变速驱动抽油机井运行参数变化规律研究

利用变频调速智能控制技术对游梁式抽油机冲次进行无级调节,可以改变1个冲程周期内的悬点速度与加速度;建立了抽油机变速运行的数学仿真模型,模拟出悬点示功图和减速箱输出轴扭矩的变化规律。计算结果表明,变速后减小了悬点载荷中的最大惯性载荷,增大了最小载荷,从而降低抽油机载荷的波动程度;曲柄扭矩峰值降低,可以选用小额定功率电机,使其在较高负荷下运行,达到一定的节能效果。现场试验测试结果也证明了变频调速智能控制技术数学模型的可靠性。     

游梁式抽油机变速运行节能效果评价

抽油机变速运行技术应用于国内多个油田,对其效果的评价也不一致。基于抽油机变速耦合运行理论建立了数学模型,并对其"节能降载"效果进行了综合评价和分析,结果表明:变速运行技术可以降低电机功率和电机扭矩,降低减速箱扭矩和悬点峰值载荷,但是"超冲程"现象不明显,泵载荷增加;变速运行技术能够较好地适应冲程、冲次、沉没度的变化,但是在平衡效果不好的情况下会出现"超扭矩"的不利因素,尤其是当变速运行曲线的初始相位角有偏差时,会严重影响整个抽油机系统的综合工作性能,造成无法启机或突然停机。     

游梁式抽油机变速运行系统动态特性分析

抽油机变速运行技术虽在国内得到一定推广,但目前对其理论研究相对较少。建立抽油机变速运行动力学模型和振动模型,通过对模型的求解,研究变速前后抽油机动态特性变化。计算结果表明:采用变速运行抽油系统的惯性扭矩Td峰值降低了56.56%,平衡率上升了56.68%;当冲次小于10 min~(-1)时柱塞振动变化不大,当冲次大于10 min~(-1)时柱塞振动幅度明显增大;此外,抽油机系统输入功率曲线波动幅度大幅降低,运行功率峰值降低了70%。研究证实抽油机变速运行能够极大改善系统动力性能。     

峰值功率法游梁式抽油机游梁平衡重调整量计算模型

抽油机调平衡是油田生产管理中一项重要的工作,针对游梁平衡抽油机展开了峰值功率法调平衡研究。根据悬点上、下冲程中减速箱曲柄轴峰值转矩相等的准则,提出悬点上、下冲程中电机峰值功率相等的等价原则。利用电机功率与传到减速箱从动轴上的转矩的关系式,建立了峰值功率法游梁平衡重调整量计算模型,并推导了峰值功率法游梁平衡重调整量计算公式。计算结果表明:按照该方法调整游梁平衡重后,峰值功率相等,该模型正确,可为游梁平衡抽油机调平衡提供理论指导。     

超高转差电机驱动游梁式抽油机的动力性能分析

本文主要从理论上对用超高转差电机驱动游梁式抽油机的动力性能进行了定量分析,并给出了计算实例。结果表明,以超高转差电机取代低转差电机来驱动抽油机系统,可显著改善其动力性能:①使光杆最大载荷降低,最小载荷增加,延长抽油杆的使用寿命;②较大幅度地降低减速箱曲柄轴净扭矩的最大值及减速箱负扭矩峰值的绝对值,改善了减速箱的工作条件;③电机输入功率的最高峰值下降,基本消除了负功,周期载荷系数大大降低,改善了电设备的工作条件,减少了电设备的电耗。     

直线电机抽油机

油田机械采油设备一直是油田的主要耗能设备。常规游梁式抽油机多采用四连杆机构进行传动，这种结构特点导致减速箱曲柄轴扭矩的不平稳性，造成电机的峰值功率远大于其平均功率。近年来出现了不少节能型抽油机，但由于结构上仍采用四连杆机构传动，抽油机的装机功率仍远高于其平均实耗功率，电机的功率利用率较低，节能效果有限。直线电机驱动抽油机取消了四连杆机构、带传动及减速箱（减速箱、曲柄销及带传动等部件是游梁式抽油机的易损件及故障多发部件），使主体结构更趋于简单，提高了抽油机的运行效率。     

游梁式抽油机传动方式优化分析

文章以机械采油虚拟试验系统为计算平台,通过对不同型号抽油机分别采用圆柱齿轮、偏心齿轮和非圆齿轮传动进行交叉仿真计算,并对各种情况下的悬点速度、加速度、减速箱曲柄扭矩和电动机峰值功率进行了统计分析。可以看出,非圆齿轮传动应用于游梁平衡抽油机减速箱,能够获得较好的传动性能和节能效果,值得借鉴应用。     

惯性载荷对游梁式抽油机动力特性影响

高转差率电动机和变速控制技术是游梁式抽油机"降载节能"的重要措施之一。抽油机变速运行时,惯性载荷所占总载荷的比例增大。对游梁式抽油机关键节点电机和曲柄处的转动惯量进行了分析,结果表明:转动惯量的变化对电动机轴转矩影响幅度最大,对悬点载荷影响最小。     

应用抽油机井电动机功率曲线计算减速箱扭矩曲线

通过对在用抽油机井电动机功率曲线与抽油机减速箱扭矩曲线之间关系的分析,寻求出一种将功率曲线转换为扭矩曲线的方法,并进行误差分析,从而得出计算精确的实验要求以及应用于最大扭矩计算的误差范围,以检验抽油机井是否超扭矩,为抽油机节电提供可靠的技术途径.     

单曲柄正扭矩柔性抽油机原理及试验研究

针对常规游梁式抽油机工作过程中减速箱载荷交变幅度大且存在负值、电机负功率、系统效率低等问题,提出了一种单曲柄正扭矩柔性抽油机结构,改变悬点载荷上下冲程运动的做功区间,实现正扭矩变换,使交变载荷均匀化,提高系统效率。分析了该新型抽油机的工作原理,建立了抽油机运动和动力学模型,并进行了室内和现场试验。理论分析、室内和现场试验表明：该新型抽油机结构紧凑,实现了正扭矩,节能效果良好。     

CYJB8—3—26HB六连杆摆杆式游梁抽油机

采用六连杆摆杆式结构型式 ,研制成CYJB8— 3— 2 6HB六连杆摆杆式游梁抽油机。这种抽油机的悬点载荷 80kN ;冲程 3、 2 5、 2 1m ;冲次 5、 6、 7min- 1;减速器扭矩 2 6kN·m ;电动机功率 16kW。设计时整机采用六连杆摆杆式结构型式及摆杆平衡和曲柄平衡复合平衡方式 ,从而改变了整机工作时的受力状态 ;降低了峰值扭矩 ,减小了减速器扭矩最大峰值。经测试 ,六连杆摆杆式游梁抽油机的示功图面积比常规抽油机的小 ,节能 30 %以上 ;悬点速度和加速度均降低 ,整机运转平稳 ,综合性能好     

永磁复合电机直驱游梁式抽油机的应用

为了实现低速大转矩运行,传统游梁式抽油机一般由原动机（通常为感应电机）经过皮带和齿轮箱减速驱动。各驱动环节的额定效率较高,但是抽油机在运行过程中的负载变化幅度较大,平均负载率较低,造成驱动系统的平均效率较低。同时,皮带和齿轮箱润滑油属于消耗品,需要定期更换,还存在一定的安全和环境污染隐患。随着设备运行时间的延长,高速旋转的感应电机、磨损老化的皮带和齿轮箱均会发出较大的噪音。基于上述原因,研制了基于同心式磁性齿轮原理的永磁复合电机,该永磁复合电机具有高效高转矩密度的特点,取代抽油机原有的传动系统,直接驱动游梁式抽油机曲柄旋转。现场实际应用表明,该型抽油机在大庆油田、中原油田和辽河油田取得了较满意的效果。     

采用同一动力源的联动抽油机组

联动抽油机组是将多台抽油机用一根动力轴连接而成的一种用于丛式井抽油的新型采油装置。这种机组由驱动电动机、胶带轮、支架轴、离合器、万向轴、传动链、游梁式抽油机、测试仪、显示报警装置和计算机等组成。由于采取了联动,下冲程时抽油杆柱及抽油机杆件所积蓄的势能都传到动力轴带动各台抽油机运行,使扭矩曲线水平轴以下的负值得以消除,即在下冲程时形成的无用功全部转换成动力做功。运行试验证实,联动抽油机组载荷波动小,运行平稳,输电线路损耗低,有功节电率约43%,综合节电率约72%。     

碳纤维杆抽油系统节能效果与机理的仿真研究

针对碳纤维杆抽油系统节能机理缺乏深入研究的现状,建立了碳纤维杆抽油系统能效仿真模型,形成仿真评价方法,应用开发的软件系统对实际油井示功图与系统输入功率进行仿真,并将仿真结果与实际测试结果进行对比,对碳纤维杆抽油系统的节能效果进行了研究,分析了该系统的节能机理。研究结果表明:在相同工况或产量条件下,与钢质杆抽油系统比较,碳纤维杆抽油系统能显著降低悬点最大载荷、曲柄轴最大扭矩、曲柄轴均方根扭矩与电动机最大输入功率;系统节电效果显著,电动机有功节电达20%以上;可以显著降低曲柄摇杆机构各传动副的约束反力、摩擦力与摩擦功率损失,提高了换向机构效率与地面效率;碳纤维抽油杆直径有所减小,降低了抽油杆柱的水力阻力与摩擦功率损失,提高了抽油杆柱的效率与井下生产效率。研究结论可以为提高碳纤维抽油杆柱的生产效率提供理论指导。     

游梁式抽油机运行过程优化控制扭矩测试分析

为了验证游梁式抽油机优化控制技术在抽油机上的应用效果,在大庆油田采油工程技术研究院的标准井上,通过贴应变片的方法,分别测定在常规工频和优化运行状态下抽油机3轴(电机轴、减速器输入轴和输出轴)扭矩的变化情况,并进行对比分析。分析结果表明,游梁式抽油机采用运行过程优化控制技术能够明显降低电机轴、减速器输入轴和输出轴的扭矩,且电机轴的扭矩降幅最大,减速器输入轴的扭矩降幅次之,减速器输出轴扭矩降幅最小;不同平衡率下,电机轴扭矩、减速器输入轴和输出轴扭矩峰值降低的幅度也不同;在300、600和800 m 3种动液面下,电机轴和减速器输出轴的扭矩交变幅度都降低,降低比例为36.8%～64.1%。     

YCYJ10—3—37HB摇杆游梁式抽油机

采用与现有节能游梁式抽油机完全不同的工作原理 ,研制成YCYJ10— 3— 37HB摇杆游梁式抽油机 ,其悬点最大载荷 10 0kN ;冲程 3,2 5 ,2 1m ;冲次 4 ,5 5 ,7min- 1;减速器扭矩 37kN·m ;电动机功率 2 2kW。设计时改变游梁尾部结构 ,增设摇杆和从动连杆 ,将原来游梁尾部的圆周运动改变为抛物线运动 ,从而改变抽油机工作时的受力状态 ,分散峰值扭矩 ,达到减小扭矩最大峰值和抽油机各部件受力之目的。经测试 ,摇杆游梁式抽油机的示功图面积比常规游梁式抽油机的小 ,节能 30 % ,悬点速度和加速度均降低 ,运动更平稳 ,综合性能更好。     

计算机在抽油井系统效率计算中的应用

研究抽油井系统效率的计算方法,是提高系统效率的有效途径之一。目前国内各油田在抽油井系统效率的测试和计算方法上比较繁琐。鉴于此,作者用计算机及抽油井井下诊断技术得到了满意的结果。本文根据电动机相量图理论推导出电动机电功率及电流随抽油机扭矩和皮带-减速箱传动效率变化的数学模型,用BASIC语言编制程序后,利用抽油井井下诊断技术的诊断结果(包括地面功图、泵功图、抽油机曲轴扭矩值、扭矩曲线及抽油机冲数),由计算机处理计算出抽油井系统效率等共27项参数,并画出电流曲线和功率曲线;对于皮带-减速箱的传动效率采用了计算机模拟法;计算结果和实测曲线及数据对比基本准确。这种方法的基本原理是S=S(M,η₂)。本文提出的方法及数学模型将计算机诊断技术和抽油井系统效率的计算结合起来,这不仅扩大了诊断技术的内容,而且为系统效率的分析提出了一条有效的途径。     

常规游梁式抽油机杆件尺寸的优化设计

给出一种常规游梁式抽油机杆件尺寸优化设计的简单方法。用这种方法设计的抽油机的结构特点是:当游梁位于水平位置时,游梁和曲柄都与连杆垂直。这个特点以及杆件尺寸的合理组合,可使抽油机的最大扭矩因数、最大悬点加速度、曲柄轴峰值扭矩和电动机功率都明显减小。这种抽油机同用其它新设计方法设计的抽油机相比较,具有一定的优越性。