【正文】 n LongStroke Pumping Unit are also suitable for old oil well with high water content to slow down the produce decrease rate,extract heavy crude oil(such as shanbei oilfield), low permeable sublayer oil well39。 longerstroke。目前，各國使用得最多的仍是游梁式抽油機(jī)，這類抽油機(jī)只適合于短沖程，在抽油的過程中電機(jī)的負(fù)荷分布不均勻，導(dǎo)致現(xiàn)在有很多問題在采油的過程中無法解決。在機(jī)械采油中又以有桿抽油裝置采油為主，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國達(dá) 90%以上。其二，隨著油井深度的逐漸增加，特別是稠油、高含蠟油井的數(shù)量不斷增多，由于沖程短不能保證原油產(chǎn)量；目前我國以四連桿機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的沖程游梁式抽油機(jī)的超長沖程可達(dá)六米多，其體積、重量及制造成本已經(jīng)相當(dāng)大了，再加上沖程長度，已經(jīng)是非常困難了；而這一沖程，對于深井、稠油井、高含蠟油井，已經(jīng)顯得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了，很難適應(yīng)油田生產(chǎn)的需要。為此人們采取了多種平衡方式，如游梁平衡、曲柄平衡、復(fù)合平衡、氣壓平衡等，在不同程度對抽油機(jī)的載荷分布有所改善，但由于其并沒從本質(zhì)上改變游梁式抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)，因此不可能從根本上解決抽油機(jī)功率分配不均的問題。其五， 游梁式抽油機(jī)的沖程、沖數(shù)只能有級調(diào)節(jié)，不能及時(shí)適應(yīng)油井工藝參數(shù)的變化，大大限制了其使用范圍。天津中成機(jī)械制造公司自主研發(fā)成功國內(nèi)最大型抽油機(jī) C1280D— 427—240一次試車成功， C1280D— 427— 240根據(jù)國內(nèi)外深井 、大負(fù)載、高產(chǎn)井的開采需求研制的特大型抽油機(jī)，整機(jī)長 、寬 、高 ，懸點(diǎn)最大載荷 2 19噸，最大沖程長度 ，減速器額定扭矩達(dá) 147千牛米，總重近 50噸，但是體積龐大、沖程的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場的需求、耗電量比較的大、成本價(jià)格比較的高。全俄石油機(jī)械設(shè)計(jì)研究院研制了一種特殊結(jié)構(gòu)的增大沖程游梁抽油機(jī)，把游梁支座改成為一個弧面鋼帶，在支架上有一個上固定點(diǎn)，在游梁上有一個下轉(zhuǎn)動點(diǎn)，可使游梁在擺動過程中，支點(diǎn)還可以向上或向下運(yùn)動一個附加行程，抽油機(jī)實(shí)際沖程長度為游梁擺動行程與支點(diǎn)上下運(yùn)動行程之和，當(dāng)驢頭上下移動行程為 3米時(shí)，支點(diǎn)上下運(yùn)動行程為 1米，抽油機(jī)實(shí)際沖程長度也只有 4米 ,該抽油機(jī)采用電動機(jī)、膠帶、減速器、曲柄、連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動游粱，但是抽油機(jī)的機(jī)械運(yùn)動和零件損耗很大。 利用各種機(jī)構(gòu)或元件的運(yùn)動特性和工作原理增大游梁抽油機(jī)的沖程長度，稱為增大沖程游梁抽油機(jī)。這兩種增大沖程的方法均不屬于增大沖程抽油機(jī)。原蘇聯(lián)增大沖程游梁抽油機(jī)；美國 Lufkin 公司 游頭抽油機(jī)等。例如 :美國 Lowjack 低矮型增大沖程無游梁抽油機(jī)等。該抽油機(jī)有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)型式； ① .立式長沖程無游梁抽油機(jī)抽油機(jī)所有設(shè)備均置地 面上，一般為機(jī)架立式結(jié)構(gòu)型式，占地面積較小，但占用空間高度較大。 3 ② .臥式長沖程無游梁抽油機(jī) 抽油機(jī)主要設(shè)備置于地面上，平衡裝置于地下套管之中，一般為臥式結(jié)構(gòu)型式，占地面積和占用空間高度較小。 長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 各種長沖程抽油機(jī)的抽油實(shí)踐表明，具有以下七個主要優(yōu)點(diǎn)、現(xiàn)分列如下 : 、增加石油產(chǎn) 采用長沖程抽油方式 .抽油泵柱塞的實(shí)際沖程長度減少的比率較小，提高了抽油泵的排量系數(shù)和充滿系數(shù)，有利于提高采油效率、增加石油產(chǎn)髦、降低采油成本。在一般下泵深度范圍內(nèi)，兩者相差 . ～ 在最深時(shí)可 達(dá) l .3～ 2 . 1m 二如果沖程長度較小，沖程損失比例更人，抽油泵的泵效更低。可以提高抽油機(jī)的沖程利用率。所以，采用長沖程抽油方式抽油泵柱塞的實(shí)際沖程長度減少的比率較小，增加抽油泵的泵效、提高石油產(chǎn)量。 再據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國加里福尼亞一口油井原采用 沖程長度常規(guī)游梁抽油機(jī)。石油產(chǎn)一學(xué)增加到 33m3/d}石油產(chǎn)最增加了 % 長沖程抽油機(jī)均采用長沖程、低沖次抽油方式，可以減少抽油桿和油管之間的機(jī)械磨損?？商岣叱橛蜅U使用壽命達(dá)4～ 5 倍；另據(jù)報(bào)導(dǎo)，采用長沖程、低沖次抽油方式 .可以減少抽油泵的機(jī)械磨損、磨損較均勻，提高抽油泵的使用壽命。抽油機(jī)和抽油系統(tǒng)的動載荷較小，減少抽油桿斷脫事故和抽油系統(tǒng)事故。此外，長沖程無游梁抽油機(jī) 4 減速器的扭矩只有同樣沖程長度和沖次常規(guī)抽油機(jī)的 16%一 33%，有利于提高抽油機(jī)的使用壽命、延長免修期，減少發(fā)生井下事故。 長沖程抽油機(jī)利用各種平衡方法可以實(shí)現(xiàn)較精確的半衡效果。 與常規(guī)及增大沖程抽油機(jī)相比。 長沖程抽油機(jī)的沖程長度與沖次均可進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各種油井工 .況參數(shù)經(jīng)濟(jì)、合理的匹配，充分發(fā)展長沖程抽油機(jī)的效能。 長沖程抽油機(jī)可以實(shí)現(xiàn)最大限度地滿足采油一藝發(fā)展的需要口當(dāng)沖數(shù)一定時(shí)。 長沖程無游梁抽油機(jī)還可以解決采用大泵提液時(shí)常規(guī)抽油機(jī)無法 進(jìn)布了環(huán)空測試問題，可以錄取井下資料和進(jìn)行油并動態(tài)分析。長沖程抽油機(jī)可以滿足小泵深抽采油一 t 藝要求，更經(jīng)濟(jì)有效地開采石油。長沖程抽油機(jī)不僅可以滿足大泵提液采油工藝的需要，而且還可以進(jìn)行環(huán)空測試、錄取并下資料和進(jìn)行油井動態(tài)分析。 5 長沖程抽油機(jī)適用開采含氣（ H2S、 CO 02:）石油、含砂石油、含石灰石油、含蠟石油、含水石油等各種特殊石油。具有較好的抽油性能和經(jīng)濟(jì)效益。為更經(jīng)濟(jì)、更合理地開發(fā)我國稠油資源，必須大力開發(fā)我國的無游梁長沖程 抽油機(jī)。目前在勝利、江蘇 .華北、中原等油田應(yīng)用深抽技術(shù)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 (3) 目前我國的長沖程抽油機(jī)還不能完全滿足我國油田開采的需要，長沖程抽油機(jī)正處于發(fā)展階段，品種與規(guī)格不全，使用數(shù)量不多。 長沖程抽油機(jī)的主要特點(diǎn)是沖程較長、沖次較低。長沖程抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：（ 1）沖程損失相對較小，單位時(shí)間內(nèi)的有效沖程長度增大， 從而使油井的產(chǎn)量提高。（ 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。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。（ 3）長沖程抽油機(jī)具有一定的節(jié)電效果，其節(jié)電率一般都在 10%～ 40%之間。 綜上所述可見，長沖程抽油機(jī)具有減小沖程損失、提高系統(tǒng)效率、延長機(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)。 長沖程抽油機(jī)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(jī)已有 100 多年的歷史。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)動特性、動力特性與平衡特性；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)自動化與智能化程度。目前抽油機(jī)正朝著大型化、低耗能、精確平衡、高適應(yīng)性、長沖程無游梁、自動化和智能化方向發(fā)展。長沖程無游梁抽油機(jī) :（ 1）立式長沖程無游梁抽油機(jī)（ 2）臥式長沖程無游梁抽油機(jī)。本設(shè)計(jì)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。 游梁式抽油機(jī) —— 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(jìn)地區(qū)至今也不到 3O％。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。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。 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)型不同而會發(fā)生差異。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。電動機(jī)在一個沖程中的某個時(shí)段被下落的抽油桿反向拖動，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)運(yùn)行的懸點(diǎn)加速度、速度的最大值過大，影響懸點(diǎn)載荷，動載增大。 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(jī)，其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)，增大沖程無游梁抽油機(jī)和長沖程無游梁抽油機(jī)。 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的傳 統(tǒng)的桿夾通過齒條內(nèi)部的渠道進(jìn)行傳動。機(jī)架是通過完全浸泡在油谷來進(jìn)行每次沖程的潤滑。一臺異步電動機(jī)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(shí)現(xiàn)光桿的往復(fù)運(yùn)動。 安裝：該系統(tǒng)單位小，重量輕，便于運(yùn)輸。它可以攜帶在有一臺一噸或小選擇器的輕型卡車上安裝。單位可在 8 幾小時(shí)內(nèi)安裝并全面投入運(yùn)作。 ：直接電動機(jī)，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。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(zhǔn)備不再需要。 ：該遠(yuǎn)景計(jì)劃系統(tǒng)是本地負(fù)責(zé)人對環(huán)境敏感設(shè)施的理想選擇。 綜上所述，改進(jìn)抽油機(jī)的平衡方式和傳動方式也顯得格外重要，本設(shè)計(jì)齒輪齒條傳動無游梁式抽油機(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。 超級電容 超級電容輔助電源系統(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。輔助電源系統(tǒng)由超級電容模組和調(diào)壓器組成。由于超 級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。具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 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 傳動方式：齒輪齒條 驅(qū)動方式：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。 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。 ?? （ 1— 4） L———— 下泵深度 S———— 懸點(diǎn)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(jī)的負(fù)荷。 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(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。 ?? = 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。39。 ?SpSpp ????? 油桿油 （ 1— 6） =(+) = 下沖程期間抽油機(jī)對光桿負(fù)載所做的功： 12 下A 239。 ?SpSp ???? 油桿 （ 1— 7） =10+ = 由于抽油機(jī)上下沖程時(shí)間相等根據(jù)沖程和起下速度的范圍確定時(shí)間在1/8 ～ 1/12 min 之間變化，初定在 5s 時(shí)的電動機(jī)功率故： t=t下 =t上 =5s 上沖程期間抽油機(jī)輸出功率： ? 88 ??? 上上 t Ap 下沖程期間抽油機(jī)輸出功率： ?85 55 21560 77 64 . 29ma x ???下下下 tAp 平衡重計(jì)算及平衡裝置的設(shè)計(jì) 對于本抽油機(jī)的平衡，可采用的方案有氣動平衡、液壓平衡、勢能平衡。液壓平衡可以提供很大重量的平衡重，且上下沖程交替柔和，但由于液壓式的一半制造費(fèi)用較高，且容易出現(xiàn)滲液現(xiàn)象。 所以本設(shè)計(jì)采用