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游梁式抽油机空气弹簧悬绳器仿真与试验研究

游梁式抽油机空气弹簧悬绳器仿真与试验研究

作者：卢玉东北石油大学

学位级别：硕士

常规游梁式抽油机因其结构简单、可靠耐用等优点,在机械采油设备中占有举足轻重的地位。常规机的抽油杆柱是具有一定弹性的细长杆,在往复、变速运动过程中,杆柱的动载荷造成悬点载荷的最大值增大、最小值减小,最终导致电动机的输入功率... 详细信息

常规游梁式抽油机因其结构简单、可靠耐用等优点,在机械采油设备中占有举足轻重的地位。常规机的抽油杆柱是具有一定弹性的细长杆,在往复、变速运动过程中,杆柱的动载荷造成悬点载荷的最大值增大、最小值减小,最终导致电动机的输入功率增加,抽油机系统的工作效率降低。为了降低动载荷对抽油机系统的不利影响,本文研究设计一种空气弹簧悬绳器,利用其弹性降低动载荷对悬点载荷的影响,使得悬点载荷的最大值降低,最小值增加,最终降低电动机的输入功率,达到节省能耗的目的。本文采用理论和室内、外试验相结合的方法研究空气弹簧悬绳器对悬点载荷的影响。以CYJ10-3-37HB抽油机为研究对象,首先通过室内静力学试验研究了不同压力条件下空气弹簧的迟滞特性,并对试验数据进行参数识别,得到空气弹簧在不同初始气压下的刚度曲线,其次运用虚拟样机技术对一定充气压力的空气弹簧悬绳器、在不同冲次条件下的减载效果进行仿真分析,得到悬点载荷的变化规律,依据降载效果,确定空气弹簧的物性参数及结构参数。最后建立了空气弹簧悬绳器的三维结构,对关键部件进行了强度校核,并进行结构设计。在三口抽油机生产井上安装空气弹簧悬绳器装置,并进行现场试验及测试。结果表明空气弹簧悬绳器应用于游梁式抽油机可以有效的降低抽油机悬点最大载荷,悬点最大载荷平均降低率达到了13.59%,平均交变载荷降低幅度为16.46%,系统效率提高12.84%。同时现场测试数据与理论计算结果相吻合,验证了仿真模型的准确性。本课题的研究成果和结论为空气弹簧悬绳器的设计、开发和工程应用奠定了理论和试验基础。

关键词：游梁式抽油机悬点载荷空气弹簧悬绳器仿真模拟试验研究

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液压抽油机研究现状及展望

液压与气动 2017年第4期41卷 82-91页

作者：张雷中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司石油工程技术研究院山东东营257000

相比较于常规的游梁式抽油机,液压抽油机具有如下优点:结构比较紧凑、重量比较轻、造价低、工作平稳、容易实现长冲程,并且冲程冲次调节方便,易于实现安全保护以及节能效果明显等,受到人们的广泛关注。国外对液压抽油机研究的比较早,目... 详细信息

相比较于常规的游梁式抽油机,液压抽油机具有如下优点:结构比较紧凑、重量比较轻、造价低、工作平稳、容易实现长冲程,并且冲程冲次调节方便,易于实现安全保护以及节能效果明显等,受到人们的广泛关注。国外对液压抽油机研究的比较早,目前已有应用于现场的成熟产品;国内对液压抽油机的研究起步虽晚,目前也有样机应用于现场。将对液压抽油机的国内国外发展现状进行介绍,并对液压抽油机的发展趋势进行展望,供业内人士参考。

关键词：液压抽油机悬点载荷冲程冲次液压泵/马达

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新型抽油机减载器

油气田地面工程 2011年第3期30卷 95-96页

作者：邓洪军西北油田分公司工程技术研究院

当减载器工作时,减载活塞的上、下端面分别处在不同的压力系统中,形成的压力差所产生的力作用于减载活塞的下端面,使其产生一个向上的举升力。当抽油机驴头上行时,减载活塞在该举升力的作用下,带动下面的抽油杆柱随同上面的抽油杆柱一... 详细信息

当减载器工作时,减载活塞的上、下端面分别处在不同的压力系统中,形成的压力差所产生的力作用于减载活塞的下端面,使其产生一个向上的举升力。当抽油机驴头上行时,减载活塞在该举升力的作用下,带动下面的抽油杆柱随同上面的抽油杆柱一起向上运动,从而达到减轻抽油机驴头悬点载荷的目的;减载器在加深泵挂及降低机采系统能耗方面具有较大的优势,加深比例为35%;年累计节电量约19 700 kW.h。

关键词：塔河油田减载器悬点载荷泵挂温度节能

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基于抽油机实测电功率的悬点示功图仿真模型

石油机械 2013年第11期41卷 91-95页

作者：陈培毅姚春东董世民姚洪田燕山大学机械工程学院大庆油田有限责任公司榆树林油田

针对目前由实测电参数预测示功图存在的精度不高的问题,根据最小二乘拟合原理,综合考虑抽油机平衡方式、传动效率和运动件惯性对系统动态参数的影响,建立了悬点载荷与实测电功率关系的仿真模型。以悬点载荷扭矩误差平方和最小为优化设... 详细信息

针对目前由实测电参数预测示功图存在的精度不高的问题,根据最小二乘拟合原理,综合考虑抽油机平衡方式、传动效率和运动件惯性对系统动态参数的影响,建立了悬点载荷与实测电功率关系的仿真模型。以悬点载荷扭矩误差平方和最小为优化设计目标函数,建立了悬点载荷扭矩优化模型。该模型可以避免使用扭矩系数法计算悬点载荷,有效解决了悬点示功图在上、下死点附近不收敛的问题。优化结果表明,优化悬点载荷扭矩可以提高示功图的拟合精度;拟合示功图与实测示功图非常接近,两曲线相对误差在±10%以内。

关键词：抽油机实测电功率示功图悬点载荷最小二乘仿真模型

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信息交流

石油机械 1995年第9期 58-59页

信息交流大港总机械厂研制成功ＹＣＹＪ１２—５—４８ＨＢ型异形游梁式抽油机大港石油管理局总机械厂自１９９４年１０月从华北石油管理局一机厂引进ＹＣＹＪ１２—５－４８ＨＢ型异形游梁式抽油机技术，经认真消化、改进，至１９９４... 详细信息

信息交流大港总机械厂研制成功ＹＣＹＪ１２—５—４８ＨＢ型异形游梁式抽油机大港石油管理局总机械厂自１９９４年１０月从华北石油管理局一机厂引进ＹＣＹＪ１２—５－４８ＨＢ型异形游梁式抽油机技术，经认真消化、改进，至１９９４年底试制出２台样机，１９９５年上半...

关键词：异形游梁式抽油机机械厂抽油泵油井泵悬点载荷光杆载荷华北石油管理局阀座采油平台钻井装置信息交流

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新型多井抽油机的构型设计和性能研究

新型多井抽油机的构型设计和性能研究

作者：刘玉华上海交通大学

学位级别：硕士

抽油机是油田开采生产中举足轻重的机械设备,抽油机的优越性能是石油开采高效节能的关键因素。近年来,随着石油开采已进入中后期阶段,油量下降,产量和效率降低,能耗增大,单井抽油机已不能满足石油开采高效节能的需求。本文即是在与胜利... 详细信息

抽油机是油田开采生产中举足轻重的机械设备,抽油机的优越性能是石油开采高效节能的关键因素。近年来,随着石油开采已进入中后期阶段,油量下降,产量和效率降低,能耗增大,单井抽油机已不能满足石油开采高效节能的需求。本文即是在与胜利油田公司合作的企业项目基础上,针对目前石油开采现场效率低,能耗大,以及由于单井独立工作而导致的管理不便等问题,从节能降耗的角度出发,对新型节能的多井抽油机进行了研究,具体研究内容及成果如下: 1.新型节能多井抽油机的构型设计为适应抽油机节能化发展趋势,最大限度地满足丛式井采油工艺需要,节约电力消耗,提出由一台电机拖动相邻的多口油井（4～8口井）同时采油的高效能丛式井抽油机构造原理,为此,研究丛式井抽油机的一机多井驱动的机械协调与构型方法,设计出轮盘式、同轴式和链轮式等具有自主知识产权的丛式井抽油机驱动换向机构的新构型,实现各油井间的协调、高效工作,达到节能降耗、原油增产及提高经济效益的目标。 2.悬点载荷的分析和计算研究分析了抽油机悬点载荷特性及悬点钢丝绳的受力状态,根据不同工况条件推导出合理简便的载荷计算公式,并找出悬点载荷与冲程、冲数、井斜度、油液粘度等因素之间的内在联系,总结出悬点载荷计算时工况参数的选取原则,方便悬点载荷的计算。研究悬点载荷在抽油机工作周期中的变化规律,寻求降低悬点载荷的峰值的途径,为各油井在动力和运动上的协调设计提供理论依据。 3.“新型无游梁式一机八井抽油机”的设计计算和性能研究对新型无游梁式一机八井抽油机构型进行了详细的分析和性能研究,包括运动动力学分析、尺寸优化、抽油机工况参数选取等,通过实例计算结果发现该型多井抽油机相对单井独立工作可节能约25.8%,并探讨了各参数（如冲程、冲次、井斜角、油液粘度等）对抽油机性能指标的影响,为降低电机功率峰值,节能降耗提供了直接的途径。这种无游梁轮盘式的多井抽油机构型在结构上具有很大的创新,为多井抽油机的构型设计开阔了思路。 4.“新型游梁式一机四井抽油机”的设计分析和性能研究该构型方案是被胜利油田欣然采纳准备投入生产的方案,于是对该构型进行了详细的分析和性能研究,对其运动动力学、工况参数的确定,以及节能效果等都进行了详细的研究分析,通过实例计算结果得该型四井抽油机可节能近30%,且节省电机减速器等设备,机型技术成熟,实施方便,是油田现场最佳的选择方案。 5.“新型链条式一机四井抽油机”的设计分析和性能研究对新型链条式一机四井抽油机构型进行了详细的分析计算和性能研究,精确分析计算了链条式抽油机往返架的运动,合理选择了抽油机参数,为后续的设计计算提供了依据。通过计算结果分析发现,由于链条式抽油机悬点大多处于匀速直线运动阶段,载荷平稳冲击小,但各扭矩曲线机械累加,并不能达到抵消和均衡效果,节能效果并不明显,于是排除了链条式抽油机在多井机设计领域发展的优越性。 6.多井抽油机故障情况分析及解决方案研究研究讨论了多井抽油机可能出现的故障情况,针对游梁式“一机四井”抽油机可能的故障情况,提出了两种补救方法:加平衡重法和调节相位法。研究分析两种补救方法并发现了各有利弊,为多井抽油机的现场使用提供了依据。

关键词：抽油机多井节能悬点载荷构型设计性能研究故障分析

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三次采油区块抽油机载荷和抽油泵失效研究

三次采油区块抽油机载荷和抽油泵失效研究

作者：高春红大庆石油学院

学位级别：硕士

目前,大庆油田进入开发后期,油田开采呈现复杂性,部分区块采用聚合物驱或三元复合驱采油,井液性质发生变化,导致杆、管环空内液体流动时的阻力发生变化,影响悬点载荷,加速了井下抽油设备损坏速度。因此研究聚合物驱及三元复合驱条件下... 详细信息

目前,大庆油田进入开发后期,油田开采呈现复杂性,部分区块采用聚合物驱或三元复合驱采油,井液性质发生变化,导致杆、管环空内液体流动时的阻力发生变化,影响悬点载荷,加速了井下抽油设备损坏速度。因此研究聚合物驱及三元复合驱条件下有杆抽油系统载荷特性变化及井下设备性能变化问题,对优化抽油机系统设计,提高井下设备寿命,合理选取抽油机以适应聚驱及三元复合驱油技术具有重要意义。利用室内管流特性试验装置,分别配置了不同浓度的聚合物及三元复合溶液并进行管流试验,得到不同含聚浓度的聚合物及不同含碱量的三元复合溶液,在不同剪切速率条件下的粘度、沿程摩擦阻力的变化规律。利用室内试验数据分析聚合物及三元复合溶液对抽油机悬点载荷的影响,并与实际生产井进行对比,为三次采油区块抽油机选型设计提供依据。依据抽油机悬点运动规律及泵阀运动的魏斯特法尔现象,建立阀球运动的数学模型。通过仿真计算,得到泵阀阀球位移,速度、加速度的变化规律,为开展泵阀阀球撞击阀罩的疲劳寿命分析提供理论依据。应用ANSYS/LS-DYNA软件,模拟泵阀的受力状况,建立阀球撞击阀罩方面的力学模型,通过模型反映出来的应力变化,对泵阀部分进行结构强度分析。对于现场突出的泵阀失效问题,找出其失效原因,并结合数学模型,利用有限元软件进行理论分析和计算,在泵阀结构设计,材料强度,热处理工艺上提出合理的改进措施。为延缓泵阀的失效、增加原油产量、提高有杆抽油系统效率和油田开发的经济效益提供了科学的理论依据。

关键词：三次采油悬点载荷泵阀运动规律疲劳寿命

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旋转换向电机抽油机钢丝绳稳定性分析与研究

旋转换向电机抽油机钢丝绳稳定性分析与研究

作者：刘丛丛新疆大学

学位级别：硕士

到目前为止，整个世界上对于抽油机的研究开发和使用已经有了100多年的历史，社会高速发展，对能源的需求量也越来越大，油田上的石油开采量越来越多，油压越来越小，老油田开采时需要注水增压才能开采，因此我国大部分的油田都到了石... 详细信息

到目前为止，整个世界上对于抽油机的研究开发和使用已经有了100多年的历史，社会高速发展，对能源的需求量也越来越大，油田上的石油开采量越来越多，油压越来越小，老油田开采时需要注水增压才能开采，因此我国大部分的油田都到了石油开采的中后期，也就是高含水的采油期。石油开采量持续增加，注水开采石油（用液换油）是采油工业保证石油稳定开采的必经之路。这种开采的方式对抽油机的各方面性能要求相对要高，需要抽油机的运动冲程一定要长，但是常规的游梁式抽油机本身的结构导致其在一定程度上达不到油田开采石油所需求的长冲程。因此，近年来，采油行业开始研发并投入使用这种新型的旋转换向电机抽油机。旋转换向电机抽油机与常规游梁式抽油机比较，存在着明显的优势。旋转换向电机抽油机属于无游梁式抽油机，这类型的抽油机最明显的标志是舍掉了四连杆机构，且顺应了采油工业的发展需求--长冲程、低冲次。旋转换向电机抽油机只用钢丝绳将电机旋转运动转换输出为悬绳器的直线往复运动的机械能，因此能量的传递过程相比较与常规游梁式抽油机的四连杆机构简单了很多，工作过程中的能量的损失也会大大的减少。但是由于油田中稠油井的生产环境条件比较苛刻。再加上油田开发的越来越多，采油的油井的数量也不断的增加，经常会出现一些高粘度、多砂、多气以及重蜡等的复杂地质条件，导致旋转换向电机抽油机抽油杆在上行下行所受载荷不平衡，经常出现旋转换向电机的转速和抽油杆的速度不同步的状态，由于旋转换向电机抽油机运动传递部分主要是利用钢丝绳柔性件的特性来完成的，但是也是因为钢丝绳是柔性件，同时也是弹性体，抽油机工作环境的问题会导致钢丝绳的振动，有可能会引发事故，因此研究旋转换向电机抽油机钢丝绳的稳定性具有重要的意义。本文首先介绍了旋转换向电机抽油机的基本结构、工作原理以及和游梁式抽油机相比其最主要的优势，并且依据抽油机的控制系统分析了抽油机的运动规律，建立旋转换向电机抽油机悬点的运动规律的数学模型，并应用simulink软件对其进行仿真。并根据抽油机的实际工作环境情况分析分析悬点受力，通过实际的抽油机的数据结构图用simulink软件对悬点的受力情况进行仿真分析，得出在抽油机运行工程中悬点载荷的变化规律，以及得出最大悬点载荷。然后以前面所研究的抽油机悬点运动规律以及悬点所受载荷变化规律作为基础，得出抽油机提升系统中提升段的受力、张力大小以及绳端变形情况的数学模型，并应用仿真软件得出随时间变化的张力变化图以及绳端变形图。再以提升段钢丝绳所受的载荷、振动以及瞬态的应力变化为基础，研究抽油机提升系统中绳弦段钢丝绳的载荷的变化时引起的自身的震动，得出绳弦段横向振动的振动数学模型，通过仿真得出其波形图，并通过分析各个仿真图得出钢丝绳脱槽的极限条件。最后通过所得出的结论简单设想了一个适用于旋转换向电机抽油机的简单的强制排绳机构的模型，并用NX三维软件进行建模。

关键词：旋转换向电机抽油机悬点运动悬点载荷钢丝绳绳弦横向振动波形仿真排绳器

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游梁式抽油机智能控制算法的研究

游梁式抽油机智能控制算法的研究

作者：陈欣上海交通大学

学位级别：硕士

我国的油田地质情况复杂,决定了大部分油井在经过一段时间的开采后就会出现抽空现象。这些低能井出油规律因油井而异,且随时间变化而变化,如管理不当,将导致效率低下、抽油设备运行环境恶化,间接的影响了抽油机系统的经济效益,而且无法... 详细信息

我国的油田地质情况复杂,决定了大部分油井在经过一段时间的开采后就会出现抽空现象。这些低能井出油规律因油井而异,且随时间变化而变化,如管理不当,将导致效率低下、抽油设备运行环境恶化,间接的影响了抽油机系统的经济效益,而且无法实时根据地质情况的变化调整抽油机的运行状态是造成抽油机系统总体效率低下的主要原因。而且作为机械采油中应用最广泛的抽油设备常规式游梁式抽油机的总体效率低于25%。因此,研究一种游梁式抽油机智能控制算法,以提高游梁式抽油机经济效益,具有重大而现实的意义。本课题中,采用FFT算法对游梁式抽油机驱动电机的电气量和悬点载荷波形进行处理与分析,寻找其之间的变化规律。首次提出利用游梁式抽油机驱动电机的转矩与转速信号,通过BP神经网络进行悬点载荷辨识的构想。仿真结果表明经过训练的神经网络具备很高的数据拟合度,根据不同抽油机的转矩、转速信号可较好的恢复出各自的悬点载荷变化。根据所辨识的悬点载荷,结合驱动电机的转速,介绍了绘制示功图的算法,并根据示功图预测采液量。同时测量和计算抽油机电机的能耗,基于计算所得的结果,设定了采液量最大、效率最高、采液量/能耗=设定值三种智能控制策略,以提高抽油机系统的综合经济效益。

关键词：游梁式抽油机悬点载荷变频器 BP神经网络 FFT