CN105804699B - 基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法属于一种游梁式抽油机运行方法；该运行方法依靠游梁式抽油机的曲柄做非整周双向往复运动，实现在不改变曲柄连杆连接孔位的前提下，光杆的实际冲程小于该曲柄连杆连接孔位下的额定冲程（曲柄整周运动下的光杆最大行程）；本发明既不需要停机，又不需要通过吊装设备来改变曲柄和连杆间的连接孔位，在游梁式抽油机运行状态下，只需要限定曲柄做非整周双向往复运动，即可改变光杆的实际运行冲程，由于曲柄的运行参数在运行过程中能够随时连续更改，因此光杆的实际运行冲程能够实现在额定冲程全范围内的无级快速动态连续改变。
Description
技术领域
本发明基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法属于一种游梁式抽油机运行方法。
背景技术
游梁式抽油机自诞生以来，其运行方式都是依靠电机持续不换向的驱动，使曲柄做单向圆周运动，并通过连杆、游梁、以及驴头的运动传递，实现光杆全行程范围内的上下往复直线运动。
在传统运行方式中，由于曲柄限定为持续性单向圆周运动，因此光杆的实际冲程只能是其完整行程（即最大行程），进而导致了游梁式抽油机在生产运行中出现的以下三方面问题：
第一、在运行过程中，光杆的冲程无法改变；
第二、如想改变光杆冲程，首先需要游梁式抽油机停机，然后在吊装设备配合下，改变曲柄和连杆间的连接孔位；这种方式实施过程繁琐复杂，耗时长；
第三、由于曲柄和连杆间的连接孔位数量有限，因此通过改变曲柄和连杆间的连接孔位，只能实现光杆冲程在有限范围内的分级调整。
发明内容
针对游梁式抽油机传统运行方式中曲柄限定为单向圆周运动所带来的技术问题，本发明公开了一种基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，该方法既不需要停机，又不需要通过吊装设备来改变曲柄和连杆间的连接孔位，在游梁式抽油机运行状态下，实现光杆的实际运行冲程在额定冲程全范围内的无级快速动态连续改变。
本发明的目的是这样实现的：
基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，定义光杆额定冲程为曲柄整周运动下的光杆最大行程，游梁式抽油机的曲柄做非整周双向往复运动，实现在不改变曲柄连杆连接孔位的前提下，光杆的实际运行冲程小于该曲柄连杆连接孔位下的额定冲程。
上述基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在井下杆管柱弹性变形不可忽略的情况下，进一步限定曲柄的非整周双向往复运动范围所对应的悬点往复运行长度超过井下杆管柱弹性变形长度。
进一步地，在井下杆管柱弹性变形不可忽略的情况下，曲柄的非整周双向往复运动范围进一步限定在以下三种情况中的一种：
情况一、悬点往复运行区间不包含死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为A1，且A1低于抽油机悬点的上死点位置AH（对应曲柄位置为BH），此时，A1对应曲柄位置为B11或B21；A0点之下的一个位置为A2，且A2高于抽油机悬点的下死点位置AL（对应曲柄位置为BL）、同时A2和A1之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度，此时，A2对应曲柄位置为B12或B22；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为：
包含包括B10的B11和B12之间的非整周区域，且曲柄非整周双向往复运动轨迹的边界至少有一个在包括B10的B11和B12之间的区域外；
或
包含包括B20的B21和B22之间的非整周区域，且曲柄非整周双向往复运动轨迹的边界至少有一个在包括B20的B21和B22之间的区域外；
情况二、悬点往复运行区间包含上死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为抽油机悬点的上死点位置AH（对应曲柄位置为BH）；A0点之下的一个位置为A2，且A2高于抽油机悬点的下死点位置AL（对应曲柄位置为BL）、同时A2和AH之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度，此时，A2对应曲柄位置为B12或B22；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为：
包含包括B10的BH和B12之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B12不重合；
或
包含包括B20的BH和B22之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B22不重合；
情况三、悬点往复运行区间包含下死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为A1，且A1低于抽油机悬点的上死点位置AH（对应曲柄位置为BH），此时，A1对应曲柄位置为B11或B21；A0点之下的一个位置为抽油机悬点的下死点位置AL（对应曲柄位置为BL）、同时AL和A1之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为：
包含包括B10的BL和B11之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B11不重合；
或
包含包括B20的BL和B21之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B21不重合。
再进一步地，
在情况二中，曲柄绕BH做非整周双向往复运动；
在情况三中，曲柄绕BL做非整周双向往复运动。
以上基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，曲柄绕抽油机全系统稳定平衡位置做非整周双向往复运动。
以上基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，所述的非整周正反双向往复运动，包括具有间歇性特征的暂停。
以上基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，所述的井下杆管柱的弹性静变形长度为沉没压力经验值对应的井下杆管柱的弹性静变形长度值。
有益效果：本发明既不需要停机，又不需要通过吊装设备来改变曲柄和连杆间的连接孔位，在游梁式抽油机运行状态下，只需要限定曲柄做非整周正反双向往复运动，即可改变悬点的实际运行冲程，由于曲柄的运行参数在运行过程中能够随时连续更改，因此光杆的实际运行冲程能够实现在额定冲程全范围内的无级快速动态连续改变。
附图说明
图1是曲柄和悬点之间对应关系情况一中第一种子关系的关系图。
图2是曲柄和悬点之间对应关系情况一中第二种子关系的关系图。
图3是曲柄和悬点之间对应关系情况二中第一种子关系的关系图。
图4是曲柄和悬点之间对应关系情况二中第二种子关系的关系图。
图5是曲柄和悬点之间对应关系情况三中第一种子关系的关系图。
图6是曲柄和悬点之间对应关系情况三中第二种子关系的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
具体实施方式一
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，定义光杆额定冲程为曲柄整周运动下的光杆最大行程，游梁式抽油机的曲柄做非整周双向往复运动，实现在不改变曲柄连杆连接孔位的前提下，光杆的实际运行冲程小于该曲柄连杆连接孔位下的额定冲程。
在本实施例中，所述的非整周双向往复运动，是指曲柄非整周正反双向往复运动。
在本实施例中，抽油机曲柄的非整周双向往复运动可以通过电机在预定的曲柄运行区间端点处的折返换向运行实现。
具体实施方式二
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在具体实施方式一的基础上，考虑到在井下杆管柱弹性变形不可忽略的情况下，进一步限定曲柄的非整周双向往复运动范围所对应的悬点往复运行长度超过井下杆管柱弹性变形长度。
这种技术方案限定，可以避免井下无抽汲（无抽汲：井下往复泵柱塞与泵筒之间无相对运动）的曲柄无意义运行，即避免曲柄运动，而井口不排液问题的发生。
具体实施方式三
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在具体实施方式二的基础上，进一步限定以下条件：
悬点往复运行区间不包含死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为A1，且A1低于抽油机悬点的上死点位置AH（对应曲柄位置为BH），此时，A1对应曲柄位置为B11或B21；A0点之下的一个位置为A2，且A2高于抽油机悬点的下死点位置AL（对应曲柄位置为BL）、同时A2和A1之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度，此时，A2对应曲柄位置为B12或B22；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为以下两种情况中的一种：
第一：曲柄的非整周双向往复运动轨迹包含包括B10的B11和B12之间的非整周区域，且曲柄非整周双向往复运动轨迹的边界至少有一个在包括B10的B11和B12之间的区域外；在这种情况下，曲柄和悬点之间的对应关系用图1所示的曲线来表示：
在图1中，横坐标为曲柄角度坐标，纵坐标为悬点位置坐标；实线为曲柄和悬点运行轨迹必须覆盖的区域，虚线为曲柄和悬点运行轨迹边界所在区域；T长度表示井下杆管柱的弹性静变形长度，Q区间表示曲柄运行区间，G区间表示悬点运行区间；曲柄非整周双向往复运动轨迹的两个边界分别对应BE点和BF点，其中，BE点落在从B12点至前一个（图中的左侧方向）周期的B11点之间的区域，BF点落在从B11点至后一个（图中的右侧方向）周期的B12点之间的区域，要求不能同时出现BE点与B12点重合、BF点与B11点重合的情况，且BE点和BF点之间的距离小于360度。
第二：曲柄的非整周双向往复运动轨迹包含包括B20的B21和B22之间的非整周区域，且曲柄非整周双向往复运动轨迹的边界至少有一个在包括B20的B21和B22之间的区域外；在这种情况下，曲柄和悬点之间的对应关系用图2所示的曲线来表示：
在图2中，横坐标为曲柄角度坐标，纵坐标为悬点位置坐标；实线为曲柄和悬点运行轨迹必须覆盖的区域，虚线为曲柄和悬点运行轨迹边界所在区域；T长度表示井下杆管柱的弹性静变形长度，Q区间表示曲柄运行区间，G区间表示悬点运行区间；曲柄非整周双向往复运动轨迹的两个边界分别对应BE点和BF点，其中，BE点落在从B21点至前一个（图中的左侧方向）周期的B22点之间的区域，BF点落在从B22点至后一个（图中的右侧方向）周期的B21点之间的区域，要求不能同时出现BE点与B21点重合、BF点与B22点重合的情况，且BE点和BF点之间的距离小于360度。
具体实施方式四
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在具体实施方式二的基础上，进一步限定以下条件：
悬点往复运行区间包含上死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为抽油机悬点的上死点位置AH（对应曲柄位置为BH）；A0点之下的一个位置为A2，且A2高于抽油机悬点的下死点位置AL（对应曲柄位置为BL）、同时A2和AH之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度，此时，A2对应曲柄位置为B12或B22；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为以下两种情况中的一种：
第一：曲柄的非整周双向往复运动轨迹包含包括B10的BH和B12之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B12不重合；在这种情况下，曲柄和悬点之间的对应关系用图3所示的曲线来表示：
在图3中，横坐标为曲柄角度坐标，纵坐标为悬点位置坐标；实线为曲柄和悬点运行轨迹必须覆盖的区域，虚线为曲柄和悬点运行轨迹边界所在区域；T长度表示井下杆管柱的弹性静变形长度，Q区间表示曲柄运行区间，G区间E表示由AE点和AH点确定的悬点运行区间，G区间F表示由AF点和AH点确定的悬点运行区间；曲柄非整周双向往复运动轨迹的两个边界分别对应BE点和BF点，其中，BE点落在从B12点至前一个（图中的左侧方向）周期的BH点之间的区域，BF点落在从BH点至后一个（图中的右侧方向）周期的B12点之间的区域，要求不能出现BE点与B12点重合的情况，且BE点和BF点之间的距离小于360度。
第二：曲柄的非整周双向往复运动轨迹包含包括B20的BH和B22之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B22不重合；在这种情况下，曲柄和悬点之间的对应关系用图4所示的曲线来表示：
在图4中，横坐标为曲柄角度坐标，纵坐标为悬点位置坐标；实线为曲柄和悬点运行轨迹必须覆盖的区域，虚线为曲柄和悬点运行轨迹边界所在区域；T长度表示井下杆管柱的弹性静变形长度，Q区间表示曲柄运行区间，G区间E表示由AE点和AH点确定的悬点运行区间，G区间F表示由AF点和AH点确定的悬点运行区间；曲柄非整周双向往复运动轨迹的两个边界分别对应BE点和BF点，其中，BE点落在从BH点至前一个（图中的左侧方向）周期的B22点之间的区域，BF点落在从B22点至后一个（图中的右侧方向）周期的BH点之间的区域，要求不能出现BF点与B22点重合的情况，且BE点和BF点之间的距离小于360度。
具体实施方式五
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在具体实施方式二的基础上，进一步限定以下条件：
悬点往复运行区间包含下死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为A1，且A1低于抽油机悬点的上死点位置AH（对应曲柄位置为BH），此时，A1对应曲柄位置为B11或B21；A0点之下的一个位置为抽油机悬点的下死点位置AL（对应曲柄位置为BL）、同时AL和A1之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为以下两种情况中的一种：
第一：曲柄的非整周双向往复运动轨迹包含包括B10的BL和B11之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B11不重合；在这种情况下，曲柄和悬点之间的对应关系用图5所示的曲线来表示：
在图5中，横坐标为曲柄角度坐标，纵坐标为悬点位置坐标；实线为曲柄和悬点运行轨迹必须覆盖的区域，虚线为曲柄和悬点运行轨迹边界所在区域；T长度表示井下杆管柱的弹性静变形长度，Q区间表示曲柄运行区间，G区间E表示由AE点和AL点确定的悬点运行区间，G区间F表示由AF点和AL点确定的悬点运行区间；曲柄非整周双向往复运动轨迹的两个边界分别对应BE点和BF点，其中，BE点落在从B11点至前一个（图中的左侧方向）周期的BL点之间的区域，BF点落在从BL点至后一个（图中的右侧方向）周期的B11点之间的区域，要求不能出现BE点与B11点重合的情况，且BE点和BF点之间的距离小于360度。
第二：曲柄的非整周双向往复运动轨迹包含包括B20的BL和B21之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B21不重合；在这种情况下，曲柄和悬点之间的对应关系用图6所示的曲线来表示：
在图6中，横坐标为曲柄角度坐标，纵坐标为悬点位置坐标；实线为曲柄和悬点运行轨迹必须覆盖的区域，虚线为曲柄和悬点运行轨迹边界所在区域；T长度表示井下杆管柱的弹性静变形长度，Q区间表示曲柄运行区间，G区间E表示由AE点和AL点确定的悬点运行区间，G区间F表示由AF点和AL点确定的悬点运行区间；曲柄非整周双向往复运动轨迹的两个边界分别对应BE点和BF点，其中，BE点落在从BL点至前一个（图中的左侧方向）周期的B21点之间的区域，BF点落在从B21点至后一个（图中的右侧方向）周期的BL点之间的区域，要求不能出现BF点与B21点重合的情况，且BE点和BF点之间的距离小于360度。
具体实施方式六
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在具体实施方式四的基础上，进一步限定以下条件：曲柄绕BH做非整周双向往复运动。
具体实施方式七
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在具体实施方式四的基础上，进一步限定以下条件：曲柄绕BL做非整周双向往复运动。
具体实施例六或具体实施例七的技术方案限定，具有以下优势：
第一、曲柄往复一个摆动周期，能够实现两次抽汲，进而实现在不改变曲柄摆动周期的情况下，冲次增倍的技术效果；
第二、由于死点为或接近曲柄的最小负荷点，因此曲柄绕死点做非整周双向往复运动，能够实现降低驱动曲柄运动的电机负荷；
第三、由于曲柄绕死点做非整周双向往复运动可以实现曲柄单位转角下对应最短的悬点运行长度，因此更有利于实现悬点位置的精确控制。
具体实施方式八
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在以上实施例的基础上，进一步限定以下条件：曲柄绕抽油机全系统稳定平衡位置做非整周双向往复运动。
其中，稳定平衡位置是指抽油机系统在既不驱动又不制动的完全自由滑动条件下，能稳定停机的最终位置。当抽油机偏离该位置时，只要有外力扰动，都将促使抽油机返回到稳定平衡位置。抽油机在稳定平衡位置时，地面机械部分的重力势能、井下液柱的重力势能以及井下杆管柱的弹性势能之和最小。
这种技术方案限定，可以实现曲柄往复运动的所需的驱动功耗最小、需要提供反向制动力矩以保证曲柄和悬点运动不超出限定范围的几率最小，降低了电机的能耗和机械传动部件的疲劳与冲击程度。
具体实施方式九
本实施例的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，在以上实施例的基础上，进一步限定曲柄做非整周双向往复运动，包括具有间歇性特征的暂停。
这种技术方案限定，相当于起到了调整冲次的作用，进一步降低电机的能耗和机械损耗。
需要说明的是，弹性静变形长度值随井下沉没压力的改变而变化，在现有生产设备条件下，由于井下沉没压力很难实时采集，因此在生产实践过程中，井下杆管柱的弹性静变形长度可以根据沉没压力的经验值获得，即井下杆管柱的弹性静变形长度为沉没压力经验值对应的井下杆管柱的弹性静变形长度值。
Claims (4)
1.基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，定义光杆额定冲程为曲柄整周运动下的光杆最大行程，其特征在于，游梁式抽油机的曲柄做非整周双向往复运动，在不改变曲柄连杆连接孔位的前提下，光杆的实际运行冲程小于该曲柄连杆连接孔位下的额定冲程；在井下杆管柱弹性变形不可忽略的情况下，曲柄的非整周双向往复运动范围所对应的悬点往复运行长度超过井下杆管柱弹性变形长度；曲柄的非整周双向往复运动范围在以下三种情况中的一种：
情况一、悬点往复运行区间不包含死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为A1，且A1低于抽油机悬点的上死点位置AH，所述死点位置AH对应曲柄位置为BH，此时，A1对应曲柄位置为B11或B21；A0点之下的一个位置为A2，且A2高于抽油机悬点的下死点位置AL，所述死点位置AL对应曲柄位置为BL、同时A2和A1之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度，此时，A2对应曲柄位置为B12或B22；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为：
包含包括B10的B11和B12之间的非整周区域，且曲柄非整周双向往复运动轨迹的边界至少有一个在包括B10的B11和B12之间的区域外；
或
包含包括B20的B21和B22之间的非整周区域，且曲柄非整周双向往复运动轨迹的边界至少有一个在包括B20的B21和B22之间的区域外；
情况二、悬点往复运行区间包含上死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为抽油机悬点的上死点位置AH，所述死点位置AH对应曲柄位置为BH；A0点之下的一个位置为A2，且A2高于抽油机悬点的下死点位置AL，所述死点位置AL对应曲柄位置为BL、同时A2和AH之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度，此时，A2对应曲柄位置为B12或B22；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为：
包含包括B10的BH和B12之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B12不重合；
或
包含包括B20的BH和B22之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B22不重合；
情况三、悬点往复运行区间包含下死点：悬点往复运行范围内的一个位置为A0，对应曲柄位置为B10或B20；在井下杆管柱的弹性静变形长度范围内，A0点之上的一个位置为A1，且A1低于抽油机悬点的上死点位置AH，所述死点位置AH对应曲柄位置为BH，此时，A1对应曲柄位置为B11或B21；A0点之下的一个位置为抽油机悬点的下死点位置AL，所述死点位置AL对应曲柄位置为BL、同时AL和A1之间的距离为井下杆管柱的弹性静变形长度；则曲柄的非整周双向往复运动轨迹限定为：
包含包括B10的BL和B11之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B11不重合；
或
包含包括B20的BL和B21之间的非整周区域，且曲柄运行轨迹的边界与B21不重合。
2.根据权利要求1所述的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，其特征在于，
在情况二中，曲柄绕BH做非整周双向往复运动；
在情况三中，曲柄绕BL做非整周双向往复运动。
3.根据权利要求1或2所述的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，其特征在于，所述的非整周正反双向往复运动，包括具有间歇性特征的暂停。
4.根据权利要求3所述的基于曲柄非整周运动的游梁式抽油机动态变冲程运行方法，其特征在于，所述的井下杆管柱的弹性静变形长度为沉没压力经验值对应的井下杆管柱的弹性静变形长度值。
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