游梁式抽油机的技术特点和应用分析_
游梁式抽油机
游梁式抽油机简介游梁式抽油机（cavity beam pump）是一种采用杆式抽油机（rod pump）抽取地下油藏中的油的技术。
它是一种常用的油田开采技术，在全球范围内广泛应用。
本文将介绍游梁式抽油机的工作原理、组成结构以及应用领域等内容。
工作原理游梁式抽油机的工作原理基于曲柄连杆机构。
它由地面上的驱动装置和井下的泵浦组成。
驱动装置通过驱动杆使泵浦发生往复运动，从而把地下的油液抽入到地面。
具体工作原理如下：1.泵浦内部装有活塞和活塞杆，活塞在泵浦的内部往复运动。
2.泵浦的上方通过抵押杆与地面上的驱动装置相连。
3.驱动装置通过驱动杆的运动，使抵押杆带动泵浦内的活塞往复运动。
4.当活塞从最低点向上移动时，泵浦内部的压力降低，产生负压，地下的油液就会被抽入泵浦内。
5.当活塞从最高点往下移动时，泵浦内部的压力增加，把油液推出泵浦。
组成结构游梁式抽油机主要由以下组成部分构成：1. 驱动装置驱动装置通常由驱动电机、离合器、减速器和连杆传动装置组成。
它的主要作用是通过驱动杆带动泵浦内的活塞进行往复运动。
2. 泵浦泵浦是游梁式抽油机的核心部件，它由泵浦筒体、抵押杆、活塞和活塞杆等组成。
泵浦的内部构造灵活多样，可以根据具体需求进行设计。
3. 节流装置节流装置用于控制排液阀门的开闭，控制油液流量和压力。
常见的节流装置有节流瓶、可调式节流装置等。
4. 输油管道系统输油管道系统用于将地下的油液从井下抽出，并将其输送到地面的油罐或处理设备。
输油管道系统一般由各种管道、接头和阀门组成。
应用领域游梁式抽油机是一种成熟稳定的油田采油技术，被广泛应用于油田开采工作。
它适用于不同类型的油藏，包括低渗透率、高黏度和高含水量的油藏。
由于其结构简单、维护方便、运行稳定等特点，游梁式抽油机在全球范围内得到了广泛应用。
除了油田开采，游梁式抽油机还可以应用于其他领域，如水井、煤矿和地热能开采等。
在这些领域中，游梁式抽油机也能起到类似的工作原理，将地下的液体抽出。
游梁式抽油机节能控制技术分析
关键词：游梁式抽油机；节能控制技术；变频 中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）09（下）-0201-03
抽油机是一种较为普遍的石油开采设备，俗称“磕 头机”, 通过加压的办法使石油出井。在所有抽油机种 类中游梁式抽油机属于一种重要类型，而且被广泛应用 于石油开采工作中。但是，游梁式抽油机的耗电量相对 较高，其用电量超过油田总用电量的 40%，提高了石油 的采油成本。为了能够降低游梁式抽油机的能量损耗， 有效减少能源浪费，同时降低采油成本，采油企业需要 对游梁式抽油机节能控制技术进行优化，促进石油行业 的发展。 1 游梁式抽油机工作原理和设计思路 1.1 工作原理
在抽油机市场中游梁式抽油机占据主导地位。三相 异步电动机是油游梁式抽油机中的主要拖动装置，三相 异步电动机具有坚固、结构简单、维修较少、成本较低和， 运行可靠等诸多优势，而且也是游梁式抽油机当中的重 要装置，被广泛应用于抽油机中。但是，目前由游梁式 抽油机在实际工作过程中存在负荷匹配不合理的情况， 很多电动机在运行过程中处于轻载状态，所以会造成严 重的电能浪费，整体工作效率相对较低。所以需要对游 梁式抽油机节能控制技术进行优化，提高抽油机的节能 水平。
游梁式抽油机工作原理
游梁式抽油机工作原理
游梁式抽油机是一种常见的抽油机型号，其工作原理如下：
该抽油机由主轴、曲柄连杆机构和抽油杆组成。
主轴由电动机驱动，产生旋转力。
曲柄连杆机构将主轴的旋转运动转换为线性运动。
抽油杆在曲柄连杆机构的作用下，进行上下往复运动。
抽油杆的一端连接上井口的抽油泵，另一端则连着油管。
当抽油泵与油管之间存在一定的地下压差时，抽油杆的运动将引起油泵中的液体被抽上地面。
具体工作过程如下：
1. 当电动机启动后，主轴开始旋转。
曲柄连杆机构将主轴的旋转运动转换为线性运动。
2. 抽油杆开始进行上下往复运动。
当抽油杆向上运动时，与抽油泵之间形成一定的负压，使油泵中的液体被抽上来。
3. 当抽油杆向下运动时，油泵中的液体被压入油管中，因为油管中存在一定的地下压差，液体会顺着油管流动到地面。
4. 抽油杆持续往复运动，从而不断地将液体抽上地面。
总结：
游梁式抽油机通过主轴的旋转运动驱动抽油杆的上下往复运动，从而实现将地下的液体抽上地面。
这种抽油机简单可靠，广泛应用于石油开采和工业生产中。
游梁式抽油机系统动力学特性分析
图 １ 输 出轴 和 曲柄 轴 扭 矩 曲线
在 同一坐标系下 ， 两者对 比可以看到 ， 减速器输 出轴扭矩与曲柄轴扭矩 曲线基本重合 ， 此对 比曲线 间接验证了减速器模型的正确性。 １４ 抽油机主体模型 ． 常规游梁式抽油机主体为一四连杆机构 ， 主要
ｔｎ 来搭建三相异步电动机的仿真模型。 ｅｓ ｒ １３ 减速 器模 型 ． 抽油机减速器主要采用齿轮传 动减速器 ， 在齿 轮传动减速器中以二级分流式圆柱齿轮减速器应用
为了简化抽油机 四连杆机构模型 ， 杆件之间的
链接可简化为光滑铰链约束。基于光滑铰链约束条 件， 四连杆机构模型的建立便可得到简化。曲柄、 曲
第 ５期
党延 祖 ： 游梁 式抽 油机 系统 动力 学 特性分 析
５ ９
柄平衡 重 、 连杆 、 梁 、 梁 、 横 游 驴头 一起 组成 了曲柄 平
衡游梁式抽油机 的主体部分 ， 试验井 采用 的常规游 梁式 抽 油机采 用 的 曲柄平 衡平 衡方 式 。
１４２ 四连杆 机 构动 力 学特性仿 真分析 ．．
根据现场测试 的游梁式抽油机悬点载荷数据 以
及抽 油机 曲柄 质 量 、 曲柄 重 心半 径 、 衡 块 重 、 平 曲柄 平衡半 径 等参 数 ， 由几何 关 系及力 矩 平衡关 系 ， 用 利
减速器减速比有关 ， 还与齿轮系统的传动效率有关 ， 设定传动效率值就可以仿真出输出轴扭矩值。 设定 减速器平 均传 动效 率 为 ０ ８ 由现场 测 试 ．， 的电动机输出轴扭矩 曲线， 可以得到减速器输出轴 扭矩 曲线 。 由抽油 机 实 测悬 点 载 荷数 据 ， 过 四连 通 杆机 构模 型计 算 ， 以得 到 曲柄轴 扭矩 曲线 ， 图 １ 可 如
游梁式节能抽油机的原理及性能对比
游梁式节能抽油机的原理及性能对比在我国油田生产中，大规模的使用游梁式节能抽油机能够节约成本，有效利用油田资源。
目前，游梁式节能抽油机的广泛应用得到了较好的效果，在结构设计和波动范围上能够实现节能减排的目的。
此外，在科学技术的指导下，我国将立志于研发多种节能抽油机。
文章将以偏轮式节能抽油机为参照对象进行具体研究。
标签：游梁式抽油机；节能；结构改进；原理；性能游梁式节能抽油机有四种形式，分别为双驴头、偏轮式、摆杆式和下偏杠铃式。
文章将结合这四者的特点进行分析，对比其节能效果。
以改造抽油机结构，进行技术创新为目的，研发了新型节能抽油机。
为我国油田开采创造更好的技术条件，实现经济效益和环保效益的共赢。
1 游梁式节能抽油机的设计结构及节能原理1.1 双驴头抽油机双驴头抽油机是最常见的采油装置，利用变矩节能的原理实现具体的操作。
其方式主要是以曲线型游梁后臂进行连接，能够达到柔性作用。
随后根据游梁后臂的长度进行具体吧调整，随着曲柄转角的不同而发生变化，这是一种特殊的四杆机构。
面对采油的具体工作，能够根据实际情况进行节能采油操作，是新型动力传动抽油机。
双驴头抽油机在操作的时候，要格外的注意游梁后臂的长度，在其变化的过程中要配合悬点载荷，游梁后臂的长度是有一定规律可以掌握的，因此，在悬点负荷较大的时候，游梁的后臂会变长，平衡力也会较好。
相反，如果悬点负荷比较小，游梁的后臂会变短，平衡力也会随之减弱。
除此外，光杆载荷转矩接近正弦变化，与正弦变化的曲柄平衡转矩具有对应关系，为了进一步达到节油的效果，稳定曲柄净转矩的波动，能够降低电动机装机的功率，从而达到深度节能的作用。
1.2 偏轮式抽油机偏轮式抽油机在游梁的尾部采用特殊的偏轮结构，在偏轮和游梁的中心之间添加操纵杆，可以实现六连杆的机制。
在操纵杆的基础上，可以实现轴承副硬联接。
偏轮式抽油机在具体的工作的过程中，由曲柄带动连杆、横梁、偏轮、操纵杆和游梁，通过游梁的摆动，形成行星运动。
关于游梁式抽油机的原理与技术应用分析
关于游梁式抽油机的原理与技术应用分析摘要：游梁式抽油机在油田生产中发挥的重要作用，但是人们在讨论游梁式抽油机的使用或改进问题中存在的一些认识上的不同，某些不同观点屡屡出现在新产品介绍或某些专业文献当中，为分清事实真相，正确指导油田生产经营取得更佳的经济效益。
关键词：抽油机技术特征浅谈游梁式抽油机是国内外各大油田的主要机械采油设备，据统计我国各类抽油机总数超过20万台，其中游梁式抽油机占油田在役抽油机总数的90%以上，本文列举部分代有表性的针对游梁式抽油机选用的认识问题进行讨论。
一、关于抽油机的”无功损耗”分析作为耗能大户，抽油机的节能广泛受到关注，部分理论认为，游梁式抽油机通常采用普通电机驱动，电机功率因数和负载率往往较低，常常在低于30%情况下运行，通过实施某些新技术或增加无功补偿装置就可将功率因数提高到90%以上，因此大大减小电机的无功损耗，起到大幅度节约能源的目的。
针对这种认识，我们需要理清一下什么是无功功率，在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。
我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。
它不对外做功只是与电源进行能量交换，才被定义为无功功率，但它决不是无用功功率，电动机需要有无功功率才能建立和维持旋转磁场，使转子转动，变压器也同样需要有无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。
因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压。
对于供电系统，如果出现低功率因数运行的情况，会造成发电机有功功率的输出降低，使电气设备容量得不到充分发挥等不良影响，因此在电网中必须设置一些无功补偿装置来补偿功率因数的降低。
对于具体的用电设备来说，无功功率增加会使电流增加造成部分用电设备有用功增加，对于电机来说无用功功率增大，会导致电机线损增加，但是由于电机内阻较小，通常可以忽略不计。
游梁式抽油机节能增效措施与应用
游梁式抽油机节能增效措施与应用游梁式抽油机是一种常用的油田抽油设备，其运行效率和节能性能对于油田的生产成本和资源利用非常重要。
为了提高游梁式抽油机的节能增效能力，我们需要在设计、安装和运行过程中采取一系列的措施与应用。
本文将对游梁式抽油机节能增效措施与应用进行介绍。
一、基本原理及结构游梁式抽油机是一种通过驱动杆与游梁相连驱动上冲泵杆运动的油田抽油设备。
游梁式抽油机主要由游梁、传动杆、驱动杆、井口设备和电机等组成。
其基本原理是通过电机带动传动杆，进而通过驱动杆带动游梁的运动，最终实现上冲泵杆的运动，完成抽油过程。
二、节能增效措施与应用1. 设备设计（1）优化结构设计游梁式抽油机在设计方面可以通过优化结构设计来提高其效率。
在游梁、传动杆、驱动杆等关键部件的结构设计中，通过采用轻量化材料和结构优化，减少设备的自重，降低能耗，提高运行效率。
（2）采用高效电机在选型时可以选择高效电机进行配置，以提高设备的能耗效率。
高效电机具有运行稳定、噪音低、能量损耗小等特点，可以有效降低设备的能耗，提高设备的整体性能。
2. 安装与调试（1）合理设置角度在安装过程中，要合理设置游梁的角度，以确保游梁在工作过程中不会发生摩擦或间隙过大的情况，避免能量损耗。
（2）合理调整传动杆长度传动杆的长度会影响游梁和驱动杆的运动轨迹和力的传递情况，合理调整传动杆的长度可以减小传动损耗，提高传动效率。
3. 运行管理（1）定期检查维护定期对游梁式抽油机进行检查和维护，保证设备的各个部件都处于良好的工作状态，减少设备的故障率，提高了设备的运行效率。
（2）合理设置运行参数根据实际生产情况，合理设置游梁式抽油机的运行参数，如电机的转速、传动杆的角度、游梁的行程等，以保证设备的运行在最佳状态，提高生产效率。
4. 技术改造（1）采用变频器变频器可以实现对电动机的无级调速，根据实际的抽油需求进行调整，避免了电机长时间在空载或低负载状态下运行，节能效果显著。
游梁式抽油机复合平衡技术的研究与应用
２１ 年 ２ ０２ 月
第３卷 ４
第２ 期
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＯｉ ａ ｄ Ｇａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｆ ｂ ２ １ Ｖｏ． ４ Ｎｏ ２ ｏ ｒ ａ ｌ ｎ ｓ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ． ０ ２ ｏ １３ ．
游 梁 式 抽 油 机 复 合 平 衡 技 术 的研 究 与 应 用
经调 整到 最末 端 （ 即离旋转 中心 最 远 的位 置 ） 时 ，仍 然不 能 达 到 平衡 。根据 河 南油 田第 一采 油 厂 ２ １ ００
年统计 ，全厂 抽油 机 ４块 曲柄 平衡块 已调至 最外 端 ，而 平衡度 低 于 ６ 的严重 欠 平衡 井仍 有 ７ ５ ６口，这 些 井 电机 效率 降低 ，能源 浪费 严 重 （ 耗 能 １ 以上 ） 多 Ｏ ，并 且 存在 电机 电流波 动 大 、运 行不 平 稳 现 象 ， 经常 造成 设备 损坏 、电机 过载 烧毁 等事 故 ，严 重影 响 了油井 正常 生产 。针 对常规 游梁 式抽 油机 平衡存 在 的 问题ｕ ，进 行 了复合 平衡 技术 的研 究 。 Ｊ
１ １ 结 构 组 成 及 原 理 ．
平衡 装 置 采 用 “ 回” 型 结 构 ， 图 Ｉ所 示 ，该 装 置 主要 由 如 平衡 块 、支 撑板 、三角 筋及 螺栓
组成。
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式 时 平 衡 块 调 整 到 末 端 仍 不 平衡 的 情 况 ，起 到 节 电 效 果 。现 场 应 用 和 检 测 表 明 ，在 抽 油 机 游 梁 尾 端 加． 装 该 辅 助 平 衡 装 置 后 ，抽 油机 平衡 度 达 ８ 以上 ， 既 能保 证 设 备 寿命 ，又 能 节 电 ，达 到 了平 衡 和 节 能 目标 。 ５ ［ 键 词 ］ 游 梁 式 抽 油 机 ；复 合 平 衡 ；装 置 ；节 电 关
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游梁式抽油机的技术特点和应用分析
作者：张俊良
来源：《商情》2016年第21期
【摘要】
游梁式抽油机在油田生产中发挥的重要作用，但是人们在讨论游梁式抽油机的使用或改进问题中存在的一些认识上的不同，某些不同观点屡屡出现在新产品介绍或某些专业文献当中，为分清事实真相，正确指导油田生产经营取得更佳的经济效益。
【关键词】抽油机；技术；特征；浅谈
游梁式抽油机是国内外各大油田的主要机械采油设备，据统计我国各类抽油机总数超过20万台，其中游梁式抽油机占油田在役抽油机总数的90%以上，本文列举部分代有表性的针对游梁式抽油机选用的认识问题进行讨论。
一、关于抽油机的“无功损耗”分析
作为耗能大户，抽油机的节能广泛受到关注，部分理论认为，游梁式抽油机通常采用普通电机驱动，电机功率因数和负载率往往较低，常常在低于30%情况下运行，通过实施某些新技术或增加无功补偿装置就可将功率因数提高到90%以上，因此大大减小电机的无功损耗，起到大幅度节约能源的目的。
在具有电感和电容的电路里，这些储能元件在半周期的时间里把电源能量变成磁场（或电场）的能量存起来，在另半周期的时间里对已存的磁场（或电场）能量送还给电源。
我们把与电源交换能量的速率的振幅值叫做无功功率。
它不对外做功只是与电源进行能量交换，才被定义为无功功率，但它决不是无用功功率，电动机需要有无功功率才能建立和维持旋转磁场，使转子转动，变压器也同样需要有无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。
因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压。
二、游梁式抽油机能耗分析
“游梁式抽油机”实际是机械采油系统的代称，应该指由抽油机—抽油杆—抽油泵组成的采油系统。
在这种系统中，抽油机是系统的动力提供装置，它所提供的能量是包括抽油泵、抽油杆、油管以及电机、输出管线等等在内的机械采油系统能量消耗总和，在游梁式抽油机—抽油杆—抽油泵组成的机械采油系统中，抽油机的效率是最高的，设计合理的常规游梁式抽油机，不计减速器效率的情况下效率可达90%以上，其他结构形式的抽油机是难以做到的，系统的效率较低，主要是抽油泵、抽油杆等的效率较低，即使是抽油机、电机的综合效率达到1，则系统的效率仍然为30～45%，因此在这个有多个系统组成的串联动力传动系统中，研究节能问题需要从提高三抽系统效率着手，片面强调地面设施的节能，是难以取得理想效果的。
三、游梁式抽油机功率匹配分析
游梁式抽油机运转时，输出轴上的净扭矩等于悬点载荷在曲柄上产生的扭矩与曲柄产生的平衡力矩作用之和，抽油机启动时通常是在上下死点位置时启动，此位置时游梁式抽油机扭矩因数最小，悬点载荷在曲柄上产生的力矩和曲柄本身产生的平衡力矩都接近于零，这时曲柄净扭矩和电机驱动力矩也是最小的，如果抽油机停机在上下死点位置时，一个人的力量就可以推动抽油机转动一定的角度，如果是下死点启动由于曲柄位置最高，储备足够能量将更有利于抽油机的启动，游梁式抽油机光杆是做近似余弦加速度规律运动的，无突变载荷，这些因素都有利于抽油机的启动，相反启动扭矩大是某些非游梁式抽油机的特点。
从另一方面讲，即便是抽油机起动力矩真的很大，由于电动机本身具有较强的抗过载能力，短时间的过载使用，使电动机功率提高到额定功率的两倍左右也不会对电动机产生影响。
因此从抽油机正常使用来看无需人为增大电机功率，如果用户在使用过程中测量电机电流与电机额定电流相差较大，可以更换较小的电机。
四、电流参数配置分析
游梁式抽油机常需采用往复摆动曲柄的方法甩上曲柄，或采用提前调整平衡块、吊车辅助作业等方法完成举升曲柄工作，所以抽油机设计时不需要根据举升曲柄这一特殊需要选配电机，对于非游梁式抽油机如果平衡系统采用的是重块平衡，想利用电机的力量提升平衡重块难度会更大这里不做分析。
抽油机所配电机功率大就会造成能耗的大幅度提高吗？抽油机运转所需功率的大小取决于载荷的大小，而非取决于电机额定功率的大小，一般来讲电动机负载率在25～90%范围内效率较高，效率达到80～90%。
五、抽油机的合理选型
常常有人把抽油机匹配电机的大小作为衡量抽油机是否节能的标准，也有人认为：“低冲次抽油机可以匹配较小功率的电机，因此可以大幅度节约能源，游梁式抽油机应向低冲次方向发展。
”抽油机运转所需功率与抽油机的冲次成正比，每分钟运转10次和运转2次的抽油机装机功率当然会有显著的变化，但是抽油机的冲次与原油产量有着密切的关系，游梁式抽油机能够适应高冲次的工作条件下运行，这正是其历经百年长盛不衰重要原因之一，游梁式抽油机具有较宽的使用范围，可以满足每天0至300方排量的使用要求。
对于有低冲次需求的井矿，用户只需要匹配低速电机或调速电机既可满足要求，因为抽油机冲次降低，所需电机功率也随之减少所以匹配低速电机不会造成成本的大量增加
六、有关游梁式抽油机设备投入成本的讨论
由于游梁式抽油机存在着单机重量高，生产成本高，购置成本高的传统观点，在人们的认识中存在一定的不理解。
其实，对于中小型抽油机来说，游梁式抽油机生产成本并不高于非游梁式抽油，对于较大型号游梁式抽油机与同型号的非游梁式抽油机相比，游梁式抽油机重量最
高，制造成本较高，尤其是冲程5米以上的游梁式抽油机其制造成本将会显著提高，但是，游梁式抽油机具有很高的可靠性，可以节省大量销售、服务费用，因此游梁式抽油机仍然是目前市场上价格最低廉的抽油机。
七、抽油机发展前景分析
在中国抽油机市场一度出现“繁荣”的局面，针对抽油机的设计以及配套装置的设计品种不断涌现，但是真正能够经得起时间考验长期被用户接收的少之又少，分析原因，主要是由于他们都是在以上列举的针对游梁式抽油机错误认识指导下研发出来的产品，所以其产品是难以达到预期效果。
由于历史原因，我国抽油机的发展走的是一条自我发展的道路，产品没有与世界接轨，这就难免走一些弯路，今后我国抽油机的研发和选型，还是应该多借鉴一些世界发达国家的经验，如果产品能够等同采用API标准，与世界接轨，这样及有利于原油生产单位提高综合效益而且对制造行业在世界上的崛起也起到积极推动。