雙驢頭游梁式抽油機懸點載荷及扭矩變化規(guī)律研究

雙驢頭游梁式抽油機懸點載荷及扭矩變化規(guī)律研究

雙驢頭滾頭泵是我國于1996年開發(fā)的一種新的節(jié)能浮梁抽油機。該機是將常規(guī)機游梁與橫梁的鉸鏈連接,改為變徑圓弧的后驢頭、鋼絲繩與橫梁之間的軟連接,構成變參數(shù)四桿機構來傳遞運動和扭矩,克服了原機構的死角,增加游梁擺角,沖程比常規(guī)機提高了34%～52%,系統(tǒng)效率比常規(guī)機提高了30%以上。由于采用變徑圓弧的游梁后臂,使其實現(xiàn)負載大時平衡力矩大,負載小時平衡力矩小的工作狀態(tài),從而使減速器輸出扭矩波動小,達到加強平衡,降低能耗的目的。同時具有正反轉兩種工作方式,能夠滿足不同粘度原油開采的需要。雙驢頭游梁式抽油機是在常規(guī)游梁式抽油機的基礎上發(fā)展起來的,這種機型是目前除常規(guī)機以外發(fā)展最迅速的機型。1驢頭懸索式泵的懸點負荷1.1考慮懸點載荷的載荷在上沖程時,懸點加速度在曲柄轉角為10°時取得正最大值,此時的加速度記為α10°;在下沖程時,懸點加速度在曲柄轉角為200°時取得負最大值,此時的加速度記為α200°。即在曲柄位置角為10°和200°時,懸點載荷取得最大值和最小值。因此可以得到懸點最大載荷:Pmax=P′液+P′桿+Ρ桿gα10°g(1)+P桿gα10°g(1)懸點最小載荷:Pmin=P′桿+Ρ桿gα200°g(2)+P桿gα200°g(2)式中α10°、α200°——分別是曲柄位置角在10°和200°時的懸點加速度值。但在某些情況下,摩擦所產(chǎn)生的懸點載荷是不可忽略的,如在稠油井等情況下。抽油機在工作時,作用在懸點上的摩擦載荷由以下五部分組成:(1)抽油桿柱與油管的摩擦力F1抽油桿柱與油管的摩擦力F1在上、下沖程中都存在,根據(jù)礦場經(jīng)驗,其大小在直井內(nèi)通常不超過抽油桿重量的1.5%,即F1=0.015Wr(3)(2)柱塞與泵筒之間的半干摩擦力F2柱塞與泵筒之間的摩擦力F2在上、下沖程中都存在,根據(jù)礦場經(jīng)驗,一般泵徑不超過70mm時,其值小于1717N。較精確值可用下面公式計算。F2=0.94dpδ-140(4)F2=0.94dpδ?140(4)式中dp——柱塞直徑,mm;δ——柱塞與泵筒單面間隙,mm。(3)抽油桿柱與液柱之間的摩擦力發(fā)生在下沖程,其摩擦力的方向向上,是稠油井內(nèi)抽油桿柱下行遇阻的主要原因。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化,其最大值可近似確定為F3=0.33SΝμL[m2-1(m2+1)lnm-(m2-1)](5)F3=0.33SNμL[m2?1(m2+1)lnm?(m2?1)](5)式中μ——油管內(nèi)液體的動力粘度,Pa·s;m——油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比,m=dn/dr;dn——油管內(nèi)徑,m;dr——抽油桿直徑,m。(4)液柱與油管之間的摩擦力F4發(fā)生在上沖程,方向向下,故增大懸點載荷。資料表明,下沖程桿柱與液柱的摩擦力約為液柱與油管間摩擦力的1.3倍,即F4=F31.3≈0.77F3(6)F4=F31.3≈0.77F3(6)(5)液體通過游動閥的摩擦力F5在高粘度大產(chǎn)量油井內(nèi),液體通過游動閥產(chǎn)生的摩擦力往往是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因,對懸點載荷也會造成不可忽略的影響。F5=Ap3(1-f0Ap)243f02g(SΝ)2μ2gρL(7)式中Ap——活塞截面積,m2;f0——游動閥孔截面積,m2;μ——閥流量系數(shù),對于常用的標準型閥,一般取μ=0.28;ρL——液體密度,kg/m3。下面為考慮摩擦載荷時的懸點載荷公式。懸點最大載荷:Pmax=P′液+P′桿+Ρ桿gα10°g+F1+F2+F4(8)懸點最小載荷:Pmin=P′桿+Ρ桿gα200°g-F1-F2-F3-F5(9)2驢頭滾頭式油機的偏轉規(guī)律(1)懸點載荷扭矩mwn減速器曲柄軸的扭矩Mn是抽油機為滿足一定工況的工作,所必須輸出的扭矩,故稱Mn為曲柄軸的輸出凈扭矩。曲柄在某一角度時的凈扭矩值等于該角度時的載荷扭矩、平衡扭矩的疊加值。懸點的載荷扭矩Mwn,平衡重的平衡扭矩Mr和曲柄軸凈扭拒Mn由下列算式計算:懸點載荷扭矩:Μwn=ΡΚ1Rsinβ/(√(x1-x)2+y2gsinφ2)(10)折合平衡重產(chǎn)生的扭拒為Mr=Q曲Rsinα(11)曲柄軸凈扭拒:Mn=[P懸Κ1Rsinβ/(√(x1-x)2+y2gsinφ2)]-Q曲Rsinα(12)式中P懸——作用在驢頭懸點上的載荷,N;Q曲——曲柄平衡塊折合到曲柄銷處的力,N。(2)抽油機曲線疊加減速器曲柄軸的最大扭矩Mmax與懸點最大、最小載荷之差及沖程長度、沖程次數(shù)等因素有關,可以利用扭矩曲線疊加的方法進行計算。實際上,在抽油機工作時,隨著曲柄的轉動,抽油機的載荷扭矩Mwn、平衡扭矩Mr和輸出凈扭矩Mn都是變化的。所謂減速器曲柄軸輸出凈扭矩Mn,在抽油機扭矩圖上看,是由載荷扭矩、平衡扭矩兩條曲線相疊加(即相平衡)而得來的。我們所用來計算的減速器曲柄軸扭矩Mmax,是指這條凈扭矩曲線的峰值。3預測效果分析上述計算原理應用于大慶西部外圍低滲透油田,并與實際測試值進行對比,預測效果較好。以葡西油田為例,計算了雙驢頭游梁式抽油機懸點載荷、扭矩的變化,計算結果見圖1～圖3,包括其它油田應用的平均誤差見表1。4雙驢頭游梁式抽油機的較理想的抽油機在理論上,給出了雙驢頭游梁式抽油機懸點載荷理論計算公式及扭矩變化規(guī)律計算公式,通過雙驢頭游梁式抽油機與常規(guī)抽油機扭矩曲線及主參數(shù)的對比,