维普资讯 http://www.cqvip.com ３００ 内蒙古石油４Ｌ．ｒ－－ ２００７年第５期 游梁式抽油机常规曲柄型与异相曲柄型性能对比分析 张伟，张建华 （中原油田分公司采油三厂） 摘要：从参数上进行性能分析，得出异相曲柄型抽油机在性能上的优越性结论。 关键词：抽油机；常规曲柄型；异相曲柄型；几何参数；运动参数；动力参数 １概况 目前，国内外油田使用的采油方法主要有自喷 采油法和机械采油法两种，其中机械采油法在原油 的开采生产中占主导地位。游梁式抽油机是机械采 油的主要抽油设备，它具有结构简单、制造容易、维 护方便等特点。 异相曲柄平衡抽油机就是在常规型抽油机的基 础上发展起来的，这种抽油机与常规型抽油机最大 的区别就在于，异相型抽油机曲柄上的曲柄销孔中 心不在曲柄的纵向中心线上，而是与中心线相距一 定的距离。它保持了常规型抽油机的基本结构，并具 有常规型抽油机的结构简单、工作可靠及维修方便 等优点，但通过对机械尺寸的优化设计，使其几何参 数发生了变化，并导致其运动特性及动力特性优于 常规型抽油机。下面对比分析常规型抽油机与异相 曲柄平衡抽油机的运动参数及动力参数。 ２参数对比分析 ２．１ 几何参数对比分析 和常规型抽油机相比异相曲柄平衡抽油机存几 何参数上有如下特点：悬点在下死点时，曲柄初始角 较大，一般为８。～１３。；而常规型抽油机初始角则小 于５。；舁相曲柄平衡抽油机机构极位夹角较大，一 般为８。～１５。，而常规型抽油机为４。～５。。因此在同 样的冲程长度及同样的游梁前臂长度情况下，为使 异相曲柄平衡抽油机具有一定的极位夹角和初始 角，其游梁后臂长度要缩短，减速箱相对于支架的位 ．． ∥。ｚ／ ．曲柄转角 １一常规机２一异相机 图１ 常规机与异相机扭矩因数对比曲线图 收稿日期：２ＯＯ６一ｌ２一Ｏ９ 置要向后移。 ２．２运动参数对比分析 由于异相曲柄平衡抽油机曲柄摇杆机构存在极 位夹角，故上冲程对应的曲柄转角大于下冲程曲柄 转角，即上冲程时间长，因此上冲程时悬点最大加速 度及最大扭矩因数都较小。和常规型抽油机相比异 相曲柄平衡抽油机的最大扭矩因数下降１Ｏ ９／５～ ２Ｏ ，而悬点最大加速度下降１５％～２５ 。图１、图 ２分别画出了冲程长度为３．Ｏｍ、冲次为１２ｍｉｎ一１ 时常规型抽油机与异相曲柄平衡抽油机的扭矩因数 及悬点加速度对比曲线。在本例中，异相机的最大扭 矩因数由常规型抽油机的１．６１６６下降到１．３８１２， 下降了１４．５６％；悬点最大加速度由常规型抽油机 的３．６０５４ｍ／ｓ。下降到２．８０８７ｍ／ｓ。，下降了２２． １６％。 耋 曲柄转角 １一常规机２一异相机 图２常规机与异相机悬点加速度对比曲线图 ㈣ 丙转角 １一油井负荷扭矩２～减速箱曲柄轴输出扭矩 ３一曲柄轴均方根扭矩 图３常规型抽油机扭矩曲线图 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第５期 张伟等 游梁式抽油机常规曲柄型与异相曲柄型性能对比分析 ３０１ 粼。ｌ｜ ㈣ ． ．任何一种抽油机是否节能，可以从两个方面考 验，即在相同工况下，抽油机耗电量的大小及产液量 ．— ～ ＼的多少。用电动机驱动抽油机，其输入的电能大部分 。 ２．３ 动力参数对比分析 ＼＼＼ 曲衲转埔 转化成举升液体的机械功，其余部分则消耗于电动 机的热损失及整个抽油机系统的磨擦损失。异相机 与常规机相比，如果忽略产液量增加因素的影响，那 么在相同工况下，它们举升液体所消耗的机械功是 相同的。因此能否节能则取决于电动机的热损失及 １一油井负荷扭矩 ２一减速箱曲柄轴输出扭矩 ３一曲柄轴均方根扭矩 抽油机系统的机械磨擦损失。对于有杆泵抽油机系 统，电动机热损失既是电动机平均电流的函数，同时 图４异相机扭矩曲线图 图３、图４画出了常规型抽油机及异相曲柄平 衡抽油机扭矩对比曲线；表１列出了常规型抽油机 与异相曲柄平衡抽油机动力性能参数对比结果。在 本例中异相机曲柄轴最大扭矩下降了３３．Ｏ８％，最 小扭矩下降了６９．８６ ，基本上消除了负扭矩；曲柄 轴均方根扭矩扭矩下降了２９．８７％，电动机实耗功 率下降了１２．６７％。由上述对比分析可见，异相曲柄 平衡抽油机的动力性能明显优于常规型抽油机，并 且有较好的节能效果。下面分析异相曲柄平衡抽油 机的节能机理。 表１ 也是电流波动量的函数。热损失的大小可以通过一 个周期载荷系数来反映，如表１；由曲柄均方根扭矩 求得方法可得知，曲柄轴均方根扭矩值愈接**均 扭矩值时，均方根扭矩值愈小，电动机热损失也愈 小；反之，曲柄轴均方根扭矩值愈大，电动机热损失 也愈大。另外，为适应抽油机交变载荷的要求，驱动 抽油机的电动机额定功率可按下式计算： 电动机额定功率＝（Ｍｅ・ｎ）／９５５０７ Ｍｅ一曲柄轴上的曲柄均方根扭矩 ｎ一悬点冲次 １ｌ一传动效率 常规型抽油机与异相曲柄平衡抽油机动力性能参数对比 注：计算基本参数：冲程：３．０ｍ；冲次：１２ｍｉｎ一１；下泵深度：１０００ｍ；泵径：７０ｍｍ；泵的沉没度：４００ｍ。 由于异相曲柄平衡抽油机的均方根扭矩值较常 规型抽油机下降２Ｏ ９／５～３Ｏ％，故驱动异相机的电动 机其额定功率可下降２Ｏ％～３Ｏ 。因此，同样的机 由于有效冲程长度用充满系数增加所导致的产量增 加量； ３．４异相机在现场使用中都有一定增产效果。 型，异相机的电动机额定功率可以下降一至二个档 次。由于在相同工况下，异相机与常规机的光杆功率 基本相同，故相同工况下，异相机的电动机功率利用 率比常规机高２Ｏ％～３Ｏ ９／６，从而提高了电动机的运 ［参考文献］ ［１］ 崔振华，董世民．游梁式抽油机的优化设计及 节能效果分析．石油机械，１９８８． ［２］Ｊ．Ｇ．Ｓｖｉｎｏｓ，张朝辉译．抽油机的精确运动分 行效率（即悬点一个冲程中，电动机的平均效率），从 而降低了抽油机的耗电量。 ３异相机与常规机相比的优点 现场试验结果表明，异相机与常规机相比，不仅 可节电，而且在大多数油井情况下还使油井的产液 量有所增加。作为定性解释，异相机增产主要有如下 两个原因： ３．１ 柱塞的有效冲程长度增加； ３．２上冲程游动阀的漏失量略有增加，油液进入泵 析，ＳＰＥ１２２０１． ［３］ 张玉．国内新型抽油机专利集锦．石油矿场 机械，１９８９． ［４］ 万邦烈编著．采油机械的设计计算．北京：石 油工业出版社，１９８８． ［５］邬亦炯．试论游梁式抽油机的优化设计．石 油机械，１９９０ ［６］ 董世民，姚春冬．一种新型长冲程抽油机性能 分析．石油矿场机械，１９０２． 筒的阻力减少，压差增大，充满系数增大； ３．３ 异相机上冲程游动阀增加的漏失量明显少于 ［７］Ｐ．Ｎ．施依先柯，刘全有译．采油机械．北京： 石油工业出版社，１９５７．
