抽油机游梁平衡自动调节机构设计丛绍州

抽油机游梁平衡自动调节机构设计丛绍州

丛绍州

大庆油田有限责任公司第二采油厂第四作业区黑龙江大庆163000

摘要：由于悬点载荷的波动，使得抽油机必须加载平衡重才能实现抽油机的平衡。平衡重位置固定时，只有停机才能对平衡转矩进行调节，无法满足井况变化时悬点载荷的动态变化需求。为实现井况变化时抽油机不停机自动调节平衡转矩，设计的抽油机游梁平衡自动调节装置实现了抽油机的节能降耗，为数字化抽油机的研究提供了很好的设计方案，并针对设计方案建立了传动机构的动力学模型，对理论载荷工况下动力性能进行了对比分析。

关键词：抽油机；游梁平衡；自动调节；动力学分析

该油田是一个“低-低”，低丰度，低丰度的“三低”岩性油藏。单井的产量非常低。剔除油井的正常运营成本，油井生产的经济效益已经非常低，有些甚至接近于零。抽油机是油田主要的耗能设备，其耗电量约占油田总发电量的40％。当油田进入后期开发阶段时，井况发生很大变化，导致悬挂点负荷发生变化，从而增加了减速器净扭矩的波动。泵送单元处于不平衡运行状态，导致能量消耗增加，机井电费高达6亿日元。泵单元的不平衡是电机效率低的主要原因。减速器的净扭矩的波动反映了泵送单元的平衡状态。波动性越大，均衡状态越差。波动率由周期性负载因子CLF表示普通电动机适用于拖动均匀负载，但减速器的净扭矩是循环交变负载。特别是当井况发生变化时，抽油机处于不平衡运行状态，减速机净扭矩的波动非常大，不仅具有很高的峰值负荷扭矩，而且还具有深谷负荷扭矩甚至加载扭矩。较大的齿轮箱净扭矩波动会导致电机出现两个问题：电机的输入功率约为额定功率的1/3，即“大型马拉车”，导致电机负载率低于25％。电动机的功率因数下降得非常快，从而大大降低了电动机的效率。电动机的可变损耗是电流和功率波动量的函数，而电流和功率波动的量又与减速器的净扭矩的波动成比例。也就是说，减速器净扭矩的波动越大，电动机功率的波动越大，电动机的可变损耗越大，电动机的效率越低，并且泵送的能量消耗越高单元。现场测试表明不平衡抽油机的能耗将增加20％以上。总之，当井状况改变使得CLF增加时，泵送单元处于不平衡操作状态。由于井的数量很多，油田通常不会停止平衡不平衡的抽油机，只能平衡抽油机的非常严重的不平衡。因此，研究和开发抽油机自动平衡调节装置具有非常重要的现实意义。本文采用推杆机构实现抽油机平衡的自动调节。

1.技术分析光束平衡自动调节装置是当前固定参数平衡机构的重大创新

它调节抽油机的平衡重，动态地动态补偿井况变化，以实现最大的抽油机。良好的平衡。在设计中，根据悬架载荷的变化，控制装置将自动调整不同的偏置角，形成不同的平衡转矩，以满足井况变化时泵机组泵送负荷变化的需要。该系统的工作方式为：通过设置在悬挂绳上的测功机收集抽油机的实际工况状态指示图，并通过控制柜的远程终端单元将测量的状态或信号转换为通讯介质。发送的数据格式被发送到中央计算机。利用已建立的抽油机优化模型，对抽水机的运动和动力性能以及抽油机能耗进行了分析，诊断和评估，并给出了优化的制导方案。中央计算机将优化指南发送到远程终端单元，将数据转换成命令，并通过光束平衡自动调整装置实时调整泵单元平衡。

推杆机构设计包括：电机，减速器，电动推杆和摆杆。摆杆的下端设有平衡配重，摆杆的中部铰接在横梁的后端，摆杆的上端与电动推杆的前端铰接。。电动推杆的后端和减速器的输出轴形成螺杆驱动。当电动机旋转时，电动机的输出轴驱动减速器的输入轴旋转。通过减速器减速后，减速器的输出轴驱动电动推杆进行直线运动。电动推杆将摆杆推到摆杆和横梁的铰链上。该点是摆动运动的枢轴点。

2.传动机构的运动和动力学分析

变速器的运动和动力学参数包括：悬架速度，悬伸加速度，悬伸载荷，曲轴净扭矩，曲轴rms扭矩，周期性负载系数和电机轴一功率。传动机构的主要几何参数包括：曲柄长度R，连杆长度P，摇臂前臂长度A，摇臂后臂长度C，曲柄角θ，曲柄连接角α，连杆和梁角β，梁平衡重心质心半径r，光束平衡重量偏移角θ和其他几何参数。

理论条件下的3个设计实例

抽油机的井况参数为：抛光杆最大行程S=3m，行程n=5min-1，抽速700m，下沉程度350m，泵径63.5mm，杆径22mm，管径70mm，含水率

80％，光束平衡重量偏移角为125°。当状态平衡时，将泵单元的初始工作状态设置为平衡状态和泵单元扭矩曲线。在抽油机连续工作一段时间后，假设下沉程度从350m减小到217m，抽油机井的状况将发生变化。此时，泵单元的负载点将发生变化，原始平衡扭矩不再满足平衡要求。当不平衡时，显示泵送单元扭矩曲线。

3.结论

抽油机在正常工作状态下，载荷应处于平衡状态，此时曲柄轴净转矩的均方根值最小。当井下载荷发生变化，载荷的平衡状态就被打破，此时悬点载荷和平衡载荷将无法达到平衡状态。由于均方根转矩增大，使得载荷的波动增大。因此，当不平衡发生时，就需要通过游梁平衡自动调节机构来实现抽油机的重新平衡。通过调整游梁平衡重偏置角，平衡转矩发生变化，以满足悬点载荷的变化要求，使调平衡后的曲柄轴净转矩曲线趋近于平衡状态，抽油机又重新达到了新的平衡状态。本设计方案很好地解决了抽油机的平衡调节，能够实现抽油机自动调节平衡。实现了抽油机的节能降耗，为数字化抽油机的研究提供了很好的设计方案。

参考文献：

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