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游梁式抽油機(jī)地面能耗分析機(jī)械制造專(zhuān)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(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(jiǎn)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)徑變矩式抽油機(jī)為例,編寫(xiě)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(xiàn),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(jiǎn)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(guó)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(dòng)規(guī)律.22.2.1 游梁擺動(dòng)方程的建立.32.2.2 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移.32.2.3 懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(guó)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(wú)游梁式抽油機(jī)兩種。游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)游梁式抽油機(jī)有長(zhǎng)沖程無(wú)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(wú)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(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(guò)允許的溫度,電機(jī)的額定電流需要取電機(jī)運(yùn)行過(guò)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

8、。(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),往往很難做到,而且如何對(duì)抽油機(jī)電機(jī)容量的選擇計(jì)算還沒(méi)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(lái)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(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(guò)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(guò)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),如圖 2.1 所示。圖 2

9、.1 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1剎車(chē)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(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(xiàn)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),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(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(jiǎn)化方法只能給出其近似解,不能滿(mǎn)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(dòng)特點(diǎn),通過(guò)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。2.2.1 游梁擺動(dòng)方程的建立假定曲柄由 12 點(diǎn)鐘位置開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng)。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(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:1t1 (2-3)2222212cosCLPLC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2L求解。2.2.2 懸

11、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AS為: (2-4)0 ASA4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)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(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)的角速度: (2-5)222)sin()cos(LCLL式中和分別為和對(duì)時(shí)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(chǎng)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(dòng)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(guò)程中,采用的抽油機(jī)型號(hào)為江漢石油機(jī)械廠(chǎng)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)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(chēng)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(zhǎng)度(m)5.45游梁前臂長(zhǎng)(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(chēng)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(guò)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(xiàn)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(guò)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)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

14、究。3通過(guò)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(xiàn)、懸點(diǎn)加速度變化曲線(xiàn)、扭矩曲線(xiàn)等曲線(xiàn)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。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(qǐng)同學(xué)們自己撰寫(xiě)。 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(dòng)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(guó),王群.重子湮沒(méi)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(guó)高等科學(xué)技術(shù)中心出版,1996:84-1564 GB/T 16159-1996,漢語(yǔ)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(guó)專(zhuān)利:881056073,1989-07-26.6 王明亮.關(guān)于中國(guó)學(xué)術(shù)期刊標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)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(xiàn) 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(xiàn) 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(cè)結(jié)果表 B-1 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)0.0730.03529.41.01371.125.85.70.1420.03529.41.01371.125.65.60.1530.03529.41.01371.123.23.30.1730.03529.41.01371.124.74.60.1860.03529.41.01371.126.86.90.1950.03529.41.01371.128.98.80.2130.03529.41.01371.125.75.70.2510.03529.41.01371.126.26.20.2960.03529.41.01371.125.55.6

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