毕业设计（论文）-游梁式抽油机的建模及自动控制

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1、西安石油大学本科毕业设计（论文）1前言1.1研究游梁式抽油机建模和自动控制的目的自从100多年前，以燃烧石油制品为动力的机器诞生以来，对石油的需求量飞速增长，也为石油工业发展提供了契机。随着采油业的发展，产生了被广泛使用的油井抽油设备——抽油机。抽油机的种类繁多，技术发明有几百种。从采油方式上分为两类，即有杆类采油设备和无杆类采油设备。有杆类采油设备又可分为抽油杆往复运动类(国内外大量使用的游梁式抽油机和无游梁式抽油机)和旋转运动类(如电动潜油螺杆泵)；无杆类采油设备可分为电动潜油离心泵，液压驱动类(水力活塞泵)和气举采油设备[1]

2、。我国油田不像中东油田那样的自喷能力，多为低渗透的低能、低产油田，大部分油田靠注水压油入井，在用抽油机把油从底层中提取上来[2]。以水换油或以电换油是我国油田的现实，因而电费在我国的石油开采中占相当大的比例，所以，石油行业十分重视节约电能[3]。目前，我国抽油机保有量为10万台以上，电动机装机总容量3500MW，每年耗电量为百亿kWh。抽油机的运行效率特别低，在我国平均效率为25.96%，而国外平均水平为30.05%，年节能潜力可达几十亿kw·h。除了抽油机之外，油田还有大量注水泵、输油泵和潜油泵等设备，总耗电量超过油田总电量的80

3、%，可见，石油行业也是推广“电机系统节能”的重点行业[4]。抽油机在油田使用量大，而负载率普遍偏低，功率因数更低，电能的无谓浪费严重，节能降耗潜力巨大。所以如何节能和提高抽油机系统的自动化程度是油田长期要解决的问题。本课题的目的就是通过对游梁式抽油机工作原理的分析，建立游梁式抽油机的模型。基于变频调速节能降耗的思路，设计一种抽油机的自动控制系统，实现抽油系统的自动化控制。通过对游梁式抽油机模型的研究并进行仿真。1.2抽油机的现状和发展趋势1.2.1抽油机的现状在油田开采生产中，抽油机将地下原油抽汲到地面的动力设备。抽油机节能是全世界

4、所关注的事情，对于我国来讲，节能具有更大的现实意义。我国每年机械采油耗电量达40～50亿kW·h，是一个相当可观的数字[5]。实测结果表明，我国在用的抽油系统(抽油机、抽油杆、抽油泵)的总效率只有16%～23%，有的甚至更低。这就客观上要求我国应大力发展和推广应用高效、节能、可靠性高的抽油机，加速开发新型节能抽油机，基本停止常规抽油机的生产，并且加强对在役常规抽油机的节能改造[6]。1．我国节能游梁式抽油机的现状随着油田的开发，抽油机的投入量日益增加。提高抽油机效率，40西安石油大学本科毕业设计（论文）降低抽油机的能耗问题显得越来越

5、突出，于是各式各样的新型抽油机便应运而生[7]。目前，我国生产抽油机的厂有十几家，产品主要是以游梁式抽油机为主，约占抽油机总数的98%～99%，其研制和开发的各种节能型游梁式抽油机，如偏置式节能抽油机(又称“异相机”)、双驴头异型抽油机、偏轮式高效节能抽油机等均已在全国各油田得到一定推广应用，并取得了显著的经济效益，并且还有很多不同方式节能是抽油机[8]。其中：(1)偏置式节能抽油机，一般可节约电耗15%～35%。(2)双驴头异型抽油机，比常规抽油机提高系统效率30%以上。(3)偏轮式高效节能抽油机，一般可节约电耗30%～50%。(

6、4)气动平衡式抽油机，一般节约电耗30%～50%。(5)前置式抽油机，一般节约电耗36%。(6)链条是抽油机，一般节约电耗30%~40%。据统计，截止到2011年11月，大庆油田在役抽油机总数为44049台，其中节能型抽油机仅有12717台，占抽油机总数的31.7%。在节能抽油机中偏置式抽油机8258台，双驴头异型抽油机3522台，低矮型抽油机1736台，偏轮式高效节能抽油机265台，摆杆抽油机342台。随着油田开发逐步进入中、后期的高含水采油阶段，要求抽油机的冲程越长越好，使得相当一部分在役常规游梁式抽油机被列入淘汰之列。因此，从

7、抽油机的增程和节能出发，有必要对油田广泛使用的几种节能型游梁式抽油机的性能进对比分析，为现场在役抽油机的更新换代机以及规游梁式抽油机的改造提供依据。2．国外抽油机的现状目前，世界上生产抽油机的国家主要有美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等[9]。为了减少能耗，提高采油经济效益，近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。例如异相型抽油机节电15%~35%；前置式抽油机节电36.8%；前置式气平衡抽油机节电35%；轮式抽油机节电50%~80%；大圈式抽油机节电30%；自动平衡抽油机节电30%~50%；低矮型抽油机节电5%~20%；ROT

8、AFLEX抽油机节电25%；智能抽油机节电14%；螺杆泵采油系统节电40%~50%[10]。近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果，使抽油机得到更精确平衡。近年来，为了节约能耗、提高采油经济效益，国外研制与应用了许多节能型抽油机，