有杆抽油系统的设计 范元元

斜井有杆泵抽油系统的设计优化[概述] 随着石油工业的发展，由于提高采收率的需要和地面环境的限制，斜井在油田开发中的作用越来越重要。

目前，有杆抽油在斜井生产中还是最主要的举升方式。

关于斜井的有杆抽油系统设计很多是基于直井的考虑，通过经验方法在狗腿度和观察偏磨位置加装扶正器。

这会导致较大的计算误差和错误的设计。

随着井斜轨迹的趋于复杂，对于有杆泵的设计的研究也迅速发展。

本文通过RODSTAR软件的使用，通过实例分析，介绍了斜井有杆抽油设计中的一些方法和技巧，在生产实践中取得了良好的效果。

[关键词]有杆抽油；波动方程；斜井；偏磨；扶正器；加重杆自60年代以来，Gibbs提出了一维粘性阻尼波动方程，为有杆抽油系统的预测和诊断技的计算机仿真技术奠定了基础，该模型在垂直油井的应用取得了良好的效果。

在此基础上，国内外许多学者做了大量研究，建立了一些斜井的有杆抽油系统模型。

RODSTAR是美国THETA油田服务公司在Gibbs提出的三维波动方程的基础上开发的有杆抽油系统设计和预测软件，本文结合该软件的使用，探讨了斜井有杆抽油系统设计中应该注意的问题，在实际生产中取得了良好的效果。

数学模型九十年代Gibbs提出了适用于斜井的有杆抽油系统动态特征预测的三维波动方程（公式1），该模型充分考虑了模拟了了斜井中的抽油杆的动态特征、阻尼和杆管的库伦阻力，可用于斜井有杆抽油系统的预测、设计和诊断。

（1）（2）其中模拟惯性，表示声波在抽油杆的传播速度，模拟弹性变形沿抽油杆以传播，g表示抽油杆的重力。

为阻尼因子，阻尼被认为是一个与抽油杆各点传播速度与的乘积。

实际应用中，阻尼因子是一个速度相关的可以调整的效应，是系统能量由于液体摩擦的损失。

表示库伦摩擦力，库伦摩擦与运动方向相反，受轴向力和井轨迹控制，但是与运动速度无关。

图1 计算库仑力和不计算库仑力的示功图对比三维波动方程是一个较为精确的可用于斜井有杆抽油系统的数学模型，最新的RODSTAR软件在此基础上，充分考虑了油管和液柱对有杆抽油系统的影响，结合抽油机结构参数和悬点运动规律的描述，适用于各种型号的抽油机。

一种基于动态规划的有杆抽油系统节能优化设计新模型
柳潇雄
【期刊名称】《中国石油和化工标准与质量》
【年(卷),期】2014(000)013
【摘要】有杆抽油系统是当前我国机械采油中使用最为广泛的机械系统，其当前系统效率水平偏低，难以适应经济高效开发油气田的要求。

本文运用动态规划的原理与方法，构建了一种实现有杆抽油系统节能优化设计的新模型，并探讨了模型求解的新思路。

【总页数】1页(P74-74)
【作者】柳潇雄
【作者单位】中国石油大学北京北京 102249
【正文语种】中文
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毕业设计常规游梁式抽油机设计引言：抽油机是石油开采中不可缺少的重要设备之一、游梁式抽油机作为抽油机的一种常见设计，已经在石油开采中得到广泛应用。

本文将对游梁式抽油机进行常规设计，从结构设计、工作原理、控制系统等方面进行详细阐述。

一、结构设计：游梁式抽油机的结构主要由主骨架、曲柄杆、游梁、连杆等组成。

主骨架是整个抽油机的主要支撑结构，承受着巨大的载荷。

曲柄杆通过曲轴与发动机相连接，通过往复运动驱动游梁实现抽油机的工作。

游梁由游梁杆和游梁头组成，游梁杆可以左右滑动，提供了抽油机的往复运动。

连杆连接着游梁和曲柄杆，使得游梁能够沿着曲柄杆方向运动。

二、工作原理：游梁式抽油机的工作原理基于连杆机构，将曲柄杆的旋转运动转变为游梁的往复运动。

曲柄杆与游梁通过连杆连接，当曲柄杆旋转时，连杆将转动力转移到游梁上。

由于游梁杆可以左右滑动，游梁在连杆驱动下完成了往复运动。

当游梁向上运动时，抽油杆与井下抽油泵相连，完成抽油工作。

当游梁向下运动时，抽油杆与井下抽油泵断开，准备进行下一次往复运动。

三、控制系统：常规游梁式抽油机的控制系统主要包括位置控制系统和液压系统。

位置控制系统通过传感器、控制器等实现对游梁位置的监测和控制，保证游梁的往复运动的准确性。

液压系统通过控制液压泵和液压缸等实现对游梁的驱动，控制游梁的上下运动。

在工作过程中，位置控制系统和液压系统紧密配合，以保证抽油机的正常工作。

四、优化设计：为了提高游梁式抽油机的效率和可靠性，可以进行优化设计。

首先，可以通过材料选择和结构设计来提高主骨架的强度和刚度，以承受更大的载荷。

其次，可以优化连杆的设计，减小摩擦损失，提高能量传递效率。

此外，还可以提高液压系统的控制精度和响应速度，以提高抽油机的工作效率。

结论：本文对游梁式抽油机进行了常规设计，并对其结构、工作原理和控制系统进行了详细阐述。

通过优化设计，可以进一步提高抽油机的效率和可靠性，促进石油开采工作的顺利进行。

这对于石油工业的发展具有重要意义，也为相关领域的研究提供了一定的参考。

河南油田有杆抽油系统优化设计研究摘要：河南油田经过30多年的开发，取得了良好的勘探开发效益，常规有杆抽油一直是最为广泛应用的一种统机械采油方式，但由于有杆抽油系统能耗严重，效率普遍偏低，因此需要提高抽油系统效率，降低石油开采成本，以实现高效经济采油。

关键词：抽油杆抽油系统效率高效采油前言目前我国大部分油田已进入注水开发时期，油井的含水量逐年上升，要提高原油产量，必须加大提升井液的能力。

而机采的优化与节能成为亟待解决的问题之一。

若单井系统效率提高10%以上，对降低原油成本和提高企业经济效益具有重要意义。

1有杆抽油系统优化目的及意义1.1 目前国内机械采油现状常规有杆抽油一直是最为广泛应用的一种统机械采油方式，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式，按最新资料统计，国内有杆抽油的系统效率以大庆油田为最高达30%，胜利油田为24%，也就是说整个系统工作过程中有70%以上的能量做了无用功，造成了大量的浪费。

根据实验井测试数据一般常规抽油机的理论系统效率可达到50%～65%，但把油井实测效率与理论效率相比，一般差一倍以上，有很大的节能增效潜力。

因此国内外的技术专家在游梁式抽油机改造、设计新型节能抽油机方面进行了大量的研究工作，设计制造出了一批节能型抽油机也都取得了不错的效益。

现在有杆抽油系统优化设计方面还是依然存在许多问题，例如，杆杆设计不合理、电动机不匹配、供采不平衡、抽汲参数不合理。

这些都将影响了抽油系统的高效运行。

1.2 有杆抽油系统优化意义以l口井为例，系统效率为20%，油井抽油实际用功率10KW，系统效率提高1个百分点，一天节约电约220kw·h，全年节约8×104KW·h。

所以，对有杆抽油系统优化的意义是不言而喻的，通过对有杆抽油系统进行优化，可以有效降低采油用电单耗，延长油井的检泵周期，缓解目前国内能源形势日趋紧张的状况。

2 河南油田有杆抽油系统优化设计分析2.1 河南油田有杆抽油系统现状河南油田经过30多年的开发，通过精雕细刻，在提高有杆抽油系统效率方面，推广和应用新技术、新设备，使稀油机采系统效率从1990年的27.6%提高到2006年的32.73%，系统效率居于集团公司领先水平。

稠油油藏有杆泵抽油系统优化设计方法目前我国多数的稠油油藏以有杆泵举升工艺为主,由于系统效率普遍偏低,从而增加了原油开采的成本,降低了原油生产的经济效益。

因此,针对稠油油藏开展有杆泵抽油系统优化设计研究,进而提高有杆泵抽油机井的系统效率,对于开发稠油油藏具有重要意义。

本文首先在流体热力学和传热学理论的基础上,应用质量守恒方程和能量守恒方程建立了井筒内温度分布的数学模型,求解了各模型的解析解,计算了井筒内粘度分布和压力分布。

然后,针对稠油油藏有杆泵井的特点,考虑了井筒内粘温关系的变化,在油井满足供排协调前提下,以系统效率最高为目标函数,采用了多变量(包括抽汲参数组合、泵挂深度、动液面深度等)、多重循环设计,进行稠油油藏机采井系统优化设计方法研究,开发了机采井系统优化设计软件。

最后,结合塔河油田实际生产数据进行了实例计算,分析了含水率、掺稀点深度、掺稀量、电加热功率、加热点深度等因素对井筒内流体粘度分布的影响,为进一步采用掺稀降粘、电加热等辅助工艺提高稠油油藏的开采效果提供了技术支持。

塔河油田5口试验井参数优化结果表明,最大、最小载荷和最大扭矩计算结果与现场实际情况相比,平均相对误差仅为10%,优化后的平均系统效率提高了9.6%,平均单井增产11.3m~3/d,增产增效显著,说明该优化设计方法满足稠油油藏现场实际需求,且具有较好的应用空间和推广前景。

同主题文章[1].冯耀忠. 提高有杆泵井系统效率的途径' [J]. 石油矿场机械.1993.(01)[2].蒋生键,李勇,牛文金. 提高有杆泵井机械采油系统效率技术应用' [J]. 特种油气藏. 2002.(02)[3].周继德. 有杆泵井节能问题探讨' [J]. 中国能源. 1992.(08)[4].刘红磊,李颖,霍刚. 机采参数优化技术及应用' [J]. 胜利油田职工大学学报. 2007.(01)[5].孙庆宇. 有杆泵井机采系统效率影响因素及参数优化设计' [J]. 油气田地面工程. 2004.(06)[6].曾玉强,李晓平,陈礼,鲁小会,王琴. 注蒸汽开发稠油油藏中的井筒热损失分析' [J]. 钻采工艺. 2006.(04)[7].冯耀忠. 改善有杆泵井生产性能的途径' [J]. 石油机械. 2000.(12)[8].李修文,古小红,崔效令. 抽油机井系统效率低效井的分析方法' [J]. 油气井测试. 2002.(04)[9].张维平,吴忠萍. 榆树林油田提高抽油机系统效率矿场试验' [J]. 大庆石油地质与开发. 2003.(05)[10].李云光,王书方,周学文. 一分压注水技术工程实例' [J]. 中国科技信息. 2005.(05)【关键词相关文档搜索】：油气田开发工程; 稠油油藏; 有杆泵; 优化设计; 系统效率【作者相关信息搜索】：大庆石油学院;油气田开发工程;张继红;王亚楠;。

有杆泵采油工作原理有杆泵采油是一种常见的油田采油方式，其工作原理是利用泵杆将泵在井底的油液抽到地面。

有杆泵采油是一种传统的采油方式，其优点是成本低、操作简单，但也存在一些缺点，如效率低、易受井深、井壁等因素的影响。

有杆泵采油的工作原理是利用泵杆将泵在井底的油液抽到地面。

泵杆是一根长杆，由多节钢管组成，通过井口的泵杆头与泵相连。

泵杆头是一种特殊的连接器，能够将泵杆与泵的各个部件连接起来。

泵杆头的设计和制造对于有杆泵采油的效率和安全性都有着重要的影响。

有杆泵采油的泵是一种离心泵，其工作原理是利用离心力将油液抽到地面。

泵的各个部件包括泵体、叶轮、轴承、密封件等，这些部件的设计和制造对于泵的效率和寿命都有着重要的影响。

泵的选型和安装也是有杆泵采油的关键环节之一。

有杆泵采油的井口设备包括井口阀、泵杆头、泵杆卡等。

井口阀是一种特殊的阀门，能够控制油液的流量和压力。

泵杆头是一种特殊的连接器，能够将泵杆与泵的各个部件连接起来。

泵杆卡是一种特殊的夹具，能够固定泵杆，防止泵杆在工作过程中发生断裂等事故。

有杆泵采油的工作过程是由地面控制的。

地面的控制系统包括控制台、电机、变频器、传感器等。

控制台是一种特殊的电子设备，能够控制电机的启停、转速等参数。

电机是一种特殊的动力设备，能够将电能转化为机械能。

变频器是一种特殊的电子设备，能够控制电机的转速和输出功率。

传感器是一种特殊的检测设备，能够检测泵的运行状态和油液的流量、压力等参数。

有杆泵采油是一种传统的采油方式，其工作原理是利用泵杆将泵在井底的油液抽到地面。

有杆泵采油的泵是一种离心泵，其工作原理是利用离心力将油液抽到地面。

有杆泵采油的井口设备包括井口阀、泵杆头、泵杆卡等。

有杆泵采油的工作过程是由地面控制的，地面的控制系统包括控制台、电机、变频器、传感器等。

第三章有杆泵采油有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。

有杆泵采油具有结构简单、适应性强和寿命长的特点，是目前国内外应用最广泛的机械采油方式。

本章将系统地介绍游梁式抽油机有杆抽油装置、采油原理、工艺设计及油井工况分析方法。

第一节有杆抽油装置典型的有杆抽油装置主要由三部分组成，如图3-1所示。

一是地面驱动设备即抽油机；二是安装在油管柱下部的抽油泵；三是抽油杆柱，它把地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵柱塞使其上下往复运动，使油管柱中的液体增压，将油层产液抽汲至地面。

就整个有杆抽油生产系统而言，还包括供给流体的油层、用于悬挂抽油泵并作为举升流体通道的油管柱、井下器具（油管锚、气锚、砂锚等）、油套管环形空间及井口装置等。

图3-1 典型的有杆抽油生产系统1-吸入阀；2-泵筒；3-排出阀；4-柱塞；5-抽油杆；6-动液面；7-油管；8-套管；9-三通；10-盘根盒；11-光杆；12-驴头；13-游梁；14-连杆；15-曲柄；16-减速器；17-动力机（电动机）一、抽油机抽油机（pumping unit）是有杆抽油的地面驱动设备。

按其基本结构抽油机可分为游梁式和无游梁式两大类，目前国内外应用最为广泛的是游梁式抽油机（俗称磕头机）。

游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄（四连杆）机构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装置等四部分组成，如图3-2所示。

游梁式抽油机工作时，传动皮带将电机的高速旋转运动传递给减速器的输入轴，经减速后由低速旋转的曲柄通过四连杆机构带动游梁作上下往复摆动。

游梁前端圆弧状的驴头经悬绳器带动抽油杆柱作上下往复直线运动。

根据结构形式不同游梁式抽油机分为常规型（普通型），异相型、前置型和异型等类型。

常规型和前置型是游梁式抽油机的两种基本型式。

1.常规型抽油机常规型游梁抽油机如图3-2所示。

它是目前油田使用最广的一种抽油机。

其结构特点是：支架位于游梁的中部，驴头和曲柄连杆分别位于游梁的两端，曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方，上下冲程运行时间相等。

科技成果——有杆泵抽油系统高效节能设计技术
技术开发单位
中石化江苏油田分公司
适用范围
油田有杆泵油油机井
成果简介
应用本项目组研发的有杆泵抽油系统输入功率计算理论，计算抽油机井采油过程中的各种能耗，应用本项目组发明的能耗最低机采系统设计方法，找出能够生产目标产量的所有参数组合并计算出每一种组合的输入功率，以输入功率最低者作为生产参数，由此实现抽油机井大幅度节能降耗。

同时应用抽油机节能潜力评价技术掌握所有井节能潜力，有的放矢，实现油田规模推广。

工艺技术及装备
1、自己研发的有杆泵抽油系统输入功率计算理论。

2、自主发明的能耗最低机采系统设计方法；
3、自主研发的抽油机井节能潜力评级技术；获得4项发明专利，总体成果达到国际领先水平。

市场前景
中石油、中石化约有抽油机井17万口，若全面应用本技术，预计年创经济效益63亿元；目前中石油、中石化近5万口抽油机井应用了该技术，还有12万口抽油机井尚未推广，推广应用前景潜力巨大。

常规游梁式抽油机设计毕业设计游梁式抽油机是一种常用的抽油设备，其主要用于油田开采中将地下原油抽出地面。

在这个毕业设计中，我们将设计一个具有高效能、可靠性和经济性的游梁式抽油机。

1.设计原理游梁式抽油机是一种间接式抽油装置，其运动原理是利用一个游梁的摆动来驱动杠杆系统，进而带动抽油杆进行上下运动。

游梁的摆动是通过一个驱动杆与曲柄机构相连实现的。

驱动杆通过与活塞杆相连，将往复直线运动转化为往复转动运动，进而带动游梁的摆动。

游梁在摆动过程中，驱动抽油杆上下运动，从而将地下原油抽上地面。

2.设计要求为了满足抽油机的高效能、可靠性和经济性的要求，我们需要考虑以下几个方面的设计：2.1驱动系统设计驱动系统是游梁式抽油机的关键部分，其设计应该具有高效的转动能力和稳定的运动性能。

我们将采用齿轮传动和链条轮传动相结合的方式来实现驱动系统。

2.2游梁设计游梁的设计需要考虑其材料的选择、结构的强度和稳定性。

我们将采用高强度钢材作为游梁的材料，并进行合理的结构设计，确保游梁在工作过程中稳定可靠。

2.3安全性设计抽油机涉及到高速运动和大扭矩的传递，安全性设计非常重要。

我们将在抽油机设计中考虑安全装置，包括过载保护装置、紧急停机按钮等，以确保操作员和设备的安全。

2.4经济性设计经济性设计要求在保证设备性能的前提下，尽量减少材料和能源的使用，降低成本。

我们将进行合理的设计和材料选择，以提高设备的经济性和可持续发展。

3.设计流程在设计过程中，我们将按照以下步骤进行:3.1了解设计要求和技术规范首先，我们需要详细了解抽油机的设计要求和技术规范。

包括工作条件、工作环境、工作负载等。

3.2确定设计方案根据设计要求和技术规范，我们将确定一个合适的设计方案。

包括驱动系统的选择、游梁的结构设计、安全装置的设计等。

3.3绘制设计图纸在确定设计方案后，我们将绘制详细的设计图纸。

包括工艺流程图、装配图、零件图等。

同时，我们还需要进行力学分析和计算，以确保设计方案的合理性和稳定性。