西安石油大学本科毕业设计（论文）
第1章 绪论
1.1抽油机的概况
抽油机属于地面动力传动装置，其作用是通过减速箱，曲柄连杆或其他杆件机构等，将动力机的旋转运动变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程，并悬挂抽油杆，承受荷重。通过对机位的调节实现一台斜直井抽油机适用于0-45度范围内任意井斜角的油井。
就斜直井抽油机工况而言，装机井井斜角越大，支架和驴头前倾程度越大，整机稳定性就越差。因此要求整机设计必须遵从前轻后重、上轻下重的原则。经过反复研究，在难于建造底座的浅海、沼泽地、河流、湖泊地区，以及在城市大型建筑底部开采石油时，若从陆上或其周围向这些地区底部钻斜直井，可免去在水中建造昂贵的人工岛和避免城市建筑损坏与环境污染。可见在这些场合采用斜直井开采技术必将带来显著经济效益.目前，加拿大、美国已设计生产出用于斜直井采油的斜直井抽油机，而我国斜直井抽油机的研制工作才刚刚起步，尤其在方案优化设计方面还是空白.为适应斜直井采油技术发展的需要，我们对斜直井抽油机作了深入的探讨，提出了斜直井后置式游梁抽油机的优化设计方法，并开了一套用于各种抽油机动态图形仿真的软件，这套软件可以再现抽油机的运动，由于它采用交互方式，因而当发现抽油机某些地方设计不合理时，可以即时修改，并再现修改后的结果，为抽油机的设计与改造提供了强有力的实验手段.
抽油机主要分两类：游梁式抽油机和无游梁式抽油机 游梁式抽油机有以下几种： 1. 常规游梁式抽油机
常规是游梁式抽油机是油田使用历史最悠久，使用数量最多的一种抽油机。该机采用具有对称循环四杆机构或近似对称循环四杆机构，结构简单，运行可靠，操作维护方便，但长冲程时平衡效果差，效率低，能耗大，不符合节能要求基本停止了生产。
2. 前置式抽油机`
前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平稳，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆、游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规式抽油机低，整机寿命长。前置式抽油机可配置较小功率的电动机，节能效果显著。与常规式抽油机相比，具有体积小、重量轻、节省钢材的优点。
3. 偏置式抽油机
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偏置式抽油机又称异相曲柄平衡式抽油机，特点是平衡块中心线相对于曲柄中心偏转一个角度，这种机型国外60年代发展起来并得到API的承认。试验证明，经优化设计的偏置式抽油机节电可达20%。
4. 胶带传动抽油机
胶带传动抽油机是美国GROOVES公司于80年代开发的新型抽油设备，该机通过二级胶带传动，将电动机的原动力传给曲柄胶带轮，并带动游梁摆动。由于其四杆机构具有急回特性，而且其辅助平衡装置可做适当调整以获得偏置角，因而与常规机相比，其上冲程转矩因数小，炉头悬点加速度小。在相同的工况下，其悬点载荷值和曲柄胶带轮轴的净转矩都较小，曲柄轴净转矩曲线波动较平缓。由于省去了减速箱，故具有结构简单，制造成本低，维修及运行管理方便等特点。
5. 下偏杠铃抽油机
下偏杠铃游梁复合平衡抽油机是在原常规游梁抽油机的游梁尾端，利用变矩原理增加简单的下偏杠铃所形成的一种新型节能抽油机。该机继承和保留了原常规式游梁抽油机的全部优点，这种类型可用于新机制造，又可以用于现场在用的常规抽油机（含偏置机）的节能改造，其改造技术是目前最简单易行的，节能效果也较明显。
6. 偏轮式游梁抽油机
偏轮式游梁抽油机尾部装有一个偏轮结构。在偏轮与游梁中心和支架之间增设推杆，在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间用轴承连接。它打破常规机四杆机构的框架，一游梁尾部的偏轮为中心，形成独特的六连杆体系，偏轮杆件均为刚性连接保持了常规机的特点。
7. 双炉头游梁式抽油机
该机是将常规机游梁与横梁的铰链连接，改为变径圆弧的后炉头、钢丝绳与横梁之间的软连接，构成变参数四杆机构来传递运动和扭矩，克服了原机构的死角，增加游梁摆角，冲程提高20~70% 。由于采用变径圆弧的游梁后臂，使其实现负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的工作状态。从而使减速器输出扭矩波动小，达到加强平衡，降低能耗的目的。这种机型是目前除常规机以外发展最迅速的机型。
此外，还有很多新型游梁式抽油机，例如大轮式抽油机、重锤式游梁液压抽油机、大圈式抽油机，调径变矩游梁平衡抽油机、悬挂偏置游梁平衡抽油机、斜井抽油机、活动式抽油机、低矮型游梁抽油机、前置式气动平衡游梁式抽油机等。
无游梁式抽油机有以下几种： 1. 链条式无游梁式抽油机
胜利高原公司生产的长冲程、低冲次、ROTAFLEX链条驱动的皮带式抽油机是一种全新结构的高性能有杆抽油设备，该机可以满足下泵深抽、大泵排液、长冲程低冲次抽调采油工艺中高含水期油井加深泵挂大排量的需要，是一种高效节能经济性好
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的机种。
长冲程低冲次抽油机能增加抽油杆和井下泵寿命。通过增加冲程长度和减少冲次，降低了油管和杆柱接筛的磨损。ROTAFLEX抽油机的独特设计减少了对扭矩的需要，可使用小减速箱。减少了原动机的循环负荷，提高了系统总效率，允许使用小功率电动机。每英尺每桶产量的能量消耗大大减低。ROTAFLEX抽油机比常规抽油机操作和维修更安全。这种独特的抽油机突破了传统有杆泵系统在排量和深度上所不能达到的界限。
2. 液压抽油机
液压抽油机由液力、电动、气动元件结合组成。抽油机的特点是：
（1）冲程长度和速度可以任意调节，液控元件可通过仪表随时显示抽油杆的瞬时负荷，示功仪亦可预先装在抽油机上，以观察全机运行情况。
（2）上下冲程的速度可以单独控制，上冲程慢下冲程快，使抽油杆受力比较平衡、合理。
（3） 轻便。 3. 数控抽油机
数控抽油机是近几年研制的机电一体化的抽油装置，数控抽油机采用了全数控电力拖动系统，综合了微电子技术、电力电子技术、过程控制技术，是按照机电一体化的设计思想精心制作的电子——机械装置，是一种能根据抽油井特征随机改变运动“姿态”的实时数字控制电动系统。使整个抽油机成为一个能根据外界工况而实时改变运动规律的机电一体化智能设备。美国National Supply公司生产的智能抽油机节约电耗10~30%。
4. 宽带长冲程抽油机
该机仍然采用普通异步交流电动机作为驱动力并采用了和游梁式抽油机相似的皮带传动及减速器作减速装置。该机的结构特点在于：加速器输出轴上安装一宽皮带轮，宽度带一端和悬绳器相连另一端安装于宽皮带轮上，在宽度带中间的适当位置上固定安装一个用于放平衡块的平衡框，通过宽皮带在带轮上的缠绕与释放达到冲程换向的目的。宽皮带在皮带轮上可以实现多层缠绕，因而可实现任意要求的冲程长度。
5. 摩擦换向抽油机
摩擦换向抽油机通过电动机正反转驱动减速器带轮摩擦轮转动，无触点换向开关换向，使抽油杆上下运动来抽吸油液。钢丝绳一端通过悬绳器与光杆连接，另一端与配重箱连接，根据示功图载荷的大小可调整配重铁，以调节摩擦轮两端的拉力差，做到精确平衡。
该机结构简单，冲次可根据生产需要用旋钮任意无级调节，可以实现抽油机工作中上、下冲程速度的分别控制。冲程长度可根据需要设计配套高度的塔架，在最大冲
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程下实现任意冲程的调节。调平衡简单方便，操作强度低、操作时间短。电动机恒扭矩输出，启动无冲击电流，节电效果显著。
此外，还有变平衡力矩抽油机、气囊平衡抽油机、双井平衡丛式井抽油机、自动平衡抽油机、轮式移动平衡抽油机、直线往复式抽油机、直线电动驱动抽油机等多种类型。
1.2斜直井抽油机的研究
采用斜直井抽油机在斜直井上采油，对油田油井二次和三次加密及开发地貌复杂的油田具有重大意义。为了满足大庆地区斜直井采油需要，研制了12型0—45度斜直井通用抽油机。其主要特点是：把抽油机将要适应0—45度井斜角分为四段，按抽油机四连杆机构优化设计原理，分别给出各段四连杆机构最佳数据，运用组合设计方法，将得到的四组四连杆机构数据组合设计在一台抽油机上，使其具有四个机位状态。通过对机位状态的调整，可适应0—45度范围内任意井斜角的油井，而抽油机本身又能在最佳状态工作。
为了满足大庆地区斜直井采油需要，研制了10型XCYJ10_3_37HB斜直井抽油机0_45度斜直井通用抽油机。按抽油机四连杆机构优化设计原理，分别给出各段四连杆机构最佳数据，运用组合设计方法，将得到的四组四连杆机构数据组合设计在一台抽油机上，使其具有四个机位状态。通过对机位状态的调整，可适应0—45度范围内任意井斜角的油井，他的好处有以下几点
1.随着流量的增大，叶栅进出口液流转折角增大;
2.随着流量的增大，在叶片吸力面最大弯度处能量损失增大，而在出口段能量损失减小。
3.应选择合适的流量，才能保证在得到较大扭矩的同时，具有较小的能量损失。流量过大或过小，均使流体在叶栅内能量损失增大。
人口处的液流角随流道的深人逐渐减小，到流道中部最大弯度处，液流成轴向流动，随着液流向出口处推进，液流角转折成顺着叶片出口角流动。流道内的吸力面最大弯度处液流角转成轴流方向后，速度急剧减小，开始脱流，在最大弯度至叶片出口处，属于脱流区，随着流量的增大，该区的液流转折点向出口端推移，使液流在吸力面出口段的脱流点向出口端推延，导致脱流段缩短。所以，在该段内能量损失随着流量的增大而减小。在压力面叶栅人口到最大弯度处，液流有轻微的扩散，出现旋涡，但随着流量的减小基本消失。此外，由于叶栅各几何结构参数相同，只是流量不同，所以随着流量的增加，叶栅流道中的流速增大，使流体层间的速度梯度增大，引起流体层间摩擦应力增大，液流阻力增大，且旋涡增强。
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1.3斜直井抽油机的发展趋势
随着石油工业的不断发展，世界抽油机将会朝着品种多样化；产品系列化，标
准化，通用化；使用科学化等方向发展。今后抽油机的使用会更加科学化，抽油机的节能技术也会越来越先进，抽油机的产品质量将进一步提高。而且，无游梁抽油机也会被推广，特殊工况的抽油机也会得到相应的发展。为了描述之后世界抽油机的技术发展远景，据有专家多年来对世界抽油机的研究，提出了预测：
增大冲程游梁抽油机：它是常规游梁抽油机的发展方向。据预测，到今后，世界增大冲程抽油机将会有一定的技术发展，其数量将会有一定的增加，增大冲程机构更简单，有效，寿命更长。
长冲程无游梁抽油机：由于长冲程无游梁抽油机没有游梁，不采用曲柄连杆机构进行换向，也不采用增大冲程机构，利用抽油机本身的机构运动特性来实现长冲程抽油机。这种抽油机不仅实现长冲程，而且还可以实现超长冲程。此外，它还有排量稳定。动载荷小，事故较少，噪音较低，抽油运转平稳，平衡效果好，抽油杆匀速运动抽油等优点。所以，预测在今后，世界长冲程无游梁抽油机将采用现代国际和航天技术，使抽油机更先进。根据技术发展预测，在2012年以后，长冲程无游梁抽油机仍然是世界抽油机的发展主流和方向。
气囊平衡抽油机：加拿大研究开发的气囊平衡抽油机，是一种液缸式抽油机，采用液压驱动，气囊平衡方式，采用无摩擦活塞，磁性传感器等专利的技术。可节电10%-40%，提高了抽油机的功率这种抽油机的平衡效果很好，能使抽油机的功率利用率，使98%的能量得到充分的利用。这种抽油机的平衡效果很好，能使抽油杆的载荷有80%—90%得到平衡。抽油机的体积小，品质轻，仅为常规抽油机品质的五分之一。价格便宜，是常规抽油机的50%。可选用大直径抽油机泵采油，以提高石油产量。用于山区或森林地区用直升飞机运，运用于沼泽地带整体浮运；以提高石油产量。到今后世界气囊平衡抽油机将会用于山区，森林地区，寒冷地区进行抽油。
斜直井抽油机：斜直井抽油机工况而言，装机井井斜角越大，支架和驴头前倾程度越大，整机稳定性就越差。因此要求整机设计必须遵从前轻后重、上轻下重的原则。经过反复研究，在难于建造底座的浅海、沼泽地、河流、湖泊地区，以及在城市大型建筑底部开采石油时，若从陆上或其周围向这些地区底部钻斜直井，可免去在水中建造昂贵的人工岛和避免城市建筑损坏与环境污染。可见在这些场合采用斜直井开采技术必将带来显著经济效益。该机结构简单，结实可靠，操作维修方便，通用性好，适应性强.具有倾斜连杆机构换向，以倾斜的对准斜直井轴线，并做上下往复循环以适应不同的角度斜直井采油. 采用斜直井抽油机在斜直井上采油，对油田油井二次和三次加密及开发地貌复杂的油田具有重大意义
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