抽油机工作原理

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油田抽油机传动系统控制原理与设计

作者：尹振军

来源：《中国新技术新产品》2017年第18期

摘 要：针对系统控制自动化需求以及节能降耗的要求，提出一种基于DSP的智能传动控制系统。为实现对该系统的设计，首先对目前主流的抽油机类型进行了简单的介绍，然后对传动系统调速的原理进行了分析，最后结合DSP在智能控制方面的优势，利用DSP芯片作为主处理器，从硬件和软件的角度对系统进行了设计。由此通过设计，为抽油机的节能和自动化控制提供了参考。

关键词：抽油机；节能；控制原理；软件

中图分类号：TM301 文献标识码：A

随着现代智能技术的发展，电力电子控制被广泛应用，其中也包含石油领域。而抽油机作为石油开采领域中的一个重要机械设备，其成为采油中能量消耗最大的一个设备之一。同时，抽油机的动力主要依靠传动系统，通过传动系统电机的转动，以此不断地对岩层下的石油进行抽取。由此，如何对传动系统进行控制，成为保障抽油机工作的重点。

1.抽油机类型概述

目前，针对我国国内的抽油机类型中，使用比较广泛的包括有游梁式和无游梁式两类。在抽油机结构中，其传动系统主要由电机、变速箱部分组成，并且配备的电动机大部分都是Y系列为主。

对于抽油机来讲，其配备的电机大部分都处在轻载运行的状态，这样其负载率很低，并且功率的损耗非常大。对抽油机的电耗来讲，其用在生产中的用电比例会很大，并且对其进行冲程冲次调节显得十分不便。因此，提出对抽油机进行技术技能改造，使其在各种工况下都具备良好的节电效果。而在本研究中，则提出采用开关磁足电机对其转速进行优化控制，并借助DSP的智能处理，实现抽油机上冲程和下冲程的速度调节。

2.开关磁阻电动机调速的工作原理

对开关磁阻电机调速来讲，其主要包括控制器、功率变换器、开关磁阻电机、电流和位置检测装置。其中，开关磁阻电机的控制主要是通过控制器对功率进行调节，进而实现对SR电机转速的控制。同时，结合抽油机的功率和实际采油需求，可以将其运行状态分为启动运行、稳定运行和制动运行3个状态。在不同的状态下，其采取的控制策略又有所不同，但总结起来，其基本的控制策略可以分为低速运行斩波控制和高速运行角度位置控制。而在这两种控制策略中，斩波方式和角度结合的控制策略，被认为是控制效果较好的一种方式，由此被大量运用。如在启动运行的阶段，以12/8结构的三相开关磁阻电机来讲，通常采用斩波控制的方龙源期刊网

设计题目——油田抽油机

1. 机器的用途及功能要求

抽油机是一种采油机械，主要用于当油井不能自喷或自喷能力不能满足采油需要时，从地下抽取石油。图1是游梁式抽油机的工作原理图。工作时，抽油机的执行机构通过钢丝绳牵引抽油杆，带动活塞上、下往复运动。当活塞上移（上冲程）时，抽油泵泵体下部形成负压，使得排出阀关闭，吸入阀打开，油液被吸入泵体内；当活塞下移（下冲程）时，泵体下部压力增大，使得吸入阀关闭，排出阀打开，泵体内的石油被压入活塞体内。在活塞不断往复运动的过程中，油液从活塞体内进入抽油泵上部的油管，最后从井口排入集油管线（图1a）。

抽油机在一个运动循环中所受的生产阻力变化很大。在上冲程中，生产阻力不仅包括抽油杆和活塞以上环形液柱的重量，而且还包括抽油杆和环形液柱的惯性动载荷（悬点E承受了最大载荷）；而在下冲程时，抽油杆在其自重作用下克服浮力下行，生产阻力为零。此外，执行机构的总惯性力和总惯性力矩也不平衡。这些因素使抽油机在工作过程中产生有害振动，同时造成其速度波动，影响抽油杆和抽油泵的正常工作，影响抽油机的工作寿命。因此，必须对抽油机进行动平衡。

2. 设计要求和原始数据

设计以电动机为原动机的抽油机。

⑴ 抽油机结构简单，加工容易，便于维护，受力好，效率高，执行机构的许用压力角[α]≤40°；

⑵ 执行机构具有急回性能，行程速比系数1＜k≤1.15；

⑶ 抽油杆的冲程长度可调；

⑷ 采用曲柄平衡方式对抽油机进行动平衡，平衡重G 作用于B点（图1b）；

3. 设计内容

⑴ 确定总体设计方案，包括传动系统中各传动的类型、传动路线、总传动比和传动比分配；

⑵ 选择执行机构的型式，确定各构件尺寸，计算机构自由度；

⑶ 用电算法作执行机构的运动分析，求出在一个运动循环中，步长为π/36弧度的抽油杆的位置、速度和加速度，以及抽油杆在一个运动循环中的平均速度Vm、最大速度Vmax、最小速度Vmin和速度不均匀系数δv（此处所说速度均指速度的大小）；

游梁式抽油机基础知识

-相关知识

抽油机是抽油井地面机械传动装置,它和抽油杆、抽油泵配合使用，能将井下原油抽到地面。

1、机械采油

油田开发过程中，有些油田由于地层能量逐渐下降，到一定时期地层能量就不能使油井保持自喷；有些油田则因为原始地层能量低或油稠一开始就不能自喷。油并不能保持自喷时，或虽然能自喷但产量过低时，就必须借助机械进行采油，这种利用机械进行采油的方法称为机械采油。目前,机械采油的形式很多。通常按是否用抽油杆来传递动力，可将机械采油分为两大类：有杆泵采油——借助于抽油杆将地面动力传递给井下泵,从而将原油举升到

地面的采油方法。有杆泵采油设备主要包括抽油机一深井泵（游梁式抽油机、无游梁式抽油机）和电动螺杆泵。无杆泵采油——不用抽油杆来传递地面动力，而是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下,带动井下机组把原油举升到地面的采油方法。

目前，无杆泵采油设备主要有水力活塞泵、电动潜油泵、射流泵等。

2、抽油机的分类

抽油机按传动方式可分为机械传动抽油机?口液压传动抽油机。

抽油机按照外形和结构原理可分为游梁式抽油槌口无游梁式抽油机。

第一代抽油机分为常规型、变型、退化有游梁型和斜直井型四种类型。第二代抽油机分为高架曲柄型、电动机换向型、机械换向型和其他无游梁型四种类型。 第三代抽油机分为单柄型、直驱多功能型和高架作业型三种类型。

变传动抽油机是将常规游梁式抽油机的皮带减速器传动改变为多级皮带传动的游梁式抽油机。

游梁式抽油机是利用曲柄做旋转运动,通过四连杆机构使游梁和驴头上下摆动,从而带动抽油杆柱和抽油泵往复工作的抽油机,这种抽油机目前在各油田中使用最为广泛。

游梁式抽油机的具体分类

(1)按结构形式可分为：常规型、前置型、偏置型、斜井式、低矮式、活动式。

(2)按减速器传动方式可分为：齿轮式链条式、皮带式、行星轮式。

(3)按驴头结构可分为：上翻式、侧转式、分装式、整体式、旋转式、大轮式、双驴头式、异驴头式。

浅谈皮带式抽油机的结构原理及其特点

【摘要】皮带式抽油机技术源自于美国威泽福公司，是一种具有国际领先水平的长冲程、慢冲次、纯机械传动的抽油机，操作简单，维护方便，使用安全，其良好的采油工艺性能和可靠的机械性能使得该抽油机在是世界上应用最广泛的一种无游梁抽油机。它既可以实现深抽，也可以进行大排量提液，还特别适合稠油井的开采，其完善的配套工艺和不断的技术升级能够不断地满足各种工况的油井，高效、安全、可靠和节能的特点，为用户带来良好的经济效益。

【关键词】皮带式抽油机 节能 换向平衡

1 机架底座

抽油机机架采用高强度型钢组焊而成，抗弯折性能强，结构稳定可靠。斜撑杆分别连接抽油机塔梁和底座，形成稳定的三角形结构，进一步保证了抽油机塔梁的稳定性。

底座通过地脚螺栓与抽油机专用基础牢固连接，可有效防止抽油机的倾覆，保证机组运行安全平稳。

图1？皮带式抽油机的结构组成

2 刹车控制

采用安全系数最高的盘式刹车系统。配备手动刹车和电磁自动刹车两套刹车系统。手动刹车系统用于人工检修和作业维护时的制动操作，控制平衡箱和悬绳器位置，同时可用于突发情况的紧急制动。电磁自动刹车系统，保证抽油机在无人看守时抽油机突发问题的停机保护，最大限度的保证采油系统的安全。

3 动力传递

原动机：电动机、内燃机等，效率80%以上；

皮带传动：联组窄V带，效率96%以上；

减速箱：齿轮传递，效率98%以上；轨迹链条：链传动，效率96%以上；

负荷皮带：等效为定滑轮，效率96%以上；

图2？抽油机平衡图

5 润滑系统

皮带抽油机具有润滑点少，保养周期长的特点，极大的减少了工人日常维护的工作量。日常巡检时只需通过油位窗观察抽油机减速箱和链条箱内油位是否充足，除非发生渗漏一般情况下不需要维护；滚筒轴承座需每半年左右打一次润滑脂；上链轮处每季度打一次润滑脂，部分机型已经将上链轮的润滑形式改为油润滑，通过刮油板将链条携带的润滑油刮下后引流至上链轮轴承处，实现对上链轮轴承的润滑。