游梁式抽油机优化设计___matlab

题目：游梁式抽油机优化设计

专业：机械设计制造及其自动化

学生：杨存灵（签名）

指导教师：乔心州（签名）

摘要

建立了有效净扭矩为目标函数的游梁式抽油机的优化模型采用matlab 对优化模型进行求解。通过对冲程4.2m10型抽油机优化实例并与国、内外对比结果表明，文中优化设计方案有效可行。

关键词: 抽油机游梁式抽油机优化设计

Subject:optimization of Beam pumping unit

Major：Mechanical Design, Manufacturing and Automation Student:Yang cun ling (Signature)________ Supervisor: Qiao xin zhou (Signature)__________

Abstract

Establish an effective net torque as the objective function of the beam pumping unit of the optimization model using matlab to solve the optimization model. By optimizing pumping unit stroke 4.2m10 instance and with national and international comparison show that The effective and feasible design scheme optimization

Key words：pumping unit ; beam pumping unit; optimization design

目录

第一章：引言 (1)

1.国、内外研究现状及发展趋势 (1)

2.本课题研究的主要内容 (5)

第二章：游梁式抽油机优化设计 (6)

2.1.游梁式抽油机的工作原理 (6)

2.2.现有游梁式抽油机存在的主要问题 (7)

2.3.优化设计简介 (9)

2.4.对抽油机主体参数设计的要求 (10)

2.5.优化设计目标函数 (16)

2.6.10型抽油机优化设计数学模型 (17)

2.6.1.设计变量 (17)

2.6.2.目标函数 (18)

2.6.3.约束条件 (25)

2.7.用MATLAB进行结果处理 (26)

2.7.1.MA TLA B简介 (26)

2.7.2.优化设计的程序 (27)

2.8.优化结果分析 (29)

第三章：总结与展望 (32)

参考文献 (33)

第一章引言

1.1.国、内外研究现状及发展趋势

抽油机是将石油从地下开采到地上的采油设备，它的产生和使用由来已久，已有百年历史。其中应用最早、普及最广的是游梁式抽油机，早在130年前就诞生了。常规游梁式抽油机具有结构简单、容易制造、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重的地位，在今后相当长的一段时间内仍是油田首选的采油设备。但是由于常规游梁式抽油机本身的结构特征，决定了其具有平衡效果差，曲柄轴净扭矩波动大，存在负扭矩、工作效率低和能耗大等缺点。

随着油田的发展，有杆抽油技术取得了突破性的进展，尤其是近十几年来，科学工作者不断的开展对新型节能抽油机的研究，在理论和实践上均取得了很大的进展。越来越多的新型抽油机相继研制成功，对油田的发展做出了贡献。目前在用的有杆式抽油机主要分为以下几类：

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧式等链条式、皮带式、绳索式、钢架式低矮式、滚筒式、塔架无游梁式抽油机液动平衡气动平衡复合平衡曲柄平衡游梁平衡机械平衡按平衡方式分式斜井式、低矮式、活动型常规型、前置型、偏置按结构类型分游梁式抽油机抽油机

目前，抽油机的发展趋势主要有以下几个方面。

1）朝着大型化方向发展

随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不断增加，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等都要求使用大型抽油机。因此，国外近几年来出现了许多大载荷的抽油机，例如前置式气平衡抽油机最大载荷213KN ，气囊平衡抽油机最大载荷227KN 。随着生产的需要，将来还会有更大载荷的抽油机出现。

2）朝着低能耗方向发展

为了减少能耗，提高经济效益，近年来国、内外有关专家研制了许多节能型抽油机，如异相型抽油机、双驴头抽油机、摆杆抽油机、渐开线抽油机、磨擦换向抽油机等。

3）朝着高适应性方向发展

抽油机应具备较高的适应性，以便拓宽其使用范围，例如适应各种自然

地理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成分石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽汲的需要；适应长冲程的需要；适应节电的需要；适应无电源和间歇抽汲的

需要；适应优化抽油的需要等。

4）朝着长冲程无游梁抽油机方向发展

近年来，国内、外研制并应用了多种类型的长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机。

5）朝着自动化和智能化方向发展

20世纪90年代以来，以华北石油第一机械厂和新疆第三机床厂为代表的抽油机生产厂家，率先应用游梁变矩平衡原理，在传统的常规游梁式抽油机基础上进行了大胆的创新，研制成功了新一带的节能高效游梁式抽油机。实现了10型以上的大型抽油机有功节电30%，装机功率下降50%的目标，从而开创了游梁式抽油机节能的新时代。抽油机是石油行业的用电大户，其用电量约占油田总用电量的40%左右。由于抽油机负载一般呈周期性波动，空载和满载时负载相差很大，但是功率并没有什么差别，很多的电能浪费在空载的时候，所以常规抽油机负载率低，抽油机的系统效率也很低，据统计最高不超过30%，电能浪费严重。随着油田的开发，抽油机的投入量日益增加，提高抽油机的效率，降低抽油机的能耗问题显得越来越突出，于是各式各样的新型抽油机便应运而生。目前国内、外已有近百家厂商研制无游梁抽油机，最大功率达到171千瓦，最大悬点载荷达到22.7