变频技术在游梁式抽油机中的应用

第一篇：变频技术在游梁式抽油机中的应用

变频技术在游梁式抽油机中的应用

作者： 刘卫丰

摘要：在保留游梁式抽油机优点的基础上，将游梁式抽油机固定运动特性改变为随油井工况可调节的可变运动特性。根据油井工况，通过调整电机频率来控制抽油机冲次，从而满足开采工况复杂多变的油井和复杂油藏的需求，最终使油井供排液系统达到动态协调，泵充满度明显提高，并具有明显的增产、节能效果。关键词：变频；游梁式抽油机；可变运动特性

一、变频调速技术改造的必要性

（一）游梁抽油机无法满足复杂油藏的要求

目前热河台油田已进入开发生产后期，但是由于受构造影响，部分小断块尚未实现注水开发，地层亏空严重，油井供液不足。需要降低抽油机参数生产。低冲次的开采工艺即可保证产液量稳定，又可以延长设备使用期限。但是，长期的低冲次生产，又使油井的动液面得到恢复，有时动液面监测，发现动液面上升，为了提高单井产量，又需要加快冲次。生产过程中，经常需要根据动液面变化情况，适当调整冲次。而目前的游梁式抽油机因无法调节其运动规律很难满足要求。

（二）游梁抽油机调节费时、费力

目前的游梁式抽油机只能靠更换皮带轮来调节冲次，这样的维修费用高，工人的劳动时间长，强度高，原油的生产成本高，且浪费了大量的生产时间。因此，生产中急需能够随时调节抽油机冲次的技术，来满足生产需要。

二、变频技术的选择

在保留游梁式抽油机优点的基础上，将游梁式抽油机固定运动特性改变为随油井工况可调节的可变运动特性，最简单的方法是应用电动机调速技术。目前异步电动机调速方法有改变电动机的磁极对数、改变转差率和改变电源频率等3种。其中改变电源频率调速即变频调速是近年来广泛应用的成熟技术，变频调速所达到的指标堪与直流电动机的调速性能相媲美。变频调速技术在我国石油工业的原油集输、供水系统和采暖供热系统上已广泛应用。采用变频调速技术将游梁式抽油机改造成为可调频抽油机，可根据油井工况调节运动特性，从而满足开采工况复杂多变的油井和复杂油藏的需求。实践证明，在油田设备上应用变频调速技术不仅节能效果明显，而且降低了工人的劳动强度，减少了工作量，综合效益明显提高。因此，可采用变频调速技术作为改造游梁式抽油机的主要技术。

三、变频技术的原理

游梁式抽油机电动机电源频率为50Hz，电压为380V，油田普遍使用低转速的普通异步电动机，具有较硬的外特性，其转速随载荷变化很小，因而驴头悬点的运动规律基本不变。而变频技术是随着电子技术的发展而逐渐成熟，并广泛应用于抽油机电动机的一种新技术，在降低电机功耗，改善其运行状况中取得了显著效果。但在现场使用中，由于各油井的工况不同，对电动机频率通常是以经验来调节的。电机的输出功率为P=M1ω，式中，M1电动机输出扭矩，ω为电动机输出轴角速度。可见，降低电动机转速就可以实现降低电动机输出动率的目的。变频技术的机理就是通过改变电源频率，来达到改变电动机转速的目的。

四、现场应用效果

热河台油田目前有抽油机井20口，产油量较高的井有7口，含水较高的井有7口，低产井6口。其中安装变频柜的抽油机有7口，今年新安装变频柜的有5口。通过使用变频柜，热河台油田产液量、产油量较去年相比，均有所增长。图为2012年、2013年热河台油田日均产液量、产油量对比（不含新井）： 年份 2012年 2013年 对比 日均产液量 85.8 111 +25.2

日均产油量 32.3 34 +1.7

我们根据各井测试结果，通过变频适当调节冲次，来满足生产需要，对比效果如下： 热18-6通过地质测试，动液面较高，我们适当提高冲次，产量对比变化如下：

井号 热18-6 对比

下： 冲次/分 6 9 +3

日均产液量 14.1 17.2 +3.1

日均产油量 8.1 9.4 +1.3

热热11-

5、热7-07井，由于测试结果显示含水较多，我们适当降低冲次，来满足生产需要，对比效果如井号 调整前 对比 调整后 对比

冲次/分

热11-5 热11-5 热7-07 热7-07 7 4-3 6 2-4.5

日均产液量 日均产油量 5.9 5-0.9 7.8 5-2.8

0.3 0.3 0 0 0 0

热河台仍有部分井建议安装变频柜，如热

21、热27，以满足复杂多变的生产需要。

实践证明，变频调速应用到目前的游梁式抽油机，其投资少、见效快、实用性强，不仅能够节约成本，提高产量，还能延长抽油机的使用寿命，符合我国提倡的用高新技术改造传统产业的方针。

第二篇：游梁式抽油机基础知识

二、判断题：

（×）

1、盘皮带时，允许戴手套，不能用手推压皮带。

（×）

2、在抽油机上操作时，必须选择安全合适的位置，操作位置距地面超过2.5m时，必须系好安全带，同时防止工具掉落。

（√）

3、抽油机操作施工前，必须检查调整刹车，确保刹车灵活好用。（√）

4、盘车时，操作人员必须相互配合，由技术素质高者控制刹车。

（×）

5、装、卸光杆方卡子时，抽油机刹车必须刹紧，操作者面向抽油机处于安全操作位置，可以手抓光杆。

（√）

6、开机前检查抽油机各部件的固定螺丝、轴承螺丝、驴头销子螺丝、曲柄差动螺栓、平衡块螺栓、曲柄销子螺丝及保险开口销无松动现象；（×）

7、新投井的管线没有必要按设计要求试压。

（×）

8、开机前检查减速箱内机油确保其未变质，油面应在1/3处。

（√）

9、抽油机运转方向调整正常后利用抽油机曲柄平衡块的惯性，分1-2次启动电机，使抽油机正常运转。

（√）

10、抽油机开抽后检查，应听各连接部位、减速箱、电器设备、轴承等有无异常声音，井口有无碰泵声音。

（√）

11、对长停井要及时组织回收电器、抽油机和井口等有关设施。如为报废井则连地面管线也应全部回收。

（√）

12、对安装有水套炉的井，需对管线预热时应提前2-4h将水套炉加够水，点火加温。当无法点火预热时（如无气源）可用水泥车向管线泵热水预热管线。

（×）

13、上行过程中用手背试光杆温度是否正常，光杆过热则调紧盘根盒压帽。

（√）

14、在关井停抽前应录取各项资料，记录在班报表上，对结蜡较严重的井应提前热洗一次。（√）

15、冬季停井后应扫线，扫线后关闭计量站该井进干线及进分离器闸门。

（×）

16、新投产井或作业井确定防冲距的原则：泵深在1000m以内，每100m泵深约提8cm防冲距（×）

17、新投产井或作业井确定防冲距的原则：泵深大于1000m，每100m泵深约提10cm防冲距。（√）

18、对防冲距不合适的生产井，可根据示功图计算应调整距离。

（√）

19、调防冲距时穿戴劳保用品、选择与光杆直径匹配的备用方卡子总承、钢卷尺、活动扳手、管钳、钢锉、榔头、绝缘手套等。

（×）20、调防冲距时，按“停止”按钮，将驴头停在适当位置：若调大防冲距，则驴头停在便于操作的最大位置，若调小防冲距，则停在接近上死点位置。刹车，侧身切断电源。（×）

21、调防冲距时，卸掉盘根盒上的备用方卡子，不用将光杆上的毛刺锉光。

（√）

22、如遇油井有喷势或光杆密封器关闭不严而出现油气渗漏，则应在计量站将该井放空卸压，并打开井口取样闸门放空。

（√）

23、加盘根时应均衡关闭光杆密封器两翼丝杠，注意让光杆在盘根盒内处于中心位置。（×）

24、更换井口盘根时应穿戴劳保用品，准备与光杆直径匹配的胶皮盘根5-6个，并用钢锯按顺时针方向锯开45°切口。

（×）

25、更换井口盘根时，若井口尚微有喷势宜留下底部2-3个旧盘根不掏出。（√）

26、当示功图反映抽油泵有砂卡现象，应对油井进行洗井冲砂。（√）

27、热水洗井清蜡时，入井液温度需要达到70℃以上。

（×）

28、油井洗井时，应选用对油层没有伤害的洗井液，洗井液量为井筒容积的1-2倍。（×）

29、油井洗井时，同时监测油井出油温度，达到蜡熔点以后继续泵入井内的洗井液量必须小于井筒容积。

（√）30、油井洗井时，准备锅炉车一部，摆放在距井口10m以外便于操作的安全位置。（×）

31、热洗过程中可以停抽。（√）

32、油井清蜡热洗时，起动锅炉车开始加热，待锅炉车出口压力为0.1Mpa时缓慢打开套管闸门。

（√）

33、调整抽油机防冲距时，在光杆上做记号，记下悬绳器上原方卡子所在位置。（×）

34、抽油机井碰泵操作时，松开原方卡子，使悬绳器上升到比防冲距大5-10cm位置重新卡紧。

（√）

35、抽油机井碰泵操作时，松刹车，启动抽油机，使活塞碰击固定凡尔座3-5次。（√）

36、抽油机井操作完毕后，启动抽油机，观察出液正常后方可离开。

（√）

37、抽油机井碰泵时，穿戴劳保用品，准备管钳、活动板手、小榔头、钢锉、绝缘手套、与光杆直径相匹配的方卡子总承等。

（×）

38、憋压操作过程中可以不穿戴劳保用品。

（√）

39、憋压操作需要准备6Mpa压力表（带表接头），活动扳手、丝扣布等工具。（×）40、憋压操作中，待回压上升到5.0Mpa时停抽油机。

（×）

41、憋压操作中，待回压上升到4.0Mpa时停抽油机，观察10min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（√）

42、憋压操作中，缓慢关闭回压闸门，观察回压变化。

（×）

43、憋压操作中，待回压上升到6.0Mpa时停抽油机，观察15min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（×）

44、憋压操作中，待回压上升到6.0Mpa时停抽油机，观察10min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（√）

45、带压换回压表操作中，应关闭回压表截止阀，缓慢卸松井口原回压表。（×）

46、更换光杆密封器需准备的胶皮盘根，应用钢锯按顺时针方向锯开55。切口。（√）

47、更换光杆密封器需准备的胶皮盘根必须与光杆直径匹配。（×）

48、卸旧光杆密封器前，停抽、将驴头停在接近上死点位置。

（×）

49、更换光杆密封器时，应按照顺时针方向掏尽盘根盒内旧盘根，将盘根盒卸离光杆密封器。

（√）50、井口放空时，没喷势的油井，关回压闸门，打开取样闸门放空。（×）

51、关闭放空时，由计量站放空的井，关闭取样闸门，开回压闸门。

（√）

52、更换抽油机井井口盘根时，卸开盘根盒压帽，将压帽、压盖用细绳牢固系在悬绳器上，严禁用管钳别住。

（√）

53、更换光杆密封器时，应将光杆密封器装在井口三通上，盘根盒压帽压盖牢固系在悬绳器上。

（√）

54、更换抽油机传动皮带应准备：活动扳手、撬杠、绝缘手套、试电笔及规格合适的抽油机皮带。

（√）

55、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带后，用撬杠后移电机，调整前顶丝，使皮带松紧合适。

（√）

56、检查抽油机皮带松紧时，用手压法或上翻法检查皮带松紧度。

（×）

57、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带，利用后顶丝调整电机皮带轮端面与减速箱皮带轮端面呈“三点一线”。

（√）

58、更换游梁式抽油机传动皮带时，卸旧皮带，松开电机前顶丝和“T”形螺丝，用撬杠前移电机，取下旧皮带。

（√）

59、更换抽油机传动皮带必须穿戴好劳保用品。（×）60、更换抽油机传动皮带后，启动抽油机，即可离开。（√）61、更换抽油机传动皮带必须准备试电笔。

（√）62、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带，利用后顶丝调整电机皮带轮端面与减速箱皮带轮端面呈“四点一线”。

（×）63、更换游梁式抽油机传动皮带时，卸旧皮带，松开电机前顶丝和“T”形螺丝，用撬杠后移电机，取下旧皮带。

（×）64、选择抽油机减速箱机油时，夏季应选用20#机油。（×）65、更换抽油机减速箱机油，不需要全部放净。（×）66、更换抽油机减速箱机油，应准备一把600mm的管钳。（√）67、启动抽油机前，应先松刹车，戴绝缘手套侧身合闸送电。（×）68、加抽油机减速箱机油时，应将减速箱机油加满。（√）69、清洗抽油机减速箱应将箱底积聚的脏物清洗干净。

（√）70、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，应准备平衡块固定螺栓专用扳手。（×）71、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，不需要安全带。

（×）72、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，可将曲柄停在大于10º的夹角处。

（√）73、抽油机井在运转过程中，上冲程负荷重时，应将曲柄向外调整，远离曲柄轴心。（×）74、抽油机井在运转过程中，下冲程负荷重时，应将曲柄向外调整，远离曲柄轴心。（√）75、平衡调整完后，待抽油机运转一段时间出油正常后，测电机电流，检查调整效果。（√）76、调整游梁式抽油机冲次时应准备皮带轮和拔轮器。（×）77、调整游梁式抽油机冲次时，不准用撬杠、大锤。（√）78、新装皮带轮内孔应用砂纸进行打磨除锈。

（√）79、安装皮带轮应清洗电机轴头和欲装皮带轮孔涂上润滑脂。（×）80、调整游梁式抽油机冲程时，可将曲柄停在上死点。

（√）81、调整游梁式抽油机冲程时应用铜棒敲击衬套和键，并清洗干净。（×）82、更换曲柄销子总承一般将抽油机曲柄停在左上方45°-60°位置。

（√）83、更换曲柄销子总承时，曲柄销子轴承座内面与曲柄孔端面保持4-10mm的间隙。（×）84、更换曲柄销子总承应准备曲柄销总承一套，衬套两个。

（×）85、更换曲柄销子总承时，曲柄销子轴承座内面与曲柄孔端面保持4-10mm的间隙，否则应调整轴承位置。

（×）86、更换曲柄销子总承只需准备的工具是套筒扳手、撬杠、大锤、活动扳手和锉刀。（√）87、更换游梁式抽油机曲柄销总承时，取下曲柄销总承和衬套后，应清洗曲柄孔并涂上润滑油。

（√）88、无衬套的曲柄销子可以直接装入曲柄孔内。

（×）89、更换游梁式抽油机电动机时，根据新换电动机底座孔距，调整抽油机电机位置。（×）90、更换游梁式抽油机电动机时，应调整滑轨、调整前顶丝使电机皮带轮和减速箱皮带轮端面达到“四点一线”。

（×）91、更换电机时只要牢固连接电机接线盒的电源线以及接地线，装好接线盒即可。（√）92、更换电动机应穿戴劳保用品，准备5t以下吊车一部，扳手、撬杠、大锤、电工工具和绝缘手套等。

（√）93、计算光杆功率公式中Fmax指实测最大负载。（√）94、计算光杆功率公式中S指光杆冲程。

（×）95、更换毛辫子的操作步骤启动抽油机时，应将驴头停在接近上死点位置。

（√）96、更换毛辫子操作前应穿戴劳保用品，准备安全带、管钳、锉刀、榔头、扳手、手钳、撬杠、棕绳，绝缘手套、与光杆直径匹配的备用方卡子总承等。

（×）97、更换毛辫子的操作步骤应首先停抽，但无须检查刹车灵活可靠

（√）98、更换游梁式毛辨子时，将悬绳器两侧的开口销拔出，取出钢丝绳，使悬绳器座在井口方卡子上。（√）99、游梁式抽油机更换毛辫子时应将钢丝绳两端装入悬绳器两侧的开口，插入开口销固定。（√）100、更换游梁式抽油机毛辨子时，一人攀上驴头，系好安全带，将悬挂盘保险销拔出，卸松悬挂盘制动盖板的螺帽，撬松悬挂盘后，将保护板转至下垂位置，与地面操作人员配合将旧毛辫子取下，换上新毛辫子把保护板复位，上紧螺帽，装好开口销，解下安全带，将所用工具清理干净后，返回地面。

（×）101、更换游梁式抽油机毛辨子时，将钢丝绳两端装入悬绳器两侧的开口后，无须固定（×）102、如果抽油机毛辫子子打扭，可以不处理。

（√）103、抽油杆对扣应准备环形抽油杆对扣器，并检查牙板的齿部及滑槽应完好，无异物，严禁用管钳对扣。

（×）104、抽油杆对扣应准备环形抽油杆对扣器，并检查牙板的齿部及滑槽应完好，无异物，可用管钳对扣。

（√）105、抽油杆对扣准备应穿戴劳保用品，准备扳手、管钳、钢锉、钳形电流表，与光杆直径匹配的备用方卡子总承等工具。

（√）106、抽油杆对扣应清除井口周围的油污，平整场地，雨雪天应有防滑措施。

（√）107、抽油杆对扣应在盘根盒上用备用方卡子卡紧光杆，松刹车、盘车、卸去驴头负荷，刹紧刹车。

（×）108、抽油杆对扣应将环形对扣器的主半圆手架（带对扣总承）先提到距盘根盒约30m的光杆上，拧紧对扣器上的蝶形螺帽。

（√）109、抽油杆对扣将副半圆手架配到主半圆手架上，并把搭扣翻转压紧。

（×）

110、抽油杆对扣操作中启动抽油机，将驴头停在接近下死点，悬绳器离盘根盒距离为100cm的位置，刹车，戴绝缘手套侧身切断电源。

（√）111、抽油杆对扣成功后，倒翻搭扣将主、副手架分开，松开蝶形螺帽，撤下主半圆手架。（√）112、更换光杆应检查刹车，确保刹车灵活好用，安排专人在操作过程中负责刹车。（×）113、安装新光杆将准备好的光杆套上盘根盒后穿入悬绳器，松开光杆吊环。

（√）114、更换抽油机光杆时，提出原光杆应停抽油机，将驴头停在便于操作的最大位置，刹紧刹车，戴绝缘手套侧身切断电源。

（√）115、更换抽油机光杆时，提出原光杆应关回压闸门，打开放空闸门放空，直至回压为零，松开盘根压盖,取出盘根，卸下盘根盒。（×）116、更换光杆一般井选用Φ32mm光杆。

（×）117、光杆更换完毕后，开抽应先开回压闸门后关取样闸门。

（√）118、安装新光杆松刹车盘车，待悬绳器接近下死点刹住车，在盘根盒上用备用方卡子卡紧光杆。

第三篇：常规游梁式抽油机英语词汇

常规游梁式抽油机

Conventional beam pumping unit 参数

Parameters 额定悬点载荷

Rated polished rod load 冲程 Stroke 冲次

Times of strokes 曲柄旋转方向

Rotating direction of crank平衡方式 Balance mode 曲柄平衡 Crank balance 减速器

Speed reducer 总传动比

Total drive ratio 额定扭矩 Rated torque 电动机 Motor 结构不平衡重

Structural unbalanced weight 整机重量 Total weight 外形尺寸

External dimension 性能参数

Performance parameter 光杆载荷（磅）

Polished rod capacity（lbs）抽油机尺寸 Unit size 最大冲程 Stoke length 游梁

Walking beam 吊绳、悬绳器 Wireline hanger 外直径

Outer diameter 厘米

Centimeter 毫米

Millimeter 分米

Decimeter 油管 Tubing 不加厚 NUE 加厚 EUE 壁厚

Wall thickness 端部加工形式

Processing type of end portion 钢级

Steel level 内衬 Lining 超高分子量聚乙烯

Ultra-high molecular weight polyethylene 水垢

Water scale 箍 Hoop 挖掘，疏浚 Dredge 抗磨，耐磨 Anti-wear 高密度

Ultra-high density 磨损 Wear 偏磨

Eccentrically wearing 摩擦系数

Coefficient of friction 粗糙度

Roughness Ra 螺纹

Screw thread 密封 Sealing 螺纹密封 Thread sealing 高密度聚乙烯

HDPE high density polyethylene 内孔

Inner bore 钻孔，镗孔，孔 Bore 外箍的外径

Outer diameter of outer hoop 环氧粉末涂层防腐油管

Powdered epoxy coating anti-corrosive tubing 注水井

Water injection well 侵蚀腐蚀 Corrode 烫 Scald 抑制 Inhibit 耐热性

Heat resistance 无毒的 Non-toxic 绝缘的 Insulating 技术指标 Quality index 执行标准

Executive standard 抗震强度，冲击强度 Shock strength 耐腐蚀性

Corrosion resistance 附着力 Adhesion 销孔 Pin hole 潜油电泵

ESP electric submersible pump 排水量

Displacement 电泵管柱

Electric pump pipe string 井筒 Shaft 偏差 Deviation 自动化装配流水线

Automated assembly line 锯齿螺纹

Buttress thread 井口装置

Wellhead equipment 采油树

Christmas tree 海上井口

Marine wellhead

第四篇：游梁式抽油机设计计算（推荐）

游梁式抽油机设计计算

卢国忠 编 05-04 游梁式抽油机的主要特点是：游梁在上、下冲程的摆角相等，即上下冲程时间相等。且减速器被动轴中心处游梁后轴承的正下方。

一、几何计算

1.计算(核算)曲柄半径R和连杆有效长度P 己知：冲程S、游梁后臂长C、游梁前臂长A、极距K(参见图1)由余弦定理推导可得： 公式： R12C2K22CKcostC2K22CKcosb

------(1)

PC2K22CKcostR

-------(2)式中：t900

1b9002

tng

K1I3600Smas

12 H4AI2H2

2.计算光杆位置系数PR：

PR是在给定的曲柄转角θ时，光杆从下死点计算起的冲程占全冲程的百分比。(图2)（图3）

公式：PR

st10％

-----------(3)Smastb曲柄

sPRSmax

12PR1

式中：

t,b 分别代表下死点和上死点的

角的值

Rsin

J

sin11C2J2P2

JPC2PCcos

cos 2CJ22

C2P22KRcos()K2R2 cos 2CP1  上冲程

360 下冲程 二运动计算

己知：曲柄角速度ω、曲柄转角θ，分析驴头悬点的位移s、速度v、加速度a的变化规律。

1.假定驴头悬点随u点作简谐振动：

AR1cosC2ARAR

以Smax代入得： vsinCCARa2conCsamax

1Sma1xcos21vSmin

asx212aSmosacx2s1Smax2 21R2.接严格的数学推导 amax2Smax1

2P三动力计算

1．从示功图上求悬点载荷W 示功图是抽油机悬点载荷W与光杆位置PR的关系曲线图。是用示功仪在抽油机井口实测出来的。设计中无法实测，只好用理论公式计算并绘制------称为人工示功图，为以后的受力分析、强度计算提供主要依据。

2． 光杆载荷W加在曲柄轴上的扭矩的计算（见图2，图3）a.美国石油学会(API)定义TF为扭矩因素，表示单位光杆载荷W在减速器上产生的扭矩T。计算公式推导如下：API规定生产厂要向抽油机用户提供一张θ角每变化15度的TF值变化表。

TFWAFlCsinFlAWCsin

TFqRTARsin WCsinFqRFlRsinFl

ARsinW

CsinFqsin考虑抽油机的结构不平衡重B的影响：

TARsinWB Csin光杆载荷在减速器上产生的扭矩：

TWnTFWB

b.应用PR表、示功图和TF表求出悬点载荷在减速器上产生的扭矩曲线，如 300： T30TF30W30B

3〃曲柄、平衡重加在曲柄轴上的扭矩计算

设曲柄自重为q，其重心到转轴中心距为r平衡重总重为Q，其重心到转轴中心距为R 产生的最大平衡力矩为： MmaxqrQR 4计算减速器净扭矩

当曲柄处于θ角位置时，其平衡力矩为 M =(QR+qr)×sinθ

悬点载荷在减速器上产生的扭矩TWnTFWB

其净扭矩为

TnTFWBMmaxsin

由此式可以绘制曲柄扭矩图。

5〃电动机功率计算 a.理论计算

由于曲柄受规律变化的扭矩作用，其计算功率用的扭矩值只能

222Tn21Tn2Tn3TnmTnm应用均方根扭矩来计算。

式中 Tn1,Tn2,Tnm0

曲柄轴的计算功率为：

N1.424104Tnn

电机功率为： NdN d 式中 N---曲柄轴的计算功率 HP Tn--曲柄轴扭矩，N m n---曲柄转速，冲次，d,--抽油机总效率，取0.6—0.8 b.估算公式 NQL KW 3900 式中 Q—深井泵理论日产量，m3/d Q1440ASn m3/d L--深井泵下泵深度，m A--深井泵柱塞面积，m2

—抽油机冲次，1/min S—抽油机冲程长度，m 5．平衡计算

在抽油机的设计和使用中，被普遍采用的平衡准则有三种：1。上、下冲程中，电动机所付出的平均功率相等。2．上、下冲程中，减速箱曲柄轴的输出扭矩峰值相等。3．在抽油机的整个冲程中，曲柄轴舜时的扭矩与平均扭矩偏差的平方和最小。

第1条准则的平衡计算简单、实用。表示为：下冲程时平衡重所储存的能量Ao等于电动机下冲程所做的功Adx加上下冲程抽油杆下落所做的功Axx，即

A0AdsAxx

上冲程时，平衡重所放出的能量Ao加上电动机上冲程所做的功Ads等于上冲程驴头悬点提升抽油杆和液柱所做的功Axs,即

AoAdsAxs

由于上、下冲程中，电动机所作的功相等，即AdsAdx，由此可求得平衡重所储存的能量：

A0AxsAxx 2a.如已测得抽油机驴头悬点的实际示功图如图-4，则：

面积OABCFO面积OADCFOqpqs2

1(面积OADCFO面积ABCD)qpqs2A0式中 qp----示功图纵坐标比例，N/mm qs----示功图横坐标比例，m/mm b.如果没有实际示功图，亦可用静力示功图作近似计算，如图5 A0WgSmaxWySmax2(WgWy2)Smax

式中 Wg----抽油杆在油液中的重量，N Wy----油井中动液面以上，断面积等于柱塞面积的油柱重量，N Smax----抽油机的最大冲程，m 计算平衡重储能

以图-3的复合平衡为例，图中：

Qy----游梁平衡重；

KcQy离游梁支点O的距离； Qb----曲柄平衡重；

RQb的平衡半径；

qy----游梁总成的重量； ly----游梁重心距； qb----曲柄自重； lb----曲柄重心距；

下冲程时，KcKAKSmaxc(2r)2rc AACCK 储存能量为 2rQyc

C游梁平衡重抬高的距离为

曲柄平衡重抬高的距离为 2R , 储存能量为 2RQb 游梁总成的重量抬高的距离为2rlyC，储存能量为2rqylyC

曲柄自重抬高的距离为2lb，储存能量为2lqbb 总储存能量为 Ao2rQy为方便计算，设

QyRKcl2RQb2rqyb2lbqb CCqylyKc----游梁总成的重量所相当的游梁平衡重大小；

qblb----曲柄自重所相当的曲柄平衡重的平衡半径。Qb代入上式，求得游梁平衡重的大小： QyAoRRQbQy KcKc2rrCC曲柄平衡重的平衡半径： RAoQyQKyrcR，2QbQbC对于单独的游梁平衡，Qb0，同时曲柄自重的影响，则： QyAoQy2rK cC对于单独的曲柄平衡，Qy0，同时游梁自重的影响，则： RAo2QR b

四．主要构件的受力计算（见图-3）1．游梁受力分析

Mo0FLsinCWBA

连杆轴向力 FAWBLCsin

游梁切向力 FLsin 游梁纵向力 FLcos Xo0xoFLxFLcos Yo0yoFLyFLsinWB

2．支架受力分析

MH0yQEyODxOH yFLQECsinWBCHcos

MQBDxoH 0yHEyoF yHLEDsinWBEDHcos

EX0xHcos FxQxoL3． 曲柄—减速器被动轴总成受力分析

MXYo~sinQRqrsinF0FLQCrC

rFsinQRqrsin FCCLocos 0xoFLosinF 0yoQqFLC4． 曲柄肖轴受力分析

的剪切力作用。曲柄肖轴受一对大小等于FL5． 减速器受力分析 6． 支座受力分析

五．各另部件强度计算（略）

第五篇：游梁式抽油机的节能探讨

游梁式抽油机的节能探讨

来源:www.xiexiebang.com

摘要：游梁式抽油机是原油开采最主要的设备之一。由于其驱动电机在实际运行中负载率和工作效率不高，致使油区配电系统的功率因数偏低，增加了电能的损耗。目前普遍采用的节能方式是对单台抽油机进行电容器的固定无功补偿。针对传统无功补偿方式的缺陷，本次设计提出提出了动态无功补偿和进行Y—△转换相结合的节能方案，设计了动态跟踪的无功补偿装置，利用实时检测得到的系统负载率以及无功需求量来控制电容器的分组投切，实现了无功功率的“按需”补偿，取得了较为理想的补偿效果。

关键词：抽油机；节能；控制器引言

目前，抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一，它将石油从地底提升到地面上来，从而完成采油任务。在抽油机的各种类型中，游梁式抽油机又占主要的地位，它是油田使用最广泛的一种举升设备，约占油井人工举升设备的95％[1]。虽然游梁式抽油机与无游梁式抽油机相比有很多弊端，但是由于数量多、采油成本较低等原因，游梁式抽油机在一段时期内还会占据抽油机市场的主导地位。所以，本次就以游梁式抽油机的节能作为研究的方向。

抽油机作为油田的主要生产设备，其驱动电机用电量占油田总用电量的比例很大，是油田的耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40％，且总体效率很低（据有关调查一般效率在30％左右），导致了电能的大量浪费，提高了采油的成本。

综上所述，我们找到了抽油机节能设计的突破口，可以通过无功补偿和Y-△转换调节电机电压相结合的装置来实现抽油机的节能。这样提高了电机效率和功率因素，减小电机损耗，降低了电费成本，减少了能源的浪费[2]。工作原理和设计思路

2.1 游粱式抽油机工作原理

游梁式抽油机的类型很多，但其基本结构和工作原理是基本相同的。这类抽油机主要由游粱一连杆一曲柄机构、减速装置、动力设备和辅助装置等四大部分组成.游梁式抽油机的工作原理：电动机将其高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，并经中间轴带动输出轴，输出轴带动曲柄作低速旋转运动。同时，曲柄通过连杆经横梁拉着游梁后端上下摆动(或者是连杆直接拉着游梁后端)。游梁前端装有驴头，活塞、液柱及抽油杆等载荷均通过悬绳器悬挂在驴头上，由于驴头随同游梁一起上下的摆动，结果驴头带动活塞作上下的垂直往复运动，就将油抽出井筒[3]。

2.2 总体设计思路

游梁式抽油机占据了抽油机市场的主导地位，故本文的研究主要是针对游梁式抽油机。

同时游梁式抽油机的拖动装置绝大部分是交流三相异步电动机，其中鼠笼型异步电动机结构简单、坚固、惯量小、运行可靠、维修少、制造成本低及可应用于恶劣工作环境等优点，使其作为油梁式抽油机动力驱动装置，得到了广泛的应用。由于抽油机在工作时负荷匹配不合理，大多数电机处于轻载状态，造成大量的电能浪费，系统效率低下。因此，本文采用了一种以无功补偿为主，并和Y 一△转换调节电机电压相结合的装置来实现抽油机的节能。通过对抽油机工作时的负载率的分析，确定电机是否处于重载状态，实现了电机在启动时和高负载时功率因素的提高；同时通过补偿电容器组的投切来实现无功补偿，从而达到抽油机的节能。游粱式抽油机的节能设计

针对目前的节能方案，考虑到当前油田的管理水平和工人的技术素质以及现场环境和员条件，缺少一种成本低，可靠性高，节能幅度大，又能提高原油产量的节能方法。因此，针对上述这些情况，本次提出了一种以无功补偿为主，并和Y—△转换调节电机电压相结合的节能装置，使得抽油机节能控制箱的装配和使用尽量的简单，并具有较高的可靠性。

3.1 Y—△转换调压控制和无功补偿节能的原理

3.1.1 Y—△转换调压的节能原理

由于三相异步电动机的总损耗为：ΣP=P1-P2=Pfe+Pcu1+Pcu2+Pmac+Pad，其中，P为输入电功率，P2为电机轴输出功率。Pcu1为定子铜损耗，2 2Pcu1 = 3I1 R1 式中I1为定子每相电流，R1为定子每相电阻值；Pcu2为转子铜损耗，2 2Pcu2 = 3I′2 R′2 式中I′

2、R′2为转子每相的折算值；Pfe为电机的铁芯损耗： 2fe mP =P1 50（f）β B50，式中P1 50 为铁耗系数，其值范围为1.05~2.50； β 为频率指数，随硅钢片的含硅量而异，其值范围1.20~1.60；f 为磁通交变频率；Bm为铁芯中磁通密度；Pmac为机械损耗。通常认为其是大小不变的常量。由于Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，可知铁损耗Pfe正比于电机端电压的平方[4]。

Pad为附加损耗，主要由于定、转子有齿槽存在，当电机旋转时磁通发生脉振而在定转子铁芯中产生附加损耗，其大小也与磁通密度大小成正比。

从上述可以看出，若要提高电机的运行效率η，则必须降低ΣP。而降低电机端电压可以使铁损耗大为降低，降低电机线电流，则可减少铜耗，从而使效率η 增加。

电动机转入Y 接状态运行时，定子相电流降低，定子铜耗Pcu1和转子铜耗Pcu2也相应降低。同时，Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，随着U1下降，Bm减少，使得铁耗Pfe和附加损耗Pad也相应降低，所以总损耗ΣP下降。而电机从电网输入的电功率P1=ΣP + P2，转轴上所带负载没变，即输出功率P2没变，但ΣP减少，使得从电网吸取的有功功率P1减少，电机效率η = P2 P1得以提高，星形及三角形接法运行时的效率特性如图3.1 所示。出图3.1 可得，当电动机的负载率β 小于40％时，η Y>η在不考虑电机铁芯磁路饱和时，磁通与输入电压成正比，当换接运行后U1下降为原来的1 3，磁通也降为原来的1 3。电机设计时，与额定电压对应的磁路通常处于饱和状态，所以线电压降低，磁通减少，铁芯饱和程度降低。磁通以及饱和程度降低，使产生磁通的激中国科技论文在线磁无功电流减少，因而换接后的激磁电流比三角形连接时的1/3 还要低一些。激磁电流的降低，使电机向电网吸取的空载无功功率Q0减少，由功率三角形可知，无功功率Q减少，P值一定时，功率因数角? 减小，功率因数cos? 增大。同时，电动机在Y 形连接和△形连接时的功率因数与负载率β 的关系曲线如图3.2 所示。可见，当β <70%的时候，Y 形连接的功率因数明显高于△形连接时的功率因数。

3.1.2 无功补偿的节能原理

游梁式抽油机的异步电机可看作电阻R 与电感L 串联的电路并联电容后电压U与I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流I的相位滞后于电压U,这种情况称为欠补偿。电容 C 的容量过大，使得电流I的相位超前于电压U，这种情况称作过补偿，此时会引起变压器二次电压升高，而且容性无功功率在线路上传输也会增加电能损耗。同时电压升高还会增大电容器本身的功率损耗，使温度上升，影响电容器的寿命。对电机进行无功补偿，可以大大减少起动电流和运行电流，减少损耗，并且相关电气设备温度降低、噪音减少，可以延长电动机的使用寿命[5]。

3.2 本次设计节能装置的实施

3.2.1 Y—△转换调压控制的方案电动机 Y 一△接法转换，就是根据电动机负载变化的情况，用改变绕组接线的方式来调整绕组电压。判断电动机负载变化的参数为负载率。负载率是指电机的实际输出功率与其额定功率之比，也称负载系数，通常以百分比表示.3.1 给出了不同电机的临界负载率：Y 形接线和△形接线电机损耗相同的负载率就是临界负载率。通过绘制各台电机不同接法时的损耗与负载率的关系曲线，找出其交点，即为临界负载率的切换点。同时可用经验公式求出电机在工作下的负载率。计算电机负载率有两种方法，一种是功率法，一种是电流法。

在功率法测负载率中，首先测量电机的输入功率P1，再由公式计算出电机的输出功率P2，之后就可以求出负载率。公式如下：

P2 = P1? P0 ? PR（10）

2PR = PRN(P2 P2N)（11）

其中，P2为输出功率，P1为电机的输入功率，P0为不变损耗，额定电压时为P0N，PR可变损耗，额定运行状态下为PRN。由于在用功率法测量负载率的方法中计算比较麻烦，因此功率法较为少用。在电流法测负载率中，先测量电机的输入电流I，之后计算出电机的负载率。通过上面的论述，在知道了电机临界负载率以及通过检测电流求出实际运行时电机的负载率后，就可以通过比较来决定Y 一△的转换时刻。当电机的实际负载率大子临界负载率，即β >β k 的时候，电机接成△形接法；当实际负载率小于临界负载率，即β < β k 的时候，电机接成Y 形接法。这种方法适合于定子绕组△形连接，有6 个接线柱，且适合于长期轻载运行或重载一轻载交替运行的电动机。它既可节约电能，又可改善电网的功率因数。但是由于电机转换频繁进行容易使触点损坏，因此为了减少转换频率一般在转换点的负载率之间设置一定的回差ε，通常采用负载率β < β k 一ε 时进行△-Y转换，而当β > β k +ε，进行Y—△转换，这可以通过软件的设置进行变换。

3.2.2 无功补偿的方案确定

无功补偿的方法是多种多样的，本次设计是从提高功率因数的方面来确定是否需要进行补偿。在抽油机日常工作中，节能控制器采用功率因数控制的方式工作，根据功率因数要求确定补偿容量。首先节能控制器可以判断功率因数的符号，以确定当前系统中的负载特性为感性还是容性，并根据是否过补偿以及和期望补偿后系统功率因数值进行计算比较，从而可以确定是否投切电容。

在前面论述过，当系统负载为容性时，说明可能当前系统处于过补偿状态。如果当前电机的功率因数绝对值比期望的功率因数绝对值大，说明过补偿容量在系统允许的范围内，可以不采取任何动作；如果当前电机的功率因数绝对值比期望的功率因数绝对值小，说明过补偿容量超出系统允许的范围内，则应该切除部分电容即当前补偿的电容与系统达到理想的功率因数为1 的运行状态时相比多补偿的容量[6]。

当系统负载为感性时，说明当前可能需要进行电容补偿。如果当前功率因数值大于期望功率因数值，则不需要进行无功功率补偿；若当前功率因数小于期望功率因数时，说明需要进行无功容量补偿。如果抽油机电机的有功功率实测值为P1，补偿前的功率因数为cos? 1，补偿后的功率因数为cos? 2，则补偿容量可用下述公式计算：Qc = P1(tan?1 ? tan? 2)（14）由此可以将Qc与当前补偿电容容量计算比较，从而确定该补偿或切除的电容量。

在抽油机正常工作状态下，会遇到大量的干扰，容易造成控节能制器频繁发出补偿与切除电容的指令。因此，为了避免电容的频繁投切而产生投切震荡，可以使控制器在软件上采取连续多次计算结果取平均值的方法来避免电容的频繁投切。具体方法如下：

首先确定一个负载率的上限基础值，使得节能控制器发现负载率大于此值后执行补偿程序，若实际负载率小于此值后，则不执行补偿程序，因此可以认为这个负载率的基础值为执行补偿程序的起点；其次，在确定实际负载率大于设定值后启动补偿程序，连续进行5 至10 次的测量计算，求得的平均值作为电容投切的指令；最后，不仅要关注实际负载率大于上限设定值，而且还要关注实际负载率小于下限设定值时的情况。若实际负载率小于下限设定值时，节能控制器要检测系统是否处于过补偿状态，在这种情况下可以适当切除电容或者完全切除补偿电容，避免系统对电网的影响；另外，cos? 2的确定要适当，通常将功率因数从0.9 提高到1 所需的补偿容量与将功率因数从0.72 提高到0.9 所需的补偿容量相当。因此，在高功率因数下进行补偿其效益将显着下降。这是因为在高功率因数下，cos? 曲线的上升率变小，故而提高功率因数所需的补偿容量将要相应的增加。

通过上述两节的论述，介绍了游梁式抽油机节能装置的节能原理，并提出了Y—△转换控制和无功补偿相结合的节能方案，为接下来的硬件及软件设计做好了铺垫。结论与展望

本文围绕游梁式抽油机节能和无功补偿进行研究，对抽油机的负载特性进行了较为详细的分析，对比其它的节能及补偿方式，提出了以无功补偿为主并结合Y-△转换节能的控制策略，最后根据这个思路就可以设计出游梁式抽油机节能装置的硬件和软件。

然而，本文虽然对抽油机无功补偿技术进行了论述和研究，提出了较为合理的控制策略，但仍有一些工作需要完善：

首先，补偿方案的控制策略和技术参数还需要进一步的优化；其次，补偿装置的可靠性、稳定性和抗干扰能力还需进一步的提高；最后，补偿装置的许多功能还需进一步的完善，在现有的硬件基础上实现更多的功能。

抽油机补偿技术是一项较为实用、涉及面广、针对性强的技术，需要在今后的学习中进行更多、更深入的研究和探讨。