發(fā)布時(shí)間：2020-04-09 18:38

【摘要】：隨著世界科技的發(fā)展,人們對(duì)石油能源的需求只增不減。目前大多數(shù)需要人工舉升的油井均依靠有桿式類別的游梁式抽油機(jī)進(jìn)行采油。游梁式抽油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),但它采油所消耗的電能占油田總電能消耗的40%以上。造成耗能嚴(yán)重的原因是波動(dòng)率較大的負(fù)載增加了電動(dòng)機(jī)選型的裝機(jī)功率,導(dǎo)致電機(jī)具有較低的負(fù)載率與效率。據(jù)統(tǒng)計(jì),抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)在一個(gè)完整工作周期內(nèi)的平均功率因數(shù)僅為0.448,效率不到50%。因此,游梁式抽油機(jī)的低負(fù)載率與耗能嚴(yán)重問題亟待解決。通過對(duì)國內(nèi)外大量文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀與分析,目前針對(duì)游梁式抽油機(jī)的節(jié)能手段主要有改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)、采用節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備與采用節(jié)能控制器,其中,由于我國油田大多數(shù)采用的均為游梁式抽油機(jī),將抽油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整不易于國內(nèi)大范圍的普及,適用性較弱;采用節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備與節(jié)能控制器固然可以起到一定的節(jié)能效果,但對(duì)負(fù)載率的平衡效果有限,未完全發(fā)掘節(jié)能潛力,且無法有效抑制倒發(fā)電現(xiàn)象�；谝陨戏治�,本文設(shè)計(jì)了基于液壓混合動(dòng)力的游梁式抽油機(jī)輔助節(jié)能系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅可以對(duì)全國大范圍的游梁式抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能使用推廣,而且可以有效回收驢頭勢(shì)能,改善系統(tǒng)負(fù)載率及效率,實(shí)現(xiàn)大幅節(jié)能。本文的研究內(nèi)容如下:首先分析了游梁式抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理,推導(dǎo)了抽油機(jī)結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系并得到驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,通過對(duì)懸點(diǎn)所受靜載荷與動(dòng)載荷進(jìn)行分析與求解,繪制示功圖;繼而對(duì)抽油機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析,求解曲柄軸的扭矩變化規(guī)律。選取某型號(hào)抽油機(jī)作為研究對(duì)象,于Pro/E中進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模,并導(dǎo)入Adams軟件中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真,得到游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律與曲柄軸扭矩變化規(guī)律曲線,為后文的建模與仿真奠定基礎(chǔ)。為了保證節(jié)能系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適用性,對(duì)液壓節(jié)能系統(tǒng)采用并聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)。液壓混合動(dòng)力節(jié)能系統(tǒng)可以收集驢頭下沖程釋放的勢(shì)能,并將其在上沖程時(shí)進(jìn)行釋放,緩解了電動(dòng)機(jī)軸的等效負(fù)載波動(dòng)率較大的情況。對(duì)液壓節(jié)能系統(tǒng)的核心元件進(jìn)行建模;以電機(jī)能耗最低為目標(biāo)函數(shù),根據(jù)變量初始值與變化范圍,采用模擬退火算法對(duì)混合動(dòng)力節(jié)能系統(tǒng)關(guān)鍵元件進(jìn)行參數(shù)匹配,得到參數(shù)優(yōu)化結(jié)果。根據(jù)所述液壓系統(tǒng)節(jié)能原理與關(guān)鍵元件的數(shù)學(xué)模型,在AMESim中進(jìn)行模型建立;采用Adams與AMESim聯(lián)合仿真方法實(shí)現(xiàn)負(fù)載模擬計(jì)算。通過分析仿真結(jié)果證實(shí)液壓節(jié)能系統(tǒng)的參數(shù)匹配與優(yōu)化效果良好,節(jié)能效果顯著,有效降低了電機(jī)軸負(fù)載的等效扭矩與電機(jī)的裝機(jī)功率,大幅提升電機(jī)效率,節(jié)省了近25%的電能。為了簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)輸入?yún)?shù),提高系統(tǒng)可靠性及降低工程信號(hào)采集成本,建立最簡(jiǎn)控制模型�；陔姍C(jī)能量流的數(shù)學(xué)模型,采用遺傳算法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化辨識(shí),并通過Simulink進(jìn)行理論模型搭建,結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證最簡(jiǎn)控制模型可行性。最簡(jiǎn)控制模型可以把MISO系統(tǒng)簡(jiǎn)化為SISO系統(tǒng),提高控制器響應(yīng)速度,降低系統(tǒng)故障發(fā)生率,具有極大工程實(shí)踐意義。
【圖文】：

目前的石油汲取主要來自陸上油田，我國共有約 70000 多口陸上采油井去其中少量的自噴井外，大多數(shù)人工舉升油井均通過抽油機(jī)進(jìn)行機(jī)械手段。因此，采油方式主要有兩種：一是自噴井的自噴采油，其汲取原理是通然力量將原油進(jìn)行舉升；二是人工舉升采油，由于大多數(shù)油井的油液無法自然能量完成自噴，所以需要人工施加能量將這些石油進(jìn)行汲取。目前需用人工舉升采油的油井占總油井?dāng)?shù)目的 90%，而在這些油井中，有 90%的采用了抽油機(jī)等配套設(shè)備進(jìn)行原油采集。抽油機(jī)分為有桿式和無桿式兩大類中有桿式抽油機(jī)占抽油機(jī)總數(shù)的 85%以上。有桿式抽油機(jī)可以根據(jù)是否具梁的結(jié)構(gòu)特征再進(jìn)一步細(xì)分，無游梁式抽油機(jī)具有較多不易解決的技術(shù)缺成本高、制造難度大、部分零件使用壽命短等，反之，游梁式抽油機(jī)因其簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性能較好等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)主要有桿式抽油機(jī)份額。詳細(xì)油方式比例如圖 1.1 所示。

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文梁式抽油機(jī)實(shí)物如圖 1.2 所示，其驅(qū)動(dòng)原理是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)減構(gòu)，從而將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本�運(yùn)行。在運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)變過程中，能量傳動(dòng)連接，具有一定的能量傳遞消耗，，但該消耗的部分占總消耗抽油機(jī)大部分的電能損失主要由電動(dòng)機(jī)的輕載運(yùn)行所導(dǎo)致，驢頭曲柄軸上的等效扭矩平均值約為最大值的三分之一左右，波動(dòng)率致抽油機(jī)的工作負(fù)載特性曲線與電動(dòng)機(jī)的特性無法合理匹配。目式抽油機(jī)均采用普通三相異步電機(jī)，為保證電機(jī)提供足夠轉(zhuǎn)矩，凈扭矩峰值選型，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率選擇過高，電機(jī)長時(shí)間狀態(tài)，效率較低，加劇能耗。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE319;TE933.1

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本文編號(hào)：2621121