往復(fù)式抽油機運行及節(jié)能機理分析

【摘要】有桿泵抽油設(shè)備成為目前國內(nèi)外使用最為廣泛的抽油設(shè)備。文章通過分析抽油泵的工作原理，了解到了往復(fù)式抽油機的運行機理，并且找出往復(fù)式抽油機耗能大的原因，考慮了一系列減小換向功的方法，為設(shè)計游梁式抽油機提供了設(shè)計思路。

【關(guān)鍵詞】抽油機 節(jié)能機理 運行機理

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于能源的認識也進一步提高，對于不可再生資源更是有了新的認識，也逐重視起能源問題，能源的開發(fā)工具不斷得到改善，開發(fā)技術(shù)也不斷得到發(fā)展。抽油機是石油開發(fā)中必不可少的工具之一，因此，如何能使抽油機得到高效的利用，在使用過程中如何節(jié)能已成為科研工作者日益關(guān)注的問題。

1 往復(fù)式抽油機的運行機理

要了解抽油機的運行機理，首先必須要了解懸點靜載荷的大小及其變化規(guī)律。這可分為兩種情況討論。懸點從下死點向上運動的過程稱為上沖程。上沖程時，游動閥處于柱塞之上，它會因壓力的作用而關(guān)閉，固定閥由于泵筒內(nèi)外產(chǎn)生壓力差而打開，游動閥的關(guān)閉導(dǎo)致抽油桿的自身重力與柱塞上油柱的重力都作用于懸點上，而這兩個力的方向都是向下的，這樣會使抽油桿拉得更長，我們稱這個為抽油桿沖程損失。固定閥的打開使油管外的油柱向下沉，而這個油柱會對柱塞的下表面產(chǎn)生浮力，浮力的方向是向上的，這樣算來，當油泵處于上沖程時，懸點的靜載荷為抽油桿重力與油柱重力之和減去向上的浮力。若將抽油桿與配重分別掛于一個輪子的兩側(cè)，忽略因油柱沉沒而產(chǎn)生的浮力，那么懸點的靜載荷則為抽油桿與油柱的重力之和，此時抽油機對油柱做向上提方向的功，使油管不斷抽出原油。當懸點到達上死點時，排油過程結(jié)束。若油柱沉沒較多，油柱的沖次低，那浮力也要算內(nèi)其內(nèi)。如果懸點開始下放，忽略一切微小損失，按照原油量與井口線一致的計算方法，我們也可以得到將懸點進行下行時的排油量，這樣一來，在一上一下的沖程中，井口的排油總量就可以計算出來。按理論來說，排油是必然有一上一上兩個行程的。但是因為柱塞的圓面積與抽油桿的圓面積相比要大得多，因此，上行時的排油量與下行時的排油量比較，上行時的排油量肯定也要大得多。隨著原油的持續(xù)排出，懸點載荷必然會出現(xiàn)一定程度上的波動。懸點在不斷下行的過程中，游動閥會隨之打開，而固定閥則會選擇關(guān)閉，理論上來說，這時的油柱載荷是零，那油柱的質(zhì)量自然就會算在油管上，致使油管不斷拉伸，造成油管沖程會有一定量的損失。

2 往復(fù)式抽油機的節(jié)能機理

往復(fù)式抽油機包括閉環(huán)軌道式與直線正反轉(zhuǎn)纏繞式兩種，下面重點分析閉環(huán)軌道式抽油機的運行機理及能量損耗情況。針對無游梁式抽油機來講，換向滑塊的運行是由鏈條來帶動的，在這個過程中，鏈條的上行帶動換向架實現(xiàn)懸點的拉動，當換向滑塊升到油泵的最高點時，鏈條的上行速度則為零，此時換向開始。換向后換向滑塊進行下行的速度慢慢由零加速到與鏈條相同的速度再進行直線下行。當滑塊到達最底端時換向再次開始。換向滑塊在整個運行過程中只有垂直與水平方向的運動，我們將在水平方向運動所做的功稱為換向功。因此，換向功的大小是影響節(jié)能多少的因素之一。針對游梁式抽油機來講，它其實就是由兩個輪子組成的，第一個輪子的擺能讓懸點進行往復(fù)運動，由此可發(fā)現(xiàn)，加大游梁前臂的長度增大擺動弧度都能使長沖程得以實現(xiàn)。然而，基于游梁式抽油機具有的特殊性質(zhì)，若想要實現(xiàn)長沖程，加大游梁前臂長度是不可能辦到的，因此，只有考慮增大擺動弧度。第二個輪子的圓心是減速器的輸出軸，曲柄的工作范圍是一個以曲柄長度為半徑的圓。連桿的拉動是靠曲柄銷的上下移動來實現(xiàn)的，而連桿的拉動又能 帶動游梁的擺動，曲柄銷水平方向的運動是為使曲柄銷能換向。曲柄銷因受切向力的作用會開始旋轉(zhuǎn)，這個旋轉(zhuǎn)力不僅會使曲柄銷在水平方向移動，也會使得抽油機的支架擺動起來，這也有助于節(jié)能。曲柄銷因換向而必須耗費一定量的功。因此，曲柄銷的好壞一定程度上也能體現(xiàn)抽油機的節(jié)能水平。

3 分析直線往復(fù)式抽油機的運行機理及其耗能情況

直線往復(fù)式抽油機的運行是依靠電機的正反轉(zhuǎn)而實現(xiàn)的。電機要正反轉(zhuǎn)就必須由零件的一系列運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)，現(xiàn)在，這個過程可通過智能控制變頻調(diào)速及智能控制開關(guān)磁阻能等方式來實現(xiàn)。在整個控制過程當中，可依靠能耗減速制動及慣性減速制動來進行減速。而對于智能控制，若想要減小運行過程中的換向功，可選擇在進行過檢測分析之后讓電機提前斷電，利用機械的慣性讓電機一直運行到功能停止。如果在換向時使用了能耗制動方式，那么電機的制動能量就作了換向功?，F(xiàn)使用最多的游梁式抽油機則是由于曲柄的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生換向功，因此，若想在中、低沖次中減少換向功，應(yīng)考慮加大使游梁能夠平衡的分量，因為游梁平衡分量與曲柄的驅(qū)動扭矩成反比，加大平衡分量可減少徑向分力，使換向功更小。這樣比較之下就會發(fā)現(xiàn)，若抽油機的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，那么游梁平衡抽油機的節(jié)能效果要比曲柄平衡抽油機的效果好得多。通過分析也能發(fā)現(xiàn)，在長沖程過程中，鏈條機比游梁機要節(jié)能，直線抽油機在工作時，電機正反轉(zhuǎn)與閉環(huán)軌道式相比要更節(jié)能。

4 結(jié)語

根據(jù)以上分析，對于往復(fù)式抽油機在運行過程中的節(jié)能措施是可根據(jù)油泵的運動規(guī)律來。抽油機對于石油勘探來說是必不可少的設(shè)備之一，但抽油機制耗能非常大，如何才能使抽油機能有更高的使用效率、節(jié)約使用時的耗能是我們現(xiàn)在要考慮的一個重大問題。但值得慶幸的是，長期的實踐及對于抽油機的性能研究使我們慢慢總結(jié)出了一套最好的節(jié)能辦法，也研究出了一套有效用于節(jié)能的機器?？v使現(xiàn)在這些技術(shù)和設(shè)備還有缺陷，但我相信，只要我們將實踐不斷應(yīng)用于實踐當中，我們就能發(fā)現(xiàn)問題，將現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備進行改善，最終取得理想的節(jié)能效果。

參考文獻

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[2] 張軍，韓兵奇，劉宗恩，高棟梁.抽油機節(jié)能方案研究[J].機電工程技術(shù)，2010（08）

作者簡介

鄧懷峰，男，漢族，1986.07出生，籍貫：黑龍江省明水縣；工作單位：遼河油田沈陽采油廠；學(xué)歷：本科，專業(yè)：地質(zhì)學(xué)；職稱級別：職稱級別：助理工程師。