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1、第二节 游梁式抽油机技术发展一、常规游梁抽油机的特点和存在的问题常规游梁抽油机自诞生以来，历经百年使用，经历了各种工况和各种地域油田生产的考验，经久不衰。目前仍在国内外普通使用。常规游梁式抽油机以其结构简单、耐用、操作简便、维护费用低等明显优势，而区别于其它众多抽油机类型，一直占据着有杆系采油地面设备的主导地位。但由于其结构上的不合理性，使得常规游梁式抽油机无法解决“大马拉小车”、能耗高的缺点。,二、游梁式抽油机发展的动力常规游梁式抽油机诞生后，随着世界石油工业的飞速发展，得到了广泛应用。在长期的生产使用中，油田的经营者发现常规游梁式抽油机既有它的优势，也有能耗高的缺点。为了追求开采效益最大化
2、，以最少的投入来换取最大的回报，就会同研究油油机设备的科研院、所和生产厂家联合开发节能高效的新型抽油设备，成为油田生产经营者和抽油机设备生产厂致力追求的目标，这就是其发展的动力。国内在节能抽油机的研制开发上，20世纪80、90年代出现了高蜂。,为克服常规抽油机能耗高的缺点，国内外的研究者采取了两个途径：一个是在常规抽油机的基础上进行技术革新和创造，继承其优点，克服其缺点，从平衡方式上着手攻关，按照变矩平衡原理，研制开发了许多节能高效的新型游梁式抽油机，使传统的游梁抽油机又呈现出强大的生命力；另一个是从原理到结构型式上另辟新径，研制开发非四连杆机构的新型节能抽油机，如立式无游梁抽油机、电动潜油螺
3、杆泵和无杆泵等。这两大类抽油机都在油田上被广泛采用，各有一定的应用条件和范围，形成了并驾齐驱的竞争局面。,三、游梁式袖油机发展的指导思想和原则(1)在市场经济条件下，油田开发必须以经济效益为中心。因此，依靠技术，节能降耗，挖潜增效是油田开发永恒的主题，也是节能型抽油机发展的方向。(2)节能型抽油机的发展，必须使其技术性和经济性相统一，而且前者永远是第一位的，而后者是第二位的。即必须在保证其正常运行的前提下，才能提高节能效果和整机的经济性。过分强调其节能效果和整机价格低廉，将会牺牲整机的安全性和使用寿命，故障率也高，不利于生产。,(3)节能型油油机的发展，经国内和新疆油田十几年的探索证明：近期内
4、必须立足于在常规游梁式抽油机的基础上求发展，继承其优点，克服其缺点，才能形成适于野外生产的节能新机型。(4)节能型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拟合，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型抽油机的发展趋势和方向。(6)评价新型高效节能抽油机的综合标准应该遵守“五要素”原则。即简单、可靠耐用、操作简便、维护容易、节能效果好、调参方便及整机价格低。,四、游梁式抽油机节能技术分析游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其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。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
5、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。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。在平衡率为100时电动机提供的动力仅用于提起1/2液柱重量和克服摩擦力等，平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。,正因为抽油载荷每时每刻都在变化(既有周期性变化，也有无规则性变化)，而平衡配重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得很复杂。因此，游梁式抽油机的节能技术就是平衡技术。,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，即游梁乎衡，三是在曲柄和游梁尾瑞都加平衡块，即复合平衡。这三种平衡方式形成的平衡规矩曲
6、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规矩和负扭矩。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。,20世纪90年代初以来，以华北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，在国内外引起极大反响，不但获得了许多奖项，而且在全国推广达3000多台，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。如新疆第三机床厂的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。,所谓变矩平衡原
7、理：即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。在上行抽油载荷最大时，其平衍重的力臂也最大，下行时平衡块储能以克服负扭矩。从而提高了电机的功率利用率。这种动态平衡节能技术解决的是抽油载荷正常生产时的周期变化。当抽油载荷增大或减小导致不平衡严重时则需要人工调整平衡重，当油井供液不足时，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。,五、新型节能游梁式抽油机的代表产品,第三节 无游梁式抽油机技术发展一、无游梁式抽油机的发展慨况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
8、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227t(227kN)，最大冲程达到244m。,美国是最早研制无游梁抽油机的国家。目前有几十家公司研制各种无游梁抽油机，品种多达几十种。法国玛普公司是最有影响的无游梁抽油机研制公司。该公司学术思想活跃，不断推出新产品，地位举足轻重。加拿大石油热能发展有限公司和法国力士乐石油器材公司，都是实力雄厚的无游梁抽油机研制公司。前苏联的阿塞拜疆石油机械科研所和国立石油机械制造科学设计院，是前苏联无游梁抽油机研究制造的两大基地。,我国无游梁抽油机研制起步较晚，但近年来发展很快。尤其是“七五”期间，可
9、谓迅猛异常，方兴未艾，己投入使用和正在设计、研究、开发、制造中的无游梁抽油机达数十种之多。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，无游梁油油机容易实现长冲程，相对损失小，有效冲程大。长冲程抽油机的相对冲次较低，大大降低运动系统加速度，不但可提高泵效，还可提高系统的工作寿命。,二、无游梁式抽油机面临的问题无游梁式抽油机以其节能、重量轻、易实现长冲程和智能控制等特点，在采油设备中占有较大的优势，是发展潜力很大，推广应用前景广阔的一种新机型。但是由于起步较晚，许多难题有待攻克，有待于在试验中求得完善和提高。在具有上述很大优势的同时，也存在下面一些亟待解决的问题
10、。,(1)结构复杂、运动件多、成本高、现场维护难、易受风沙侵蚀；换向距离短、换向加速度大、惯性载荷增加、钢丝绳和驱动机构受力大、抽油杆受力状况差；操作、管理难度大。(2)电气控制元件多，部分元器件材料不过关，故障率高。(3)摆动轮直径不宜过大，使配用的钢丝绳由于曲率半径小，致使寿命短。综上所述，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、新树料和电气元件的研制，这些问题将逐步得以圆满解决，无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。,三、无游梁式抽油机的代表产品,第四节 节能型油油机技术发展方向一、智能控制是采油设备发展的
11、方向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大胆创新，研制成功了新一代节能高效的游梁式抽油机。实现了10型以上的大型抽油机有功节电30，配备电动机功率下降50的目标，从而开创了游梁式抽油机节能的新时代。,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，造就了一个游梁式抽油机的新时代。游梁式抽油机发展的最高阶段是智能化。也就是油井有多少油就抽多少，悬点载荷有多大其配重就自动调到多大。这无疑是最理想的智能型抽油机。但是做到这一点受技术和财力的限制
12、难以实现，即使研制成功了也难以推广。因此有必要探讨一下游梁式抽油机的智能化问题，也就是通过电子装置和机械方式使游梁抽油机尽可能工作在平衡状态下。,将抽油机在一定的生产状态下调好平衡后，油井本身由于地层供液和含水、含气的变化使悬点负荷在一定的范围内变化。据国外资料表明：50以上的抽油机在大部分时间工作在悬点载荷小于配重的欠平衡状态中，有30以上的供液不足井在50一80的运行时间内处于空抽状态。由此而分析，抽油机的节能必须从两个方面考虑：一是在油井生产中使抽油机尽可能工作在平衡状态下在运转中节能；,二是在油井供液不足，受气体影响或井下工艺问题导致空抽时自动断电停抽，当井下液面恢复到一定高度再自动复
13、抽，或人工解决井下问题后复抽，以降低无效能耗即停抽节能。两者相结合就是前面所说的智能化。前者靠机械平衡方式来实现，后者靠电子控制箱来实现。这就是智能化节能型抽油机的发展方向。可喜的是20世纪90年代末，国内外已出现了几种智能控制器。智能控制的性能比较好，但是由于处于刚起步阶段，还有不少问题有待于完善和提高。,二、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。20世纪80年代以来，各种无游梁抽油机相继制成并投入使用，标志着我国有杆抽油机技术的发展有一个很大的提高。有关专家指出，今后我国10型以上抽油机，将大量采用无游梁抽油机，无游
14、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。,三、采油设备向通用化和个性化发展凡能通用一律通用，凡不能通用的一律强调个性突出。将抽油机的机型、零部件进行统一规范起来，特别是底座、基础(预埋件)，如3、4型抽油机，5、6、8型抽油机，10、12、14型抽油机进行通用化设计，这将节省大量的人力、物力和财力。在节能抽油机的推广中就可实现油井用机的互换。对实现抽油机品种的多样化极为有利。,(1)品种多样化。国外相继研制和陆续投入使用的各种抽油机多
15、达百余种，我国目前现场使用的抽油机只有五大类，规格不过十几种。随着科学技术发展和现场实际需要，我国“三抽”品种将逐渐增多，新型机种将相继诞生，尤其结构简单、个小体轻的大吨位长冲程的新型无游梁式抽油机，一定会有一个大发展。(2)产品系列化、标准化、通用化。前苏联、美国、罗马尼亚等国家抽油机“三化”工作已获得一定技术成果，为促进我国的抽油机技术的发展，现急需瞄准世界先进水平，向API标准靠拢，统一国产抽油机标准。,(3)使用科学化。美国拉夫金公司抽油机可选型号达60余种，而我国抽油机可选型号只有十几种。现场在用的抽油机，大多数是在非优化工况下运转，电动机功率、减速器扭矩、悬点负荷、平衡扭短、冲程、
16、冲次等主要技术参数，未能实现最合理分配，故抽油机的优化设计技术、监控技术、管理技术将有待于进一步发展。(4)对特殊油田区块的特殊工况抽油机的研制，则应强调针对性强、个性突出的特点。随着我国石油工业发展战略向西部转移，沙漠抽油机、浅海滩涂抽油机、深井及超深井抽油机、丛式井及斜井抽油机，稠油三速电动机、稀油变功率电动机等将会相应得到发展。,四、采油设备向艺术性发展采油设备向艺术性发展应结合工业造型设计和人机工程学等相关知识理念，使采油设备彻底摆脱傻、大、笨、粗的形象，以新颖的造型和宜人性的新姿态出现在人们面前。采油设备的造型设计，是具有实用功能的造型。不仅要满足工作需要，提供人们使用，而且要求其式样、形态、风格、气氛给人以美的感觉和艺术享受，让人们看到它就能接受它、爱惜它、不讨厌它。起到美化生产环境，满足人们审美要求的作用。,造型设计原则和表现特征应遵循以下几点要求：(1)实用性要求与特征，显示使用功能先进与可靠的现代科学技术的功能美，表现符合宜人因素的舒适美。(2)科学性要求与特征，体现先进加工手段的工艺美，反映大工业自动化生产及科学的严格和精确美，标志力学、材料学、机构学新成就的结构美，符合标准化、通用化、系列化的规整美。(3)艺术性要求与特征，表现最新形态构成原理的形态美，表现最新数理逻辑理论的比例尺度美，应用最新物质材料的材质美与色彩美，表现审美新观念的单纯和谐美。,
