【正文】 對抽油機的性能有重大影響，而且同一機型的桿長尺寸的相互比值對抽油機的性能也有顯著影響。需要指出的是：抽油機四桿機構桿長的優(yōu)化設計除了優(yōu)化抽油機性能外，尚需考慮盡可能減小輪廓尺寸、減輕整機重量的要求，即應在性能、尺寸和重量之間取得協(xié)調的結果。在抽油過程中抽油桿與油管和抽油桿與液體之間會產(chǎn)生摩擦造成功率損失，對稀油而言，抽油桿與液體的摩擦力很小，可以忽略不計，但對稠油井而言，摩擦力相當大，由于每口井井況千差萬別，無法準確計算。(7)油管功率損失油管功率損失主要包括兩個方面①油管漏失功率損失 ()——油管、套管空間壓力差，MPa；——油井井口產(chǎn)量，m3/s；——深井泵排出量，m3/s；②油管水力損失功率 ()——抽油桿級數(shù)；——與第級抽油桿相應的油管摩阻系數(shù)；——第級抽油桿的相應長度，m；——與第級抽油桿相應的油管當量內(nèi)徑，m；——與第級抽油桿相應的井液流速，m/s；——油管流量，m3/s。②研究資料表明，電壓低于額定電壓不超過10%時，一般降壓5%左右往往能提高效率。③檢查皮帶是否過松或有油污，應調整或清洗。(4)四連桿機構效率低①檢查軸承潤滑油是否不足或變質，應補充或更換。③密封過緊，及時調整。(7)深井泵效率低①測示功圖拉線檢查漏失，漏失超標應檢泵。在以上的四種主要能耗中：第一方面，提升液柱所耗的能量是工作時必須消耗的，不論采用任何方法都是不能節(jié)省的。第三方面，是系統(tǒng)能量倒流造成的損耗，游梁式抽油機因載荷劇烈變化，系統(tǒng)中存在能量倒流。第四方面，是電動機的損耗，主要有鐵損、銅損、機械損耗和各種雜損。 游梁式抽油機平衡分析[20]從以上游梁式抽油機的能耗分析可知，抽油機是否節(jié)能關鍵是抽油機的平衡率，平衡率直接影響到減速器的最大扭矩和均方根扭矩，最大扭矩越大，就要選用額定扭矩更大的減速器，均方根扭矩越大，就要選用更大功率的電動機，負扭矩增大會加大齒輪沖擊，降低減速器壽命，扭矩波動增大，使抽油機運轉更加不平穩(wěn)，運動性能惡化，抽油機的軸功率波動加大，增加電動機的輸入功率，降低電動機效率。游梁平衡是把平衡重裝在游梁尾端，重量可調而位置不變；曲柄平衡是把平衡塊裝在兩曲柄上，位置可調，平衡塊重量基本不變；復合平衡則兩處都有平衡重，各占一定比例。氣平衡是利用氣體的可壓縮性而改變壓能來實現(xiàn)平衡的。曲柄平衡的平衡重在曲柄軸上所產(chǎn)生的平衡扭矩按正弦規(guī)律變化，而懸點載荷作用到曲柄軸上的載荷扭矩并不按正弦規(guī)律變化，加上因懸點運動加速度所帶來的附加動載荷、液體摩擦力、桿柱彈性振動等因素的影響，曲柄平衡扭矩并不能與抽油機的載荷扭矩很好地平衡，使抽油機在一個工作循環(huán)中曲柄軸輸出凈扭矩波動較大。由此可見，曲柄平衡抽油機平衡效果差、能耗高的缺點正是由曲柄平衡這種平衡方式所決定的。根據(jù)懸點載荷曲線的變化規(guī)律，通過改變配重質量和其重心運行軌跡兩方面來調節(jié)平衡扭矩，使減速器扭矩曲線波動更加平穩(wěn)，扭矩峰值更低，達到比較理想的平衡效果。傳統(tǒng)的復合平衡抽油機是直接在游梁尾部加平衡重，因其平效果不佳已逐步被淘汰。驢頭從下死點到上死點的運動過程當中，下偏配重平衡力矩由最大值逐漸減小直至最小值，反之，驢頭從上死點到下死點的運動過程當中，下偏配重平衡力矩由最小值逐漸減小直至最大值，如此循環(huán)。當然，與游梁平衡相比，其優(yōu)勢在于可以做到使連桿只承受拉力，可避免游梁平衡抽油機因連桿承受拉壓交變載荷而帶來的抽油機穩(wěn)定和安全方面的問題。抽油機氣缸一般有兩種結構型式，一種是柱塞式，另一種是活塞式。因此氣平衡抽油機雖然平衡效果好，但是很難在油田上大面積推廣應用[10]。因此我們在日常設計計算中也常采用準則2。(2)抽油機本身運動性能所決定的光桿載荷,即光桿示功圖；圍繞這一指標主要是改變抽油機的結構實現(xiàn)節(jié)能，改變抽油機結構的典型機型就是變“參數(shù)”的異形雙驢頭抽油機。依靠游梁后臂有效長度的有規(guī)律變化實現(xiàn)懸點載荷大(下沖程結束、上沖程開始)時游梁后臂長,懸點載荷小(上沖程結束、下沖程開始)時游梁后臂短,使光桿載荷扭矩的變化接近正弦規(guī)律,與按正弦規(guī)律變化的曲柄平衡扭矩相對應,使曲柄凈扭矩波動較小,達到節(jié)能降耗的目的。為了減少電動機在上下沖程中受到的不均勻載荷,在抽油機上普遍加裝平衡裝置。第4章 常規(guī)游梁式抽油機節(jié)能改造方案設計 常規(guī)十型抽油機性能分析本節(jié)將以原新疆石油管理局設計制造的CYJ10353HB常規(guī)十型抽油機為例,并選取新疆油田準東采油廠火燒山作業(yè)區(qū)B2025井的典型井況進行分析[29]，設計合理的抽油機改造方案。；ψt=176。減速器載荷扭矩為： ()：減速器平衡扭矩的確定:不可調平衡塊平衡半徑； 可調平衡塊平衡半徑； 曲柄平衡半徑；單塊平衡塊質量=1180kg；曲柄自重=1764kg； ()減速器凈扭矩為 ()： 減速器扭矩曲線圖最大凈扭矩最大負扭矩平均扭矩的確定：由于曲柄平衡扭矩在曲柄旋轉一周中的平均值為零，所以它對平均扭矩不發(fā)生絲毫影響，因此在計算平均扭矩時不予考慮，因擺動部件的慣性所產(chǎn)生的慣性矩在一個沖程內(nèi)的平均值亦必然為零，所以曲柄軸的平均扭矩與慣性矩也無關，在計算平均時亦不予考慮，曲柄軸的平均扭矩計算公式如下： () ()均方根扭矩的確定： () 周期載荷系數(shù) ()電動機額定功率計算：光桿功率 ()額定功率 () 常規(guī)抽油機改造方案設計(1)復合平衡改造方案 復合平衡改造方案結構簡圖，復合平衡改造方案是借鑒新疆第三機床產(chǎn)的下偏杠鈴復合平衡抽油機的原理，該方案保持常規(guī)抽油機的基本機構不變，在游梁尾部增加可調偏置平衡裝置，與曲柄平衡相結合，形成復合平衡。下偏平衡角度的確定：從減速器扭矩曲線圖可以看出，最大載荷扭矩，由載荷扭矩計算公式可以計算出當176。就是平衡重下偏的最佳角度。利用這一變矩原理可有效削減懸點載荷峰值扭矩,改變抽油機的曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，使其波動平緩,且能減小負扭矩,從而減小抽油機的周期載荷系數(shù),提高電動機的工作效率[18]。下面將抽油機的沖次n更改為4次進行重新計算后，所得數(shù)據(jù)如下：凈扭矩曲線圖如下： 游梁平衡4次/分鐘扭矩曲線圖最大凈扭矩最大負扭矩平均扭矩均方根扭矩的確定：周期載荷系數(shù)電動機額定功率計算：光桿功率額定功率從計算結果可以看出，降低沖次后最大凈扭矩、最大負扭矩、均方根扭矩、周期載荷系數(shù)、電動機額定功率等參數(shù)均有所下降，達到了預期的效果。不同的決策者，即使是同一個決策者在不同情況下也可能選擇不同的解[12]。從動力示功圖可以看出最大載荷和最小載荷原抽油機相比均發(fā)生了變化，其結果為 ,最小載荷，但變化范圍不大，與實際示功圖還是基本相符。增加平衡驢頭、平衡箱、支撐裝置，更換曲柄、去掉平衡塊，加長游梁、連桿、支架尺寸，降低底座高度，調換減速器方向，更換電動機、配電箱。 常規(guī)抽油機改造方案優(yōu)選(1)、從節(jié)能效果方面，應首選雙驢頭改造方案；(2)、從抽油機可靠性方面，首選復合平衡改造方案，其次為方案雙驢頭改造方案。(4)從改造經(jīng)濟性的角度考慮，首選游梁平衡改造方案。改造后的抽油機在運行一段時間后，經(jīng)過改造前后的測試對比發(fā)現(xiàn)，抽油機節(jié)能效果并不明顯，抽油機較改造前的平均節(jié)電率僅在10%左右。改造后的抽油機在運行一段時間后，經(jīng)過改造前后的測試對比發(fā)現(xiàn)，抽油機節(jié)能效果非常明顯，抽油機較改造前的平均節(jié)電率在20%以上。游梁平衡改造方案特別適用于油井產(chǎn)液量低、泵充滿系數(shù)不足、需要長沖程低沖次的油。但該方案與復合平衡改造方案相比改造費用稍高，每臺抽油機的改造費用為8萬元；抽油機改造周期稍長，改造初期單臺抽油機改造周期為兩個工作日，但改造團隊技術熟練后一個工作日依然可以改造完成，抽油機當天停抽開始改造，當天也可改造完成重新起抽，完全不會影響油井的產(chǎn)液量指標。但該方案也有其獨特的優(yōu)點：如改造費用低，每臺抽油機的改造費用僅為5萬元；抽油機改造周期短，單臺抽油機改造周期僅為一個工作日，抽油機當天停抽開始改造，當天即可改造完成重新起抽，完全不會影響油井的產(chǎn)液量指標。但三種方案在經(jīng)濟性、安全性、實用性、節(jié)能效果等方面的表現(xiàn)還是具有一定的差異。如需采用這兩種改造方案，必須輔之以更換低轉速電機，降低抽油機的沖次。平均功率因數(shù)由以上對比分析計算可知，隨著周期載荷系數(shù)的降低，電動機的功率因數(shù)也將得到提高[9]；因此三種方案都可以達到一定的節(jié)能目的。平衡驢頭質心到游梁支撐中心的距離F2=3m,配重箱中心到游梁支撐中心的距離F1=,平衡重質心與中央座連線和水平線形成的夾角為： ()結構不平衡重 ()結構不平衡重加速度 () 雙驢頭改造方案動力示功圖曲柄平衡扭矩為：更換曲柄后曲柄平衡半徑m；曲柄自重 ()曲柄軸上的凈扭矩 () 雙驢頭改造方案扭矩曲線圖最大凈扭矩最大負扭矩平均扭矩 ()均方根扭矩的確定： ()周期載荷系數(shù) ()電動機額定功率計算：光桿功率 ()額定功率 () 常規(guī)抽油機改造方案對比分析 常規(guī)抽油機改造方案對比表方案項目改造前復合平衡改造方案游梁平衡改造方案雙驢頭改造方案主要改造內(nèi)容增加下偏平衡裝置、支撐裝置、平衡調節(jié)操作平臺，剎車、電控箱位置改在側面，更換電動機、配電箱。經(jīng)類比設計對原抽油機的基本參數(shù)做如下更改：P=；R=；K=；H=；I=；G=；n=4min1；其余參數(shù)保持不變。該方案的主要改造內(nèi)容為：增加平衡驢頭、平衡箱，更換曲柄、對原機支架、游梁進行了改造，調換減速器方向，降低減速器高度，改造后通過調整平衡箱內(nèi)平衡塊重量來調整平衡，平衡調節(jié)非常方便，平衡效果好。當抽油機結構參數(shù)確定以后，慣性矩的大小與游梁平衡重的的重量成正比，與抽油機的沖次n的平方成正比。下偏平衡扭矩為： ()則曲柄軸上的凈扭矩為： () 復合平衡改造方案扭矩曲線圖最大凈扭矩最大負扭矩平均扭矩 ()；均方根扭矩的確定： ()周期載荷系數(shù) ()電動機額定功率計算：光桿功率 ()額定功率 ()(2)游梁平衡改造方案，游梁平衡改造方案為借鑒調徑變距抽油機和下偏杠鈴復合平衡抽油機工作原理，保持常規(guī)抽油機的基本結構不變，去掉笨重的曲柄平衡重，并將曲柄鋸短，在游梁尾部增加固定和可調偏置平衡裝置，平衡重質心相對游梁依然下偏一定角度，該原理與方案一相同。此時游梁與水平線的夾角176。下偏平衡的工作原理是使游梁平衡重下偏一定角度，當載荷扭矩出現(xiàn)峰值時，平衡重質心與中央軸承座連線處于水平位置，平衡力臂最大，從而使平衡扭矩最大，最大限度的降低峰值扭矩[16][17]。；S=；=；=；，其中為抽油機懸點載荷，從示功圖可以看出最大載荷,最小載荷。n=6min1G=；柱塞直徑D=；油管直徑D1=；抽油桿為二級組合桿柱d1=,d2=；抽油桿每級桿柱長度L1=,L2=；井液密度；結構不平衡重B=；四桿機構傳動效率(估計值)；游梁轉動慣量kg由于有桿泵采油系統(tǒng)的工作特點和抽油機四連桿機構的固有特性,致使懸點載荷作用在減速器輸出軸(曲柄軸)上的載荷扭矩在一個沖程中出現(xiàn)周期性的劇烈變化,這個周期性劇烈變化隨井況、抽汲參數(shù)的不同而變化,是一組曲線形態(tài)各異、數(shù)值不同的曲線族,這就要求平衡裝置作用在減速器輸出軸上的平衡扭矩曲線是一組與載荷扭矩曲線鏡像相似并且形態(tài)、數(shù)值可調整的曲線族。由于偏輪擺動的作用,使游梁后臂的有效長度和游梁擺動的角速度均隨著曲柄轉角的變化而變化,游梁后臂的變化規(guī)律與懸點載荷的變化規(guī)律基本一致,接近正弦規(guī)律且與曲柄平衡扭矩相對應,從而使曲柄軸凈扭矩波動較小，改善了整機的受力狀況,使減速器輸出扭矩變得平緩。利用變矩節(jié)能原理開創(chuàng)了新型節(jié)能抽油機的先河。實際上,抽油機的電動機多數(shù)以輕載,即“大馬拉小車”的工況運行。②上、下沖程內(nèi)的凈扭矩最大值相等由可推導出： ()式中、是上沖程最大凈扭矩對應的曲柄轉角、扭矩因數(shù)和懸點載荷；、是下沖程最大凈扭矩對應的曲柄轉角、扭