游梁式抽油機(jī)地面能耗分析機(jī)械制造專業(yè)

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1、I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)動特點(diǎn)，建立了游梁的擺動方程，并精確計(jì)算出游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動參數(shù)；考慮抽油機(jī)光桿靜載荷和慣性載荷及運(yùn)動機(jī)構(gòu)的重力和慣性情況，建立了抽油機(jī)系統(tǒng)相對曲柄的等效動力學(xué)模型，并求出具有動平衡特征的曲柄軸凈扭矩；根據(jù)抽油機(jī)皮帶傳動特點(diǎn)和力學(xué)分析，建立了一種簡便的皮帶傳動效率計(jì)算模型，為分析抽油機(jī)瞬時工作參數(shù)提供了理論支持；重新定義了周期載荷系數(shù)計(jì)算儲電動機(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)。文中還對其他節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行了簡要介紹。(關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :

2、速度；加速度；扭矩；周期載荷系數(shù)；調(diào)徑變矩式IIAbstractAbstract:In 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 static load and inertial load of the polished-rod of a co

3、nventional 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 and mechanical analysis of belt, a simple model for calc

4、ulating 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; at last we compare the beam pumping unit and the adju

5、stable diameter and changeable toque pumping unit, based on this a program have been finished, and we also introduce other power saving pumping units.Key words: velocity; acceleration; toque; the cyclic loading coefficients; adjustable diameter and changeable toque pumping unit目目 錄錄摘 要.IABSTRACT.II1

6、 前 言.11.1 國內(nèi)外油田抽油機(jī)的現(xiàn)狀.11.2 游梁式抽油機(jī)的節(jié)能方法.12 游梁式抽油機(jī)地面能耗分析.22.1 游梁式抽油機(jī).22.2 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動規(guī)律.22.2.1 游梁擺動方程的建立.32.2.2 懸點(diǎn)運(yùn)動位移.32.2.3 懸點(diǎn)運(yùn)動速度.43 地面能耗分析軟件的編制與應(yīng)用.53.1 油井?dāng)?shù)據(jù).53.2 地面設(shè)備數(shù)據(jù).54 結(jié) 論.7致 謝.8參考文獻(xiàn).9附 錄.10游梁式抽油機(jī)地面能耗分析游梁式抽油機(jī)地面能耗分析11 前 言1.1 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。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

7、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)1。1.2 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方面:（1）游梁式抽油機(jī)的電機(jī)是帶負(fù)載起動，因此起動時所需的起動電流很大，功率因數(shù)很低，對電動機(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)動電機(jī)的電流也是周期性變化的。在選擇電動機(jī)時，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，對電動機(jī)額定功率的需求也就越高

8、。（3）要準(zhǔn)確地選取一臺抽油機(jī)的驅(qū)動電動機(jī)容量，需要測量大量數(shù)據(jù)，往往很難做到，而且如何對抽油機(jī)電機(jī)容量的選擇計(jì)算還沒有一個統(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。升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）42 游梁式抽油機(jī)地面能耗分析2.1 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、動力設(shè)備和輔助裝置等四大部分組成。工作時，動力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動游梁作上下擺動。掛在驢頭上的懸繩器便帶動抽油桿柱作往復(fù)運(yùn)動，如圖 2.1 所示。圖 2

9、.1 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1剎車裝置 2電動機(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2.2 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動規(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活動桿所構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)，如圖 2.2 所示。3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

10、運(yùn)動特點(diǎn)，通過建立游梁擺動方程，得出求游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動參數(shù)的一種方法。2.2.1 游梁擺動方程的建立假定曲柄由 12 點(diǎn)鐘位置開始沿順時針方向做勻速圓周運(yùn)動。在OBD 中，如圖 2.2所示，根據(jù)余弦定理： )(cos222222CLLCP （2-1）其中 （2-2）sinsin1001RHHRLtg式中為任意時刻游梁擺角，即游梁后臂雨 Y 方向的夾角；為任意時刻 J 和 Y 軸方向的夾角；為曲柄轉(zhuǎn)角，它等于角速度與時間 t 的乘積，即。由式（2-1）得：1t1 （2-3）2222212cosCLPLC式（2-3）即為游梁擺動方程。和均為的函數(shù)，因此也只為的函數(shù)，易于2L求解。2.2.2 懸

11、點(diǎn)運(yùn)動位移游梁繞支點(diǎn) O 擺動時因其前、后臂的角位移相等，故任意時刻懸點(diǎn)位移AS為： （2-4）0 ASA4式（2-4）即為任意時刻懸點(diǎn)位移表達(dá)式。由于對于某一給定型號的抽油機(jī)0是一常數(shù)，因此AS只是的函數(shù)。給定值，便可計(jì)算出懸點(diǎn)位移。AS2.2.3 懸點(diǎn)運(yùn)動速度將式（2-3）兩邊同對時間 t 求導(dǎo)數(shù)，得游梁擺動的角速度： （2-5）222)sin()cos(LCLL式中和分別為和對時間的導(dǎo)數(shù)，分別由式（2-3）和式（2-4）求得為：2L2L （2-6）sin12L （2-7）cos21Lr升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）53 地面能耗分析軟件的編制與應(yīng)用3.1 油井?dāng)?shù)據(jù)現(xiàn)場提供的油井?dāng)?shù)據(jù)

12、如表 3.1 所示。表 3.1 部分油井生產(chǎn)參數(shù)井 名動液面（m）下泵深度(m)油層中深(m)日產(chǎn)液(t/d)H15-110401555215432H15-510201543214335H15-610311549214630H15-9104515632162273.2 地面設(shè)備數(shù)據(jù)計(jì)算分析過程中，采用的抽油機(jī)型號為江漢石油機(jī)械廠生產(chǎn)的 CYJ8348B 型抽油機(jī)，電機(jī)型號為 YH225M-6，皮帶型號為窄 V 帶。設(shè)備具體參數(shù)如表 3.2 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

13、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升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6驢頭重量（kg）1272升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）74 結(jié) 論1通過建立的游梁擺動方程精確解得了運(yùn)動參數(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 180o和 360o或（0o） 。2通過對游梁式抽油機(jī)精確動平衡分析建立的文中相關(guān)計(jì)算式只適用于常規(guī)抽油機(jī)的平衡，對異相機(jī)、前置式抽油機(jī)尚待進(jìn)一步研

14、究。3通過皮帶的傳動效率分析表明，皮帶工作的瞬時傳動效率是變化的，在大部分時間內(nèi)較高，在局部范圍內(nèi)，尤其是扭矩接近于零位置時效率較低。4周期載荷系數(shù)（以扭矩?cái)?shù)值計(jì)算）對所需電機(jī)額定功率影響較大，對電機(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，這對其他節(jié)能抽油機(jī)的研究有一定參考作用。升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8致 謝內(nèi)容請同學(xué)們自己撰寫。 升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9參考文獻(xiàn)1

15、 王常斌.游梁式抽油機(jī)運(yùn)動參數(shù)的精確解.石油學(xué)報(bào),1998,19（2）:23-262 王鴻勛,張琪.采油工藝原理.第一版.北京：石油工業(yè)出版社,1989:84-1563 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文集，北京：中國高等科學(xué)技術(shù)中心出版，1996：84-1564 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：881056073，1989-07-26.6 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：/ 升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10附 錄附錄 A

16、A.1 懸點(diǎn)速度變化曲線 圖 A-1 常規(guī)游梁式 圖 A-2 調(diào)徑變矩式A.2 懸點(diǎn)加速度變化曲線 圖 A-3 常規(guī)游梁式 圖 A-4 調(diào)徑變矩式升達(dá)經(jīng)貿(mào)管理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11附錄 BB.1 H6-13 井產(chǎn)量預(yù)測結(jié)果表 B-1 H6-13 井產(chǎn)量預(yù)測結(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)測產(chǎn)量(t/d)0.0730.03529.41.01371.125.85.70.1420.03529.41.01371.125.65.60.1530.03529.41.01371.123.23.30.1730.03529.41.01371.124.74.60.1860.03529.41.01371.126.86.90.1950.03529.41.01371.128.98.80.2130.03529.41.01371.125.75.70.2510.03529.41.01371.126.26.20.2960.03529.41.01371.125.55.6