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1、中国石油大学 华东）现代远程教育毕业大作业 实践报告）题目：抽油机能耗分析与节能措施实践报告学习中心： 孤岛培训学校学习中心年级专业： 网络 09 秋 石油工程 采油）学生姓名： 吴晓明学 号： 0940230040 实践单位： 胜岛石油机械厂实践起止时间：11 年 5 月 10 日 11 年 7 月 10 日中国石油大学华东 ）远程与继续教育学院完成时间： 2018年 8月 1 日中国石油大学华东）现代远程教育精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页1 / 16 毕业大作业实践报告）实践单位评议表年级网络 09 秋层次
2、高起专专业石油工程 采油）姓名吴晓明学号0940230040 学习中心 函授站）孤岛培校实践报告题目抽油机能耗分析与节能措施报告实践单位胜岛石油机械厂实践地点抽油机大修车间实践时间2018 年 5 月 10 日至 2018 年 7 月 10 日实践单位意见实习单位盖章年月日备注抽油机能耗分析与节能措施实践报告精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页2 / 16 一、实践目的 不少于 100字）抽油机是油田普遍采用的抽油装置，目前应用最广泛的是游梁式抽油机采油系统。随着我国油田开发的不断深入以及受国际环境和能耗增加的影响，
3、油田十分重视原油成本。目前，各油田都在想方设法从技术上、管理上采取措施，以达到减低采油能耗和原油成本的目的。游梁式抽油机在国内外油田拥有量最大，但它有投资大和设备投产后更新难度大特点。在油田的不同开发阶段，尽管对设备的性能和型号有不同的要求，但都要求采油设备具有更高的节能效果和较低的能量消耗。对抽油机采油系统的能耗进行分析，寻求各种改善抽油机性能和提高节能效果的方法，提出系统的最优配置方案，对指导油田在不同开发阶段进行抽油设备配套和抽油机节能改造以及降低采油成本具有重要意义。二、实践单位及岗位介绍胜利油田金岛实业有限责任公司胜岛石油机械厂成立于1993 年，占地面积600000m2，拥有固定资
4、产 4800 万元。现有职工326 人，其中专业技术人员86 人，具有中高级职称的技术人员32 人，年产能可达3 亿元，拥有氮化防腐油管、钨合金防腐抽油杆等国家专利。 2006 年被评为东营市安全达标单位，2007 年通过了山东省二级安全标准化达标， 2018 年通过了达标复评。2008 年通过了质量、环境、职业健康三标认证。胜岛石油机械厂以“市场是企业生命”为经营理念，坚持走市场开发和科技创新之路，围绕油田现场需要，解决生产实际难题，不断推出高新技术产品。在国内首创了真空氮化防腐热处理技术，广泛应用于油管、套管、注聚管线、光杆、抽油杆、地面管线等防腐领域，产品畅销全国各大油田。将国家863
5、计划最新成果、在国际上处于领先水精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页3 / 16 平的钨合金电镀技术，率先成功应用于油田管杆、抽油泵的防腐和防偏磨实践，防腐、耐磨性能提高47 倍。在国内率先采用激光割缝技术生产石油割缝筛管，技术性能居国内领先水平，产品在全国各大油田广泛应用。主要产品有：氮化防腐油管、套管、注聚管材、抽油杆，激光割缝筛管、系列整筒式抽油泵、电镀钨合金抽油泵、抽油杆、光杆，各种形式的特种抽油泵抽稠泵、长柱塞短泵筒防砂卡泵、高效旋流泵、防腐耐磨高效泵、防腐耐磨防砂泵）、大修抽油机、防砂材料、 250 采油
6、树、高压阀门、系列井下作业工具及各种规格的采油配件。其中，井下作业工具有扩孔偏心配水器、偏心配水器、防顶卡瓦、高压充填工具、普通充填工具、撞击筒、安全接头、一次丢手器、节流器、泄压式底部球座、普通式底部球座、铅印、打捞工具、通井规、封隔器Y211系列、 Y111 系列、 K344 系列、 K445 系列、 Y341封格器、热采封隔器系列），一次高压充填工具、分层填砂工具等70 多种产品。机械厂下属抽油机大修车间以抽油机及变速箱等零配件修理为主。为提高产品的核心竞争力，保持在市场的领先地位，胜岛厂将坚持“永不满足、自我否定、勇创新高”的研发思路，紧跟国内外技术与设备的发展步伐，在探索新型防腐技术
7、方面开展科技攻关，继续占领市场制高点，建设科技型、创新型企业。三、实践内容及过程 是有很大的差别，如 H-600 m，其系统效率相差近 l0 。实验表明采取长冲程，低冲次和大泵径可以使能耗较低，有利于提高系统效率。1.3 管理因素对系统效率的影响从上面的分析中可知，要想提高抽油井系统效率就要想办法降低功率损失。因地面管理不善而达不到抽油机的运行指标要求都将增大功率损失，进而降低了整休的系统效率。冈此要求抽油机要在合理的举升高度、平衡比的条件下，在抽油机“五率”达标的条件下最大限度地降低功率损耗。1.4 配套设备对抽油机能耗的影响抽油机井所用电机都是三相异步电机，全部采用三相异步电动机就地补偿技
8、术，由于配电箱接线破损，无功补偿电容击穿或未投入正常使用，造成无功补偿电容容量不足使电动机所需无功功率得不到应有补偿，电机运行效率低，系统效率降低。第二章抽油机研究的现状由于近年来我国油田体制改革和油田经营状况的变化，抽油机的主要生产企业已从精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页6 / 16 江汉、兰州等大型机械制造企业向大庆、胜利、华北、辽河等石油管理局转移，许多新的抽油机生产厂逐渐建立，抽油机的生产能力严重过剩，促使抽油机生产企业提高技术含量，抽油机研究力量和研究投人有一定的增加，新的研究成果不断涌现。另外，由于油
9、田经济状况和固定资产投资渠道的变化，在用抽油机的修复利用也成为油田各采油厂一项重要工作，大量修复抽油机的出现，给抽油机的设计带来新的问题。2.1 抽油机工作状态和载荷特性研究抽油机所承受的载荷，是设计、评价抽油机的依据，是进行抽油机研究、设计、分析必须首先解决的问题。抽油机的工作状况为，24h野外连续运转，无人看守，工作环境恶劣。改变了过去认为抽油机工作环境较优、容易满足的认识，这对减少新型抽油机设计的失误，提高新型抽油机的刨新成功率，有着重要的意义。在研究普通抽油机载荷和工作特性的基础上，对某些专用抽油机工作特性的研究也取得了长足的进展。已经逐渐认识到不同的油藏和开采条件，应该采用具有不同特
10、性的抽油机。如对稠油等特殊油藏，抽油机的悬点承载能力要大，减速器的扭矩要大，但平衡重可相对减小，这时以配备减速器的常规游梁式抽油机为佳。设计或分析抽油机的性能，对抽油机的优劣进行评价时，需要给定抽油机悬点所承受的载荷，即给定抽油机的悬点示功图，因此提出了“模型示功图”的概念。2.2 抽油机性能优劣的评价用不同的传动原理和控制系统制造的抽油机，如何评价其性能优劣和是否适应油田的工况，是个重大问题。分析各种结构形式可知，抽油机主要由传动减速器系统、换向系统、平衡系统和支撑系统组成由于减速系统和支撑系统的特点，其结构形式往往是由换向系统和平衡系统决定的，因此，抽油机的优劣主要由换向系统和平衡系统决定
11、。对于油田使用的抽油机，我们希望其减速换向系统简单，效率高，与抽油杆、电网等相邻系统能很好匹配，可按下面标准评价。2.2.1 传动系统的转速变化抽油机的传动系统从动力端到悬点，一般经过减速、换向两个阶段，如果换向机构的输八转速与悬点运动周期的比等于1，如现在广泛使用的游梁式抽油机，则减速系统的传动比就较大，要实现低冲次就较为困难=如果换向机构的输入转速与悬点运动周期的比大于 1，如链条一往返架为换向系统的链条式抽油机，其比值为6左右，则减速系统的传动比就大为减小实现低冲次就较容易。相反，有的滚筒式或无游粱抽油机，其换精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -
12、 - - -第 7 页，共 16 页7 / 16 向系统有增速放大机构，这对于增大冲程是有利的，但对于提高效率、减短传动链却是有害的。2.2.2 整机质量和结构尺寸抽油机的质量、结构尺寸等指标是抽油机造价和对油田地基、运输条件要求的重要指标。游粱式抽油机的质量、支架高度、整机长度基本上与其冲程成正比，整机的总高度与2倍的冲程成正比。而链条式抽油机、滚筒式抽油机整机质量普遍比游粱式抽油机轻，整机高度与冲程成正比，长度基本上不受冲程的影响。可见，在发展长冲程抽油机方面，链条式和滚筒式抽油机在质量、尺寸上有优势。2.2.3 运动机构的可靠性油田机械对可靠性的要求是非常高的，抽油机在正常维护的条件下，
13、要正常工作5a以上，要达到这一指标，换向系统应该可靠的换向10810 33010 次。这对换向系统的可靠性就提出了较高的要求。2.2.4 费用指标费用是抽油机综合成本的集中反映，应包括购买价格和维护费用两部分。购买债格为一次性投人，可以进人固定资产。维护费用为间接投入，其多少又与抽油机的正常使用时间有紧密的联系。游粱式抽油机日常维护投入很少，这点已经被油田管理者所普遍认可。对于需要经常维护的机型，如液压式抽油机等，在油田推广就有一定的难度。另外，抽油机对运输、安装的要求，也影响其最终费用。由于抽油机是油圈的常用装备，因此，只能用常规运输方法和普通地基进行运输和安装。2.2.5 运动和动力性能抽
14、油机是有杆采油系统的关键设备，其运动和动力性能不仅影响抽油机本身的受力、寿命、振动等特性，而且影响电网的正常工作、抽油杆的寿命和无故障工作时间及抽油泵的工作状况。因此，通常应该按照系统最优的观点，研究抽油机应该具有的运动、动力性能，如运动规律具有光滑性和无冲击性，减速器输出轴均方根功率、减速器上承受峰值扭矩及负扭矩要小，主要构件的受力要均匀且最大值要小等。这些运动、动力指标，是考察抽油机优劣的重要指标。按照上述指标对抽油机进行考察，人们发现：游梁式抽油机在中、低冲程时具有可靠性高、价格低和维护方便等优点，因此它必然是中、低冲程，中、高冲次抽油机的主力机型。链条式抽油机有发展长冲程、低冲次的优势
15、，如果解决了其可靠性低、维护费精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页8 / 16 用高的缺点，在长冲程 ( 大于6m 、低冲次 ( 小于3rain 抽油机中应该有一定的市场。滚筒式抽油机是发展长冲程、高冲次抽油机的理想机型，但必须研制适合油田工况的可靠换向系统与柔性传动件。2.3 抽油机的分类方式随着新型抽油机的大量涌现，如何给新研制的抽油机进行分类和命名，使用户看到名称，就对该抽油机有一个相对正确的认识，也成为一个重要的问题。研究表明，换向系统和平衡系统是抽油机的主要部分，因此抽油机的分类和命名，应该按照这两部分的特
16、征进行，同时应该符合油田的命名和分类习惯。通常的分类方式为：(1抽油机含有游粱，通过连杆机构换向，曲柄重块平衡的抽油机，可归为有梁类曲柄平衡抽油机，一般简称为某某游梁式抽油机，可不说明为曲柄平衡。(2对于游梁平衡的抽油机，应该特别说明。(3如果抽油机是用某种机构换向，由于游粱的摆角较大( 超过或接近 1 80。，游梁变短甚至消失，驴头成为圆形，这类抽油机一般采用接近悬点的游粱平衡的方式，驴头和平衡用弧线做成一体，演变成轮状构件，称作为天轮，这类抽油机叫做某某机构换向的无游梁抽油机或天轮式抽油机较为合适。(4采用电动机换向的抽油机，一般通过滚筒驱动钢丝绳带动悬点工作，应称为电动机换向滚筒式抽油机
17、。(5通过各类离台器 (有切换 或机构 (无切换 驱动滚筒正反转动，带动悬点上下运动的抽油机，应称为机械换向滚筒式抽油机。(6抽油机的控制系统有普通电器控制和数控两种，采用数控方式的抽油机，一般命名为数控某某类型抽油机。新型抽油机的命名，是油田现场技术人员认识它的第一步，名字应该起得台适，让人们能够抓住重点，即突出其换向方式、平衡系统，首先要突出换向系统的方式如某厂新研制的电动机换向抽油机，驱动悬点的绳轮采用了煤矿上使用多年的绳轮结构，就命名为摩擦绳轮式抽油机，让油田技术人员很难理解，其实，所有的滚筒式抽油机都有类似的绳轮，如果叫电动机换向滚筒式抽油机，可能较台适。2.4 抽油机平衡最佳条件理
18、论研究和测试实践表明，如果以抽油机的能耗最小作为抽油机平衡最佳的判断准则，则上、下冲程的峰值扭矩不一定相等，需要按照该原则，通过计算机或测试得出最精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页9 / 16 佳平衡重的调整点。实践表明，通过合理地调整平衡，每口油井可减少有功功率031 5kW，平均节电 05kW ，节电效果显著。每口井都有节电的平衡度最佳点，一般调在90为最经济。通过调平衡可以降低能耗，是不投人只产出的好事，这一观点，对指导抽油机调平衡，推动抽油机节能有一定的意义。2.5 抽油机主要零部件近几年，抽油机主要零部件
19、的研究，取得了长足的进展，如抽油机自让位驴头技术、新型减速器齿形研究、新型支架拓朴研究、减速器减振技术、曲柄销损坏机理与提高寿命的研究等，均取得了较好的研究成果，提高了抽油机的整机可靠性。目前抽油机的研究中，下面几个问题值得引起我们重视：(1抽油机机型的选择原则和优劣评价问题什么样的抽油机能够满足油田的需要，评价的标准是什么，这些标准的可操作性等问题，应该引起设计、研究人员的重视。(2小型游梁式抽油机的设计。目前，不同的油田使用不同的抽油机，已经成为油田工程师的共识，这样，设计小型的长冲程抽油机，满足油田的需要，研究小型长冲程抽油机的设计规律，应该成为设计人员重视的问题。(3抽油机的合理选择问
20、题。油田特别是新建油田按照什么原则选择抽油机机型，应该是抽油机工作者和油田开发工程师共同关心的问题(4现代设计方法在抽油机设计中的应用问题。(5拖动抽油机电动机的最佳性能研究问题。(6抽油机主要部件和专用部件，如减速器性能、可靠性、设计方法、加工制造等问题的研究。以上几点应该成为目前抽油机研究人员重视的问题。第三章抽油机节能研究3.1 抽油机节能综合概述目前，抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一，也是油田耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40，且总体效率很低，据调查一般在30左右。油田抽油机负载是独具特点的时变负载：有动、静负载特性之分。起动初始状态要求拖动电机的起动力矩是抽油机实际负载的3
21、4 倍，甚至更大，起动力矩是抽油机选配电机的第一要素。当起动力矩适用则负载功率必然匹配不佳，运行负载功率都远小于电机的额定功率，即精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页10 / 16 所谓“大马拉小车”现象。过剩的抽油能力令抽油机的无功抽取时间增加，造成油井开采的电费成本居高不下，能源浪费十分严重。可见抽油机的节能潜力非常可观。3.2 抽油机节能技术有杆泵式机械采油使用范围广，投放数量多，且游梁式抽油机存在耗能大，效率低的问题，随着油田的进一步地开发和电价的不断上涨，采油成本在不断提高，如何减低游梁式抽油机的能耗，已
22、引起国内外众多石油机械工作者的高度重视。开展对抽油机节能技术的研究，对于我国石油工业的发展具有重要的现实意义和深远影响。我们把抽油机这个系统分为几个子系统：电动机及控制装置、连杆机构、悬点载荷平衡装置和传动元件。提高这些子系统的效率就是寻找节能途径的“突破口”。目前，可以从以下几个方面评价抽油机是否节能：1）抽油机本身动力特性所决定的光杆载荷，即光杆示功图；2）由平衡性能所决定的曲柄轴净扭矩，它集中表现了抽油机平衡能力和动力性能；3）抽油机电动机的抽动特性、负荷率等；4）功率因数补偿、变频、调压等电控技术水平。针对抽油机的结构特点及节能评价指标，采取不同的节能措施。3.2.1 采用节电驱动设备
23、目前抽油机的电动机主要从三个方面实现节能：其一，人为地改变电动机的机械特性，主要是改变电源频率，以实现与负荷特性的柔性配合；其二，从设计上改变电动机的机械特性，从而改善电动机与抽油机的配合；其三，提高电动机的负荷率和功率因数。已成功研制了超高转差率电动机、电磁滑差电动机、稀土永磁电动机、变频调速电动机、双功率电动机、绕线式异步电动机、电动机调压装置和抽油机蓄能调压装置等。3.2.2 改进结构型式通过改变抽油机的四杆机构集合尺寸配比以降低抽油机的转矩因数从而降低抽油机的工作转矩及其波动，实现节能。1）偏置式抽油机这种抽油机曲柄平衡重中心线与曲柄对称中心线偏离一个角度，所以人们称它为偏置型游梁式抽
24、油机简称偏置机）。偏置机是对四连杆机构实现悬点运动和动力特性的优化，实现“慢提快放”，改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平坦，减小负扭矩，从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页11 / 16 工作效率，达到节能目的。2）前置式抽油机前置式抽油机多为重型长冲程抽油机。目前生产的12型16型两种机型已在油田广泛使用。从工作扭矩曲线分析，前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平衡，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆游梁不易疲劳损坏，机
25、械磨损小，噪声比常规式抽油机低，整机寿命长。计算和测定表明，其加速度可减少40% ，相应使减速箱扭矩减少 35% 左右，与同等级的常规式抽油机相比，前置式抽油机可配置较小功率的电动机，一般其功率可减少20% ，节能效果显著。3.2.3 改进平衡方式改变抽油机的平衡方式，提高抽油机的平衡度，以降低减速器输出轴转矩的波动幅度，达到节能之目的。图 4-1 平衡相位角示意图1）平衡相位角前面提到的偏置抽油机的曲柄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一定的夹角，称为平衡相位角 图 1-2）。这个角的存在主要是因为改变参数后抽油机的与下死点对应的曲柄位置比常规机“滞后”了一个相位
26、角。为了平衡扭矩与载荷扭矩对齐，偏置了这样一个角度。很多其它结构的抽油机也应用了这一平衡方法。2）气动平衡美国 Lufkin公司于 1960 年开始，在抽油机上采用气动平衡装置，并逐步形成系列，1980 年产品规格已达26 种。1986 年兰石所研制成功我国第一台气动平衡装置抽油机。气动平衡重量轻，比机械平衡轻40% ，平衡效果好，比机械平衡转矩下降10% ，节精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页12 / 16 能效果显著，比机械平衡能耗降低28.15%，但气动平衡的可靠性较差。而且受到各方面条件的制约，未能大量推
27、广使用。3）游梁偏置复合平衡1- 游梁 2- 连杆 3- 偏置配重4-2 游梁偏置平衡示意图它是基于常规机结构不变，在游梁尾部增加固定偏置平衡装置，其重心相对游梁下偏一个角度 图 4-2）。4）变矩平衡所谓变矩平衡原理：即抽油机尾梁平衡配重的力臂是变化的，因此平衡扭矩也是变化的。在上行抽油载荷最大时，其平衡重的力臂也最大，下行时平衡块储能以克服负扭矩。从而提高了电机的功率利用率。这种动态平衡节能技术解决的是抽油载荷正常生产时的周期变化。运用变矩节能原理的典型应用就是双驴头抽油机。这种抽油机结构以游梁机为基础，采用变径圆弧后臂，得到摇杆游梁后臂）长度、连杆长度随曲柄转角的变化而变化的独特的四杆机
28、构，即变“参数”四杆机构。利用变矩节能原理开创了新型节能抽油机的先河，为在游梁和横梁之间全面采用柔性连接结构，研究新型节能抽油机奠定了基础。此后发展起来的节能型游梁抽油机都采用了这种变矩平衡技术，而且在结构上有新的创造型发展。如：下偏杠铃游梁复合平衡抽油机，调径变矩式抽油机，悬挂偏置游梁平衡式抽油机等。3.2.4 采用节能监控装置1）多功能程控装置目前抽油机用电动机功率因数仅为0.3 0.6 左右，有的甚至更低 , 造成电网无功损失；大庆石油学院研制的DSC 系列抽油机多功能程控装置较好地解决了这一问题。DSC 多功能程控装置有程控启动、断电保护、过载保护、短路及无功补偿等多项功能。这可视为是
29、我国抽油机无人监控，由定时巡查走向自动监控的起步。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页13 / 16 2）间抽定时控制装置该装置可以根据油井工况和抽油工艺要求伺服调整电动机启动和停机时间，选定开停次数，实现对油井间抽定时控制，从而避免抽空现象，对于老油井，低产井无疑是一绝好的节能手段和增产措施，该装置由华北采研所研制，颇受油田欢迎。3.2.5 采用节能传动元件1）窄 V带传动近二十年来，窄V带在美、英、德、日、俄罗斯等国早已普及推广。目前在国内石油矿场己大量应用。窄V 带具有独特的结构承载能力，比普通三角带高30%
30、 50% ；传动效率高，可达96% 98% ，比普通三角带高4.5%普通三角带传动效率只有92% 93% ）；工作寿命长可达 20003000小时，比普通三角带长37 倍。2）同步带传动1986 年大庆石油学院与桦林橡胶总厂开始研制同步带。同步带传动效率高，可达1299% 。传动比准确，永不打滑。是一种很有技术前途的新型传动带。同步带问世于70年代，日本应用最早。1985 年美国率先首次应用于抽油机，获得令人满意的效果。同步带比普通三角带节能14.4%。游梁机除有以上叙述的节能途径外，还有二次平衡方式改变平衡方式）、配备高效节能控制柜、抽油机智能化等。这里不作详细介绍。在实际应用中，许多机型不
31、止采用一个，而是包含多个节能机理，如偏轮机、摆杆机等。甚至有的节能机理不能分开使用，否则就没有节能效果，如偏置机就是在杆件设计优化后实现“慢提快放”，并配合了异相曲柄平衡才达到了节能目的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页14 / 16 四、实践总结及体会 对包括抽油机在内的有杆采油系统悬点载荷计算进行研究，对抽油机的冲程、冲次、电机功率的选择以及平衡问题进行详尽分析，为油田抽油机的选型、性能分析提供必要的理论依据。.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页