能的损耗。目 操作维修方便、 使用寿命长等原因,仍为各大 前,常规游梁式抽油机因其结构简单、 油田的主要采油设备,其数量约占抽油机总数的 50%左右。 但因其主体结构为铰链 四连杆机构,其运动速度、加速度峰值、扭矩因数峰值、曲柄轴净扭矩峰值都较大, 扭矩曲线波动亦较大,存在负扭矩,因此能耗较大,对在役常规游梁式抽油机进行节 能技术改造具有非常重要的意义。方便的前提下,建立了常规游梁式抽油机运动 学、动力学分析的数学模型,分析得出常规游梁式抽油机四杆机构中游梁后臂 C、 连杆 P 以及曲柄半径 R 的减小都可以降低扭矩因数峰值,减小所需最大平衡扭矩, 使减速箱曲柄轴净扭矩曲线变得平缓,波动减小。因此,三种优化方案,分别为优化 游梁后臂 C;优化游梁后臂 C 和连杆 P;优化游梁后臂 C、连杆 P 和曲柄半径 R。采 用了遗传算法分别对三种方案进行了优化设计,由优化结果分析可得,优化后抽油 机悬点速度、 加速度、 扭矩因数峰值都降低了,在原有最大平衡扭矩的作用下,平衡 度都有明显的提高,且极位夹角均增大了,工作制度变为非对称循环,同时曲柄轴净 扭矩峰值都有明显的减小。三种优化方案中,通过对比分析得出,对游梁后臂 C 进 行改造不仅可以节约改造成本,且改动件少,现场安装方便,电机输出功率可由原来 的 11.77kw

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