游梁式抽油机系统动力学分析及节能控制策略研究

论文摘要

目前,伴随着石油能源的不断开采,我国的油田必须借助抽油机开采。在抽油机中,以有杆泵采油装置最为常见,尤其以常规游梁式抽油机的使用最为普遍。游梁式抽油机因其结构简单、耐用、操作方便、维护费用低等明显优势,一直占据着有杆泵采油地面设备的主导地位,但其效率低下、耗能严重、无法克服“大马拉小车”等一系列固有缺点一直制约着石油工业的发,已经不适应当今经济的发展要求。油田耗能严重的现状已经引起了国内外的广泛关注。面对当今世界能源紧张的局面,提高油田采油效率,降低采油能耗已经刻不容缓。本文一方面重点分析了油井耗能机理,在对常规游梁式抽油机井上系统做了详细的动力学分析的基础上,找到了抽油机耗能机理,并找到了后续设计的液压蓄能节能系统的控制依据；另一方面在对比分析了目前使用较为普遍的抽油机节能措施的基础上,提出了液压蓄能节能系统方案,并对此系统做了详细的设计,提出了系统的控制策略。现分别简要介绍各章节内容如下：第1章简要介绍了本论文的课题来源及研究目的意义,同时对抽油机节能方面的国内外研究现状做了简要概括。第2章重点对游梁式抽油机井上系统的三大模块原动机、减速器、抽油机主体在SIMULINK环境下做了动力学仿真,并做了相关分析,寻求抽油机耗能机理,为后续节能系统设计提供依据。通过与现场测试数据的对比分析,验证了所建立的游梁式抽油机系统模型的正确性。第3章在对比分析了各种抽油机节能措施基础上,重点介绍了液压蓄能节能系统的方案,并对液压系统、机械系统中的重要部件做了介绍,最后,对系统的控制策略提出了自己的看法。第4章从电动机负载率的提高、抽油机平衡状况的改善两方面对采用液压蓄能节能系统前后电动机的工作状态进行了分析,优化了游梁式抽油机系统,预计了其节能效果。第5章对全文做了总结,并提出了后续研究的工作重点。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及课题研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 第2章 游梁式抽油机系统动力学特性研究
• 2.1 系统整体分析
• 2.2 系统模块研究
• 2.2.1 原动机模型
• 2.2.1.1 三相异步电动机
• 2.2.1.2 三相异步电动机数学模型
• 2.2.1.3 三相异步电动机动力学特性仿真分析
• 2.2.2 减速器模型
• 2.2.2.1 减速器
• 2.2.2.2 减速器数学模型
• 2.2.2.3 减速器动力学特性仿真分析
• 2.2.3 抽油机主体模型
• 2.2.3.1 四连杆机构
• 2.2.3.2 四连杆机构数学模型
• 2.2.3.3 四连杆机构动力学特性仿真分析
• 2.3 抽油机系统动力学特性综合分析
• 2.3.1 电动机负载转矩仿真
• 2.3.2 电动机交变载荷起动及运行仿真
• 2.4 小结
• 第3章 游梁式抽油机节能系统设计及控制策略研究
• 3.1 抽油机节能技术方案综述
• 3.2 液压蓄能节能系统分析
• 3.2.1 液压系统分析
• 3.2.2 机械系统分析
• 3.3 液压蓄能节能系统控制策略
• 3.3.1 系统状态变量的提取
• 3.3.2 液压系统控制策略
• 3.3.2.1 液压泵控制策略
• 3.3.2.2 液压马达控制策略
• 3.3.3 机械系统控制策略
• 3.3.4 控制器的设计方法
• 3.4 小结
• 第4章 游梁式抽油机系统动力学优化
• 4.1 电动机负载率的提高
• 4.2 系统平衡能力的改善
• 4.3 小结
• 第5章 全文结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况