油田低产区块小型化抽油机的研究及优化设计

论文摘要

抽油机井采油是国内外油田最主要的机械采油方式。油井数量多,能耗大已经成为影响采油成本的最主要因素之一。在抽油机井举升系统中,抽油机的动力性能是影响系统能耗的关键问题。因此,改进抽油机的动力性能是新型抽油机设计的重要研究内容。近年来,国内外很多机采方面的专家研制了多种新型抽油机,为油田的开发注入了新的活力。随着大庆油田加密井和扶杨油层的开发,使中低产液井的数量不断增加,据不完全统计,产量10t/d以下的井已经有近万口,对适应于中低产井专门举升技术的需求十分迫切。为此,本论文就是以中低产油井采油技术为切入点开展的专项研究。本论文通过对国内外抽油机资料的检索,并结合大庆油田的具体情况,提出了小型化抽油机总体设计方案。该机采用柔性(钢丝绳或传动带)传动形式,用动定滑轮组来实现增程,并用柔性抽油杆来代替刚性抽油杆,大大降低悬点载荷。此外,该机在结构上采用门架结构,通过可伸缩横梁将牵引带的水平拉力直接传递到机身上,通过支井口结构将抽油机悬点负荷直接卸载到井口上。从而,该机具有动力性能好、结构简单、体积小、重量轻、地基简单易于施工等诸多优点,为中低产井专门举升技术和功能集成化设计创造了条件。本论文建立了柔性抽油机传动系统的运动学数学模型,分析了冲程、冲次的变化对柔性抽油机运动性能的影响;建立了动力学数学模型,对柔性抽油机的传动系统进行了动力学分析;给出了在不同载荷作用下的传动轴扭矩曲线、平衡扭矩曲线和传动轴净扭矩曲线,在此基础上进行了平衡系统的设计和减速器的选型,并对此方案进行参数优化设计。从而,为中低产油井专门举升技术中小型化抽油机系列产品的研发提供了设计理论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 绪论
• 一、国内抽油机的发展现状
• 二、国外抽油机的现状及发展趋势
• 三、开展论文研究的意义及内容
• 第一章 柔性抽油机传动系统的运动学分析
• 1.1 低产区块柔性抽油机的结构方案设计
• 1.2 柔性抽油机传动系统运动学数学模型的建立
• 1.2.1 建立柔性抽油机悬点位移方程
• 1.2.2 建立柔性抽油机悬点速度方程
• 1.2.3 建立柔性抽油机悬点加速度方程
• 1.3 柔性抽油机传动系统的运动学分析
• 1.3.1 柔性抽油机基本结构尺寸的确定
• 1.3.2 冲程、冲次对柔性抽油机运动性能的影响
• 1.3.3 机构尺寸参数对柔性抽油机传动系统运动性能的影响分析
• 1.4 本章小结
• 第二章 柔性抽油机传动系统的动力学分析
• 2.1 柔性抽油机悬点载荷的计算
• 2.1.1 悬点静载荷的大小及变化规律
• 2.1.2 悬点动载荷的大小及变化规律
• 2.1.3 悬点的最大载荷和最小载荷
• 2.2 柔性抽油机传动系统动力分析数学模型的建立
• 2.2.1 柔性抽油机传动轴扭矩及平衡扭矩方程的建立
• 2.2.2 柔性抽油机传动系统的动力学分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 柔性抽油机平衡系统的设计及减速器的选型
• 3.1 平衡原理与平衡准则
• 3.1.1 平衡的基本原理
• 3.1.2 平衡准则
• 3.2 平衡系统的设计
• 3.2.1 柔性抽油机的平衡方程的建立
• 3.2.2 平衡系统的结构设计
• 3.3 柔性抽油机减速器的选型
• 3.3.1 按装机功率选择减速器
• 3.3.2 按抽油机实用功率来选择减速器
• 3.3.3 按减速器许用扭矩来配置电机功率下选择减速器
• 3.4 本章小结
• 第四章 柔性抽油机结构尺寸的优化设计
• 4.1 设计变量
• 4.2 目标函数
• 4.3 约束条件
• 4.4 优化结果
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表论文目录
• 致谢
• 详细摘要