【文章內(nèi)容簡介】 需要，我國急需發(fā)展大載荷長沖程抽油機。 (3) 目前我國的長沖程抽油機還不能完全滿足我國油田開采的需要，長沖程抽油機正處于發(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)展新型長沖程抽油機。 長沖程抽油機的主要特點是沖程較長、沖次較低。一般認為沖程長度等于或超過 6米時稱為長沖程。長沖程抽 油機的優(yōu)點是：（ 1）沖程損失相對較小，單位時間內(nèi)的有效沖程長度增大，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，所以對深井及超深井來說，更應(yīng)使用長沖程抽油機以提高泵的效率。（ 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載荷相對減小，載荷循環(huán)比增大，抽油桿的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)降低，這些將對有桿泵裝置采油帶來一系列好處。上沖程慣性載荷峰值減小，為增大泵掛深度提供了可能，這一特點有利于低滲透油田采用“小泵深抽”的開采工藝。對于稠油開采來說，提高載荷循環(huán)比則是使用有桿泵裝置開采稠油的一個重要措 施。此外，長沖程配合低沖次的抽汲工藝對減少抽油桿的脫斷幾率，延長機干泵的使用壽命，從而提高有桿泵裝置的運行時率（即減少停機維修時間）也是有利的。（ 3）長沖程抽油機具有一定的節(jié)電效果，其節(jié)電率一般都在 10%～ 40%之間。由此分析其優(yōu)點可以總結(jié)為 7點： (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，動載荷小，事故少 (4).運轉(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)濟指標 (7).具有較好的適應(yīng)性能。 綜上所述可見，長沖程抽油機具有減小沖程損失、 提高系統(tǒng)效率、延長機桿泵使用壽命、減少故障及提高整機運行質(zhì)量等優(yōu)點。因此，發(fā)展長沖程抽油機對 6 當前老油田高含水井后期的開采減緩產(chǎn)量遞減速度，開采稠油、低滲透等油田的“難動用儲量”，以及沙漠油田深井及超深井的機械開采等，都是有一定的現(xiàn)實意義的。 長沖程抽油機的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向 在世界范圍內(nèi)，研究開發(fā)與應(yīng)用抽油機已有 100多年的歷史。在這百余年的采油實踐中，采油機發(fā)生了很大的變化，特別是近 20 年來，世界抽油機技術(shù)發(fā)展較快，先后研究開發(fā)了多種新型抽油機。其特點是：增強了抽油機的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟性和 先進性；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，減少了動力消耗；提高了抽油機平衡效果，改善了抽油機的運動特性、動力特性與平衡特性；增大了抽油機的使用范圍，減小了抽油機的體積和質(zhì)量，強化了抽油機自動化與智能化程度?？傊?，抽油機的各項技術(shù)經(jīng)濟指標達到了有史以來的最高水平。目前抽油機正朝著大型化、低耗能、精確平衡、高適應(yīng)性、長沖程無游梁、自動化和智能化方向發(fā)展。 目前長沖程抽油機可分為：增大沖程抽油機：（ 1）增大沖程抽油機（ 2）增大沖程無游梁抽油機。長沖程無游梁抽油機 :（ 1）立式長沖程無游梁 抽油機（ 2）臥式長沖程無游梁抽油機。 齒輪齒條抽油機 隨著 抽油機的不斷進步和發(fā)展，目前正在朝著大型化、低能耗、高適應(yīng)性、自動化和自能化、長沖程無游梁式抽油機的前進。本設(shè)計的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、沖程距離長且調(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)計平衡系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) 90%— 95%的負載， 5%— 10%的傳遞動力由電動機實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速。 游梁式抽油機 —— 有桿抽油泵全系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)平均只有12％～ 23％，先進地區(qū)至今也不到 3O％ 。美國的常規(guī)型抽油機系統(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)的一個亟需解決的問題。此外，隨著老油田油井的注水開發(fā)，油田已經(jīng)開始進入高含水采油期。不斷提高產(chǎn)液量，以液保油，這是注水開采油田保證原油穩(wěn)產(chǎn)的必要趨勢。這種開采特點要求抽油機的沖程越長越好，使得在役的常規(guī) 型游梁式抽油機機型偏小，在一定程度上已經(jīng)不能滿足長沖程、低沖次生產(chǎn)的要求。 由于在同一工況，井況和同一時刻下，井下的能耗因地面游梁機型不同而會發(fā)生差異。如示功圖會有所改變，表明泵的充滿度 光桿功率的變化 。致使抽油機能耗大的主要原因有：抽油機的負荷特性與異步電動機的硬的轉(zhuǎn)矩特性不相匹配，甚至出現(xiàn)“發(fā)電機” 工況，出現(xiàn)二次能量轉(zhuǎn)化。一般電動機的負載率過低， 7 圖 11 齒輪齒條抽油機 約為 3O％，致使電動機以較低的效率運行。電動機在一個沖程中的某個時段被下落的抽油桿反向拖動，運行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機械能有部分轉(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，同時負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，降低了抽油機的使用壽命。常規(guī)抽油機的扭矩因數(shù)大，載荷波動系數(shù) CLF 亦大，故均方根扭矩大，能耗增加。常規(guī)抽油機運行的懸點加速度、速度的最大值過大，影響懸點載荷，動載增大。采用對稱循環(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。 近年來國內(nèi)、外研制與應(yīng)用了多種類型的長沖程抽油機，其中包括增大沖程游梁抽油機，增大沖程無游梁抽油機和長沖程無游梁抽油機。實踐與理論表明，增大沖程無游梁抽油機是增大沖程抽油機的發(fā)展方向，長沖程無游梁抽油機是長沖程抽油機發(fā)展方向。 齒輪齒條抽油 機的優(yōu)點： ：抽油機直接安裝在井口，光桿從頂部懸掛下來的傳統(tǒng)的桿夾通過齒條內(nèi)部的渠道進行傳動。該桿允許在泵或桿棍的機架內(nèi)浮動，耦合感應(yīng)電動機通過齒輪箱齒輪齒條式的機制，周期的向上和向下架桿的往復運動。機架是通過完全浸泡在油谷來進行每次沖程的潤滑。 計：系統(tǒng)抽油機的底座直接通向井頭，光桿通過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。一臺異步電動機通過一個減速箱耦合到齒輪齒條傳動原理，齒條的循環(huán)來實現(xiàn)光桿的往復運動。一臺高性能的發(fā)動機和直線更新的傳動能去實現(xiàn)一個相 對高效的系統(tǒng)，即使在沒有依靠大量平衡重的傳統(tǒng)抽由系統(tǒng)的深水井。 ：該系統(tǒng)單位小，重量輕，便于運輸。要求沒有專門或重型設(shè)備，這樣節(jié)省了安裝費用。它可以攜帶在有一臺一噸或小選擇器的輕型卡車上安裝。安裝快捷，使用方便，可以由兩個人來處理。單位可在 8 幾小時內(nèi)安裝并全面投入運作。 ：因為它很容易運輸和服役，結(jié)構(gòu)簡單，所需零部件少。 ：直接電動機，減速器齒輪齒條驅(qū)動更加方便簡易，減少摩擦，阻力，提高了生產(chǎn)效率。 ：該 LRP的系統(tǒng)是一項明智的投資，將迅速為自己支付的減少安裝，運行和維護費用。該 系統(tǒng)就可以買到了一個沒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用，因為該單位是很容易運輸和設(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)場準備不再需要。提高產(chǎn)量，增加收入和減少停機時間降低運營成本，使得遠景計劃系統(tǒng)成為了的真正經(jīng)濟性解決方案。 ：該遠景計劃系統(tǒng)是本地負責人對環(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，安裝井場墊或其他干擾，其扁平和小型的特點允許它融入在其他單位。 綜上所述，改進抽油機的平衡方式和傳動方式也顯得格外重要，本設(shè)計齒輪齒條傳動 無游梁式抽油機采用超大容量電容實現(xiàn)了能量的有效利用，齒輪齒條比鏈條的運轉(zhuǎn)可靠性好，傳動效率高，承載能力強，從而實現(xiàn)了采油生產(chǎn)的能量消耗。齒輪齒條的直接傳動與常規(guī)抽油機相比更加簡單，高效，節(jié)能，智能化。 超級電容 超級電容輔助電源系統(tǒng)，相比其他的抽油機的平衡方式（變頻）更加節(jié)能高效方便。該系統(tǒng)是在抽油機主電源的基礎(chǔ)上增加一個超級電容輔助電源，用于存儲抽油機驢頭下行時的再生制動回饋能量，抽油機驢頭上行時協(xié)助主電源向電機供電。輔助電源系統(tǒng)由超級電容模組和調(diào)壓器組成。由于有超級電容存儲抽油機再生制動 回饋能量，并把這些能量又用于抽油機驅(qū)動電機，節(jié)省了大量的能量。由于超級電容功率密度大的特點，在驢頭上升做功時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，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，進一步可擴展應(yīng)用至鏈條式抽油機等有桿泵抽油設(shè)備中。具有巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。 一種石油抽油機超級電容輔助電源系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)構(gòu)成如下： １）一個超級電容模組，設(shè)置于抽油機上，用于吸收抽油機驢頭下行時的再生制動回饋能量，在抽油機驢頭上行時協(xié)助主電源向電機供電； ２）一 ＤＣ／ＤＣ變換調(diào)壓器，分別與所述超 級電容模組和原抽油機的ＡＣ／ＤＣ變換器與電機驅(qū)動控制器相連接； 上述ＤＣ／ＤＣ變換調(diào)壓器包括，一機殼、設(shè)置于機殼內(nèi)的控制電路板、ＤＣ／ＤＣ變換器；控制電路板通過接口電路和主電源電壓傳感器、主電源電流傳感器、電機電壓傳感器、電機電流傳感 器、超級電容電壓傳感器、超級電容電流傳感器、手動調(diào)節(jié)器相連接；控制電路板上設(shè)置有微處理器，微處理器通過濾波電路器件采集電壓、電流信號、手動調(diào)節(jié)信號；微處理器輸出的ＰＷＭ信號經(jīng)過光電耦合器件及驅(qū)動電路控制ＤＣ／ＤＣ變換器每個功率器 9 件的動作； ３）在原抽油機電機控制系統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上，增設(shè)超級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，使微處理器能同時制主電源和超級電容的充放電。 10 2 平衡能量計算及平衡裝置的設(shè)計 平衡能量的計算 原始數(shù)據(jù) 名義泵深： 2500m 懸點載荷： 100kN 沖程： 8 m 沖次： 46 1/min 功率： ? 20kW 傳動方式：齒輪齒條 驅(qū)動方式：正反轉(zhuǎn)交流電機 平衡方式：超大容量電容 井深計算 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———— 懸點沖程長度 S=8m 沉沒度過小，會降低泵的充滿系數(shù)，沉沒度過大，會增加抽油機的負荷。通過實踐摸索即使油的粘度很大，克服原油在井筒內(nèi)運動的全部阻力不超過一個大氣壓，所以一般沉沒度為 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，沉沒度有 20 米即可 ，因為超長沖程抽油機一 般用于稠油，低滲透油井的開采，為了安全起見認為油井中有油氣所以油井的沉沒度取 不少于 50 米 。 沉h _________泵的沉沒深度 沉h =50m 油? ——— 產(chǎn)出液密度 油? =3 11 ? 桿 — — — — 抽 油 桿 伸 長 量 ? 管 — — — — 抽 油 管 伸 長 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 ) 抽油管橫截面面積 f管 =103m2 電動機上下沖程時功率計算 將上面計算得出的 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 ?????????? ??= 上沖程期間抽油機對光桿負載所做的功： 上A 2)( 39。39。39。 ?SpSpp ????? 油桿油 （ 1— 6） =(+) = 下沖程期間抽油機對光桿負載所做的功： 12 下A 239。39。 ?SpSp ???? 油桿 （ 1— 7）