畢業(yè)設(shè)計（論文）抽油機地面能耗分析

1、中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)設(shè)計（論文）抽油機地面能耗分析學(xué)生姓名：學(xué) 號：03053121專業(yè)班級：電氣工程及其自動化03-2班指導(dǎo)教師： 2007年6月20日摘 要本文根據(jù)游梁式抽油機四連桿機構(gòu)的幾何關(guān)系和運動特點，建立了游梁的擺動方程，并精確計算出游梁式抽油機懸點運動參數(shù)；考慮抽油機光桿靜載荷和慣性載荷及運動機構(gòu)的重力和慣性情況，建立了抽油機系統(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)抽油機皮帶傳動特點和力學(xué)分析，建立了一種簡便的皮帶傳動效率計算模型，為分析抽油機瞬時工作參數(shù)提供了理論支持；重新定義了周期載荷系數(shù)計算儲電動機額定功率，并以常規(guī)游梁式抽油機、調(diào)徑變矩式

2、抽油機為例，編寫計算機程序，實現(xiàn)了重要參數(shù)的計算，并繪出關(guān)鍵曲線，由此比較得出了節(jié)能抽油機的優(yōu)點。文中還對其他節(jié)能抽油機進(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 th

3、e 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1章 前言1 11 國內(nèi)外油田抽油機的現(xiàn)狀1 12 游梁式抽油機的節(jié)能方法1第2章 游梁式抽油機地面能耗分析2 21 游梁式抽油機2 22 抽油機懸點運動規(guī)律2 221 游梁擺動方程的建立3 222 懸點運動位移4 223 懸點運動速度4第3章 地面能耗分析軟件的編制與應(yīng)用5 31 油井?dāng)?shù)據(jù)532 地面設(shè)備數(shù)據(jù)5第4章 結(jié)論7致謝8參考文獻(xiàn)9附錄10第1章 前 言1.1 國內(nèi)外油田抽油機的現(xiàn)狀抽油機分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機兩種。游梁式抽油機具有結(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，在采油工業(yè)發(fā)展

7、的初期被大量的應(yīng)用;但游梁式抽油機也存在不足之處，如效率低下、用電成本高等缺點。無游梁式抽油機有長沖程無游梁抽油機等，它具有功率因數(shù)高、效率高等優(yōu)點，所以抽油機的發(fā)展方向是無游梁式抽油機1。1.2 游梁式抽油機的節(jié)能方法引起游梁式抽油機電機負(fù)載效率低的原因主要有以下幾個方面:（1）游梁式抽油機的電機是帶負(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，對電動機的功率要求比較大。（2）游梁式抽油機的輸出功率是周期性變化的，因而其驅(qū)動電機的電流也是周期性變化的。在選擇電動機時，為了保證不超過允許的溫度，電機的額定電流需要取電機運行過程中的最大值，相應(yīng)地，對電動機額定功率的需求也就越高。（3）要

8、準(zhǔn)確地選取一臺抽油機的驅(qū)動電動機容量，需要測量大量數(shù)據(jù)，往往很難做到，而且如何對抽油機電機容量的選擇計算還沒有一個統(tǒng)一、準(zhǔn)確的計算公式，因此大多數(shù)情況下都采用估算的方法來選擇配套電機的功率，一般留有較大余量。第2章 游梁式抽油機地面能耗分析2.1 游梁式抽油機抽油機是有桿深井泵采油的主要設(shè)備。游梁式抽油機主要由游梁連桿曲柄機構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝置等四大部分組成。工作時，動力機將高速旋轉(zhuǎn)運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)運動（見圖2-1）。圖2-1 抽油機結(jié)構(gòu)簡圖1剎車裝置 2電動機 3減速箱皮

9、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 抽油機懸點運動規(guī)律游梁式抽油機是以游梁支點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)成的四連桿機構(gòu)（見圖2-2）。圖2-2 游梁式抽油機示意圖 游梁式抽油機懸點運動的位移、速度和加速度，是抽油機結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)分析的重要運動參數(shù)。目前，常用的簡化方法只能給出其近似解，不能滿足精確計算的需要。游梁式抽油機四連桿機構(gòu)的幾何關(guān)系和運動特點，通過建立游梁擺動方程，得出求游梁式抽油機懸點運動參數(shù)

10、的一種方法。2.2.1 游梁擺動方程的建立假定曲柄由12點鐘位置開始沿順時針方向做勻速圓周運動。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： （2-3）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)，易于求解。2.2.2 懸點運動位移游梁繞支點o擺動時因其前、后臂的角位移相等，故任意時刻懸點位移為： （2-4）式（2-4）即為任意時刻懸點位移表達(dá)式。由于對于某一給定型號的抽油機是一常數(shù)，因此只是的函數(shù)。給定值，便可計

11、算出懸點位移。2.2.3 懸點運動速度將式（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）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： （2-6） （2-7）第3章 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)見表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)計算分析過程中，采用的抽油機型號為江漢石油機械廠生產(chǎn)的c

12、yj8348b型抽油機，電機型號為yh225m-6，皮帶型號為窄v帶。設(shè)備具體參數(shù)見表3-2所示。表3-2 調(diào)徑變矩式抽油機參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值裝機功率（kw）45抽油機底座至游梁支承軸高度（m）5.9抽油機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4章 結(jié) 論1通過建立的游梁擺動方程精確解得了運動參數(shù)解，并由繪出的相關(guān)曲線表明，抽油機的上、下死點位置不是

13、常規(guī)認(rèn)為的180o和360o或（0o）。2通過對游梁式抽油機精確動平衡分析建立的文中相關(guān)計算式只適用于常規(guī)抽油機的平衡，對異相機、前置式抽油機尚待進(jìn)一步研究。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)（以扭矩數(shù)值計算）對所需電機額定功率影響較大，對電機實際消耗的有功功率影響較小。5由文中所繪的抽油機懸點速度變化曲線、懸點加速度變化曲線、扭矩曲線等曲線表明，調(diào)徑變矩式抽油機在運動特性、受力狀況等方面比常規(guī)游梁式抽油機有較大改進(jìn)。6本文對調(diào)徑變矩式抽油機與常規(guī)游梁式抽油機的性能和特點進(jìn)行了比較，這

14、對其他節(jié)能抽油機的研究有一定參考作用。致 謝內(nèi)容請同學(xué)們自己撰寫。 參考文獻(xiàn)1 王常斌.游梁式抽油機運動參數(shù)的精確解.石油學(xué)報,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：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：/ 附 錄附錄aa.1 懸點速度變化曲線 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)實際產(chǎn)量(t/d)預(yù)測產(chǎn)量(t/d)0.0730.03529.41.0130.1420.0