田，大部分油田要靠注水压油入井，再靠抽油机把油从地层中提升上来。以水换油以电换油是我国油田的现实，电费在我国的石油开采中占了很大比例。因此石油行业十分重视节能。在我国石油开采中，机械采油井占绝大多数，其中有杆采油占总机械采油的以上，所以研究有杆抽油设备的节能对于减少能耗具有重大意义。由于抽油机载荷的不平衡性，使电机大多数情况下处于轻载状态，电能的利用率低，能耗增加，因此抽油机的平衡对于节能降耗十分重要。本文诣在通过调整抽油机的平衡提高电能利用率，减少能耗。首先，在有杆抽油系统的结构和工作原理的基础上，根据抽油机的平衡条件和平衡准则，对油田在役的常规抽油机进行平衡分析和计算。然后，在对游梁式抽油机进行动力学分析的基础上，根据机械系统的力学原理，将整个系统简化为个等效动力学模型，分析扭矩变化情况。当抽油机的改变平衡点时，可在扭矩变化的基础上重新调整抽油机的平衡。最后，组建了个监测抽油机运行情况的系统，该系统以捷尼特为核心器件，可以监测抽油机的电流电压功率因数功率等参数，根据测得参数可以查看抽油机的工作状态，当抽油机的工作状态不平衡时，可以根据上述的扭矩变化情况来重新调整它的平衡。整个设计的核心是平衡的计算，在不增加成本的基础上，通过调整平衡块的质量和半径，使抽油机处于平衡状态，实现了节能增效。因此，本成果对调整抽油机平衡有很强的实际意义，成本不变的同时增加了其可行性。关键词抽油机，平衡，功率，扭矩东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页，东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论抽油技术的工业背景及发展调节抽油机功率平衡的意义国内外抽油机功率平衡研究现状本文设计的目的及方法基于工作原理的功率平衡方法游梁式抽油机游梁式抽油机的结构游梁式抽油机工作原理无游梁式抽油机无游梁抽油机的结构无游梁式抽油机工作原理平衡调节方式抽油机的平衡分析与计算抽油机平衡准则抽油机静态平衡分析计算游梁式抽油机扭矩平衡分析计算抽油机曲柄平衡的调节抽油机功率平衡的调节系统数据采集系统硬件简介简介捷尼特简介系统软件简介编程软件软件简介东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页指令简介数据采集编程实现功率平衡调节实例结论致谢参考文献附录附录附录附录东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页绪论抽油技术的工业背景及发展随着人类对石油研究的不断深入，到了世纪，石油不仅成为现代社会最重要的能源，而且其五花八门的产品已经深入列人们生活的各个角落，所以，石油被人们称为黑色的金子现代工业的血液，极大地推动了人类现代文明的进程。采油方法有自喷采油方法和人工举升采油方法两种。自喷采油法的特点是利用地层本身的能量来举升原油，是最经济的采油方法。但是随着油田的不断开发，地层能量逐渐消耗，即使在注水开发的油田，它的中后期也出现了水淹和强水淹的现象。为了保证原油稳产高产，这些油田就不能用自喷法开采。同时，由于油层的地质特点，有些油井开始就不能自喷对于上述这些不能自喷的油井，就必须人为地用机械设备给油井内液体补充能量，才能将原油从井内举升到地面，这种开采方法称为人工举升采油。在我国大部分原油开采过程是采用人工举升法，抽油技术也逐渐得到发展。国内外应用最广泛的抽油设备是游梁式抽油机，或称作有杆抽油设备。它的结构简单制造容易可靠性高耐久性好维护方便，适应现场工况条件等优点，所以长期使用，经久不衰，在石油机械中占有无可取代的地位。在今后相当长的段时间内将具有强大的生命力和广阔的发展前景，在该种抽油机中最常用平衡方式是机械平衡。随着井深和产量的不断增加，同时随着油井开采复杂条件经常出现如高粘多蜡多砂多气水淹和强腐蚀性等条件，采油工艺对有杆抽油设备提出了长冲程低冲次大泵深抽等要求，游梁式抽油机不能满足要求。首先，游梁式抽油机减速箱输出轴扭矩与冲程长度成正比，加大冲程，抽油机外形尺寸增大，换大扭矩减速箱，都造成整机重量急剧增加，制造成本上升，经济上不能接受其次，游梁式抽油机四连杆机构，决定了驴头运动的不均匀性，悬点产生较大的加速度，为了避免加速度过大，四连秆机构的游梁摆角和曲柄连杆比都不能过大。当增加冲程长度时，四连杆机构尺寸也随之加大，整机轮廓尺小和至量显著增加，当冲程超过时，抽油机体积和重量增长将成为推广应用的致命障碍。为了减轻抽油机的重量，采用无游梁式抽油机。它分为机械式无游梁抽油机和液压式无游梁抽油机即液压式抽油机两种。它们的共同特点是保留了抽油杆，维持有杆东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页抽油设备的工作方式。无游梁抽油机，特别是液压式抽油机的采用，可以降低抽油杆柱中的应力和改善它的工作条件，因而扩大了有杆抽油设备的使用范围。目前采用了几种不同类型的无游梁式抽油机机械式无游梁抽油机包括链条式和曲柄连杆式液压式抽油机包括用油管柱做平衡重的液压是抽油机钢绳式长冲程抽油机等。为了减少抽油杆事故和克服抽油泵排量降低的缺点，彻底改变有杆抽油设备的工作方式，近年来，大力发展了无杆抽油设备。无杆抽油设备的特点是取消抽油杆，把发动机移到井下，直接带动抽油泵抽油。目前，广泛应用无杆抽油设备有水力活塞泵和点动潜油离心泵正在小规模推广的有电动潜油单螺杆泵和射流泵。无杆抽油设备的主机组要放到井下去，即放到套管柱中去，所以它们的外径受到套管内径的限制，直径要小同时为了从很深的油井中抽出定产量的原油，所有长度要大。因此，外径尺寸的细长是无杆抽油设备共同的结构特点。此外，位于井下的主要机组，它所抽汲的是多相混合液，每相都对无杆抽油设备的特性产生不同的影响。由于主要机组在井下，他们的起下涉及到繁重的修井工作，所以对它们的工作可靠行和使用寿命要求更高。总之，结构细长，输液上的多相和使用上的耐久，这三个特点是无杆抽油设备的特点。百多年以来，随着采油设备技术研究的深入，设计和制造水平的提高，抽油机在最初的雏形上得到了长足的发展，其技术发明有数百种。纵观全局，抽油机的发展趋势是朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也在不断增多，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机。朝着低能耗方向发展为了减少能耗，提高采油经济效益，近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机，例如异相型抽油机节电，前置式抽油机节电。朝着高适应性方向发展现代抽油机应具有较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要，适应各种成分石油抽汲的需要。朝着精确平衡方向发展近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果，使抽油机得到更精确平衡。朝着长冲程无游梁抽油机方向发展东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页近年来国外研制与应用了多种类型长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机。朝着自动化和智能化方向发展近年来抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。美国提升系统公司公司公司等均研制了自动化抽油机，具有保护和报警功能，实时测得油井运行参数，及时显示与记录并通过计算机进行综合计算分析，推出最优工况参数，进步指导抽油机以最优工况抽油。总而言之，抽油机将朝着节能降耗并具有自动化，智能化，长冲程，大载荷，精确平衡等方向发展。调节抽油机功率平衡的意义我国的油田多为低渗透的低能低产油田，不像中东的油田那样具有很强的自喷能力，大部分油田要靠注水压油入井，再靠抽油机把油从地层中提升上来。以水换油以电换油是我国油田的现实，电费在我国的石油开采成本中占了很大比例。因此，石油行业十分重视节约电能。保持抽油机的较高平衡度，可以达到较好的节能。根据在水力模型井上进行的实验数据，绘出了如图所示的曲线。从曲线可以看出，平衡度为时耗能最低，且欠平衡较过平衡省电。这样调节抽油机的平衡就很重要了，不仅可以节省电资源，也可以使抽油机寿命更长。实耗功率平衡度图抽油机平衡度与耗能的关系曲线在我国的石油开采中，机械采油井占绝大多数，其中有杆采油有杆抽油井占总机械采油的以上。全国产油量以上靠有杆抽油机来完成。其能耗已占油田能耗的东北大学秦皇岛分校毕业设计论文第页三分之。全国每年耗电约四十二亿人民币。由于各油田每年要有几千口新井投入生产，连同原有设备更新，每年要新增几千台抽油机。抽油机在我国石油开采有重要的地位。游梁式抽油机在整个工作循环内负载是不均匀的。从净载来说，上冲程是需提起抽油杆和油柱，这是电机要付出很大能量，到下冲程是抽油杆依靠自重就可以下落，不需电动机付出能量，反而对电机做功，使电机处于发电机状态，因此，电机在上下冲程的载荷是非常不均匀的，而悬点的运动速度和加速度又加剧了这种不均匀性，载荷的不均匀性严重的影响了四连杆机构，减速器和电机的寿命。抽油机的平衡正是在这种基础上提出来的，主要有以下两个重要意义。提高电网质量，减小对电网影响。这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。节能。油田抽油机为克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机利用率般为，最高不会超过，电动机常处于轻载状态，造成资源浪费。国内外抽油机功率平衡研究现状人们已普遍认为游梁式抽油机工作效率不高的主要原因是其载荷特性与其所用的普通三相异步电动机的工作特性不匹配。因为抽油机悬点载荷在减速器曲柄轴上的扭矩曲线与曲柄平衡的正弦曲线不吻合，使得曲柄轴上的净扭矩曲线波动很大，甚至出现负值。