游梁式抽油机文献综述.doc

游梁式抽油机文献综述前言有杆抽油系统是国内外油田最主要的，也是至今一直在机械采油方式中占主导地位的人工举升方式有杆抽油系统 主要由抽油机、抽油杆、抽油 泵等三部分组成，抽油机是有杆抽油系统最主要的举升设备根据是否具有游梁，抽油机可以分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机由于游梁式抽油机具有结构简单、工作可靠等优点，游梁式抽油机一直是国内外油田应用最广泛的举升设备游梁式抽油机井数量多，其工作性能，特别是节能性能直接影响采油的成本因此，完善和发展游梁式抽油机设计理论，研制 节能效果显著的节能型游梁式抽油机对于抽油机井的节能降耗、提高举升系 统的经济效益具有重要的实际意义第一章 抽油机功能及国内外研究现状1.1 抽油机功能在石油液气的开采过程中，抽油机是重要的举升设备除了利用底层本身的能量进行自喷采油外，目前所用一切人工举升采油设备基本都是抽油机人工举升采油法称之为机械采油法典型的机械采油法包括无杆抽油和有杆抽油两种有杆抽油设备对应的采油机械由地面驱动设备（各种抽油机）、井下工作设备（各类抽油泵）和能量传递装置（抽油杆或油液举升机构）等组成有杆抽油设备按照抽油泵运行方式又分为抽油杆往复运动类和旋转运动类，前者是通过下入井内的抽油杆带动井下的抽油泵柱塞上下往复运动，将油液送至地面。

有杆抽油设备的地面驱动设备主要有游梁抽油机和无游梁抽油机两种无杆抽油设备是各种不采用抽油杆传递动力的抽油设备的总称，此 类设备由水电活塞机、电力离心沉没泵和振动泵、 电动潜油离心泵、液压驱动类和气举采油 设备组成游梁式抽油机是有杆抽油设备系统的地面装置，它由动力机、减速器、机架和四 连杆机构等部分组成减速器将动力机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转运动曲柄轴的旋转运动经由四连杆机构变为悬绳器的往复运动悬绳器下面连接抽油杆柱，由抽油杆柱带动抽油泵柱塞（或活塞），在泵筒内作上下往复直线运动，从而将油井内的油液举升到地面1.2 国内抽油机研究现状抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备根据是否有游梁，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机经过一百多年的实践和不断的改进创新，抽油机不管是结构形式还是在使用功能上，都产 生了很大的变化特别是近几十年来，世界对原油的需求量不断加大，对油田深度开采的能力有了更进一步的要求，在很大程度上加快了抽油机技术发展的速度，催生出多种类型目前, 国内抽油机制造厂有数十家 , 产品类型已多 样化, 但游梁式抽油机仍处于主导地位根据公开发表的资料统计, 我国现有 6 大类共 45 种新型抽油机 [1] , 并且每年约有 30 种新型抽油机专利, 十多种新试制抽油机[2] , 已形成了系列 , 基本满足了陆地油田开采的需要。

各种新型节能游梁式抽油机如双驴头式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、下偏杠铃系列节 能抽油机[ 3]和用窄 V 形带传动的常规抽油机等均已在全国各个油田推广应用, 并取得了显著的经济效益长冲程、低冲次的无游梁式抽油机的研制也取得了一些进展, 如由胜利油田研制的无游梁链条抽油机, 经过国内十几个油田稠油及丛式井的推广使用[4], 在低冲次抽油和抽稠油方面已初见成效此外, 桁架结构的滑轮组增距式抽油机、滚筒式长冲程抽油机已在某些油田进行了工业试验[5]; 齿轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展; 质量轻、成本低、便于调速和调整冲程的液压抽油机经过几年的研制和工业性试采油, 也积累了一定的经验[6]其他型式新颖的抽油机如数控抽油机、连续抽油杆抽油机、车载抽油机、磨擦式抽油机、六连杆游梁式抽油机和斜直井抽油机等也正处于不断改造和试生产过程中[7]然而，游梁式抽油机的缺点是不容易 实现长冲程低冲次的要求，因而不能满足稠油井、深抽井和吉气井采油作业的需要同 时，长冲程低冲次的无游梁式抽油机的性能尚有待完善 (如油田正在使用的链条式抽油机还存在链条寿命短、换向冲击载荷大和钢丝绳易断、导轨刚．度不足容易变形等问题)，而且品种 规格还很少，不能适应当前石油工业的发展[8] 。

液压抽油机至今仍处在研制阶段[9]1.3 国外抽油机研究现状目前，世界上生产抽油机的国家主要有美国、俄 罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等[10]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 15%-35%; 前置式抽油机节电 36.8% ;前置式气平衡抽油机节电 35% ; 轮式抽油机节电 50%-80% ; 大圈式抽油机 节电 30%; 自动平衡抽油机 节电 30% -50%; 低矮型抽油机节电 5% -20%; ROTAFLEX 抽油机节电 25% ; 智能抽油机 节电 17.4%; 螺杆泵采油系统节电 40%-50% [11]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近年来, 为了节约能耗、提高采油经济效益, 国外研制与应用了许多节能型抽油机, 在采油实践中, 取得较好的使用效果如变平衡力矩抽油机, 可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩前置式气平衡抽油机, 由于可在 动态下调节气平衡 , 平衡效果较好气囊平衡抽油机有 90% 以上载荷得到平衡[12] 双井抽油机可利用两口油井抽油杆柱合理设计得到更精确的平衡。

自动平衡抽油机可保证在上下冲程每一瞬间得到较精确的平衡效果[13]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[14]1 、前置式气平衡抽油机 美国工 Jufkin 公司生产的 A 系列前置式气平衡抽油机具有较好的技术经济指标, 抽油机重量减轻 40 %, 尺寸缩小 3 5 % , 动载荷较小, 受力均匀, 运转平稳, 节约电耗 35 % 2 、无游梁长冲程抽油机 美国 R O T A F L E x 宽带传动抽油机实践表明: 抽油机系统效率为 5 % , 而常规抽油机只有 40 %提升液体能耗比常 规抽油机减少 25 % , 可使用 29. 4 kw 电动机, 而同级常规抽油机须用只 kw 电动机美国Western G e a : 有限公司研制的液压驱动无游梁长冲程抽油机占地面积较小, 可节约电耗10 % 一 1 5 % 美国 National Supply 有限公司研制的无游梁 长冲程抽油机节约电耗 10 %一20%3 、智能抽油机 美国 National Supply 有限公司研制的智能抽油机减速器峰值扭矩减少 34. 7 %, 电动机功率减少 1 7. 4 % , 产量增加 19 % , 抽油机系统效率平均提高 47.8% , 投资费用减少 20 % , 成本利用率提高 20.7 %。

天然气发动机驱动抽油机 美国生产的天然气发动机驱动抽油机可比电动机功率减少 30 % , 动力费用与采油成本均较低4 、变平衡力矩抽油机 美国 Pionner 公司研制了变平衡力矩抽油机, 利用抽油机连杆运动以及新增加的连杆摆动机构作用原理, 使得上冲程 时平衡力矩大于下冲程时的平衡力矩, 实现更精确地平衡抽油机载荷、减少抽油机电力消耗的目的1.4 今后抽油机的发展方向抽油机的发展趋势主要朝着以下几个方向1.4.1 国内抽油机发展趋势20 世纪 9O 年代以来，我国 东部各主要油田相继进入中高含水开发期[17]为确保高效生产，对抽油机的要求呈现两个特点：一是急需采用长冲程抽油机，以增加油井的产液量；二是为了降低油井的单位生产成本，对抽油机的节能性提出了更高的要求[18]其次就目前抽油机耗电量大，工作效率、能量利用率低这一现状仍是我国抽油机研究的重点之一，在抽油机效率和 节能方面，还有很大的提升空间，具有非常 诱人的前景[19] 长冲程抽油机的研制应用能力不足一直是我国抽油机发展的瓶颈，长冲程抽油机具有减小冲程损失、提高系统效率、延长机杆泵的使用寿命、减少故障及提高整机运行 质量等优点[20] 。

因此, 发展长冲程抽油机对当前我国老油田高含水井后期开采, 减缓产量递减速度, 开采稠油、低渗透油田以及沙漠油田深井及超深井的机械开采, 都具有重要的现实意义[21]游梁式抽油机的局限性十分突出，多方面事实说明， 长冲程、低冲次、低功耗的无游梁式抽油机是今后抽油机发展的主要方向[22] 为适应油田采油需要, 在适当发展游梁式长冲程抽油机的同时, 应加速开发各类无游梁式长冲程抽油机[23] 开发无游梁曲柄摇杆轮式斜井抽油机和大型斜直井抽油机将对我国油气资源开采有重要意义[24]根据我国实际情况, 发展无游梁大冲程、低能耗、具有高适应性的直井抽油机和斜井抽油机, 将是我国今后抽油机发展的主要方向[25] 近年来，变频技术在抽油机上得到了广泛应用利用变频控制系统实时调整工作参数，提高电机功率因数，减小供电电 流， 还可以实现电机的软 起动，减小冲 击，并可根据油井供液能力实时调整冲次频率，实现增 产节能效果[26]；另外研究开发机电一体化抽油装置，根据抽油机井特性实时控制和改变抽油状态，实现高效智能化采油[27]如美国 NSCO 公司智能抽油机，采用微处理器和自适应电子控制器进行控制与监测，具有功能多、抽油效率高、自动化程度高、经济性好、安全可靠、适应性强等优点[28] 。

研发大型、高适应性的丛式井抽油机，随着世界油气资源的不断开发，油 层开采深度逐年加大，油田含水量的增多，大泵提液采油工艺和稠油开采等都要求采用大型抽油机[29]现代大型抽油机应具备有高适应性，以适应多种恶劣环境和地层油层的变化，如开发一种机型能适应不同自然气候与地貌环境的差异、地层油层的迁移改变、冲程冲次的改变、油气 层性状的改变、连续与间歇抽油的调整等[30]另外，由于 现代大型抽油机的结构和控制的复杂性，体积的庞大，其工作面积也相应增大，同一抽油机可以对多口相邻油井同时抽油作业，采用 综合平衡方式和节能方式，达到最好的作业效果[31]1.4.2 国外抽油机发展趋势如前所述, 世界范围内抽油机技术发展的总趋势是向着多样化、超大载荷、长冲程、 节能型、无游梁式和自动化、智能化方向发展[32] 1.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，所以近年来，国外出现了许多大载荷抽油机，如前置式气平衡抽油机最大载荷 213kN，气囊平衡抽油机最大载荷 227kN 等[33]还会出现更大载荷新型抽油机[34]。

采用长冲程抽油方式，抽油效率高，抽油机寿命长， 动载荷小，排量稳定，具有较好的采油 经济效益，所以近年来国外出现了许多长冲程抽油机，如法国 Mape公司抽油机，最大冲程 10m[35]；美国 WGCO 公司抽油机最大冲程 24.38m，NSCO 公司抽油机最大冲程 27.48m；原苏联钢带式超长冲程抽油机最大冲程 1500m长冲程抽油机全部采用低冲次抽油方式，Mape 公司抽油机最大冲次 5min，GDCO 公司抽油机最大冲次为 3min[36] 2.朝着低能耗方向发展朝着低能耗方向 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 15%～35%；前置式抽油机节电 36.8%；前置式气平衡抽油机节电 35%；轮式抽油机节电 50%～80% ；大圈式抽油机节电 30%；自动平衡抽油机节电 30%～50%；低矮型抽油机节电 5%～ 20%；ROTAFLEX 抽油机节电 25%；智能抽油机节电 17.4%；螺杆泵采油系统节电40%～ 50%[37] 3.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。

例如变平衡力矩抽油机，可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩前置式气平衡抽油机，由于可在动态下调节气平衡，平衡效果较好气囊平衡抽油机。