CN1888375A - 一种api游梁式抽油机的设计方案 - Google Patents

一种api游梁式抽油机的设计方案 Download PDF

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CN1888375A CN 200510014349 CN200510014349A CN1888375A CN 1888375 A CN1888375 A CN 1888375A CN 200510014349 CN200510014349 CN 200510014349 CN 200510014349 A CN200510014349 A CN 200510014349A CN 1888375 A CN1888375 A CN 1888375A
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姜士湖
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目前,游梁式抽油机的设计都是人为选用的一张示功图来进行设计,由于这不能代表抽油机的所有工况,因此,设计出的抽油机不能达到性能最优,本文给出了用“模型示功图来进行游梁式抽油机设计的基本思路,并根据现场资料对类似中原油田工况的稀油工况和稠油工况的模型示功图进行了总结,根据得出的模型示图功对API游梁式抽油机20个常用机型进行了优化设计,经分析对比,所设计抽油机性能明显优于国外同类型机产品。

Description

一种API游梁式抽油机的设计方案
本发明专利涉及一种API游梁式抽油机的设计方案。
目前,国内生产抽油机的厂家很多,大部分厂家的设计思路是:在生产API游梁式抽油机时,应用国外抽油机制造商推荐的尺寸,其中主要是应用美国拉夫金公司推荐的游梁式抽油机制造尺寸;在生产国内普通型游梁式抽油机时,应用国标推荐的尺寸。无论是国外生产厂家推荐的抽油机主体机构的尺寸还是国标推荐的抽油机主体机构的尺寸,都不能保证抽油机在任何油田都达到性能最优。由于决定抽油机性能的基本参数是悬点载荷,而悬点载荷是与油田的具体情况有关系的,不同油田由于具体情况不同,抽油机悬点载荷也不同,甚至有很大差别。要进行抽油机性能的优化,就不可避免的要确定抽油井地面示功图,它是抽油机动力分析的起始条件,只有准确地确定作为设计依据的示功图,才能准确地对抽油机各部件的受力状态和减速器扭矩变化规律等进行分析,才能实现优化方法之间、优化结果之间的可比性。到目前为止,国内外在以动力特性为目标进行抽油机优化设计或评价抽油机产品时,其地面示功图都是通过人为的选择某一种特殊井况来确定的,这样设计出的抽油机很难包容该机所应承担的全部工作状态,因而运转时有可能出现过载状态,为了弥补这一缺陷,只能靠盲目地提高机械设计时的安全系数,造成抽油机的结构冗肿。因此,为了合理地进行抽油机设计,有必要确定一个能够包容该种抽油机全部工作状况的地面示功图来作为它在动力优化过程中的设计依据,这就是“模型示功图”。为了分析抽油机功图情况,从而得出模型示功图,为抽油机的设计提供依据,收集了中原油田六个采油厂的稠油和稀油工况下抽油机的上千口油井的示功图,得到了各种功图资料10000多张,去掉不正常工况下的功图,得到3000多份有用功图。并同时收集了对应各种功图的泵径、下泵深度、沉没度、泵挂组合、含水率、原油粘度等资料。用多元统计分析的方法确定了无因次因变量(无因次最大动载荷、无因次最小动载何、无因次下死点动载何、无因次上死点动载荷)与无因次自变量(无因次冲次、无因次液体荷)的线性关系,得出了线性回归方程,通过解线性回归方程可求得抽油机在各种工况下的示功图。根据分析结果和API抽油机的设计原理总结出了稠油和稀油工况下API各种型号抽油机模型示功图的判定原则,得出了API抽油机20个常用机型在稀油、稠油工况下的模型示功图。
根据经过调查和分析得出的稠油和稀油工况下游梁式抽油机的模型示功图,以国际市场通用的API抽油机为设计线索,通过编制抽油机杆件优化设计程序,对API常用机型的游梁式抽油机进行了设计,给出了稠油和稀油工况下游梁式抽油机的主体机构尺寸,并对抽油机的性能进行了计算分析。通过分析可知,本方案设计的API抽油机比世界上最大的抽油机制造商-美国拉夫金公司给出的游梁式抽油机的设计方案在主要性能指标上都要好得多。
收集了中原油田采油一、二、三、四、五、六厂的稠油和稀油工况下抽油机的上千口油井的示功图,得到了各种功图资料10000多张,去掉不正常工况下的功图,得到3000多份有用功图。并同时收集了对应各种功图的泵径、下泵深度、沉没度、泵挂组合、含水率、原油粘度等资料。用多元统计分析的方法确定了无因次因变量(无因次最大动载荷、无因次最小动载何、无因次下死点动载何、无因次上死点动载荷)与无因次自变量(无因次冲次、无因次液体荷)的线性关系,得出了线性回归方程,通过解线性回归方程可求得抽油机在各种工况下的示功图。根据分析结果和API抽油机的设计原理总结出了稠油和稀油工况下API各种型号抽油机模型示功图的判定原则,得出了API抽油机20个常用机型在稠油工况下的“模型示功图”(如表1所示)和稀油工况下的“模型示功图”(如表2所示),以游梁式抽油机四杆机构尺寸(曲柄半径R、连杆长度P、游梁后臂长度C、游梁后臂长度A、游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离I、游梁支承中心到减速器输出轴中心的垂直距离H-G)为设计变量,分别以上冲程扭矩因数最小、上冲程加速度最小、均方根功率最小、连杆拉力最小、游梁水平力最小为目标函数,按API常规抽油机的要求设定约束条件,利用网格法对多目标函数寻优,设计步长为平衡扭矩5KN.m、四连杆机构杆长0.01m,以多数目标函数为最优时的设计变量为优化目标,分别计算出在各目标函数最优的情况下游梁式抽油机曲柄平衡扭矩、平均功率、均方根功率、平衡率、上冲程最小净扭矩、下冲程最小净扭矩、最小曲柄净扭矩、最大连杆力、游梁中心支承处最大水平力、交变载荷系数、上冲程最大加速度、上冲程最小扭矩因素等性能指标,并计算出相应的抽油机四杆机构尺寸和曲柄平衡重,分别求出稠油工况下抽油机综合性能最优时的主体机构杆长尺寸(如表3所示)和稀油工况下抽油机综合性能最优时的主体机构杆长尺寸(如表4所示)。
                 表1  稠油工况下API游梁式抽油机常用机型模型示功图
抽油机型号   额定悬点载荷/kN   额定减速器扭矩/(N·m)   P1/kN   P2/kN   P3/kN   P4/kN   Ss/m
  C-912D-365-192C-912D-365-168C-912D-365-144C-640D-365-168C-640D-305-168C-640D-365-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-305-168C-456D-305-144C-456D-256-144C-456D-365-120C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-144C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   162162162162136136136114136136136114162136114951141149595   103056103056723207232072320723207232072320723205152851528515285152851528515285152836160361603616025764   151.2132.2132.2153.4128.6153.4128.6111.1134.1111.7131.8111.7147.3131.8111.268.978.9107.194.179.8   66.4535372.759.372.759.342.259.454.863.554.878.963.552.214.231.54846.840.3   88.166.666.69170.29170.255.573.466.378.766.388.878.761.136.343.155.856.248   151.5141.2141.2151.4131.3151.4131.3124132.3118.8131.7118.8149.6131.7114.882.983.2114.4102.589.1   2.31911.79291.79292.27922.65762.27922.65761.36732.76911.35531.71171.35532.09521.71172.01980.66731.09831.16410.99840.7478
                                表2  稀油工况下API游梁式抽油机部分机型模型示功图
抽油机型号   额定悬点载荷/kN   额定减速器扭矩/(N·m)   P1/kN   P2/kN   P3/kN   P4/kN   Ss/m
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-912D-365-144C-640D-365-168C-640D-305-168C-640D-365-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-305-168   162136162162136162136114136136   10305610305610305672320723207232072320723207232051528   156.9135.7161.8154125.4161.8129.5110.6135.8126.1   71.857.179.684.566.182.16041.265.268.9   104.589.2115.2104.988.8109.79171.691.485.8   131110133.7138107.514010586.6115.1112.7   2.46991.94542.51232.28651.65432.48151.72841.36531.82281.5847
  C-456D-305-144C-456D-256-144C-456D-365-120C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-144C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   136114162136114951141149595   51528515285152851528515285152836160361603616025764   135.8103.2160.3134.9113.894.7106.8113.888.691.1   69.64610175.65536.859.269.347.551.2   92.471.911892.380.461.672.983.262.662.4   117.882.814712293.775.29610376.782.3   1.77461.16852.26621.76091.34091.02671.16091.23850.89140.8637
                    表3  稠油工况下本方案优化得出的API抽油机杆长优化尺寸表
抽油机型号   R/m   P/m   C/m   I/m   H-G/m   A/m
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-640D-305-168C-912D-365-144C-640D-365-144C-640D-365-168C-456D-305-168C-456D-305-144C-456D-256-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-365-120C-320D-256-144C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   1.181.381.261.381.141.1021.1021.1721.1041.221.260.860.9781.020.981.081.0410.860.86   4.184.184.184.184.184.184.2564.2564.2564.064.063.563.8723.563.563.563.563.563.563.56   3.443.443.443.443.443.443.5083.5083.5083.343.342.943.0762.942.942.942.942.942.942.94   3.443.443.443.443.443.443.5083.5083.5083.343.342.943.0762.942.942.942.942.942.942.94   3.523.523.523.523.523.523.583.583.583.423.4233.363333333   5.9364.3244.7544.3245.2723.3514.7063.7754.7874.7684.614.9943.9853.6323.7853.954.1082.9944.3283.663
                  表4  稀油工况下本方案优化得出的API抽油机尺寸表
抽油机型号   R/m   P/m   C/m   I/m   H-G/m   A/m   Mc/(kN·m)
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-640D-305-168C-912D-365-144C-640D-365-144C-640D-365-168C-456D-305-168C-456D-365-120C-456D-305-144C-456D-256-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-320D-256-144C-640D-305-120C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   1.041.040.880.880.820.880.760.740.740.760.880.880.640.740.740.740.740.640.740.54   4.184.184.184.184.184.184.184.184.064.084.084.084.063.563.563.563.563.563.563.56   3.163.443.443.443.443.443.443.483.343.363.363.363.342.942.942.942.942.942.942.94   3.163.443.443.443.443.443.443.483.343.363.363.363.342.942.942.942.942.942.942.94   3.783.5163.5163.523.523.523.5163.563.423.443.443.443.423333333   6.2376.7576.8686.876.3556.876.8636.9185.7416.7046.7086.7086.6485.8215.8215.8215.8215.8455.8215.872   24520517522019021515019513511517014011015516013010012010580
目前,国内抽油机制造商生产的API游梁式抽油机都是按照美国拉夫金公司公布的尺寸生产的,为了对比,给出了美国拉夫金公司同机型的抽油机的主体机构的尺寸,因为拉夫金公司公布的游梁式抽油机的主体尺寸未按稠油和稀油工况区分,所以,在不同工况下,其游梁式抽油机的尺寸是一致的。(如表5所示)。
                                  表5  拉夫金公司API抽油机主体机构杆长尺寸表
抽油机型号 P/m C/m I/m H-G/m R1/m R2/m R3/m A/m
  C-912D-365-168   3.772   3.049   3.048   3.835   1.194   5.334
  C-912D-305-168   3.772   3.049   3.048   3.835   1.041   5.334
  C-640D-305-168   3.772   3.049   3.048   3.835   1.041   5.334
  C-912D-365-144   3.772   3.049   3.048   3.835   1.194   4.572
  C-640D-365-144   3.772   3.049   3.048   3.785   1.041 4.572
  C-640D-365-168   3.772   3.049   3.048   3.835   0.89   5.334
  C-456D-305-168   3.772   3.049   3.048   3.835   0.89   5.334
  C-456D-305-144   3.67   3.05   3.048   3.785   0.89   4.572
  C-456D-256-144   3.67   3.05   3.048   3.785   0.89   4.572
  C-640D-305-144   3.67   3.05   3.048   3.785   1.194   4.572
  C-640D-256-144   3.67   3.05   3.048   3.785   1.194   4.572
  C-640D-305-120   3.391   2.822   2.819   3.505   1.067   3.937
  C-456D-365-120   3.772   3.049   3.048   3.785   1.041   3.861
  C-320D-256-144   3.67   3.05   3.048   3.785   0.89   4.572
  C-456D-305-120   3.391   2.822   2.819   3.505   0.914   3.937
  C-456D-256-120   3.353   2.821   2.819   3.454   1.067   3.937
  C-456D-213-120   3.353   2.821   2.819   3.454   1.067   3.937
  C-320D-256-120   3.353   2.821   2.819   3.454   0.76   3.937
  C-320D-213-120   3.353   2.821   2.819   3.454   0.914 3.937
  C-228D-213-120   3.353   2.821   2.819   3.454   0.76 3.937
为了对本方案设计的稠油工况下和稀油工况下抽油机的技术性能有进一步的了解,采用在同种情况下与美国拉夫金公司同型号抽油机进行性能对比的方法。表示游梁式抽油机性能的主要指标是:①均方根功率(Nav):是游梁式抽油机的主要能耗指标,其值越小代表游梁式抽油机的节能效果越好;②平衡率(η):是代表游梁式抽油机平衡性的指标,平衡率越小抽油机的平衡性越好;③上冲程最小净扭矩(Mn上):代表游梁式抽油机上冲程过程中曲柄扭矩的最小值,上冲程净扭矩越小,抽油机上冲程过程中的能耗和受的冲击载荷越小;④下冲程最小净扭矩(Mn下):代表游梁式抽油机下冲程过程中曲柄扭矩的最小值,下冲程净扭矩越小,抽油机下冲程过程中的能耗和受的冲击载荷越小;⑤、上、下冲程曲柄净扭矩的绝对值(|Mng|):代表抽油机曲柄运转一周过程中曲柄净扭矩的最小值,其值越小,表示抽油机的整体节能效果越好及受的冲击载荷越小;⑥梁式抽油机游梁支承轴承水平力(R34):代表游梁式抽油机游梁支承轴承水平方向受的最大力,是对抽油机的可靠性影响较敏感的力,其值越小,表示抽油机结构稳定性越好;⑦连杆最大受力(R32):表示抽油机运转过程中连杆受的最大力,是对抽油机的可靠性影响较大的力,其值越小,表示抽油机可靠性越好;⑧交变载荷系数(CIf):表示抽油机减速器扭矩变化均匀程度的一个指标,其值越接近于1,表示抽油机扭矩变化越均匀。
为了进行主要性能指标的对比,用FORTRAN语言编制了抽油机性能分析程序。根据稠油工况下和稀油工况下给定的游梁式抽油机的尺寸,计算相应工况下的抽油机的主要性能指标,并将计算出的主要性能指标与同种情况下美国拉夫金公司的同型号抽油机的性能指标进行了对比。
                        表6  稠油工况下拉夫金公司API抽油机主要性能表
抽油机型号 Nav/kW η Mn上/(kN·m) Mn下/(kN·m) |Mng|/(kN·m) R32/kN R34/kN CIf
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-640D-305-168C-912D-365-144C-640D-365-144C-640D-365-168   33.18121.42311.79721.73617.90918.347   1.0231.0050.9720.9840.880.946   79.8566.8439.4867.6139.4640.37   87.6475.8139.3677.4337.5242.25   25.8716.4814.0920.5212.5310.28   319.79275.28256.7253.63254.14289.18   95.470.2566.174.0666.7965.29   1.5481.531.6651.5511.5041.541
  C-456D-305-168C-456D-305-144C-456D-256-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-365-120C-320D-256-144C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   14.17915.35214.40412.6422.77411.0566.45115.15115.52910.13724.7118.69311.03311.196   1.030.9091.0250.8721.0840.8410.7930.9540.8810.7861.1011.0430.9251.002   43.0135.2643.7342.4460.3622.421.2230.8935.9536.1738.8827.3732.9725.56   52.0835.1652.7937.6181.2118.0617.8735.3234.5530.6451.8831.3338.0427.06   8.838.649.8121.6720.417.0810.426.5310.4914.5111.126.718.4124.69   224.34212.79227.18242.45227.86228.17208.65133.57213.43194.03139.2170.4164.38169.1   49.4249.851.7674.168.7164.4352.3630.5655.1657.8240.6935.9841.7363.61   1.4711.5611.4941.7831.5132.0191.6231.481.5781.7081.3921.6041.4931.973
(一)稠油工况下游梁式抽油机主要性能指标的对比:首先计算了稠油工况下美国拉夫金公司同型号的抽油机的主要性能指标(如表6),接着计算了稠油工况下本设计方案的抽油机的主要性能指标(如表7),并将两种抽油机主要性能指标作了对比(表中,Nav为均方根功率,η为平衡率,Mn上为上冲程最小净扭矩,Mn下为下冲程最小净扭矩,|Mng|为上、下冲程曲柄净扭矩绝对值,R32为连杆最大受力,R34为游梁支承轴承最大水平力,CIf为交变载荷系数)。
                           表7  稠油工况下本方案API抽油机主要性能表
抽油机型号   Nav/kW η   Mn上/(kN·m)   Mn下/(kN·m)   |Mng|/(N·m)   R32/kN   R34/kN CIf
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-640D-305-168C-912D-365-144C-640D-365-144   27.69218.0348.73817.93814.623   0.9150.9670.9010.9240.735   62.9357.3723.7257.2725.23   73.1669.2729.9764.1928.11   11.453.164.815.126.55   238.22203.2189.55188.48190.57   76.5158.0552.6658.0854.25   1.2911.2871.2341.2811.229
  C-640D-365-168C-456D-305-168C-456D-305-144C-456D-256-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-365-120C-320D-256-144C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   14.43412.30312.14712.3038.75519.3788.3615.09513.3512.1517.42522.9327.1629.5067.226   0.8160.9640.7970.9640.871.0910.990.7430.940.780.6820.8631.070.8671.021   26.013924.793923.556.2817.1914.6127.9624.7623.7140.4322.1830.8121.28   32.0746.2628.3446.2629.3773.7220.0114.2633.1627.5822.9847.8227.7733.6226.34   3.991.512.261.515.623.176.293.811.462.714.113.931.331.110.74   208.14160.62150.6160.62190.43178.87181.04198.36124.3175.83154.06110.47137.75135.49112.34   53.8841.9239.6741.9254.4151.5949.3349.329.8647.4546.2832.1832.2835.7526.16   1.2131.2771.2341.2771.2361.2881.5251.2831.3041.2351.2511.2921.3211.2861.274
由表6和表7可以看出,本方案设计的稠油工况下抽油机的方案主要性能指标与拉夫金公司抽油机相比,均方根功率减少18.3%,平衡率下降0.06,上冲程最小净扭矩减少20.7%,下冲程最小净扭矩减少14.3%,最小曲柄净扭矩减少73.25%,连杆最大受力减少23.05%,游梁支承轴承水平受力减少20.65%,交变载荷系数减少0.32。因此,本方案设计的稠油工况下抽油机的方案主要性能指标明显优于拉夫金公司抽油机相应的性能指标。
(二)稀油工况下主要性能指标的对比:首先计算了稀油工况下美国拉夫金公司同型号的抽油机的主要性能指标(如表8),接着计算了稀油工况下本设计方案的抽油机的主要性能指标(如表9),并将两种抽油机主要性能指标作了对比
             表8  稀油工况下拉夫金公司抽油机主要性能表
抽油机型号   Nav/kW η   Mn上/(kN·m)   Mn下/(kN·m)   |Mng|/(kN·m)   R32/kN   R34/kN CIf
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-640D-305-168C-912D-365-144C-640D-365-144C-640D-365-168C-456D-305-168C-456D-305-144C-456D-256-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-365-120C-320D-256-144C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-120C-320D-213-120C-228D-213-120   64.7833.81626.06234.81819.84215.78712.99422.47321.47931.49631.26723.34810.7089.87612.60422.71122.1219.15711.3367.263   0.9720.9631.0020.8860.8140.8640.8330.8540.8780.8681.0130.8060.7361.0610.9671.0420.9680.9691.1121.098   82.9985.2856.125837.153.4847.7338.1150.969.6267.5452.1328.5733.2241.6646.8348.431.3334.5823.53   76.4585.8858.249.9328.4545.9540.7541.3147.8863.2372.7440.2325.2434.837.5150.8649.9630.7440.4326.08   29.3118.2116.2527.2815.3912.728.6930.428.3522.718.6617.9816.387.6613.7617.0112.367.5610.024.8   293.02276.96219.66270.38263.65325.04223.92222.6179.89204.13168.3206.7251.41159.14234.99166133.36197.93146.71132.78   94.1176.2661.1386.2968.8876.9553.038242.8467.3655.5266.1967.0738.8663.7753.3542.945.240.0430.29   1.5821.541.6211.5831.4181.4791.5122.0661.5751.71.6191.6181.6391.5491.5851.7121.6151.5831.6491.527
                           表9  稀油工况下本设计方案抽油机主要性能表
抽油机型号   Nav/kW η   Mn上/(kN·m)   Mn下/(kN·m)   |Mng|/(kN·m)   R32/kN   R34/kN CIf
  C-912D-365-168C-912D-305-168C-640D-305-168C-912D-365-144   29.56930.84123.63129.114   0.9320.9040.9070.827   64.5876.2549.2442.37   68.277.9450.1841.41   14.4711.9512.1614.5   308.93265.83210.57275.22   79.4269.6855.267.67   1.3411.4041.471.323
  C-640D-365-144C-640D-365-168C-456D-305-168C-456D-305-144C-456D-256-144C-640D-305-144C-640D-256-144C-640D-305-120C-456D-365-120C-320D-256-144C-456D-305-120C-456D-256-120C-456D-213-120C-320D-256-120C-320-213-120C-228D-213-120   16.62514.09211.30613.67519.44826.24427.19518.8429.5278.4310.27318.91719.3047.88310.0576.334   0.8110.7510.7880.9830.8290.8090.9911.0620.6181.0760.9341.0160.9390.9031.0491.104   26.8639.8340.4427.1246.8859.6961.9935.8426.6627.7431.0840.1845.3526.1732.8621.22   29.253535.9631.4243.3455.7565.2142.4920.2830.6533.0944.8845.5825.6435.6523.39   5.810.772.561.93.838.066.566.6411.31.855.667.463.884.15.851.29   280.15261.22250.59270.28205.33257.15220.2267.91228.16212.12267.2224.01187.75225.35175.42182.17   56.166.149.0143.1540.9159.0850.0257.9654.9636.557.8549.7340.8543.83830.33   1.1881.321.3171.2581.4271.4171.4081.3061.4591.3231.2921.4261.4081.3631.4631.331
由表8和表9可以看出,稀油工况下本方案设计的抽油机主要性能指标与美国拉夫金公司给定的同型号抽油机指标相对比,均方根功率减少20.8%,平衡率下降0.03,上冲程最小净扭矩减少16.7%,下冲程最小净扭矩减少11.8%,曲柄轴净扭矩减少55.4%,连杆最大受力增加11.7%,游梁支承轴承水平最大受力减少13.67%,交变载荷系数减少0.246。从主要指标上看,除连杆最大受力稍有增加外,大部分性能指标明显优于拉夫金公司给定的抽油机的性能参数。
本发明专利的具体实施方式是:由于很多油田的区块有相似性,所以抽油机的通用性也较强,针对某一特定的区块,在选配游梁式抽油机时,首先收集该区块足够样本的抽油机井示功图,同时收集对应各种功图的泵径、、下泵深度、沉没度、泵挂组合、含水率、原油粘度等资料,通过分析,得出适应于该区块的“模型示功图”,如果其功图与中原油田总结出来的稠油工况或稀油工况的“模型示功图”相似(见表1和表2),就可以直接按表3设计稠油工况下的API游梁式抽油机的四连杆机构的尺寸,按表4设计稀油工况下的API游梁式抽油机的四连杆机构的尺寸,就能得到性能较好的API游梁式抽油机产品。
附图1为该种API模块化抽油机的示意图。

Claims (3)

1、本发明专利涉及一种游梁式抽油机的设计方案
本设计方案的主要特征是:实践证明,游梁式抽油机的设计与油田的具体情况有密切关系,设计游梁式抽油机时盲目套用国外抽油机制造商推荐的尺寸或国标推荐的尺寸存在很多缺点,设计出的抽油机产品不能适应各油田的具体情况,因此,在抽油机的性能上达不到较好的效果,到目前为止,国内抽油机制造单位基本都是采用国外抽油机制造商推荐的尺寸(API抽油机)或国标推荐的尺寸(国标抽油机),或是人为的选择某一示功图进行设计,使设计出的抽油机的性能不理想。本设计专利采用对中原油田的抽油机井大量示功图在建立数学模型的基础上进行统计分析的方法,得出了适合类似中原油田这种区块的抽油机井“模型示功图”,“模型示功图”分稠油工况下的模型示功图与稀油工况下的模型示功图,根据模型示功图进行API游梁式抽油机的设计。
2、根据权利要求1所述的游梁式抽油机,根据对收集的中原油田示功图分析总结出的稠油工况下的API游梁式抽油机的“模型示功图”和稀油工况下的API游梁式抽油机的“模型示功图”,以游梁式抽油机四杆机构尺寸(曲柄半径R、连杆长度P、游梁后臂长度C、游梁后臂长度A、游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离I、游梁支承中心到减速器输出轴中心的垂直距离H-G)为设计变量,分别以上冲程扭矩因数最小、上冲程加速度最小、均方根功率最小、连杆拉力最小、游梁水平力最小为目标函数,按API常规抽油机的要求设定约束条件,利用网格法对多目标函数寻优,设计步长为平衡扭矩5KN.m、四连杆机构杆长0.01m,以多数目标函数为最优时的设计变量为优化目标,分别计算出在各目标函数最优的情况下游梁式抽油机曲柄平衡扭矩、平均功率、均方根功率、平衡率、上冲程最小净扭矩、下冲程最小净扭矩、最小曲柄净扭矩、最大连杆力、游梁中心支承处最大水平力、交变载荷系数、上冲程最大加速度、上冲程最小扭矩因素等性能指标,并计算出相应的抽油机四杆机构尺寸和曲柄平衡重,分别求出稠油工况和稀油工况下抽油机综合性能最优时的游梁式抽油机主体机构杆长尺寸,即曲柄半径R、连杆长度P、游梁后臂长度C、游梁后臂长度A、游梁支承中心到减速器输出轴中心的水平距离I、游梁支承中心到减速器输出轴中心的垂直距离H-G,根据这些尺寸,就可以设计出适合类似中原油田这种地质状况的游梁式抽油机产品。
3、根据权利要求2所述的游梁式抽油机,包括API抽油机20种常用机型的产品,制造单位在生产上述机型的游梁式抽油机产品时,如果适合类似中原油田这种具体状况,就可以得到较好性能的游梁式抽油机产品。
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