抽油機開(kāi)題報告
抽油機是開(kāi)采石油的一種機器設備，俗稱(chēng)“磕頭機”，通過(guò)加壓的辦法使石油出井，常見(jiàn)抽油機即游梁式抽油機是油田廣泛應用的傳統抽油設備，通常由普通交流異步電動(dòng)機直接拖動(dòng)。
1.課題的意義
抽油機的產(chǎn)生和使用由來(lái)已久，迄今已有百年歷史。應用最早，普及最廣的屬常規型游梁式抽油機，早在140年前就誕生了，至今在世界各產(chǎn)油國中仍占絕對優(yōu)勢。其結構簡(jiǎn)單、可靠耐用、易損件少、操作簡(jiǎn)單、維修方便、維護費用低，使其經(jīng)久不衰。然而，隨著(zhù)油田的不斷開(kāi)發(fā)，要求抽油機具有長(cháng)沖程、大負載、能耗低、體積小、重量輕等性能特點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足日益發(fā)展的油田開(kāi)發(fā)的需要。
游梁式抽油機井數量多，其工作性能，特別是節能性能直接影響采油成本。在采油成本中，抽油機電費占30%左右，年耗電量占油田總耗電量的20%~30%，為油田電耗的第2位，僅次于注水。游梁式抽油機抽油系統的總效率在國內一般地區平均只有12%~23%，先進(jìn)地區至今也不到30%，可見(jiàn)降低抽油系統高能耗的迫切程度與難度。自動(dòng)調節平衡式抽油機的結構特點(diǎn)決定了其節能特性，具有平衡效果好、光桿最大載荷減小、節能效果好等特點(diǎn)。與同級常規抽油機相比，所配備電動(dòng)機功率可小20%;以相同掛泵深度條件下油井每度電的出油量相比，比常規抽油機節約能耗35%左右。美國前置型抽油機比常規型抽油機節能31.9%~39.60%，我國該型機比常規型抽油機節能34.9%。因此，完善和發(fā)展游梁式抽油機設計理論，研制節能效果顯著(zhù)的節能型游梁式抽油機對于抽油機井節能降耗、提高舉升系統的經(jīng)濟效益和我國石油工業(yè)發(fā)展具有重要的實(shí)際意義和極大的深遠影響。
2.國內外發(fā)展現狀及方向
在世界范圍內，研究與應用抽油機已有100多年歷史。在百余年的采油實(shí)踐中，抽油機發(fā)生了很大變化。特別是近20年來(lái)，世界抽油機技術(shù)發(fā)展較快，先后研發(fā)了多種新型抽油機。抽油機的各項技術(shù)經(jīng)濟指標達到了有史以來(lái)的最高水平。目前，世界上生產(chǎn)抽油機的國家主要有美國、俄羅斯、法國、加拿大和羅馬尼亞等。美國石油學(xué)會(huì )APISpec11E《抽油機規范》中規定，抽油機共有77中規格。美國Lufkin公司生產(chǎn)B，C，M，A等四種系列抽油機：B系列游梁平衡抽油機8種規格;C系列曲柄平衡抽油機64種規格;M系列前置式抽油機46種規格;A系列前置式氣動(dòng)平衡抽油機26種規格。俄羅斯生產(chǎn)13種規格游梁抽油機。法國Mape公司生產(chǎn)12種規格曲柄平衡游梁抽油機以及立式斜井抽油機和液缸型抽油機。加拿大生產(chǎn)液、電、氣組合一體式HEP抽油機。羅馬尼亞按美國API標準生產(chǎn)51種規格的游梁抽油機，35種規格的前置式抽油機及前置式氣動(dòng)平衡抽油機。目前，世界上抽油機最大下泵深度為4530m.，在美國Reno油田使用。俄羅斯抽油機最大下泵深度為4000m。全世界生產(chǎn)抽油裝置的公司有300多家，其中生產(chǎn)抽油機的有150多家。
國內在抽油機先進(jìn)技術(shù)研究方面，新油田基本與國際接軌;在先進(jìn)技術(shù)推廣、大面積
使用方面，國內則比國外發(fā)達國家落后。尤其是老油田使用的常規游梁式抽油機若用技術(shù)先進(jìn)的抽油機代替，投入成本太高，回收成本周期過(guò)長(cháng)，從而影響力新式抽油機的推廣使用，因此各油田還是以游梁式抽油機為主。為了節能增效，各油田及研究單位采取了各種不同的方法對常規游梁式抽油機進(jìn)行技術(shù)改造，取得了一定效果。目前，國內外各油田使用的抽油機有很多種，總體上可分為：游梁式、無(wú)梁式。
1.游梁式抽油機
(1)常規游梁式抽油機是油田使用歷史最悠久，使用數量最多的一種抽油機。該機采用具有對稱(chēng)循環(huán)四桿機構或近似對稱(chēng)循環(huán)四桿機構，結構簡(jiǎn)單，運行可靠，操作維護方便，但長(cháng)沖程時(shí)平衡效果差，效率低，能耗大，不符合節能要求基本停止了生產(chǎn)。
(2)異相型游梁抽油機是近30余年來(lái)改造成功的一種性能較好的抽油機。與常規游梁抽油機相比有兩點(diǎn)改進(jìn)：其一是將減速箱背離支架后移，增大了減速箱輸出軸中心和游梁擺動(dòng)中心之間水平距離，形成較大極位夾角;其二是平衡塊重心與曲柄軸中心連線(xiàn)和曲柄銷(xiāo)中心與曲柄軸中心連線(xiàn)之間構成夾角。其所需電動(dòng)機功率小，在一定條件下有節能效果。
(3)前置型游梁抽油機其懸點(diǎn)載荷較低，抽油機承載狀況較合理，運行平穩，減速箱齒輪基本無(wú)反向負荷，連桿、游梁不易疲勞損壞，機械磨損小，噪聲比常規式抽油機低，整機壽命長(cháng)。前置式抽油機可配置較小功率的電動(dòng)機，節能效果顯著(zhù)。與常規式抽油機相比，具有體積小、重量輕、節省鋼材的優(yōu)點(diǎn)。
(4)氣動(dòng)平衡游梁抽油機，這種抽油機實(shí)際上是前置式抽油機的變型。其不同之處是不用平衡重來(lái)實(shí)現平衡而是利用氣缸內氣體壓力產(chǎn)生的推力來(lái)實(shí)現平衡。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)笨重的平衡塊，總機重量減輕約1∕3，用調整氣包內壓力實(shí)現平衡的調節工作，調整平衡時(shí)不用停機，操作十分方便，而且有利于減小減速箱的負扭矩平衡效果好。缺點(diǎn)是氣缸加工費用高。
(5)斜直井游梁抽油機，一般采用常規型或前置型游梁抽油機的基本零部件，為了滿(mǎn)足井眼中心線(xiàn)傾斜的需要，對部分零部件進(jìn)行改造。當井斜不大于10°時(shí)，可直接將常規游梁式抽油機底盤(pán)傾斜安裝或將支架后大腿加長(cháng)，以保證驢頭切點(diǎn)運動(dòng)軌跡與井眼中心線(xiàn)重合。當井斜大于10°~45°時(shí)，則采用前置式游梁抽油機基本部件，加大驢頭弧面長(cháng)度，連桿改為可調式，根據井斜大小調整連桿長(cháng)度，使驢頭切點(diǎn)運動(dòng)軌跡與井眼中心線(xiàn)重合。
此外，還有很多新型游梁式抽油機，例如兩級平衡游梁抽油機、異型游梁式抽油機、調徑變矩游梁平衡抽油機、懸掛偏置游梁平衡抽油機、活動(dòng)式抽油機、低矮型游梁抽油機、雙驢頭節能型抽油機、雙井大塔輪游梁式抽油機、游梁式鏈輪抽油機、拖車(chē)式抽油機、雙游梁式抽油機、Lufkin斜井抽油機、橢圓齒輪減速器抽油機等。
2.無(wú)梁式抽油機式抽油機式抽油機式抽油機
(1)鏈條抽油機是我國自行研制的一種結構獨特的無(wú)游梁抽油機。具有慣性載荷小、沖程長(cháng)度大、重量輕、節省電能等優(yōu)點(diǎn)，已在許多油田使用。工作時(shí)電動(dòng)機通過(guò)三角皮帶和減速箱驅動(dòng)主動(dòng)鏈輪旋轉，使垂直布置的環(huán)形軌跡鏈條在主被動(dòng)鏈輪間運轉;軌跡鏈條則通過(guò)特殊鏈節上主軸銷(xiāo)和滑塊帶動(dòng)往返架順著(zhù)機架上的軌道作往復勻速直線(xiàn)運動(dòng)。鏈條抽油機采用氣動(dòng)平衡法，抽油機在作往復運動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機的負載就比較均勻。
(2)皮帶抽油機，近年來(lái)，在鏈條抽油機的基礎上，勝利油田與美國EVI—高原泵公司合作，改進(jìn)設計成功ROTAFLEX抽油機。它主要是用高強度皮帶代替鋼絲繩。它克服了鏈條抽油機大部分的不足，運行平穩，使用壽命長(cháng)，性能好。
(3)液壓抽油機的研制，美、蘇等國始于40年代，50年代末期我國也曾進(jìn)行過(guò)研制和實(shí)驗，但由于制作工藝較復雜，液壓元件可靠性差和效率不高等原因，發(fā)展較緩慢。近年來(lái)，由于制作工藝及液壓元件質(zhì)量不斷提高，特別是采油工藝的需要，又引起人們的重視。它具有無(wú)級調節沖程長(cháng)度、沖次，懸點(diǎn)振動(dòng)載荷小，控制靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適應不同的油井狀態(tài)。主要由液壓驅動(dòng)系統、平衡系統等組成。
(4)直線(xiàn)電動(dòng)機抽油機是國內20世紀末開(kāi)始研制，21世紀初試驗成功的一種全新抽油機。它打破了抽油機利用電能轉換為旋轉運動(dòng)，再經(jīng)過(guò)機械轉換為直線(xiàn)往復運動(dòng)的模式，而是將電能直接轉換為直線(xiàn)往復運動(dòng)，簡(jiǎn)化了機械傳動(dòng)過(guò)程，有效提高了效率。采用變頻技術(shù)實(shí)現無(wú)級調整沖數，利用無(wú)觸點(diǎn)限位控制器實(shí)現無(wú)級調整沖程，使得抽油機運動(dòng)規律能夠滿(mǎn)足采油工藝的要求。由于不使用四連桿機構，克服了游梁抽油機加大沖程，減速箱扭矩增加，四連桿尺寸加大，引起抽油機外形尺寸和總機重量都迅速增加，直線(xiàn)電動(dòng)機抽油機加大沖程只需加高機架，抽油機外形尺寸和總機重量都增加的很少。采用天平式平衡，平衡效果好，每個(gè)沖程絕大部分時(shí)間是勻速運動(dòng)，加速度小，慣性載荷小又可以進(jìn)一步節能。初步測試結果節能可達50%左右。由此可見(jiàn)，這種抽油機的結構機理上在某種意義上可以說(shuō)是一種革命，抽油機性能方面有其獨到之處。節能效果顯著(zhù)，由于結構簡(jiǎn)單，造價(jià)低，選用了變頻技術(shù)，整機造價(jià)也不超過(guò)常規游梁抽油機。功能獨特，能適應惡劣環(huán)境，全天候連續運轉，特別是實(shí)現了無(wú)級調整沖程、沖數，為智能控制提供了很好的條件。因此，是一種很有發(fā)展前景的抽油機。
此外，還有許多其他類(lèi)型的抽油機，典型的如曲柄連桿式無(wú)游梁抽油機、氣驅動(dòng)平衡抽油機、柔性桿傳動(dòng)抽油機、滾筒式長(cháng)沖程抽油機、滾筒式無(wú)連桿抽油機、天車(chē)平衡抽油機、數控式抽油機、內燃式抽油機、臥式無(wú)游梁抽油機、擺動(dòng)平衡抽油機、雙泵無(wú)游梁式抽油機、雙井游動(dòng)滑車(chē)式抽油機等。
迄今為止，常規游梁式抽油機仍然是油田采油作業(yè)的主要裝置，其數量占抽油機總數的1/2以上,但油井長(cháng)期開(kāi)發(fā)導致地層發(fā)生變化，是原來(lái)處于平衡轉臺的抽油機處于非平衡裝狀態(tài)下，國內抽油機調節平衡主要由兩種方法：一是由人力來(lái)調節抽油機自身的游梁平衡重或者移動(dòng)曲柄滑塊二是當抽油機自身的平衡配重也不能夠繼續調節抽油機平衡時(shí)，二是當抽油機自身的平衡配重也不能夠繼續調節抽油機平衡時(shí)，通過(guò)在抽油機上安裝平衡調節裝置來(lái)繼續調節，而經(jīng)調研分析，目前大部分平衡調節裝置都僅僅是在抽油機上安裝機械部件來(lái)實(shí)現的。
(論文)主要內容3.畢業(yè)設計畢業(yè)設計(論文)主要內容
本次設計主要是設計可自動(dòng)調劑平衡的常規游梁式抽油機，使其結構合理，節能高效。主要內容包括：
(1)原理方案設計(總體尺寸，四桿機構);
(2)運動(dòng)分析(計算位移、速度、加速度);
(3)動(dòng)力分析及平衡計算;
(4)主要部件結構設計、計算;
(5)比較其優(yōu)缺點(diǎn);
(6)繪制裝配圖和主要零件圖，計3張0#圖;
(7)完成外文翻譯一份(15000外文字符)
4.所采用的方法手段以及步驟
本次設計的內容為常規游梁式抽油機(可自動(dòng)調節平衡)，(1)認真查閱、收集資料，做到深刻的理解本次論文所要設計的內容;
(2)首先了解游梁式抽油機的工作原理、結構特點(diǎn)，分析目前常規游梁式抽油機的缺點(diǎn)，提出自動(dòng)調節平衡的方案。
(3)對抽油機設計做出整體安排
(4)使用的方法是平衡判斷方法，主要有電流法，扭矩法，功率法。
(5)進(jìn)行機械系統設計
(6)進(jìn)行電氣控制系統設計
5階段進(jìn)度計劃
這次畢業(yè)設計的時(shí)間為2013年2月28日至2013年6月6日，結合導師的要求和自身的實(shí)際情況，決定以下設計進(jìn)度：
第一階段：1周-3周熟悉論文題目，查找資料，完成開(kāi)題報告和英文翻譯;
第二階段：4周-10周推導運動(dòng)學(xué)方程，設計傳動(dòng)系統結構、抽油機結構各零部件結構及研究連桿機構的優(yōu)化方案;
第三階段：11周-14周繪制圖紙，撰寫(xiě)論文;
第四階段：15周-16周準備答辯.
參考文獻
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