抽油机悬点运动分析

东北石油大学

力学技能训练

2015 年3月29日

东北石油大学力学技能训练任务书

课程力学技能训练

题目CYJ12-3.6-73HB游梁式抽油机悬点运动分析及其载荷分析

专业工程力学姓名董日治学号110403240128

主要内容、基本要求、主要参考资料等

将要进行的力学技能训练具体的内容、要求、参考资料如下：

1.主要内容：

（1）深入学习和研究常规型游梁式抽油机悬点运动分析及其载荷分析方面理论知识。

（2）利用所学的计算机基础知识独立完成编写出计算机程序并且上机进行相应计算。

（3）对于计算结果进行比较分析，通过反复计算，得到正确的计算结果。

（4）对于计算结果进行详细分析，得到相应的正确结论。

2.基本要求：

（1）独立思考，刻苦钻研，掌握理论研究方法和熟练计算机操作技巧；

（2）绘制出正确的指定型号游梁式抽油机悬点运动曲线及理论示功图；

（3）撰写一份规范的2万字左右的力学技能训练报告。

3.主要参考资料：

（1）东北石油大学电化教学中心.采油工艺实习用光盘. 1999.

（2）董世民.抽油机设计计算与计算机实现[M].石油工业出版社.1987：11-21.

（3）万仁博，罗英俊.采油技术手册（第四分册）[M].石油工业出版社.1993:36-52.

完成期限2015.3.9-2015.3.29

教师负责人

专业负责人

2015 年 3 月 5 日

摘要

采油是石油工程中重要的组成部分它的重要性不亚于钻井，钻井把石油和地面连通了，而采油才是把石油送到了地面。而直接影响采油质量和进度的就是采油技术和设备。

随着抽油机制造技术的不断发展进步，自20世纪90年代后，陆续开发了不同形式的以节能为目的的抽油机，节能抽油机仍然属于普通式游梁式抽油机结构。抽油机是抽油机—深井泵抽油系统中的主要地面设备。游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备、辅助设备等四大部份组成。工作时，动力机将高速旋转动动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄轴做低速旋转运动，曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下往摆动，挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆作上下往复动动。

掌握抽油机悬点的运动规律（悬点的位移、速度和加速度）是研究抽油装置动力学、确定抽油装置的基本参数及运行抽油装置设计的基础，因此本文运用了三种方法分析了悬点的运动规律，即简化为简谐运动时悬点的运动规律，简化为曲柄滑块机构时悬点的运动规律，还有悬点运动规律的精确分析。

关键词：采油计算，采油设备，载荷计算

目录

第1章概述 (1)

1.1抽油机的发展及研究目的 (1)

1.2抽油机的介绍 (1)

1.3采油方法 (3)

1.4本文研究内容 (5)

第2章抽油机悬点运动规律 (6)

2.1悬点运动规律 (6)

2.2简化为曲柄滑块运动机构时悬点运动规律 (7)

2.3悬点运动规律的精确分析 (9)

第3章游梁式抽油机悬点载荷计算 (12)

3.1悬点静载荷的大小和变化规律 (12)

3.2悬点动载荷的大小和变化规律 (14)

结论 (16)

参考文献 (17)

附录 (18)

第1章概述

1.1抽油机的发展及研究目的

近几年来，抽油机节能问题己日益引起人们的重视，国内的许多生产厂家正在不断地应用新技术，通过进行结构优化设计和改进平衡方式等，实现抽油机节能的目的，己经有一大批新型的抽油机相继投入油田开采。在开发新产品的同时，也要对现有抽油机实施节能技术改造，不断地推广节能技术。进入二十世纪九十年代，许多科研人员、各大科研院所、抽油机制造厂家做了大量的研究上作，研制出10多种不同类型的新型抽油机。数控抽油机虽然采用了全新的技术，属于机电一体化产品，但其对游梁式抽油机没有任何继承，因而价格昂贵，且控制系统的可靠性还存在一定问题，不能推广使用。以偏轮抽油机为代表的几种六连杆抽油机，虽然节能效果显著，但其活动件较多，制造、安装、调整、维护复杂，现己基本停止了生产，摆杆抽油机的节能效果也较明显，但由于采用了开式滚轮传动，钢轨磨损严重，而且与常规机相比增加大量钢材和多个活动关节，可靠性大打折扣，其发展前景也不容乐观。双驴头抽油机采用柔性四连杆结构，节能效果较好，结构上与常规抽油机相比，减少了尾轴承座连接，增加了后驴头和软连接，重量增加较少。其主要问题就是钢丝绳的折断问题，但通过合理选用材料和弧面参数，这一问题将得到解决。随着数控切割设备的出现，其制造难度降低，成本下降，其发展前景看好，目前国内节能型抽油机的应用上也证明了这一点。

为此，本文在分析目前国内外在用抽油机的情况基础上，对异相曲柄抽油机进行优化设计，一方面提高其节能效果，另一方面提高其系统的可靠性，进一步进行抽油机优化设计研究。

1.2抽油机的介绍

抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井。当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。油井内的机械解堵采油器就是利用油管柱周期性的弹性变形来产生周期性的上下往复运动，从而对地层产生抽吸挤压频繁交替变换的活塞作用。油层内“粘连”的液滴和堵塞颗粒物受到这种频繁地抽吸力和挤压力扰动后，被

迫脱离原位，最终，使不易移动的液滴开始流动，使“粘连”的堵塞颗粒物脱离油道，实现疏通油道、扩大油流增加原油产量的目的。套环形油道，使正向单流阀下方区域形成负压区，相当于对地层产生了一个强大的抽吸力。在一个冲次内，随着抽油杆的上升/下降，而使电机工作在电动/发电状态。上升过程电机从电网吸收能量电动运行；下降过程电机的负载性质为位势负载，加之井下负压等使电动机处于发电状态，把机械能量转换成电能回馈到电网。然而，井下油层的情况特别复杂，有富油井、贫油井之分，有稀油井、稠油井之别。恒速应用问题显而易见。如抛却这些不谈，就抽油机油泵本身而言，磨损后的活塞与衬套的间隙漏失等都是很难解决的问题，况且变化的地层因素如油中含砂、蜡、水、气等复杂情况也对每冲次抽出的油量有很大的影响。看来，只有调速驱动才能达到最佳控制。引进调速传动后，可根据井下状态调节抽油机冲程频次及分别调节上、下行程的速度，在提高泵的充满系数的同时减少泵的漏失，以获得最大出油量。尤其是采用变频调速既无启动冲击，又可解决选型保守、线路较长等所致的功率因数偏低等问题，获得节能增效的同时又能提高整机寿命。尤其是油泵的寿命，减少机械故障提高可靠性. 3、管理一般都是划分区域,然后有一个管理站集中管理，通常只是作些检查记录以及维护等. 抽油机其实和我们平时家里自己打的水井抽水的原理一样，也是通过一个活塞拉杆（抽油杆）的抽汲作用把油抽上来，然后通过地下埋的管道送走。唯一不同的地方就是这个拉杆的动作是通过一个电机来带动的。抽油机目前国内有很多中形式，一般常见的就是电视上看到的那种带有一个大大的扇形铁块那种，来回运动，形象地成为“磕头机”。也有直线电机带动的，体积小，据说节能效果好些，但是成本比较高。抽油机这样的外形设计不是为了节能，而是从减少对电网影响的角度来考虑的，因为我们知道当抽油杆下落是，电机是不做功的，相反还有电能回溃电网，油田的抽油机比较多，这些回溃的电能是电网产生了严重的畸变，所以现在有的抽油机就带了回溃制动或者回溃逆变等多种处理方式。

经过多年的发展和改进，我国先后研制了多种游梁式抽油机，包括前置型、异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁、双驴头抽油机等。（2）无游梁式抽油机。无游梁式抽油机的种类较多，主要为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标，特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。无游梁式抽油机又分为机械式无游梁抽油机和液压式无游梁抽油机。我国先后研制和应用了链条式抽油机、皮带传动抽油机、滚筒型无游梁式抽油机和液压抽油机等。其中主要以链条式抽油机和皮带传动抽油机为代表。链条式抽油机具有长冲程、低冲次、悬点匀速运动、负荷能力大、平衡效果好等特点,适合大多数油井的有杆抽油，尤其适合于抽稠油和深抽。