[發(fā)明專利]一種游梁式抽油機(jī)與電動機(jī)合理匹配方法

有效

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• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103500247A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮子明;姜民政;李紅梅;劉維凱;董康興;顧慧彬
• 申請（專利權(quán)）人: 東北石油大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 曹愛華

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一、?????技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及的是游梁式抽油機(jī)采油工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種游梁式抽油機(jī)與電動機(jī)合理匹配方法。

二、背景技術(shù)：??

游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用，在機(jī)械采油設(shè)備應(yīng)用中具有主導(dǎo)地位。但是由于游梁式抽油機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)負(fù)扭矩、周期性波動或平衡不好時的超扭矩等狀況，因此許多油田的簡便措施是提高電動機(jī)的裝機(jī)功率，即“大馬拉小車”，造成了能源的極大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計我國有機(jī)采井16萬口之多，僅大慶油田就有5萬多口。機(jī)采井耗電量占整個油田耗電的三分之一，機(jī)采井的效率普遍偏低，有些甚至低于15%，這已經(jīng)嚴(yán)重影響油田的綜合開發(fā)效益及可持續(xù)發(fā)展。因此，加大節(jié)能減排力度，降低機(jī)采井系統(tǒng)能耗勢在必行，而合理有效的游梁式抽油機(jī)與電動機(jī)合理匹配方法與流程是解決“大馬拉小車”問題有效方法之一。

目前，全國各油田應(yīng)用于游梁式抽油機(jī)的驅(qū)動電動機(jī)種類和型號多，例如三相異步、雙功率、高轉(zhuǎn)差率、永磁同步電機(jī)，其工作特性互不相同，目前常用的游梁式抽油機(jī)種類也較多，常用的常規(guī)機(jī)、異相型、下偏杠鈴、雙驢頭等。各油田各采油廠對不同類型抽油機(jī)與不同電動機(jī)選配的原則和方法都不同，沒有一個清晰的合理匹配的理論，多來自試驗(yàn)和工作經(jīng)驗(yàn)，定性指導(dǎo)居多。而抽油機(jī)與電動機(jī)的合理選配不但可以減少對抽油機(jī)的動力沖擊，提高系統(tǒng)效率，解決“大馬拉小車”等問題。考慮到目前沒有一種使用方便、普適性強(qiáng)的電動機(jī)選配方法，因此從基礎(chǔ)理論研究出發(fā)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真計算建立一套適合油田復(fù)雜抽汲工況的電機(jī)合理匹配原則和方法，具有重要的工程應(yīng)用價值。

三、發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的一個目的是提供一種游梁式抽油機(jī)與電動機(jī)合理匹配方法，它用于解決抽油機(jī)工作特性與電動機(jī)工作特性匹配不合理的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：這種游梁式抽油機(jī)與電動機(jī)合理匹配方法，

步驟一、建立抽油機(jī)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包括抽油機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)尺寸、抽油機(jī)各運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)動慣量、傳動比；被匹配井初始抽汲參數(shù)：沖程、沖次、泵掛、泵徑；測試被匹配井的工況參數(shù)：油壓、套壓、含水率、動液面、原油密度、原油粘度，上述數(shù)據(jù)庫用于在進(jìn)行抽油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動和動力計算時調(diào)用相關(guān)參數(shù)；

步驟二、建立電動機(jī)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包括電動機(jī)類別、型號；三相異步電動機(jī)、雙功率電動機(jī)、高轉(zhuǎn)差電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)的工作特性參數(shù)，所述的參數(shù)由室內(nèi)電機(jī)特性實(shí)驗(yàn)平臺測試得到，通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納擬合分析，得到各電機(jī)的特性函數(shù)，所述測試得到的工作特性參數(shù)包括從0kW功率測試點(diǎn)到2倍電動機(jī)額定功率測試點(diǎn)，一共15個工況點(diǎn)的相應(yīng)測試值；

步驟三、建立桿管數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包括桿管的桿管的強(qiáng)度、級數(shù)、直徑、長度；

步驟四、進(jìn)行抽油機(jī)四連桿運(yùn)動計算，

懸點(diǎn)速度和加速度計算公式為；????????????????????????????????????????????????

懸點(diǎn)位移計算公式為；；

步驟五、計算抽油機(jī)井懸點(diǎn)載荷，

?桿管液一維波動方程為；

阻尼根據(jù)A.M.皮爾維爾江的阻尼力公式推導(dǎo)出的阻尼公式計算，如下所示；

；式中；，m為油管內(nèi)徑與抽油桿直徑之比；??????????

步驟六、計算減速箱扭矩，

減速箱輸出軸凈扭矩；

電動機(jī)輸出軸扭矩；；

步驟七、計算驅(qū)動電動機(jī)輸入端參數(shù)，輸入端參數(shù)包括輸入電流、輸入功率、功率因數(shù)、效率、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速；

步驟八、重復(fù)步驟七分別進(jìn)行三相異步電動機(jī)、雙功率電動機(jī)、高轉(zhuǎn)差電動機(jī)和永磁同步電動機(jī)四個類別的11?kW、15?kW、18.5?kW、22?kW、30?kW、37?kW、45?kW、55?kW、75?kW各一臺電動機(jī)輸入端參數(shù)的計算；

步驟九、將被匹配抽油機(jī)井與電動機(jī)進(jìn)行合理匹配，把步驟八計算結(jié)果與標(biāo)配電動機(jī)方案進(jìn)行對比，經(jīng)過約束條件的篩選后，按綜合節(jié)電率值的大小進(jìn)行排序，綜合節(jié)電率最高的方案即為優(yōu)選出的“機(jī)-電”合理匹配方案，

綜合節(jié)電率以標(biāo)配電動機(jī)為計算依據(jù)，公式為；

目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

式中；

——計算目標(biāo)函數(shù)的一系列相關(guān)參數(shù)；

——計算目標(biāo)函數(shù)的計算函數(shù)；

——綜合節(jié)電率（%）：；

——有功功率（kW）；

——無功功率（kar）；