抽油机的开题报告

时间:2018-09-22 开题报告 我要投稿

  抽油机是开采石油的一种机器设备,俗称“磕头机”,通过加压的办法使石油出井,常见抽油机即游梁式抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备,通常由普通交流异步电动机直接拖动。

  一、课题的意义。

  抽油机的产生和使用由来已久,迄今已有百年历史。应用最早,普及最广的属常规型游梁式抽油机,早在140年前就诞生了,至今在世界各产油国中仍占绝对优势。其结构简单、可靠耐用、易损件少、操作简单、维修方便、维护费用低,使其经久不衰。然而,随着油田的不断开发,要求抽油机具有长冲程、大负载、能耗低、体积小、重量轻等性能特点来满足日益发展的油田开发的需要。

  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成本。在采油成本中,抽油机电费占30%左右,年耗电量占油田总耗电量的20%——30%,为油田电耗的第2位,仅次于注水。游梁式抽油机抽油系统的总效率在国内一般地区平均只有12%——23%,先进地区至今也不到30%,可见降低抽油系统高能耗的迫切程度与难度。

  自动调节平衡式抽油机的结构特点决定了其节能特性,具有平衡效果好、光杆最大载荷减小、节能效果好等特点。与同级常规抽油机相比,所配备电动机功率可小20%;以相同挂泵深度条件下油井每度电的出油量相比,比常规抽油机节约能耗35%左右。美国前置型抽油机比常规型抽油机节能31.9%~39.60%,我国该型机比常规型抽油机节能34.9%。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节能降耗、提高举升系统的经济效益和我国石油工业发展具有重要的实际意义和极大的深远影响。

  二、国内外发展现状及方向。

  在世界范围内,研究与应用抽油机已有100多年历史。在百余年的采油实践中,抽油机发生了很大变化。特别是近20年来,世界抽油机技术发展较快,先后研发了多种新型抽油机。抽油机的各项技术经济指标达到了有史以来的最高水平。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。美国石油学会APISpec11E《抽油机规范》中规定,抽油机共有77中规格。美国Lufkin公司生产B,C,M,A等四种系列抽油机:B系列游梁平衡抽油机8种规格;C系列曲柄平衡抽油机64种规格;M系列前置式抽油机46种规格;A系列前置式气动平衡抽油机26种规格。

  俄罗斯生产13种规格游梁抽油机。法国Mape公司生产12种规格曲柄平衡游梁抽油机以及立式斜井抽油机和液缸型抽油机。加拿大生产液、电、气组合一体式HEP抽油机。罗马尼亚按美国API标准生产51种规格的游梁抽油机,35种规格的前置式抽油机及前置式气动平衡抽油机。目前,世界上抽油机最大下泵深度为4530m.,在美国Reno油田使用。俄罗斯抽油机最大下泵深度为4000m。全世界生产抽油装置的公司有300多家,其中生产抽油机的有150多家。国内在抽油机先进技术研究方面,新油田基本与国际接轨;在先进技术推广、大面积使用方面,国内则比国外发达国家落后。

  尤其是老油田使用的常规游梁式抽油机若用技术先进的抽油机代替,投入成本太高,回收成本周期过长,从而影响力新式抽油机的推广使用,因此各油田还是以游梁式抽油机为主。为了节能增效,各油田及研究单位采取了各种不同的方法对常规游梁式抽油机进行技术改造,取得了一定效果。目前,国内外各油田使用的抽油机有很多种,总体上可分为:游梁式、无梁式。

  1、游梁式抽油机,

  (1)常规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)异相型游梁抽油机是近30余年来改造成功的一种性能较好的抽油机。

  与常规游梁抽油机相比有两点改进:其一是将减速箱背离支架后移,增大了减速箱输出轴中心和游梁摆动中心之间水平距离,形成较大极位夹角;其二是平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴中心连线之间构成夹角。其所需电动机功率小,在一定条件下有节能效果。

  (3)前置型游梁抽油机其悬点载荷较低,抽油机承载状况较合理,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。

  (4)气动平衡游梁抽油机,这种抽油机实际上是前置式抽油机的变型。

  其不同之处是不用平衡重来实现平衡而是利用气缸内气体压力产生的推力来实现平衡。优点是无笨重的平衡块,总机重量减轻约1∕3,用调整气包内压力实现平衡的调节工作,调整平衡时不用停机,操作十分方便,而且有利于减小减速箱的负扭矩平衡效果好。缺点是气缸加工费用高。

  (5)斜直井游梁抽油机,一般采用常规型或前置型游梁抽油机的基本零部件。

  为了满足井眼中心线倾斜的需要,对部分零部件进行改造。当井斜不大于10°时,可直接将常规游梁式抽油机底盘倾斜安装或将支架后大腿加长,以保证驴头切点运动轨迹与井眼中心线重合。当井斜大于10°~45°时,则采用前置式游梁抽油机基本部件,加大驴头弧面长度,连杆改为可调式,根据井斜大小调整连杆长度,使驴头切点运动轨迹与井眼中心线重合。

  此外,还有很多新型游梁式抽油机,例如两级平衡游梁抽油机、异型游梁式抽油机、调径变矩游梁平衡抽油机、悬挂偏置游梁平衡抽油机、活动式抽油机、低矮型游梁抽油机、双驴头节能型抽油机、双井大塔轮游梁式抽油机、游梁式链轮抽油机、拖车式抽油机、双游梁式抽油机、Lufkin斜井抽油机、椭圆齿轮减速器抽油机等。

  2、无梁式抽油机。

  (1)链条抽油机是我国自行研制的一种结构独特的无游梁抽油机。

  具有惯性载荷小、冲程长度大、重量轻、节省电能等优点,已在许多油田使用。工作时电动机通过三角皮带和减速箱驱动主动链轮旋转,使垂直布置的环形轨迹链条在主被动链轮间运转;轨迹链条则通过特殊链节上主轴销和滑块带动往返架顺着机架上的轨道作往复匀速直线运动。链条抽油机采用气动平衡法,抽油机在作往复运动时,电动机的负载就比较均匀。

  (2)皮带抽油机。

  近年来,在链条抽油机的基础上,胜利油田与美国EVI—高原泵公司合作,改进设计成功ROTAFLEX抽油机。它主要是用高强度皮带代替钢丝绳。它克服了链条抽油机大部分的不足,运行平稳,使用寿命长,性能好。

  (3)液压抽油机的研制。

  美、苏等国始于40年代,50年代末期我国也曾进行过研制和实验,但由于制作工艺较复杂,液压元件可靠性差和效率不高等原因,发展较缓慢。近年来,由于制作工艺及液压元件质量不断提高,特别是采油工艺的需要,又引起人们的重视。它具有无级调节冲程长度、冲次,悬点振动载荷小,控制灵活、方便等优点,可以适应不同的油井状态。主要由液压驱动系统、平衡系统等组成。

  (4)直线电动机抽油机是国内20世纪末开始研制,21世纪初试验成功的一种全新抽油机。

  它打破了抽油机利用电能转换为旋转运动,再经过机械转换为直线往复运动的模式,而是将电能直接转换为直线往复运动,简化了机械传动过程,有效提高了效率。采用变频技术实现无级调整冲数,利用无触点限位控制器实现无级调整冲程,使得抽油机运动规律能够满足采油工艺的要求。由于不使用四连杆机构,克服了游梁抽油机加大冲程,减速箱扭矩增加,四连杆尺寸加大,引起抽油机外形尺寸和总机重量都迅速增加,直线电动机抽油机加大冲程只需加高机架,抽油机外形尺寸和总机重量都增加的很少。

  采用天平式平衡,平衡效果好,每个冲程绝大部分时间是匀速运动,加速度小,惯性载荷小又可以进一步节能。初步测试结果节能可达50%左右。由此可见,这种抽油机的结构机理上在某种意义上可以说是一种革命,抽油机性能方面有其独到之处。节能效果显著,由于结构简单,造价低,选用了变频技术,整机造价也不超过常规游梁抽油机。功能独特,能适应恶劣环境,全天候连续运转,特别是实现了无级调整冲程、冲数,为智能控制提供了很好的条件。因此,是一种很有发展前景的抽油机。

  此外,还有许多其他类型的抽油机,典型的如曲柄连杆式无游梁抽油机、气驱动平衡抽油机、柔性杆传动抽油机、滚筒式长冲程抽油机、滚筒式无连杆抽油机、天车平衡抽油机、数控式抽油机、内燃式抽油机、卧式无游梁抽油机、摆动平衡抽油机、双泵无游梁式抽油机、双井游动滑车式抽油机等。

  迄今为止,常规游梁式抽油机仍然是油田采油作业的主要装置,其数量占抽油机总数的1/2以上,但油井长期开发导致地层发生变化,是原来处于平衡转台的抽油机处于非平衡装状态下,国内抽油机调节平衡主要由两种方法:一是由人力来调节抽油机自身的游梁平衡重或者移动曲柄滑块二是当抽油机自身的平衡配重也不能够继续调节抽油机平衡时,二是当抽油机自身的平衡配重也不能够继续调节抽油机平衡时,通过在抽油机上安装平衡调节装置来继续调节,而经调研分析,目前大部分平衡调节装置都仅仅是在抽油机上安装机械部件来实现的。

  三、毕业设计毕业设计(论文)主要内容。

  本次设计主要是设计可自动调剂平衡的常规游梁式抽油机,使其结构合理,节能高效。主要内容包括:

  (1)原理方案设计(总体尺寸,四杆机构)。

  (2)运动分析(计算位移、速度、加速度)。

  (3)动力分析及平衡计算。

  (4)主要部件结构设计、计算。

  (5)比较其优缺点。

  (6)绘制装配图和主要零件图,计3张0#图。

  (7)完成外文翻译一份(15000外文字符)。

  四、所采用的方法手段以及步骤。

  本次设计的内容为常规游梁式抽油机(可自动调节平衡):

  (1)认真查阅、收集资料,做到深刻的理解本次论文所要设计的内容。

  (2)首先了解游梁式抽油机的工作原理、结构特点,分析目前常规游梁式抽油机的缺点,提出自动调节平衡的方案。

  (3)对抽油机设计做出整体安排。

  (4)使用的方法是平衡判断方法,主要有电流法,扭矩法,功率法。

  (5)进行机械系统设计。

  (6)进行电气控制系统设计。

  五、阶段进度计划。

  这次毕业设计的时间为20xx年xx月xx日至20xx年xx月xx日,结合导师的要求和自身的实际情况,决定以下设计进度:

  第一阶段:1周——3周熟悉论文题目,查找资料,完成开题报告和英文翻译。

  第二阶段:4周——10周推导运动学方程,设计传动系统结构、抽油机结构各零部件结构及研究连杆机构的优化方案。

  第三阶段:11周——14周绘制图纸,撰写论文。

  第四阶段:15周——16周准备答辩。

  参考文献

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