【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 等油田應(yīng)用深抽技術(shù)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。為滿足小泵深抽的需要，我國(guó)急需發(fā)展大載荷長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。 (3) 目前我國(guó)的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)還不能完全滿足我國(guó)油田開(kāi)采的需要，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)正處于發(fā)展階段，品種與規(guī)格不全，使用數(shù)量不多。因此需要大力發(fā)展新型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)。 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的主要特點(diǎn)是沖程較長(zhǎng)、沖次較低。一般認(rèn)為沖程長(zhǎng)度等于或超過(guò) 6米時(shí)稱(chēng)為長(zhǎng)沖程。長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）沖程損失相對(duì)較小，單位時(shí)間內(nèi)的有效沖程長(zhǎng)度增大， 從而使油井的產(chǎn)量提高。再者，因沖程損失與泵掛深度成正比關(guān)系，所以對(duì)深井及超深井來(lái)說(shuō)，更應(yīng)使用長(zhǎng)沖程抽油機(jī)以提高泵的效率。（ 2）沖程增大、沖程調(diào)低后，作用在抽油桿上的慣性載荷與振動(dòng)載荷相對(duì)減小，載荷循環(huán)比增大，抽油桿的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)降低，這些將對(duì)有桿泵裝置采油帶來(lái)一系列好處。上沖程慣性載荷峰值減小，為增大泵掛深度提供了可能，這一特點(diǎn)有利于低滲透油田采用“小泵深抽”的開(kāi)采工藝。對(duì)于稠油開(kāi)采來(lái)說(shuō)，提高載荷循環(huán)比則是使用有桿泵裝置開(kāi)采稠油的一個(gè)重要措施。此外，長(zhǎng)沖程配合低沖次的抽汲工藝對(duì)減少抽油桿的脫斷幾率，延長(zhǎng)機(jī)干 泵的使用壽命，從而提高有桿泵裝置的運(yùn)行時(shí)率（即減少停機(jī)維修時(shí)間）也是有利的。（ 3）長(zhǎng)沖程抽油機(jī)具有一定的節(jié)電效果，其節(jié)電率一般都在 10%～ 40%之間。由此分析其優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)為 7點(diǎn)： (1).提高采油效率，增加石油產(chǎn)量 (2).減少磨損，提高抽油桿和抽油泵的壽命 (3).排量穩(wěn)定，動(dòng)載荷小，事故少 (4).運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，抗疲勞性好 (5).平衡效果好 (6).具有較好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) (7).具有較好的適應(yīng)性能。 綜上所述可見(jiàn)，長(zhǎng)沖程抽油機(jī)具有減小沖程損失、提高系統(tǒng)效率、延長(zhǎng)機(jī)桿泵使用壽命、減少故障及提高整機(jī)運(yùn)行質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。 因此，發(fā)展長(zhǎng)沖程抽油機(jī)對(duì) 6 當(dāng)前老油田高含水井后期的開(kāi)采減緩產(chǎn)量遞減速度，開(kāi)采稠油、低滲透等油田的“難動(dòng)用儲(chǔ)量”，以及沙漠油田深井及超深井的機(jī)械開(kāi)采等，都是有一定的現(xiàn)實(shí)意義的。 長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展方向 在世界范圍內(nèi)，研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用抽油機(jī)已有 100 多年的歷史。在這百余年的采油實(shí)踐中，采油機(jī)發(fā)生了很大的變化，特別是近 20 年來(lái)，世界抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，先后研究開(kāi)發(fā)了多種新型抽油機(jī)。其特點(diǎn)是：增強(qiáng)了抽油機(jī)的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性；改善了抽油性能，降低了抽油載荷與載荷變化范圍，提高了抽油效率 ，減少了動(dòng)力消耗；提高了抽油機(jī)平衡效果，改善了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性、動(dòng)力特性與平衡特性；增大了抽油機(jī)的使用范圍，減小了抽油機(jī)的體積和質(zhì)量，強(qiáng)化了抽油機(jī)自動(dòng)化與智能化程度?？傊橛蜋C(jī)的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到了有史以來(lái)的最高水平。目前抽油機(jī)正朝著大型化、低耗能、精確平衡、高適應(yīng)性、長(zhǎng)沖程無(wú)游梁、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。 目前長(zhǎng)沖程抽油機(jī)可分為：增大沖程抽油機(jī)：（ 1）增大沖程抽油機(jī)（ 2）增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)。長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī) :（ 1）立式長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)（ 2）臥式長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)。 齒輪齒條抽油機(jī) 隨著 抽 油機(jī)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，目前正在朝著大型化、低能耗、高適應(yīng)性、自動(dòng)化和自能化、長(zhǎng)沖程無(wú)游梁式抽油機(jī)的前進(jìn)。本設(shè)計(jì)的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、沖程距離長(zhǎng)且調(diào)整方便、能耗低、原油產(chǎn)量高的尤其適合于深油井、稠油井、高含蠟油井采油的有桿抽油裝置。本設(shè)計(jì)平衡系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) 90%— 95%的負(fù)載， 5%— 10%的傳遞動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 游梁式抽油機(jī) —— 有桿抽油泵全系統(tǒng)的總效率在國(guó)內(nèi)一般地區(qū)平均只有12％～ 23％，先進(jìn)地區(qū)至今也不到 3O％。美國(guó)的常規(guī)型抽油機(jī)系統(tǒng)效率較高，但也僅有 46％。系統(tǒng)效率低下，能耗 大，耗電就多，因此，節(jié)能成為有桿抽油系統(tǒng)的一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。此外，隨著老油田油井的注水開(kāi)發(fā)，油田已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入高含水采油期。不斷提高產(chǎn)液量，以液保油，這是注水開(kāi)采油田保證原油穩(wěn)產(chǎn)的必要趨勢(shì)。這種開(kāi)采特點(diǎn)要求抽油機(jī)的沖程越長(zhǎng)越好，使得在役的常規(guī) 型游梁式抽油機(jī)機(jī)型偏小，在一定程度上已經(jīng)不能滿足長(zhǎng)沖程、低沖次生產(chǎn)的要求。 由于在同一工況，井況和同一時(shí)刻下，井下的能耗因地面游梁機(jī)型不同而會(huì)發(fā)生差異。如示功圖會(huì)有所改變，表明泵的充滿度 光桿功率的變化。致使抽油機(jī)能耗大的主要原因有：抽油機(jī)的負(fù)荷特性與異步電動(dòng)機(jī)的硬的轉(zhuǎn) 矩特性不相匹配，甚至出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)” 工況，出現(xiàn)二次能量轉(zhuǎn)化。一般電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率過(guò)低， 7 圖 11 齒輪齒條抽油機(jī) 約為 3O％，致使電動(dòng)機(jī)以較低的效率運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)在一個(gè)沖程中的某個(gè)時(shí)段被下落的抽油桿反向拖動(dòng)，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)變成了電能回饋電網(wǎng)，但所回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收，引起附加能量損失，同時(shí)負(fù)扭矩的存在使減速器的齒輪經(jīng)常受反向載荷，產(chǎn)生背向沖擊，降低了抽油機(jī)的使用壽命。常規(guī)抽油機(jī)的扭矩因 數(shù)大，載荷波動(dòng)系數(shù) CLF 亦大，故均方根扭矩大，能耗增加。常規(guī)抽油機(jī)運(yùn)行的懸點(diǎn)加速度、速度的最大值過(guò)大，影響懸點(diǎn)載荷，動(dòng)載增大。采用對(duì)稱(chēng)循環(huán)工作制使泵充滿度下降，影響產(chǎn)量，泵效降低，能耗亦增大。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)、外研制與應(yīng)用了多種類(lèi)型的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)，增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)和長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)。實(shí)踐與理論表明，增大沖程無(wú)游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向，長(zhǎng)沖程無(wú)游梁抽油機(jī)是長(zhǎng)沖程抽油機(jī)發(fā)展方向。 齒輪齒條抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： ：抽油機(jī)直接安裝在井口，光桿從頂部懸掛下來(lái)的傳 統(tǒng)的桿夾通過(guò)齒條內(nèi)部的渠道進(jìn)行傳動(dòng)。該桿允許在泵或桿棍的機(jī)架內(nèi)浮動(dòng)，耦合感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪箱齒輪齒條式的機(jī)制，周期的向上和向下架桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)架是通過(guò)完全浸泡在油谷來(lái)進(jìn)行每次沖程的潤(rùn)滑。 計(jì)：系統(tǒng)抽油機(jī)的底座直接通向井頭，光桿通過(guò)齒條中的渠道被一根常規(guī)的桿夾從頂部掛起 .光桿允許懸浮或黏住在齒條內(nèi)部。一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)減速箱耦合到齒輪齒條傳動(dòng)原理，齒條的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)光桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。一臺(tái)高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)和直線更新的傳動(dòng)能去實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)高效的系統(tǒng)，即使在沒(méi)有依靠大量平衡重的傳統(tǒng)抽由系統(tǒng)的深水井。 安裝：該系統(tǒng)單位小，重量輕，便于運(yùn)輸。要求沒(méi)有專(zhuān)門(mén)或重型設(shè)備，這樣節(jié)省了安裝費(fèi)用。它可以攜帶在有一臺(tái)一噸或小選擇器的輕型卡車(chē)上安裝。安裝快捷，使用方便，可以由兩個(gè)人來(lái)處理。單位可在 8 幾小時(shí)內(nèi)安裝并全面投入運(yùn)作。 ：因?yàn)樗苋菀走\(yùn)輸和服役，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需零部件少。 ：直接電動(dòng)機(jī)，減速器齒輪齒條驅(qū)動(dòng)更加方便簡(jiǎn)易，減少摩擦，阻力，提高了生產(chǎn)效率。 ：該 LRP 的系統(tǒng)是一項(xiàng)明智的投資，將迅速為自己支付的減少安裝，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。該系統(tǒng)就可以買(mǎi)到了一個(gè)沒(méi)有任何控制成本中一小部分的千斤頂。安裝大大減少 昂貴的費(fèi)用，因?yàn)樵搯挝皇呛苋菀走\(yùn)輸和設(shè)置的。由于裝置螺栓直接到井口，混凝土和砂石墊和其他昂貴的現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備不再需要。提高產(chǎn)量，增加收入和減少停機(jī)時(shí)間降低運(yùn)營(yíng)成本，使得遠(yuǎn)景計(jì)劃系統(tǒng)成為了的真正經(jīng)濟(jì)性解決方案。 ：該遠(yuǎn)景計(jì)劃系統(tǒng)是本地負(fù)責(zé)人對(duì)環(huán)境敏感設(shè)施的理想選擇。它具有安靜，輕巧，不要求網(wǎng)站分級(jí)，安裝井場(chǎng)墊或其他干擾，其扁平和小型的特點(diǎn)允許它融入在其他單位。 綜上所述，改進(jìn)抽油機(jī)的平衡方式和傳動(dòng)方式也顯得格外重要，本設(shè)計(jì)齒輪齒條傳動(dòng)無(wú)游梁式抽油機(jī)采用超大容量電容實(shí)現(xiàn)了能量的有效利用，齒輪齒條比鏈條的 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性好，傳動(dòng)效率高，承載能力強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了采油生產(chǎn)的能量消耗。齒輪齒條的直接傳動(dòng)與常規(guī)抽油機(jī)相比更加簡(jiǎn)單，高效，節(jié)能，智能化。 超級(jí)電容 超級(jí)電容輔助電源系統(tǒng)，相比其他的抽油機(jī)的平衡方式（變頻）更加節(jié)能高效方便。該系統(tǒng)是在抽油機(jī)主電源的基礎(chǔ)上增加一個(gè)超級(jí)電容輔助電源，用于存儲(chǔ)抽油機(jī)驢頭下行時(shí)的再生制動(dòng)回饋能量，抽油機(jī)驢頭上行時(shí)協(xié)助主電源向電機(jī)供電。輔助電源系統(tǒng)由超級(jí)電容模組和調(diào)壓器組成。由于有超級(jí)電容存儲(chǔ)抽油機(jī)再生制動(dòng)回饋能量，并把這些能量又用于抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，節(jié)省了大量的能量。由于超 級(jí)電容功率密度大的特點(diǎn)，在驢頭上升做功時(shí)可以以很大的放電電流協(xié)助主電源供電，因此驢頭在抽油做功時(shí)，上沖程的速度性能能有所改善。本系統(tǒng)使用廣泛，可使用游梁式抽油機(jī)，進(jìn)一步可擴(kuò)展應(yīng)用至鏈條式抽油機(jī)等有桿泵抽油設(shè)備中。具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 一種石油抽油機(jī)超級(jí)電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)構(gòu)成如下： １）一個(gè)超級(jí)電容模組，設(shè)置于抽油機(jī)上，用于吸收抽油機(jī)驢頭下行時(shí)的再生制動(dòng)回饋能量，在抽油機(jī)驢頭上行時(shí)協(xié)助主電源向電機(jī)供電； ２）一ＤＣ／ＤＣ變換調(diào)壓器，分別與所述超 級(jí)電容模組和原抽油機(jī)的ＡＣ／ＤＣ 變換器與電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器相連接； 上述ＤＣ／ＤＣ變換調(diào)壓器包括，一機(jī)殼、設(shè)置于機(jī)殼內(nèi)的控制電路板、ＤＣ／ＤＣ變換器；控制電路板通過(guò)接口電路和主電源電壓傳感器、主電源電流傳感器、電機(jī)電壓傳感器、電機(jī)電流傳感 器、超級(jí)電容電壓傳感器、超級(jí)電容電流傳感器、手動(dòng)調(diào)節(jié)器相連接；控制電路板上設(shè)置有微處理器，微處理器通過(guò)濾波電路器件采集電壓、電流信號(hào)、手動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)；微處理器輸出的ＰＷＭ信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合器件及驅(qū)動(dòng)電路控制ＤＣ／ＤＣ變換器每個(gè)功率器 9 件的動(dòng)作； ３）在原抽油機(jī)電機(jī)控制系統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上，增設(shè)超級(jí)電容電壓傳感器和電 流傳感器，增設(shè)用于控制ＤＣ／ＤＣ變換調(diào)壓器的ＰＷＭ控制信號(hào)，使微處理器能同時(shí)制主電源和超級(jí)電容的充放電。 10 2 平衡能量計(jì)算及平衡裝置的設(shè)計(jì) 平衡能量的計(jì)算 原始數(shù)據(jù) 名義泵深： 2500m 懸點(diǎn)載荷： 100kN 沖程： 8 m 沖次： 46 1/min 功率： ? 20kW 傳動(dòng)方式：齒輪齒條 驅(qū)動(dòng)方式：正反轉(zhuǎn)交流電機(jī) 平衡方式：超大容量電容 井深計(jì)算 桿p _________抽油桿自重 gLfp 桿桿桿 ?? （ 1— 1） 桿39。p _________抽油桿在油中的自重 gLfp )(39。 油桿桿桿 ?? ?? （ 1— 2） 油p _________油管內(nèi)，柱賽上的油柱重 gLffp 油桿油 ?)( ?? （ 1— 3） 油39。p _________油井中動(dòng)液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱重 ghLfp 油沉油 ?)(39。 ?? （ 1— 4） L———— 下泵深度 S———— 懸點(diǎn)沖程長(zhǎng)度 S=8m 沉沒(méi)度過(guò)小，會(huì)降低泵的充滿系數(shù)，沉沒(méi)度過(guò)大，會(huì)增加抽油機(jī)的負(fù)荷。通過(guò)實(shí)踐摸索即使 油的粘度很大，克服原油在井筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全部阻力不超過(guò)一個(gè)大氣壓，所以一般沉沒(méi)度為 30～ 50 米；重質(zhì)粘度大的井不少于 50 米；原油含氣大的井不少于 80～ 100 米；如不含氣的輕質(zhì)原油的井，沉沒(méi)度有 20 米即可 ，因?yàn)槌L(zhǎng)沖程抽油機(jī)一般用于稠油，低滲透油井的開(kāi)采，為了安全起見(jiàn)認(rèn)為油井中有油氣所以油井的沉沒(méi)度取 不少于 50 米 。 沉h _________泵的沉沒(méi)深度 沉h =50m 油? ——— 產(chǎn)出液密度 油? =3 11 ? 桿 — — — — 抽 油 桿 伸 長(zhǎng) 量 ? 管 — — — — 抽 油 管 伸 長(zhǎng) 量 移抽油泵的柱塞泵筒的位?????S 鋼制抽油桿規(guī)格 φ 22(1628 取中間型號(hào) ) 抽油管橫截面面積 f管 =103m2 電動(dòng)機(jī)上下沖程時(shí)功率計(jì)算 將上面計(jì)算得出的 L值帶入： gLfp )(39。 油桿桿桿 ?? ?? glf )( 油鋼鋼鋼 ?? ?? = 2224 1062500（ ） = gLfp 油泵油 ?)60(39。 ?? = 2564 106（ 250050） = llS P Pf E f E? ?? ??? ? ? ?桿 管 桿 管桿 桿 管 管 （ 1— 5） )(管管管鋼鋼鋼 Ef lEf l ?? 油39。P ) 25002500(1131162 ?????????? ??= 上沖程期間抽油機(jī)對(duì)光桿負(fù)載所做的功： 上A 2)( 39。39。39。 ?SpSpp ????? 油桿油 （ 1— 6） =(+) = 下沖程期間抽油機(jī)對(duì)光桿負(fù)載所做的功： 12 下A 239。39。 ?SpSp ???? 油桿