抽油機(jī)地面能耗分析

1、中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）抽油機(jī)地面能耗分析學(xué)生姓名：XXXXX學(xué) 號(hào)：XXXX專業(yè)班級(jí)：石油工程XX-7班指導(dǎo)教師：XXX 2006年6月20日摘 要本文根據(jù)游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，建立了游梁的擺動(dòng)方程，并精確計(jì)算出游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)；考慮抽油機(jī)光桿靜載荷和慣性載荷及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重力和慣性情況，建立了抽油機(jī)系統(tǒng)相對(duì)曲柄的等效動(dòng)力學(xué)模型，并求出具有動(dòng)平衡特征的曲柄軸凈扭矩；根據(jù)抽油機(jī)皮帶傳動(dòng)特點(diǎn)和力學(xué)分析，建立了一種簡便的皮帶傳動(dòng)效率計(jì)算模型，為分析抽油機(jī)瞬時(shí)工作參數(shù)提供了理論支持；重新定義了周期載荷系數(shù)計(jì)算儲(chǔ)電動(dòng)機(jī)額定功率，并以常規(guī)游梁式抽油機(jī)、調(diào)徑變矩式抽

2、油機(jī)為例，編寫計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)了重要參數(shù)的計(jì)算，并繪出關(guān)鍵曲線，由此比較得出了節(jié)能抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。文中還對(duì)其他節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行了簡要介紹。關(guān)鍵詞:速度；加速度；扭矩；周期載荷系數(shù)；調(diào)徑變矩式ABSTRACTIn this paper based on the unique geometry and mechanical movement of beam pumping unit,we have presented a simple swing equation and computed motorial parameter;meanwhile under the conditions of the

3、 static load and inertial load of the polished-rod of a conventional pumping unit,we have also presented on equivalent dynamic model of the pumping unit system and the type-curves of net torque of the crankshaft with the characteristic of inertial counterbalance have been computed;Based on features

4、and mechanical analysis of belt，a simple model for calculating belt transmission efficiency is developed the model can provide a theoretical base for study on the other transient variable of beam pumping unit;the cyclic loading coefficients is defined once and compute the nominal Power of the motor;

5、 at last we compare the beam pumping unit and the adjustable diameter and changeable toque pumping unit, based on this a program have been finished，and we also introduce other power saving pumping units.Keywords:velocity; acceleration; toque; the cyclic loading coefficients; adjustable diameter and

6、changeable toque pumping unit目 錄第一章 前言1 1 國內(nèi)外油田抽油機(jī)的現(xiàn)狀1 2 游梁式抽油機(jī)的節(jié)能方法1第二章 游梁式抽油機(jī)地面能耗分析2 1 游梁式抽油機(jī)2 2 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律2 21 游梁擺動(dòng)方程的建立3第三章 地面能耗分析軟件的編制與應(yīng)用5 1 油井?dāng)?shù)據(jù)52 地面設(shè)備數(shù)據(jù)5第四章 結(jié)論7致謝8參考文獻(xiàn)9附錄10第一章 前 言1. 國內(nèi)外油田抽油機(jī)的現(xiàn)狀抽油機(jī)分為游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)兩種1。游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、可靠性高、工作持久、適應(yīng)工況條件好等優(yōu)點(diǎn)，在采油工業(yè)發(fā)展的初期被大量的應(yīng)用;但游梁式抽油機(jī)也存在不足之處，如效率低下、用

7、電成本高等缺點(diǎn)。無游梁式抽油機(jī)有長沖程無游梁抽油機(jī)等，它具有功率因數(shù)高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以抽油機(jī)的發(fā)展方向是無游梁式抽油機(jī)2。2. 游梁式抽油機(jī)的節(jié)能方法引起游梁式抽油機(jī)電機(jī)負(fù)載效率低的原因主要有以下幾個(gè)方面:（1）游梁式抽油機(jī)的電機(jī)是帶負(fù)載起動(dòng)，因此起動(dòng)時(shí)所需的起動(dòng)電流很大，功率因數(shù)很低，對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率要求比較大。（2）游梁式抽油機(jī)的輸出功率是周期性變化的，因而其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流也是周期性變化的。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，為了保證不超過允許的溫度，電機(jī)的額定電流需要取電機(jī)運(yùn)行過程中的最大值，相應(yīng)地，對(duì)電動(dòng)機(jī)額定功率的需求也就越高。（3）要準(zhǔn)確地選取一臺(tái)抽油機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量，需要測(cè)量大量數(shù)據(jù)，往往很難做

8、到，而且如何對(duì)抽油機(jī)電機(jī)容量的選擇計(jì)算還沒有一個(gè)統(tǒng)一、準(zhǔn)確的計(jì)算公式，因此大多數(shù)情況下都采用估算的方法來選擇配套電機(jī)的功率，一般留有較大余量。第二章 游梁式抽油機(jī)地面能耗分析1. 游梁式抽油機(jī)抽油機(jī)是有桿深井泵采油的主要設(shè)備。游梁式抽油機(jī)主要由游梁連桿曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝置等四大部分組成。工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動(dòng)曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動(dòng)游梁作上下擺動(dòng)。掛在驢頭上的懸繩器便帶動(dòng)抽油桿柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)（見圖2-1）。圖2-1 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1剎車裝置 2電動(dòng)機(jī) 3減速箱皮帶輪 4減速箱 5輸入軸6中間軸 7輸出軸 8曲柄 9連桿軸 10支

9、架11曲柄平衡塊 12連桿 13橫梁軸 14橫梁 15游梁平衡塊16游梁 17支架 18驢頭 19懸繩器 20底座2. 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律游梁式抽油機(jī)是以游梁支點(diǎn)和曲柄軸中心的連線做固定桿，以曲柄、連桿和游梁后臂為三個(gè)活動(dòng)桿所構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)（見圖2-2）。圖2-2 游梁式抽油機(jī)示意圖 游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度，是抽油機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及力學(xué)分析的重要運(yùn)動(dòng)參數(shù)。目前，常用的簡化方法只能給出其近似解，不能滿足精確計(jì)算的需要。游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，通過建立游梁擺動(dòng)方程，得出求游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的一種方法。2.1 游梁擺動(dòng)方程的建立假定曲柄由12點(diǎn)鐘位置開始沿順時(shí)

10、針方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在OBD中（見圖2-2），根據(jù)余弦定理： （2-1）其中 （2-2）式中為任意時(shí)刻游梁擺角，即游梁后臂雨Y方向的夾角；為任意時(shí)刻J和Y軸方向的夾角；為曲柄轉(zhuǎn)角，它等于角速度與時(shí)間t的乘積，即。由式（2-1）得： （2-3）式（2-3）即為游梁擺動(dòng)方程。和均為的函數(shù)，因此也只為的函數(shù)，易于求解。2.1.1 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移游梁繞支點(diǎn)O擺動(dòng)時(shí)因其前、后臂的角位移相等，故任意時(shí)刻懸點(diǎn)位移為：式（2-4）即為任意時(shí)刻懸點(diǎn)位移表達(dá)式。由于對(duì)于某一給定型號(hào)的抽油機(jī)是一常數(shù)，因此只是的函數(shù)。給定值，便可計(jì)算出懸點(diǎn)位移。2.1.2 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度將式（2-3）兩邊同對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)，得游梁擺動(dòng)的

11、角速度： （2-4）式中和分別為和對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，分別由式（2-2）和式（2-3）求得為： （2-5） （2-6）第三章 地面能耗分析軟件的編制與應(yīng)用1. 油井?dāng)?shù)據(jù)現(xiàn)場提供的油井?dāng)?shù)據(jù)見表3-1所示。表3-1 部分油井生產(chǎn)參數(shù)井 名動(dòng)液面（m）下泵深度(m)油層中深(m)日產(chǎn)液(t/d)H15-110401555215432H15-510201543214335H15-610311549214630H15-9104515632162272. 地面設(shè)備數(shù)據(jù)計(jì)算分析過程中，采用的抽油機(jī)型號(hào)為江漢石油機(jī)械廠生產(chǎn)的CYJ8348B型抽油機(jī)，電機(jī)型號(hào)為YH225M-6，皮帶型號(hào)為窄V帶。設(shè)備具體參數(shù)見表3-

12、2所示。表3-2 調(diào)徑變矩式抽油機(jī)參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值裝機(jī)功率（kw）45抽油機(jī)底座至游梁支承軸高度（m）5.9抽油機(jī)底座至減速箱輸出軸高度（m）1.6游梁支承軸至減速箱輸出軸水平距離（m）1.56連桿長度（m）5.45游梁前臂長（m）-游梁與連桿連接軸承至游梁支承軸承距離（m）5.2 續(xù)表3-2參數(shù)名稱數(shù)值曲柄塊單塊質(zhì)量（kg）750連桿重量（kg）-游梁重量（kg）1703驢頭重量（kg）1272第四章 結(jié) 論1通過建立的游梁擺動(dòng)方程精確解得了運(yùn)動(dòng)參數(shù)解，并由繪出的相關(guān)曲線表明，抽油機(jī)的上、下死點(diǎn)位置不是常規(guī)認(rèn)為的1800和3600或（00）。2通過對(duì)游梁式抽油機(jī)精確動(dòng)平衡分析建立的文中相關(guān)計(jì)

13、算式只適用于常規(guī)抽油機(jī)的平衡，對(duì)異相機(jī)、前置式抽油機(jī)尚待進(jìn)一步研究。3通過皮帶的傳動(dòng)效率分析表明，皮帶工作的瞬時(shí)傳動(dòng)效率是變化的，在大部分時(shí)間內(nèi)較高，在局部范圍內(nèi)，尤其是扭矩接近于零位置時(shí)效率較低。4周期載荷系數(shù)（以扭矩?cái)?shù)值計(jì)算）對(duì)所需電機(jī)額定功率影響較大，對(duì)電機(jī)實(shí)際消耗的有功功率影響較小。5由文中所繪的抽油機(jī)懸點(diǎn)速度變化曲線、懸點(diǎn)加速度變化曲線、扭矩曲線等曲線表明，調(diào)徑變矩式抽油機(jī)在運(yùn)動(dòng)特性、受力狀況等方面比常規(guī)游梁式抽油機(jī)有較大改進(jìn)。6本文對(duì)調(diào)徑變矩式抽油機(jī)與常規(guī)游梁式抽油機(jī)的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了比較，這對(duì)其他節(jié)能抽油機(jī)的研究有一定參考作用。致 謝內(nèi)容請(qǐng)同學(xué)們自己撰寫。 參考文獻(xiàn)1 王常斌.游

14、梁式抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的精確解.石油學(xué)報(bào),1998,19（2）:23-26.2 王鴻勛,張琪.采油工藝原理.第一版.北京：石油工業(yè)出版社,1989:84-156.3 司宗國，王群重子湮沒快度關(guān)聯(lián)的研究趙維勤，高崇壽編第五屆高能粒子產(chǎn)生和重離子碰撞理論研討會(huì)文集，北京：中國高等科學(xué)技術(shù)中心出版，1996：105-1074 GB/T 16159-1996，漢語拼音正詞法基本規(guī)則.5 姜鍋洲.一種溫?zé)嵬夥笏幹苽浞桨?中國專利：，1989-07-26.6 王明亮.關(guān)于中國學(xué)術(shù)期刊標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)工程的進(jìn)展http：/ 附 錄附錄A1 懸點(diǎn)速度變化曲線 圖A1 常規(guī)游梁式 圖A2 調(diào)徑變矩式2 懸點(diǎn)加速度變化曲線 圖A3 常規(guī)游梁式 圖A4 調(diào)徑變矩式附錄B1 H6-13井產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果表B1 H6-13井產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)果1/qD滲透率（m2）有效厚度(m)流體粘度（mPas）生產(chǎn)壓差(MPa)實(shí)際產(chǎn)量(t/d)預(yù)測(cè)產(chǎn)量(t/d)0.0730.03529.41.0130.1420.0352