1、1第 1 章 概述1.1 抽油机的类型、特点和应用采油设备分公司的产品有：干扰平衡游梁抽油机，偏轮游梁式抽油机，塔式节能抽油机。干扰平衡游梁抽油机：是一种新型的节能抽油机。不仅保持了常规游梁抽油机结构简单、可靠耐用的优点，而且具有附加动载小，能耗低，综合效率高，比常规抽油机节电 30-50%以上，能延长整机使用寿命的特点。如 14 干扰平衡机只需要配 37 千瓦电机及 53KN 减速箱。如图 1.1-1：图 1.1-1 干扰平衡游梁抽油机 图 1.1-2 塔式节能抽油机塔式节能抽油机：高效、节能、冲程、冲次在额定范围内无级调节，并可内设无线集中监控接口，通过配套设施实现遥控。该机调参简易、维护
2、方便、安全可靠、维护费用低，与常规抽油机相比节能 50%以上，是一种智能型的节能抽油2机，如图 1.1-2。偏轮游梁式抽油机：该抽油机是在常规游梁抽油机的基础上，在游梁尾部配置一偏轮，以偏轮为中心形成一六连杆机构，能很好的改善抽油机的运动性能。在相同情况下，与常规抽油机相比：1.悬点动负荷减小，最大线速度小；2.减速箱输出扭矩减小 30%-50%；3.节能 37%以上；4.所配电网容量减少 30%以上，如图1.1-3。 常规游梁式抽油机：该机型在设计中严格执行 API 标准，其特点是结构简单、可靠性好、适用型强如图 1.1-4。图 1.1-3 偏轮游梁式抽油机 图 1.1-4 常规游梁式抽油机
3、1.2 抽油机的现状及发展方向随着石油机械匍造水平的不断提高，各种新型抽油机的开发和推广应用也取得了新的进展。据有关资料统计，我国目前抽油机井约占机械采油井总数的922 ，主要是采用游粱式抽油机 。这种抽油机具有结构简单、管理方便、操作和维修容易等特点，在今后很长一段时期内，仍将在我国机械采油中占主导地位。为了节能增产，首先要改造现有常规游粱式抽油机，同时加速开发各种新型节能游粱式抽油机和各类长冲程无游梁抽油机，并继续研制液压抽油机，这对发展我国石油工业，具有十分重要的意义，本文试图对我国抽油机的现状及与国际先进水砰的差距做一概述，并对我国抽油机的发展方向提出几点建议。31.2.1 我国抽油机
4、的现状目前，我国抽油机主要制造厂有十几家，产品主要以游梁式抽油机为主，约占抽油机总数的 98 99 ，有 30 多种规格，并已形成了系列，基本上满足了陆地油田开采的需要各种新型节能游粱式抽油机，如前置式抽油机、异相曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机、配有 CJT 型节能拖动装置的常规抽油机和用窄 V 形带传动的常规抽油机等均已在全国各个油羽推广应用，井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，如由胜利油用设计并与有关厂家协作生产的链条式长冲程抽油机，已有近千台在各油田投入使用，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
5、抽油机进入了试用阶段；齿轮增距式长冲程抽油机的研制工作也取得了新的进展重量轻、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。其它型式新颖的抽油机，如带传动游梁式抽油机、新型摇轷抽油机、大轮式游粱抽油机，六连杆游粱式抽油机和斜并抽油机也正处于开发和研制过程中 。然而，游粱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。液压抽油机至今仍处在研制阶段。1.2.2 我国抽油机与国际先进水平的
6、差距1新型节能抽油机发展缓慢目前，我国各油田使用的如前所述 5 种节能型抽油机，有些是刚从试制阶段过渡到使用阶段，仅就前 3 种抽油机来看，品种规格还不全，批量生产量还很少，因此全面推广应用受到一定限制。如我国目前生产的前置式抽油机只有 12 型和16 型两种规格，迄今仅有 500 多台在油田使用而美国 Lu in 公司 1959 年就取得专利的马克 型抽油机 (即前置式抽油机)，目前有 8 个档次 46 种规格。罗马尼亚的前置式抽油机也有 35 种规格 。我国的第一批异相曲柄平衡抽油机是 1986年 6 月通过部级鉴定的，现在只有为数不多的厂家生产 而早在 60 年代 美国CMI 公司就采用
7、计算机模拟动态分析辅助设计研制出了异相曲牺平衡抽油机 ；。由于这种抽油机具有许多优点，其经济指标已达到了目前在用抽油机的最好水平，因而在世界范围内获得了广泛的应用 我国生产的前置式气平衡抽油机目前仅有 6 种规格，悬点载荷为 50 140kN，冲程为 18 5mH。53 o 而美国勒夫4金公司生产的前置式气平衡抽油机删有 26 种规格，悬点载荷为 48，47 21319kN，冲程为 137 610 1。国外上述几种节能型抽油机还广泛地采用了先进的数控系统，从而能保证采油作业始终处于最佳状态。与此同时，有些国家还先后研制了许多型式新颖的节能抽油机。如美国 JoWay 工具公司研制的一种前置式全胶
8、带传动无齿轮减速器抽油机，称为大圈抽油机，是采用一个装在曲柄上直径为 305m 的胶带轮来传动的，具有运行平稳、扭矩均衡和良好的节能效果 。美国 DL M 钢铁公司研制的一种特殊结构型式的轮式抽油机，只需一台 22 74kW 的电动机就可以驱动，现场使用情况表观，可节电 80 。另外，还有其它型式的如齿形胶带传动抽油机、天然气发动机驱动抽油机、智能抽油机和玻璃钢抽油杆抽油机等节能型抽油机这些抽油机应用于世界各个地区、各种工况条件下的抽油作业，均取得了良好的节能效果。2长冲程抽油机的发展速度不能适应采油业的需要目前，我国常用的长冲程抽油机的冲程一般不超过 5m(宝鸡石油机攘厂生产的目前国内最大型
9、号的 CYJQ166 105B 前置式抽油机，其最大冲程为 6m)，故我国大多数把冲程超过 45m 的称为长冲程抽油机 目前我国油田在用的绝大部分长冲程抽油机的冲程均在 5m 以下，且种类不多，规格不全，发展速度缓慢 如我国的链条式长冲程抽油机，早在 60 年代就开始研制，由于多方面原因，直到最近几年才初步在各油田推广应用而冲程超过 6m 的国产长冲程抽油机如KCJ16 8 53Hz 抽油机和 LzCJ12 72 73HB 抽油机，仍处在试用阶段。但在国外，自 70 年代 Ll 来，长冲程抽油机 (国外系指冲程超过 6m 的抽油机为长冲程抽油机)的开发和推广应用则得到了很大的发展，有些抽油机的
10、冲程已达到20m 以上，并已发展到多品种、系列化如美国国民供应公司生产的链条斌长冲程抽油机，冲程为 914m，冲数为 3min ，同时还采用微机监控井下泵的工作情况“ 。该公司研制的世界上第一台智油机，总高仅 2，44m，其最大冲程却已经达到 1219m，冲程长度可以进行调节 而 WesternGear 公司生产的液压驱动、重锤平衡(重锤置于一事先挖好的鼠洞内)的长冲程抽油机，能抽冲程可达2438m ，悬点载荷为 l556kN0。3液压抽油机仍处于研制阶段我国液压抽油机的起步较晚，加之我匣液压技术水平与国际先进水平存在着差距，从而阻碍了液压抽油机的发展。山吉林工业大学研制的第一台国产液压抽油机
11、 1987年底通过工厂台架试验，经试乐运行，发现存在不少问题，如漏油、发热、可靠5性差，连续运行间远远低于游梁式抽油机，关键液压元件的质量较差等。加之液压抽油机的维护保养比游粱式抽油机复杂得多，从而阻碍了其推广应用。早在 40年代，美、苏就已先后研制出液压抽油机(美国 Lufkin 公司曾经生产出 4 种型号、最大悬点载荷 1 58kN、冲程为 61 122 m 的液压抽油机。苏联全苏石油机械研究院和阿塞拜疆石油机械研究所也先后试制成 3 种型号、悬点载荷 30 1 50kN，冲程 3 10 rn 的液压抽油机 ) 。随着液压技术的发展，国外液压抽油机的研制和推广应用近年来又有了新的发展。如加
12、拿大热能发展有限公司研制的液缸式无游梁抽油机，特别适于用来开采稠油。这种抽油机悬点载荷为 5757 10675kN，冲程为 279 488m，并配有电了控制监测系统，用 控制抽油机冲程及冲程位置、冲程参数，监控抽油杆足否过载， 确保抽油系统安全运行。美国 Mape 公司生产的液压驱动塔架式长冲程抽油机，有 6 种规格，其冲程可以从 25m 调到 10m，并可在 0 5min 范围内任意调节冲程次数 。这些液压抽油机已广泛地应用于油田采油作业中。1.2.3 有关我国抽油机发展方向的几点建议1改造现有常规游粱式抽油机，加速开发新型节能抽油机。2加速开发各类长冲程无游粱式抽油机。3继续加紧研制液压抽
13、油机。6第 2 章 常规游梁式抽油机传动方案设计2.1 简述系统的组成工作原理2.1.1 系统的组成系统的结构图见图 2.1-1图 2.1-1 常规游梁式抽油机的组成（1）刹车装置：刹车也叫制动器，它是由手刹车中间座、拉杆、锁死弹簧、刹车轮、刹车片等部件组成。刹车片与车轮接触时发生摩擦起到制动作用。（2）电动机：电机是动力的来源，一般采用感应式三相交流电动机。（3）曲柄：它是由铸铁铸就的一个部件，装在减速器输出轴上。曲柄上开有大小冲程的孔眼叫冲程孔，专门为调节冲程所用。7（4）平衡块：是由铸铁铸就的一个部件，上有吊孔，它是由螺丝固定在曲柄上的能产生旋转惯性，起着驴头上下运动负荷平衡的作用，可在
14、曲柄上前后调整达到抽油机前后平衡。（5）连杆：特的作用是曲柄与横梁之间的连接杆件。（6）尾轴承：它起着横梁和游梁相连的作用，减小摩擦使游梁上下运动较轻便。（7）减速箱：它是把高速的电动机转变成低速运动的减速装置，现场多采用三轴两级减速。（8）支架：支架支撑着游梁全部重量和它所承担的重量，而且是游梁的可靠支柱。（9）游梁：它安装在支架轴承上，绕支架轴承上下摆动，尾端通过为轴承与横梁连接在一起，前端装有驴头，游梁可前后移动调节，以便使驴头始终对准井口。（10）驴头：它装在游梁最前端，驴头为弧面，它的弧线是以支架轴承为圆心，以游梁前臂长为半径画弧而得到的。它保证了抽油时光杆始终对正井口中心。驴头担负
15、着井内抽油杆、泵摩擦阻力及液体的重量。（11）悬绳器：也叫绳辫子，它是悬挂抽油杆的，为了使光杆在抽油过程中处于周定油井中心位置，因此它本身是柔性结构，在运动中使光杆始终对正井口中心。驴头担负着井内抽油杆、泵摩擦阻力及液柱的重量。（12）底座：它是担负起抽油机全部重量的唯一基础。下部与水泥混凝土的基础由螺栓连接成一体，上部与支架、减速器有螺栓连接成一体。2.1.2 系统的工作原理电动机将其高速的旋转运动通过皮带传动传递给减速箱的输入轴，经减速箱减速后变为曲柄的低速旋转运动。同时曲柄通过连杆装置经横梁拉着游梁后壁摆动。游梁前端装有驴头，活塞以上液柱及抽油杆柱等载荷均通过光杆与悬绳器连接悬挂在驴头上
16、。由于驴头随同游梁一起上下摆动，游梁、驴头便带动深井泵活塞做上下、垂直的往复运动，这样就将井下液体源源不断地抽离井筒。2.2 绘制系统的机构（运动）简图见图 2.2-18图 2.2-1 常规游梁式抽油机系统的机构（运动）简图1- 主动轮 2-从动轮 3-减速器 4-曲柄 5-连杆 6-摇杆和驴头 7-支架1-7 转动副 1-2 传动副 2-7 转动副 4-7 转动副 4-5 转动副5-6 转动副 6-7 转动副9第 3 章 曲柄摇杆机构设计3.1 设计参数分析与确定冲程 s=2.0m，游梁的摆角 =42 设摇杆的长度为 m,曲柄的长度为 m,连3 L1杆的长度为 m，支座的长度为 m,则游梁的
17、长度为 m. L2 L4 23,则 m;见图 3.1-1。3423.14180=2.03=2.73图 3.1-1 曲柄摇杆机构的长度标志3.2 按 K 设计曲柄摇杆机构10为了看图方便，将抽油机的简图在简化成平面铰链四杆机构综上所述：已知条件：摇杆长度 m，摆角 和行程速度变化系数 K.3设计的实质是确定铰链中心 A 点的位置，定出其它三杆的尺寸 、 、 。其设L1 L2 L4计步骤如下：（1） 由给定的形成速度变化系数 K，求出极位夹角 。又由任务书可知,则行程速度变化系数 , (180+)/(180-)1/2=8/7 K=8/7=8/7，解得 =12，即极位夹角为 12。（2） 如图 3.
18、2-1 所示，任选固定铰链中心 D 的位置，由摇杆长度 和摆角 ，3做出摇杆俩个极限位置 和 。1 2（3） 连接 和 ，并作 垂直于 。1 2 1M 12（4） 作 ， 与 相交于 P 点，由图可见， 12N=90 - 2N 1 =。1P2（5） 作 的外接圆，在此圆周（弧 和弧 EF 除外）上任取一点 A 作为12 12曲柄的固定铰链中心。连 A 和 A ，因同一圆弧的圆周角相等，故 P1 2 1=。2（6） 因极限位置处曲柄与连杆共线，故 , ,从而得A1=L2-L1A2=L1+L2曲柄长度 ，连杆长度 ，由图得L1=（ A2-A1)/2 L=（ A1+A2） /2。AD=L4图 3.2-1 平面铰链四杆机构的设计 图 3.2-2 点时的各边关系1
