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1、2008年油田公司采油技师培训,抽油机节能技术及发展,主讲：周小东,目 录,1、采油设备分类及游梁式抽油机平衡特征 2、天然气集团公司向全国重点推广的节能抽油机简介 3、游梁式抽油机主要部件工作状况分析及节能探讨 4、07年采油技师考试疑难问题探讨,采油设备分类及游梁式抽油机 平衡特征,随着采油设备技术研究的深入 , 设计和制造水平的提高 , 抽油机在最初不成熟的基础上得到了飞速发展 , 目前有数百种之多。按采油方式分为：有杆类采油设备和无杆类采油设备，有杆类采油设备分为：抽油杆往复运动类和旋转运动类；无杆类采油设备可分为电动潜油离心泵、液压驱动类和气举采油设备。,一、采油设备分类,机械采油常
2、用设备分类框架图,二、采油原理,游梁式和无游梁式抽油机，是目前数量最多，面积最广、使用最普遍的采油设备。在人工举升方式上都属于抽油杆往复运动类。其采油原理框图如下:,常规抽油机是一种四连杆机构，它的作用是将电动机的旋转运动变成悬点的往复运动。,常规抽油机的平衡特征及缺点,抽油机做功体现在上、下冲程悬点的负荷不一样大，理论的示功图是一个矩形，考虑冲程损失，理论示功图就成为一个平行四边形。,抽油机的平衡特征及节能原理,理论示功图,理论示功图,动力示功图,一、抽油机的平衡特征及节能原理,由于惯性力、振动力及充满程度的影响，实际的示功图各种各样，差别很大，因此，悬点负荷转化到减速器输出轴的扭矩曲线就是
3、一条不规则的曲线。,Twn 悬点载荷W反映到曲柄上的工作扭矩曲线； Tr 由平衡重产生的平衡扭矩曲线； Tn Twn 、Tr叠加后的曲柄轴净扭矩曲线。,抽油机的平衡通常以曲柄平衡为主，平衡块的重量和位置确定以后，作用在减速器输出轴的扭矩曲线就是一条规则的曲线，两条曲线的相位几乎正好相反，二者相抵的差值就是净扭矩曲线。也就是这条曲线最终转化为电动机的有功功率曲线。,由于是一条不规则的曲线和一条规则的曲线合成的，所以电动机的有功功率曲线通常也是不规则的。一般表现为有上、下冲程两个波峰，有时还会有负功率出现。理想的平衡状态是波峰越小越好，最好是一条直线。,二、抽油机节能技术分析,游梁式抽油机是一种变
4、形的四连杆机构，整机结构特点就像一架天平 , 一端是抽油载荷，另一端是平衡配重。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。,二、抽油机节能技术分析,在游梁式抽油机的平衡技术方面 , 传统的办法有三种 : 一是在曲柄上加平衡块，即曲柄平衡 ; 二是在游梁尾端加平衡块 , 即游梁平衡 ; 三是在曲柄和游梁尾端都加平衡块 , 即复合平衡。这三种平衡方式形成的平衡扭矩曲线都是规则曲线，而抽油载荷扭矩曲线是非规则曲线，其叠加曲线存在较大的峰值扭矩和负扭矩。 而克服这一难题 , 就是游梁式抽油机节能技术所要攻克的对象。,二、抽油机节能技术
5、分析,90 年代以双驴头抽油机为代表的新型节能抽油机 , 在平衡技术上采用了变矩平衡原理, 使抽油机的平衡效果大大提高,从而开发了新一代高效节能抽油机。节能 30%, 电机功率下降50%,此后发展起来的节能型游梁抽油机都采用了这种变矩平衡技术，而且在结构形式上有新的创造性发展。如下偏杠铃游梁复合平衡抽油机，调径变矩式抽油机，悬挂偏置游梁平衡式抽油机等。,二、抽油机节能技术分析,平衡原理 : 抽油机尾梁平衡配重的力臂是变化的，因此其平衡扭矩也是变化的。上行程，抽油载荷最大时，平衡重的力臂也最大，下行时平衡块储能以克服负扭矩。这种动态平衡节能解决的是抽油载荷正常生产时的T变化。当抽油载荷变化导致严
6、重不平衡时则需要人工调整平衡重，油井供液不足,就需要智能控制箱来自动控制抽油机的启停。从而使抽油机既能在运转中节能，又能在空抽时停机节能，以实现抽油机节能技术的综合运用。,特点：结构简单、耐用、操作简便、维修费用低，有一套完整的技术； 问题：结构不合理一直无法解决大马拉小车、能耗高的缺点。,常规游梁式抽油机的特点及存在的问题,第二节：常规游梁机节能技术及发展,第二节：常规游梁机节能技术及发展,二、游梁式抽油机发展动力 为克服游梁式抽油机能耗高的缺点，在抽油设备的研究和改造上采用了两种途径：一是在常规游梁式抽油机的基础上进行技术革新，继承优点，克服缺点，从平衡方式上进行攻关，按照变矩平衡原理，研
7、制开发了众多节能高效的新型游梁式抽油机；另一个是从原理到结构形式上另辟新径，研制开发非四连杆机构的新型节能抽油机。,三、常规游梁式抽油机发展的指导思想及原则 1、追求效益最大化；2、节能抽油机的发展必须技术性和经济性相统一；3、力求在常规抽油机的基础上得到发展，继承优点、克服缺点，才能形成适合野外的生产的新机型；4、节能抽油机的设计制造必须尽可能地使抽油机平衡曲线和抽油机载荷曲线的变化规律相吻合，而且和不同生产阶段的抽油机载荷相适应；5、智能化抽油机是节能抽油机的发展趋势和方向；6、评价是否节能应遵循“五要素”原则。,第二节：常规游梁机节能技术及发展,新型节能游梁式抽油机的代表产品,第二节：常
8、规游梁机节能技术及发展,新型节能游梁式抽油机的代表产品,第二节：常规游梁机节能技术及发展,无游梁式抽油机技术发展,一、无游梁式抽油机的发展情况,20 世纪 70 年代以来 , 各种形式的无游梁式抽油机应运而生，相继问世，使有杆泵机械采油技术有了突破性进展。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 171KW, 最大悬点负荷达到 22.7吨(227KN), 最大冲程达到 24.4m。,无游梁式抽油机技术发展,一、无游梁式抽油机的发展情况,20 世纪 70 年代以来 , 各种形式的无游梁式抽油机应运而生，相继问世，使有杆泵机械采油技术有了突破性进展。目前国内外已有近百家厂商研制无游梁
9、抽油机。最大功率达到 171KW, 最大悬点负荷达到 22.7吨(227KN), 最大冲程达到 24.4m。,无游梁式抽油机技术发展,1、无游梁式抽油机的发展情况,推广长冲程无游梁抽油机的最大优点在于没有笨重的游梁，大大降低运动系统的惯性负荷，无游梁抽油机容易实现长冲程，相对冲程损失小，有效冲程大。长冲程抽油机的相对冲次较低，大大降低运动系统的加速度，不但可提高泵效，还可提高系统的工作寿命。,无游梁式抽油机技术发展,2、无游梁式抽油机面临的问题,无游梁式抽油机的电控设备复杂，结构件受力较大，电气控制元件质量不过关是主要问题。随着新结构、新材料和电气元件的研制 , 这些问题将逐步得以圆满解决，无
10、游梁式抽油机就能在简单、耐用、可靠的问题上过关，使之得以广泛应用。,无游梁式抽油机技术发展,3、无游梁式抽油机的代表产品,节能型抽油机技术发展方向,1、智能控制是采油设备发展的方向,智能化节能型游梁式抽油机是今后传统的常规游梁式抽油机发展的趋势和方向。变矩平衡原理和智能控制相结合，将造就一个游梁式抽油机的新时代。,节能型抽油机技术发展方向,2、基础材料的研究应用即将造就一个立式抽油机时代,长冲程、低冲次、大排量、重负载抽油机是国内外机械采油设备的发展方向。无游梁抽油机在实现长冲程、大排量、重负载的同时，还具有体积小、重量轻、动负载小、冲次低、耗能少等一系列优点。当电气元件、材料、结构简单的问题
11、得以解决后，在10型以上的抽油设备中将会出现一个立式抽油机的时代。,节能型抽油机技术发展方向,3、采油设备向通用化和个性化发展,能通用一律通用，凡不能通用的一律强调个性突出。对抽油机的机型、零部件进行统一规范，特别是底座、基础。努力做到：品种多样化；产品系列化、标准化、通用化；使用科学化；对特殊油田区块的特殊工况抽油机的研制强调针对性强、个性突出的特点。,节能型抽油机技术发展方向,4、采油设备向艺术性发展,摆脱傻、大、笨、粗的形象，以新颖的造型出现在人们面前。在造型设计的原则和表现特征上应遵循：1) 实用性要求与特征;2) 科学性要求与特征;3)艺术性要求与特征; 总体原则，在实用方面使产品在
12、所使用的条件下得到最满意的使用效果，发挥“人一机一环境”的整体效用.,天然气集团公司向全国重点推广的节能抽油机简介,1、异相曲柄平衡抽油机,与常规复合平衡抽油机相比较，特点是：1) 曲柄轴中心至中央轴座中心的水平距L大于游梁后臂C，使得L-CR。从结构图上可直观看出:当游梁处于水平位置时,曲柄基本处于水平位置，而连杆与之近似垂直。,二、采油设备简介及节能技术,二、采油设备简介及节能技术,1、异相曲柄平衡抽油机,2）曲柄中心与平衡重中心线间有一相位角，从而使曲柄轴上的平衡扭矩与悬点负荷引起的扭矩相差一相位角，经平衡后产生的曲柄轴净扭矩曲线比较平缓，峰值扭矩降低，因此提高了减速器的寿命，降低能耗。
13、,二、采油设备介绍及节能技术,2、下偏杠铃游梁复合平衡抽油机结构、原理,该机为中国石油天然气集团公司向全国重点推广的 7 种机型之一。 下偏杠铃游梁复合平衡抽油机有两种结构形式。（内插式、外翘式）右图为内插式下偏杠铃游梁复合平衡抽油机。,二、采油设备介绍及节能技术,2、下偏杠铃游梁复合平衡抽油机结构、原理,下偏杠铃游梁复合平衡抽油机是在原常规游梁抽油机的游梁尾端，利用变矩原理，增加简单的下偏杠铃装置后诞生的一种新型节能抽油机。右图为外翘式下偏杠铃游梁复合平衡抽油机。,二、采油设备介绍及节能技术,2、下偏杠铃游梁复合平衡抽油机特点,该机继承和保留了常规游梁式抽油机的优点，具结构简单、可靠、耐用、
14、维护费用低的优点，尾部采用下偏杠铃游梁复合平衡装置，使之与负载扭矩曲线吻合，起到对净扭矩曲线削峰填谷的效果，达到节能目的。负载经过两次平衡 ,使抽油机的运行性能得到改观；减速箱、电动机功率的选型等级降低。,二、采油设备介绍及节能技术,3、调径变矩游梁平衡抽油机结构、原理,推广的 7种机型之一。它的结构是在常规游梁前置式抽油机的基础上变化而来的。不同之处是：曲柄无配重，在游梁尾部加长吊臂和配重箱，进行游梁平衡。,二、采油设备介绍及节能技术,3、调径变矩游梁平衡抽油机结构、原理,该机采用调径变矩纯下偏平衡的原理，在游梁尾部采用可变角度吊臂和配重箱，通过改变变径销直径，调节配重箱平衡力臂长度，使平衡
15、扭矩变化曲线最大限度地吻合负载扭矩曲线，从而得到平稳、低峰值的净扭矩曲线，降低了减速器和电动机的额定扭矩，使游梁承受全部负载，其他运动件只承受负载与平衡力之差，有利于延长抽油机使用寿命，提高承载能力。,二、采油设备介绍及节能技术,3、调径变矩游梁平衡抽油机特点,该机具有结构简单、整机重量轻、运行电流平缓、节电效果显著、制造成本低等特点；独特设计的游梁固定支撑调冲程装置、调平衡装置和短小的曲柄，大大减少了调参的时间，增加了安全性和方便性。,二、采油设备介绍及节能技术,4、悬挂偏置游梁平衡抽油机,该机与常规游梁前置式抽油机的运动部件基本相同，其不同的是：曲柄上无平衡块，在游梁后端装有第二驴头(后驴
16、头)，后驴头是构成变矩平衡的主要构件之一。,二、采油设备介绍及节能技术,整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。后驴头与游梁下腹板间设置有抬头变矩装置，弧面上挂有易调平衡配童装置，尾端通过芯轴串装有杠铃式偏置配重装置。悬挂偏置游梁平衡抽油机，在保持了常规抽油机优点的同时，还具有平衡率高、节电效果显著、调参方便等特点。,4、悬挂偏置游梁平衡抽油机特点,二、采油设备介绍及节能技术,5. 摆杆式游梁抽油机,重点推广7 种机型之一。在常规游梁式抽油机结构的基础上增加一对摆杆。由曲柄带动连杆 ，改为曲柄通过滚轮在摆杆中间轨道上往复滚动来带动摆杆拉动连杆，使驴头往复运动。,二、采油设备介绍及节能技术,摆杆式游梁抽油机节能机理表现在：其一，摆杆上作用着两个力矩，是节能的第一机理；其二，载荷力矩的力臂比动力长，下冲程时能提起的平衡重质量大，是节能的另一个主要机理；其三，具有摆杆平衡机构是节能的第三机理。,5. 摆杆式游梁抽油机节能机理,二、采油设备介绍及节能技术,6、 偏轮式游梁抽油机结构,在异相机游
