新型直接平衡游梁式抽油机

新型直接平衡游梁式抽油机目前油田常用的三种举升方式目前油田常用的三种举升方式 为了追求企业效益的最大化，对于地层能量相对较低或高含水期开发的油藏而言，国内外为了追求企业效益的最大化，对于地层能量相对较低或高含水期开发的油藏而言，国内外通行的做法是实施即通行的做法是实施即“”“”，这也就是人们通常所说的，这也就是人们通常所说的“机械采油机械采油”。在机械采油开采阶段中，。在机械采油开采阶段中，目前常用的举升方式主要有三种：目前常用的举升方式主要有三种：一、常规游梁式抽油机简介一、常规游梁式抽油机简介 在在20世纪世纪30年代前苏联人依据力学理论中的年代前苏联人依据力学理论中的“四连杆四连杆”机构发明了游梁机构发明了游梁式抽油机。式抽油机。抽油机的分类抽油机的分类 （按其结构形式分）（按其结构形式分）有游梁式（间接平衡式）无游梁式（直接平衡式）杠杆式（常规游梁式）杠杆式（常规游梁式）悬臂式（前置式）悬臂式（前置式）游梁式抽油机游梁式抽油机 对于对于有游梁的抽油机而言，指在平衡状态下，只要是满足其净扭矩曲线波有游梁的抽油机而言，指在平衡状态下，只要是满足其净扭矩曲线波动范围小（与常规机比较）、且趋于平稳，无负净扭矩值出现的抽油机，我动范围小（与常规机比较）、且趋于平稳，无负净扭矩值出现的抽油机，我们将其定义为们将其定义为节能抽油机节能抽油机。、游梁式节能抽油机：、游梁式节能抽油机：、三种机型的净扭矩曲线对比图：、三种机型的净扭矩曲线对比图：常规机、偏置机、双驴头净扭距对比图常规机、偏置机、双驴头净扭距对比图-40-25-10520355065050100150200250300350400曲柄转角 度净扭距 KN.m常规机净扭矩偏置机净扭矩双驴头净扭矩 对于非节能抽油机而言，其本身的结构设计就允许其做负功，这是一种对于非节能抽油机而言，其本身的结构设计就允许其做负功，这是一种正常现象；对于节能抽油机而言则是因为其失去平衡而出现了做负功，这是一正常现象；对于节能抽油机而言则是因为其失去平衡而出现了做负功，这是一种不正常现象。种不正常现象。、对有游梁抽油机电机做负功的科学解释：、对有游梁抽油机电机做负功的科学解释：游梁式抽油机游梁式抽油机、游梁式抽油机的特点、游梁式抽油机的特点 优优 势：势：结构简单、维修方便；结构简单、维修方便；性能稳定、适用性广；性能稳定、适用性广；机型种类齐全、参数匹配较为合理；机型种类齐全、参数匹配较为合理；目前仍然是机械采油中的主要举升方式。目前仍然是机械采油中的主要举升方式。不不 足：足：体积较大、消耗钢材较多；体积较大、消耗钢材较多；参数调整不便，工作量相对较大；参数调整不便，工作量相对较大；机型不宜频繁更换，在水驱开采油藏中易存在匹配不合理的现象；机型不宜频繁更换，在水驱开采油藏中易存在匹配不合理的现象；能耗的合理匹配工作量大，故多存在能耗相对较高的情况。能耗的合理匹配工作量大，故多存在能耗相对较高的情况。游梁式抽油机游梁式抽油机游梁式抽油机设计的基本理念游梁式抽油机设计的基本理念 游梁式抽油机设计的承载能力（即额定负载）是靠额定扭矩来实现的，也就是说设计抽油机时首先依据额定负载来设计其额定扭矩；在额定扭矩确定后，依据其额定扭矩来设计机架（钢架）的承载能力。由于国内的历史原因所致，在油田领域多数人不了解其游梁式抽油机游梁式抽油机设计的基本理念设计的基本理念，而误把额定悬点载荷当作了确定机型的依据，这一点至今尚未改变，因此我们国内对抽油机机型的定义与API标准有差异。抽油机型号标准抽油机型号标准游梁式抽油机设计的基本理念游梁式抽油机设计的基本理念 APIAPI标准标准SYSY标准标准抽油机规格抽油机规格减速器减速器额定扭矩额定扭矩in-lbin-lb（英寸（英寸.磅）磅）结构承载结构承载能力能力lblb（磅）（磅）最大冲最大冲程长度程长度InIn英寸英寸抽油机型号抽油机型号（折合）（折合）额定额定悬点载荷悬点载荷kNkN光杆光杆最大冲程最大冲程m m减速器减速器额定扭矩额定扭矩kN.mkN.m80-109-48800001090048CYJ5-1.2-948.454 1.219 9.033 80-133-48800001330048CYJ6-1.2-959.122 1.219 9.033 160-173-641600001730064CYJ8-1.6-1876.903 1.626 18.065 160-143-741600001430074CYJ7-1.9-1863.568 1.880 18.065 160-173-741600001730074CYJ8-1.9-1876.903 1.880 18.065 228-213-862280002130086CYJ10-2.1-2694.684 2.184 25.743 228-246-862280002460086CY10-2.1-26109.354 2.184 25.743 228-213-12022800021300120CY10-3-2694.684 3.048 25.743 456-305-14445600030500144CY14-3.6-51135.581 3.658 51.486 456-305-16845600030500168CY14-4.2-51135.581 4.267 51.486 640-305-12064000030500120CY14-3-72135.581 3.048 72.261 二、直接平衡式抽油机二、直接平衡式抽油机1 1、直接平衡式抽油机的设计理念直接平衡式抽油机的设计理念 应用天平原理，直接平衡掉抽油杆及约应用天平原理，直接平衡掉抽油杆及约50%50%的液柱质量，从而实现降低电动机的液柱质量，从而实现降低电动机启动转矩，达到减小其匹配功率，实现降低能耗的目的。启动转矩，达到减小其匹配功率，实现降低能耗的目的。为实现直接平衡之目的，在其结构上多设计成塔架式，为实现降低惯性负载为实现直接平衡之目的，在其结构上多设计成塔架式，为实现降低惯性负载的目的，多设计为长冲程。的目的，多设计为长冲程。2 2、结构上多为塔架式、结构上多为塔架式 3 3、理论节电率可达到、理论节电率可达到30-3530-35%dnPM9550利用电机扭矩利用电机扭矩 在考虑直接平衡特点后，可以间接的推算出其理论节电率可达到在考虑直接平衡特点后，可以间接的推算出其理论节电率可达到30-35%30-35%，现场实际应用中的实测节电率多为，现场实际应用中的实测节电率多为15-20%15-20%。三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机 新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机在设计理念上所追求的是，在保留原杠杆式在设计理念上所追求的是，在保留原杠杆式抽油机优势的基础上，借助直线电机、采取直接平衡方式实现其往复运动，抽油机优势的基础上，借助直线电机、采取直接平衡方式实现其往复运动，从而最大限度的降低抽油机的能耗。从而最大限度的降低抽油机的能耗。综上所述，依据杠杆和直接平衡的结构优势，大庆市新成泰科技有综上所述，依据杠杆和直接平衡的结构优势，大庆市新成泰科技有限公司研制、开发了新一代杠杆式直接平衡抽油机限公司研制、开发了新一代杠杆式直接平衡抽油机即：新型直接平即：新型直接平衡游梁式抽油机。衡游梁式抽油机。1 1、新型、新型抽油机的设计理念抽油机的设计理念 在杠杆的末端（游梁未部），直接应用三相永磁同步直线电机来驱动在杠杆的末端（游梁未部），直接应用三相永磁同步直线电机来驱动杠杆摆动。杠杆摆动。为实现直接平衡降低能耗，在同步直线电机上设计了平衡重，将平衡为实现直接平衡降低能耗，在同步直线电机上设计了平衡重，将平衡与直线电机有机的结合在了一起。与直线电机有机的结合在了一起。2 2、新型、新型抽油机的结构设计抽油机的结构设计三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机3 3、新型、新型抽油机的特点抽油机的特点基本保留了原杠杆式抽油机的优势；基本保留了原杠杆式抽油机的优势；直接平衡方式有效的控制了能耗；直接平衡方式有效的控制了能耗；智能控制装置使运行负载与电机输出负载智能控制装置使运行负载与电机输出负载间的匹配趋于合理；间的匹配趋于合理；通过变频控制装置实现了无级调冲次。通过变频控制装置实现了无级调冲次。1 1、整体造价与同型号的抽油机相比高整体造价与同型号的抽油机相比高25%25%左右。左右。2 2、开放式的形波磁场损失了一部分能量，相同功率的直线电机与旋转电机开放式的形波磁场损失了一部分能量，相同功率的直线电机与旋转电机相比，其效率通常较旋转电机要低相比，其效率通常较旋转电机要低5%左右。左右。不不 足：足：三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机4 4、新型、新型抽油机的技术参数抽油机的技术参数序序号号规格规格型号型号额定悬点载荷额定悬点载荷(KN)(KN)光杆冲程光杆冲程(m)(m)冲冲 次次n/minn/min额定推力额定推力(KN)(KN)1 110-3-3010-3-301001001-31-32-92-930302 210-4.2-4010-4.2-401001001-4.21-4.22-92-940403 312-5-4012-5-401201201-51-52-92-940404 414-6-5014-6-501401401-61-62-92-95050 冲程、冲次的无级调节极大的方便了现场的泵况管理，使供排关系更加趋于合理。冲程、冲次的无级调节极大的方便了现场的泵况管理，使供排关系更加趋于合理。克服了常规抽油机冲次调节需要更换皮带轮、冲程调整费时费力效率低下的不足。克服了常规抽油机冲次调节需要更换皮带轮、冲程调整费时费力效率低下的不足。三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机5 5、新型、新型抽油机的现场应用抽油机的现场应用新型抽油机于新型抽油机于2008年在大庆采油三厂安装，满足了油田机采的需要。年在大庆采油三厂安装，满足了油田机采的需要。B3-6-P68井井 换型前功图资料换型前功图资料三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机5 5、新型、新型抽油机的现场应用抽油机的现场应用B3-6-P68井井 换型后的功图资料换型后的功图资料三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机新型抽油机的节能效果显著新型抽油机的节能效果显著 现场应用情况显示，新型抽油机的有功节电率为现场应用情况显示，新型抽油机的有功节电率为25.16%25.16%，综合节电率达综合节电率达到了到了30.71%30.71%。三、三、新型直接平衡游梁式抽油机新型直接平衡游梁式抽油机(一一)、新型、新型抽油机的技术研发简介抽油机的技术研发简介 直线电机的优势是确保其高速运行，但是将其应用到抽油机中确要满足其低速运转，直线电机的优势是确保其高速运行，但是将其应用到抽油机中确要满足其低速运转，因此早期的平板式直线电机运用到抽油机中低速运行时暴露出了如下问题：因此早期的平板式直线电机运用到抽油机中低速运行时暴露出了如下问题：1 1、永磁体磁钢的退磁现象严重、永磁体磁钢的退磁现象严重2 2、输出端制动难度大、存在安全隐患、输出端制动难度大、存在安全隐患3 3、直线电动机的散热困难寿命短、直线电动机的散热困难寿命短4 4、变频器的成本相对较高、变频器的成本相对较高5 5、调参及运行控制操作过程复杂、调参及运行控制操作过程复杂6 6、抽油机的整体造价高、关键轴承的寿命短、抽油机的整体造价高、关键轴承的寿命短新型抽油机的技术研发简介新型抽油机的技术研发简介1、有效的控制永磁体磁钢的退磁现象、有效的控制永磁体磁钢的退磁现象 导致永久磁铁的退磁主要原因是电机的温升过高，及选择磁钢的型号与电机的工作导致永久磁铁的退磁主要原因是电机的温升过高，及选择磁钢的型号与电机的工作温升不匹配。温升不匹配。国家标准规定国家标准规定磁铁的退磁率磁铁的退磁率为每年为每年0.3%0.3%，按电机的使用年限为，按电机的使用年限为1515年推算，累计退磁年推算，累计退磁率为率为4.5%4.5%，这对电机的正常运转没有多大的影响。，这对电机的正常运转没有多大的影响。以国内常用型号为以国内常用型号为“38SH38SH”的磁钢为例，其瞬间耐高温可以达到的磁钢为例，其瞬间耐高温可以达到150150，现场实际表，现场实际表明，其正常运行时的耐温仅为明，其正常运行时的耐温仅为5050，最高为，最高为6060。我们选择了超过国标的特殊型号的磁钢，满足了直线电机工作温升的要求，有效的我们选择了超过国标的特殊型号的磁钢，满足了直线电机工作温升的要求，有效的控制了因控制了因电机的温升过高产生的退磁现象。电机的温升过高产生的退磁现象。新型抽油机的技术研发简介新型抽油机的技术研发简介2、在输出端实现制动、消除了安全隐患、在输出端实现制动、消除了安全隐患 常规的机械设计中，其制动刹车都设计在动力输入端，因为其所需的制动力通常较常规的机械设计中，其制动刹车都设计在动力输入端，因为其所需的制动力通常较低。低。针对直接平衡的直线电机而言，其天平原理导致输入与输出端等同，因此其制动所针对直接平衡的直线电机而言，其天平原理导致输入与输出端等同，因此其制动所需要的力很大，以需要的力很大，以10型机为例其制动力要达到型机为例其制动力要达到1200kg，显然人力是无法实现的。，显然人力是无法实现的。为确保设备制动的安全可靠，我们在新型抽油机的直线电机上设计了机械电磁刹车，为确保设备制动的安全可靠，我们在新型抽油机的直线电机上设计了机械电磁刹车，从而克服了人力制动力不足的缺陷。从而克服了人力制动力不足的缺陷。新型抽油机的技术研发简介新型抽油机的技术研发简介 圆筒型直线电机采用了平面滑动轴承，有效的克服了平板式电机圆筒型直线电机采用了平面滑动轴承，有效的克服了平板式电机关键轴承的寿命关键轴承的寿命短的弊端。短的弊端。3 3、解决了直线电动机的散热、延长了寿命短、降低了成本、解决了直线电动机的散热、延长了寿命短、降低了成本 平板式直线电机结构形式，导致了其电机散热的难度相对较大，我们通过改变电机平板式直线电机结构形式，导致了其电机散热的难度相对较大，我们通过改变电机的结构形式，即采用圆筒型直线电机有效的解决了电机的散热问题。的结构形式，即采用圆筒型直线电机有效的解决了电机的散热问题。因为结构形式的改变，为散热装置预留了安装空间，从而较好的解决了其散热问题；因为结构形式的改变，为散热装置预留了安装空间，从而较好的解决了其散热问题；因为结构形式的改变，大幅度的降低了抽油机的制造成本，统计结果显示，相同功率因为结构形式的改变，大幅度的降低了抽油机的制造成本，统计结果显示，相同功率的圆筒型直线电机与平板式直线电机相比，其重量降低了的圆筒型直线电机与平板式直线电机相比，其重量降低了60%左右，制造成本下降了左右，制造成本下降了约约50%。新型抽油机的技术研发简介新型抽油机的技术研发简介4、变频器的成本得到了一定的控制、变频器的成本得到了一定的控制 变频器在正常使用条件下寿命为七至十年。我们设计时提高了变频器的等级，电变频器在正常使用条件下寿命为七至十年。我们设计时提高了变频器的等级，电机在运行中电流只有变频器额定电流的机在运行中电流只有变频器额定电流的30%30%50%50%，确保了的变频器使用寿命不会低，确保了的变频器使用寿命不会低于十年。于十年。设计采用了国产变频器，有效的控制了其成本。设计采用了国产变频器，有效的控制了其成本。5、调参及运行控制操作分步实施、调参及运行控制操作分步实施 为了提高新型抽油机的可操作性，我们在设计中采用了双版面控制设计，在主版为了提高新型抽油机的可操作性，我们在设计中采用了双版面控制设计，在主版面上仅保留了启动、停止按扭，其操作与常规抽油机相同，方便了采油工的操作。面上仅保留了启动、停止按扭，其操作与常规抽油机相同，方便了采油工的操作。辅助控制面板中设计了智能调参操作系统，目前该操作需要小队技术员来完成。辅助控制面板中设计了智能调参操作系统，目前该操作需要小队技术员来完成。五、公五、公 司司 简简 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