【摘要】：有桿抽油機驅(qū)動的抽油泵采油是當前國內(nèi)外應用最為廣泛的機械采油技術,但是傳統(tǒng)的柱塞或活塞抽油泵效率低下、適應范圍窄,對某些惡劣的抽油環(huán)境不適應,特別是隨著地下油田的不斷開采,出現(xiàn)了高含水、高含砂以及稠油井,甚至造成采油系統(tǒng)的提前報廢。而用螺桿泵采油能夠有效的克服上述缺點,特別適應于對高含砂以及稠油井的開采。為此,本文將傳統(tǒng)的往復上下直驅(qū)式的有桿抽油機與新型的桿螺桿泵結合,提出并設計一種基于抽油桿驅(qū)動的直旋螺桿泵。論文基于有桿抽油機提出了直旋螺桿泵的結構,通過價值分析原理對直旋螺桿泵進行性能價值分析與評價,從而選擇性能價值最好的直旋螺桿泵進行詳細設計與動力學性能仿真分析。論文主要工作為:(1)以游梁式抽油機為例介紹了有桿抽油機的主要組成,以及傳統(tǒng)活塞(柱塞)式抽油泵的工作原理,分析了傳統(tǒng)活塞泵或柱塞泵工作在“空抽”狀態(tài)以及抽汲含氣、含砂油和稠油時,使泵效率降低,以及可能損壞抽油泵零部件或設備的原因。進而基于直旋動力傳動機構設計了直旋單向旋轉(zhuǎn)的單螺桿泵,以及直旋往復旋轉(zhuǎn)的螺桿泵結構方案。(2)基于價值工程原理建立了直旋螺桿泵設計方案的性能價值指標體系、權重集以及性能價值的評價模型,并針對單向旋轉(zhuǎn)直旋單螺桿泵、單向旋轉(zhuǎn)直旋雙螺桿泵、往復旋轉(zhuǎn)直旋單螺桿泵以及往復旋轉(zhuǎn)直旋雙螺桿泵的結構方案進行了性能價值評價�；谠u價結果選擇了性能價值最高的直旋螺桿泵作為計算分析的具體結構方案。(3)介紹了基于性能價值評價所選擇的螺桿泵主要零部件結構及其特點;建立了往復旋轉(zhuǎn)雙螺桿泵的性能特性曲線,對直旋動力傳動機構、螺桿泵本體、同步齒輪傳動裝置等直旋螺桿泵的主要零部件,進行了理論機理分析和詳細的參數(shù)設計計算。(4)建立了基于抽油桿直驅(qū)的直旋往復旋轉(zhuǎn)雙螺桿泵系統(tǒng)的動力學數(shù)學模型;將系統(tǒng)數(shù)學模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間法描述的仿真模型,并對系統(tǒng)進行仿真,分析抽油桿及螺桿泵的運動速度、加速度以及螺桿泵轉(zhuǎn)子的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩等動力學特性的變化規(guī)律。
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE933.3
【圖文】：

抽油桿上下往復直線驅(qū)動抽油泵抽油系統(tǒng)稱為有桿抽油機抽油系統(tǒng)。有桿抽油機抽油逡逑系統(tǒng)主要由抽油機、抽油桿及抽油泵、環(huán)形套管以及井口裝置等組成。抽油機是深井有桿逡逑泵采油的地面主要設備。常見的抽油機是游梁式抽油機，由其組成的抽油系統(tǒng)如圖２．１所逡逑／Ｊｎ邋0逡逑－＊—６逡逑邐５逡逑—４逡逑３逡逑（＝＝）逡逑卜油層：２－抽油泵：３－油管：４－賽管：５－抽油桿；６－動液面：７－井口：邐８－計貴站：９－輸油管：１０－驢頭：ＩＩ－游梁：１２－連桿：逡逑１３－曲柄；１４－減速箱：１５－電動機逡逑圖２．１游j式抽油機抽油系統(tǒng)工作原理圖逡逑游梁式抽油機，主要由電機、游梁－連桿－曲柄機構、減速器、平衡重等部分組成。工逡逑作時，電機通過減速器將高速旋轉(zhuǎn)運動變換為曲柄軸的低速轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶逡逑動游梁和平衡重作上下往復擺動，游梁前端的“驢頭”為圓弧狀，使掛在“驢頭”上的懸繩器逡逑的鋼索總是垂直牽引抽油桿柱作ｔ沖程和下沖程的往復直線運動�！绑H頭”通過鋼索拖動抽逡逑油（光）桿上下運動，以驅(qū)動gc油泵gc汲石油到地面。“驢頭”及其驅(qū)動的抽油桿和抽油泵逡逑總成方與平衡重方的運動方向相反，且雙方力矩基本相等。一方勢能增加（升高）時，正逡逑好吸收另一方減少（降低）的勢能，以達到節(jié)能的效果。此時電機所輸出的功率主要消耗逡逑在機械摩擦耗能和提升油液的抽汲勢能上，故這類抽油機效率比較高。逡逑２．２基于抽油桿直驅(qū)的活塞（柱塞抽油）泵逡逑２．２．１活塞（柱塞）抽油泵的工作原理逡逑基于有桿抽油系統(tǒng)的傳統(tǒng)的抽油泵主耍為活塞（或柱塞）式抽油泵

逑抽油泵、防砂泵、防氣泵、抽稠泵、斜井泵以及深gc泵等，目前應用最廣泛的是常規(guī)抽油逡逑泵，也是最基礎的抽油泵。主要用于一般油井的石油抽汲，其原理如圖２．２所示。逡逑抽油桿Ｌ逡逑｜排汕球閥｜逡逑ｉｍｒ逡逑上沖程邐１進油球閥廣邐下沖ｓ逡逑圖２．２活塞式抽油泵工作過程逡逑當抽油機工作在上沖程時，抽油桿帶動活塞向上運動，在活塞及排油球閥上腔（桿管逡逑環(huán)空）內(nèi)的油液作用下使排油球閥處于關閉狀態(tài)，活塞及排油球閥下腔的泵腔容積逐漸增逡逑大，其內(nèi)壓力隨之逐漸降低而形成真空狀態(tài)。在真空負壓作用下，進油球閥打開，油液通逡逑過進油閥閥孔進入到泵腔內(nèi)，而活塞及排油球閥上方桿管環(huán)空內(nèi)的液體就被不斷地舉升到逡逑地面上來。逡逑當抽油機工作在下沖程時，抽油桿帶動活塞向下運動，活塞及排油球閥下腔內(nèi)的油液逡逑壓力升高，立即將進油球閥關閉，在活塞下腔內(nèi)液柱壓力大于上腔內(nèi)液柱壓力時，排油球逡逑閥打開，泵內(nèi)油液在壓力差作用下通過排油球閥流入活塞上部，進而使泵排出油液。逡逑抽油泵工作一個抽油周期就是活塞上下沖程往復運動一次。這樣周而復始地連續(xù)不斷逡逑將油液舉升到地面上來。逡逑２．２．２活塞（柱塞）泵在抽油系統(tǒng)中存在的問題逡逑在新開的油井中

為解決傳統(tǒng)柱塞（活塞）泵存在的上述問題，其工作原理是將抽油桿的往復直線運動逡逑變換為旋轉(zhuǎn)運動以驅(qū)動螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以抽汲石油。本論文提出基丁邋？抽油桿直驅(qū)的螺打gc逡逑油泵是一種新型的直旋螺桿泵，抽油桿直驅(qū)的螺桿泵傳動系統(tǒng)如圖２．３所示。系統(tǒng)由抽油逡逑桿、滾珠花鍵螺旋軸、滾珠花鍵導軌套、滾珠螺旋套、方向控制離合器以及螺桿泵轉(zhuǎn)子等逡逑組成。gc油桿在抽油機驅(qū)動下做往復直線運動，滾珠花鍵螺旋軸上開有沿橫截面圓周均勻逡逑分布的多頭（３？６頭）花鍵直線導軌滾道槽，以及與其交叉的多頭（３？６頭）滾珠螺旋滾逡逑道槽。由滾珠花鍵螺旋軸、滾珠花鍵導軌套、滾珠螺旋套、方向控制離合器以及花鍵滾珠逡逑和螺旋滾珠等組成滾珠直旋動力傳動機構。在靠近抽油桿附近處的滾珠花鍵導軌套作用逡逑下，通過球形滾珠防止?jié)L珠花鍵螺旋軸轉(zhuǎn)動，迫使其沿導軌做直線往復運動。做往復直線逡逑運動的滾珠花鍵螺旋軸，通過其螺旋滾道槽作用球形滾珠驅(qū)動滾珠螺旋套往復旋轉(zhuǎn)。若滾逡逑珠螺旋套往復旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動螺桿泵轉(zhuǎn)子往復旋轉(zhuǎn)抽汲石油，則螺桿泵為直旋往復旋轉(zhuǎn)螺桿逡逑泵；若往復旋轉(zhuǎn)的滾珠螺旋套帶動方向控制離合器驅(qū)動并控制螺桿泵轉(zhuǎn)子中向旋轉(zhuǎn)gc汲石逡逑油，則螺桿泵為直旋單向旋轉(zhuǎn)螺桿泵。逡逑￣￣．逡逑Ｉ－抽油桿２－滾珠花鏈螺旋軸３－滾珠花鍵導軌套逡逑４－滾珠螺旋轉(zhuǎn)旋垶５－方向控制離合器６－螺桿泵轉(zhuǎn)子逡逑圖２．３螺桿泵滾珠直旋傳動系統(tǒng)逡逑在有桿抽油機抽油系統(tǒng)圖２．丨中，只需將傳統(tǒng)的活塞（或柱塞）泵置換成直旋螺桿泵逡逑即可

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