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1、I摘要目前各油田的抽油设备为常规游梁式抽油机，其存在的主要问题是能耗大、效率低。现有抽油机的行程固定造成抽油效率低下；同时，游梁式抽油机存在许多问题，如“大马拉小车”问题，“倒发电”问题，运行效率低，能源浪费严重等。游梁式抽油机附件多，依靠改进结构，不能使其系统效率有质的提高，因为每增加一个环节就必然会增加一份附加损耗。开关磁阻电动抽油机在我国乃至世界都属于新兴技术，开关磁阻电动抽油机采用开关磁阻电机驱动，舍弃了大部分变速传动环节，将传统的旋转驱动变为直线往复驱动，使开关磁阻电动抽油机具有更加完善的运动性能、动力性能和平衡性能。本文提出了开关磁阻电动抽油机的几种设计方案，根据运动副的多少和修井
2、作业的方便，确定了其中最优的设计方案。本课题在分析抽油机系统的工作原理及存在的问题和开关磁阻电机（Switched Reluctance）电机调速系统的工作原理的基础上，重点研究了开关磁阻电机驱动的直驱式抽油机，设计了井架、传动轮。并从抽油机的运行特点考虑，以“快提慢放”为例进行设计。上冲程时系统处于电动运行状态，采取调制 PWM 占空比的电压斩波控制方式；下冲程时系统处于倒发电状态，采取调节上限值的电流斩波控制方式通过优化开关磁阻电动抽油机基本运行参数，可以降低悬点最大载荷及最大载荷与最小载荷差值，使开关磁阻电机运行更加平稳。通过提高开关磁阻电动抽油机的工作效率，减少电机内部的各种损耗，达到
3、节能的目的。通过游梁式抽油机与开关磁阻电动抽油机系统效率分析和装机功率对比分析，得出了开关磁阻电机驱动的抽油机更有利于提高系统效率，和具有良好的节能效果。研究设计这种抽油机有着特殊的意义。关键词 开关磁阻电动 抽油机 开关磁阻电机驱动抽油机 CAD 设计IIAbstract At present the oil field pumping equipment for the conventional beam pumping unit, the main problem is that its energy consumption, low efficiency. The existing s
4、chedule of fixed pumping inefficiencies caused by pumping; the same time, beam pumping unit has many problems, such as “big horse car“ problem, “power down“ problem, low efficiency, energy waste and serious. Multi-beam pumping unit attachment, relying on improved structure, not to improve the qualit
5、y of the system efficiency, because each additional step of an additional loss is bound to increase.Switched Reluctance Motor pumping in China and the world are all emerging technologies, switched reluctance electric motor driven oil pump with switched reluctance to discard most of the variable spee
6、d transmission links, the conventional rotary drive into linear reciprocating drive, so that switched reluctance electric pumping unit with a more complete sports performance, dynamic performance and balance performance.This paper presents a switched reluctance of several designs of electric pumping
7、 unit, according to the number of sports and workover Vice convenience, which determine the optimal design. Pumping system in the analysis of the issues the working principles and the problems and SRM (Switched Reluctance) motor control system based on the works, focusing on the switched reluctance
8、motor drive direct drive pumping unit the design of the derrick, the drive wheel. And consider the operating characteristics from the pumping unit in order to “slow put“ as an example of the design. When the system is on the stroke of electric running, PWM duty cycle modulation voltage to chopper co
9、ntrol; under the power-stroke state when the system is down, adjust the upper limit to the current chopping control of switched reluctance electric pumping unit by optimizing the basic operating parameters, can reduce the suspension point, the maximum load and maximum load and minimum load margin, t
10、he switched reluctance motor run more smoothly. Switched Reluctance Motor by improving the efficiency of pumping units to IIIreduce the various losses within the motor, to save energy.Through the beam pumping unit and the switched reluctance electric pumping system installed power efficiency analysi
11、s and compared and analyzed the switched reluctance motor drive system more conducive to improving the efficiency of pumping, and has a good energy saving effect. Study Design This pumping unit is of special significance.Key words Switched Reluctance Motor switched reluctance motor drive pumping CAD
12、 Design第 1 章 引言- 1 -第第 1 1 章章 引言引言1.1 课题来源及研究意义1.1.1 课题来源目前我国大多数油田已相继进入了开发的中后期，油井逐渐丧失自喷力，基本上已从自喷转入机采。80 年代初，我国拥有机采油井 2 万口，占总油井的 57.3%，机采原油产量占总产量的 27%。2000 年我国油气田共有抽油机采油井 8 万口，占油田总井数的 90%。在这些机采油井中，采用抽油机有杆式抽油的占 90%，采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其它无杆式抽油的只占 10%。近几年，随着稳油控水和节能的要求不断提高，各种型式的节能型抽油机和长冲程抽油机的数量不断增加。由此可见，抽
13、油机在各油田的原油生产中有着举足轻重的地位，并且随着油田的进一步开发，各种新型节能抽油机将会得到广泛地推广和应用。随着井深和产量的增加，同时采油条件的复杂化，现有抽油设备的缺点越来越明显：抽油机的重量增加；现有抽油机的行程固定造成抽有效率低下；同时，游梁式抽油机存在许多问题，如“大马拉小车”问题，“倒发电”问题，运行效率低，能源浪费严重等。油田开发进入中后期，特别是低采液井、稠油井和非注水井，要求驱动设备具有调速功能，才能提高系统效率，达到节能的目的。针对上述问题，结合开关磁阻电机的工作特点和应用前景选定本课题。1.1.2 课题研究意义在我国的大多数油田，游梁式抽油机是主要的机械采油设备，也是
14、主要的耗能设备。据统计，在油田生产成本中约有三分之一为电能消耗，而游梁式抽油机消耗的电能约占总电能消耗的 80%。目前我国抽油机的保有量在 10 万台以上，电动机总装机容量在 3500MW 以上，年耗电逾百亿千瓦时。抽油机的运行效率比较低，在我国平均运行效率仅为 25.96%，国外平均水平为 30.05%，年节能潜力可达几十亿千瓦时。可见，石油行业是推广“电机系统节能”的重点行业1。第 1 章 引言- 2 -1.2 抽油机现状与发展前景1.2.1 抽油机的原理油田开采原油的方法分为两类：一类是利用地层本身的能量来举升原油，称为自喷采油法，常见于新开发且储量大的一些油田；另一类是到了油田开发的中
15、后期，地层本身能量不足以使原油产生自喷，必须人为地利用机械设备将原油举升到地面，称为人工举升采油法或机械采油法。采油方法中不利用抽油杆传递能量的抽油设备统称为无杆抽油设备，利用抽油杆上下往复进行驱动的抽油设备统称为有杆抽油设备。利用抽油杆旋转运动驱动的井下单螺杆泵装置，虽然也有抽油杆，但习惯上不列入有杆抽油设备10。有杆泵采油技术是应用最早也最为广泛的一种人工举升机械采油方法。有杆抽油系统主要有三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机，它由电动机、减速器和四连杆机构（包括曲柄、连杆和游梁）等组成；二是井下的抽油泵（包括吸入阀、泵筒、柱塞和排出阀等），安装于油管的下端：三是抽油杆，它把地面驱动设备的
16、运动和动力传给井下抽油泵，这三部分统称三抽设备。抽油机是一种把原动机的连续圆周运动变成往复直线运动，而通过抽油杆带动抽油泵进行抽油的机械设备。游梁式抽油机是机械采油设备中问世最早的抽油机机种，1919 年美国就开始批量生产这种抽油机8。目前我国大多数油田已相继进入了开发的中后期，油井逐渐丧失自喷能力，基本上已从自喷转入机采。80 年代初，我国拥有机采油井 2 万口，占总油井数的 57.3%，机采原油产量占总产量的 27%。2000 年我国油气田共有抽油机采油井约 8 万口，占油田总井数的 90%。在这些机采油井中，采用抽油机有杆式抽油的占 90%，采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其它无杆式抽油的只占 10%。近几年，随着稳油控水和节能的要求不断提高，各种型式的节能型抽油机和长冲程抽油机的数量不断增加。由此可见，抽油机在各油田的原油生产中有着举足轻重的地位，并且随着油田的进一步开发，各种新型节能抽油机将会得到广泛地推广和应用。第 1 章 引言- 3 -1.2.2 常规游梁式抽油机存在的主要问题抽油机井是油田生产量大面广、投入较大的项目。
