直线电机驱动抽油机的试验研究

研制了1台推力为500N的圆筒型直线电驱动的抽油机样机。以此来试验研究圆筒形直线电机在抽油机上的工作特性及其控制系统、电机的固定与调整、抽油机的配重与平衡、刹车与扶正等。提出了研制各型直线电机驱动抽油机的可行性及在工业试验中需要继续完善的问题。     

直线电机抽油泵泵阀不同工况特点研究

直线电机抽油泵是一种新型高效节能的采油装备,目前尚处于研发阶段,泵阀总成是制约其工作效率提高的关键因素之一。为充分认识该系统泵阀工作行为与其他抽油机的不同,找出合理设计依据,运用计算流体力学方法对所设计的泵阀总成进行了三维数值模拟,计算结果正确反映了流场状态,得到了阀球运动规律。通过研究不同柱塞冲程和冲次参数组合情况下阀球运动,分析了泵阀总成的启闭和导向性能,得到了系统最佳设计参数。     

直线电机作为井下泵动力系统的设想

直线电机作为井下泵动力系统可以有效地提高抽油系统的效率,由于在系统中去掉了抽油杆,从而彻底解决了杆管磨损的难题。将圆筒型直线电机与井下泵组合成机电一体化产品的设想,使整个系统的结构变得简单而易于控制。分析了圆筒型直线电机的性能及其作为井下泵动力系统的优势和应用前景,提出了直线电机结构改进方向。根据现场实际情况对方案进行了计算论证,结果表明,直线电机作为井下泵动力系统项目研究将为石油矿场开发提供一项新的开采技术和方法。     

直线电机驱动往复泵流量压力变化规律试验研究

作为往复泵的动力源,直线电机结构简单,运动平稳,精度高,理论上可以消除往复泵输出流量和压力的波动。设计了直线电机驱动往复泵试验台,利用数据采集装置,分别采集了不同工况下能够真实反应泵的实际工作性能的各缸和总管的输出流量和压力信号。由数据分析得出,往复泵输出流量稳定,压力波动较小。与理论分析相比较,找出了影响流量和压力特性的因素,为设计、改造和利用直线电机驱动往复泵提供依据。     

直线电动机-抽油泵系统设计与试验效果分析

鉴于直线电动机能直接产生直线往复运动而不需要中间机构,具有传动刚度高、动态响应快、定位精度高和行程不受限制等优点,成功研制了直线电动机-抽油泵系统。讨论了直线电动机-抽油泵系统结构、柱塞泵结构和控制系统等的设计。现场试验表明,直线电动机无论对有杆泵的地面改造,还是对井下电潜泵的改造,均有利于减小传动机构空间尺寸,用直线电动机直接驱动井下抽油泵泵效高。但直线电动机工作特性、柱塞泵结构及最佳工作参数的确定须从电动机和泵的结构设计入手,改变系统的工作方式,从而发挥直线电动机直接驱动的优势。     

直接驱动直线电磁抽油机系统的研究及试验

能耗在采油成本中占有相当大的比重。此外,游梁式抽油机系统还存在传动链长、柔性差、在长冲程时体积和重量巨大、系统效率低等问题。针对这些问题,提出了以直接驱动为目的的直线电磁抽油机的设计方案。根据有杆抽油机系统的载荷特性,以多相无刷直流直线电机为驱动元件,设计了直线电磁抽油机系统的总体结构,并研制了小比例模型样机系统,进行了现场试验,结合有杆抽油系统的抽油杆柱的力学和数学模型,进行了直线电机驱动的直线电磁抽油机系统的仿真研究。理论分析和试验结果表明了新系统的可行性和有效性。     

组合抽油泵折算刚度的试验研究

试验测定了Ф２８ｍｍ组合抽油泵在不同预紧力矩、不同横向载荷作用下的横向变形及柱塞拉动的灵活性。经最小二乘法处理测试数据，获得了组合抽油泵的折算刚度计算式。为定向井、水平井应用组合抽油泵时确定能够通过的最大井眼造斜率及下行阻力等有关参数提供参考。     

井下直线电动机采油技术试验研究

针对常规抽油机井杆管偏磨的问题,结合细长筒状直线电动机,研究设计了一种利用直线电动机驱动的无杆采油技术。完成了采油工艺方法的设计,确定了抽油泵驱动系统的基本技术参数,设计了配套的单向作用管式抽油泵。在室内对直线电动机进行了耐压性能测试,结果显示该电动机耐压达到25MPa;对电动机进行了温升测试,电机在空载运行情况下,其温稳定值为35K,满足了现场的要求。对直线电动机的推力进行测试,结果显示推力达到20kN。在地面模拟井内对该采油系统进行了可靠性测试,测试结果为井口回压15MPa情况下机组正常工作500h,电动机可靠性较好,达到了进入现场试验的要求。     

直线电机往复泵采油技术研究与试验

进行了直线电机往复泵配套直线电机的选型分析,确定电机主要运行指标技术要求,完成电机高压密封及配套抽油泵的设计。针对采油系统的工作特点,开发了工况监测系统,通过对运行电流、功率的监测实现电机运行状况的分析,同时设计了井下电机的温度监测系统,通过监测电机初级线圈温度实现对电机的保护。通过电参数监测实现采油系统工况的监测与分析。对直线电机采油系统进行了室内性能测试,在地面试验井内测试整套系统的运行可靠性。测试结果显示电机拉力达到20.8 k N,承压达到25 MPa,在地面试验井内正常运转500 h。开展了3口井现场试验,最大井深1 659 m,最小液量2.33 m3/d,试验后平均系统效率24.6%,节电率达到29.0%,电机温度及系统工况监测工作正常,远程能够对电机生产参数进行调节。     

直线电动机驱动的大排量潜油抽油泵及其应用

为提高机械采油系统效率,开发了直线电动机驱动的大排量潜油抽油泵。这种抽油泵由双作用柱塞泵和直线电动机2部分组成,双作用柱塞泵置于直线电动机下端,由直线电动机的动子带动其柱塞上下运动进行采油。介绍了装置的结构组成、工作原理和技术参数,对其关键构件大推力直线电动机、电动机保护器和双作用抽油泵的结构和性能特点做了简要的分析。大庆油田2口井的现场试验结果表明,直线电动机驱动的大排量潜油抽油泵可以明显提高机械采油系统的系统效率,节约电力能源,降低生产成本,是一种值得推广的节能采油设备。     

游梁式抽油机与直线电机抽油机

游梁式抽油机利用电能转换为旋转运动,减速后再经四连杆机构转换为直线往复运动,其传动系统能量损失高达28%,加上旋转特性造成启动扭矩大,系统效率一般不超过30%。直线电机抽油机将电能直接转换为直线往复运动,简化了机械传动过程,有效地提高了效率,经测试节能可达54%,而且加大冲程时整机外形尺寸和重量都增加得很少,特别是抽汲参数可无级调整,为实现自动控制及满足采油工艺要求提供了条件,是一种很有发展前途的新型抽油机     

直线电机抽油机悬点运动规律

针对直线电机抽油机悬点运动规律进行了理论分析,认为直线电机抽油机的悬点运动规律可以应用分段函数来表示;建立了描述直线电机抽油机悬点运动规律的数学模型,并进行了验证。直线电机抽油机上冲程初期具有一个加速段,下冲程初期具有一个减速段,二者之和约占整个周期的30％左右,其余时间是匀速运动。     

游梁式抽油机和电动机配套选择模板研究

根据电动机运行机械特性与抽油机负载特性相互配合的理论，通过对影响电动机功率选择的各项因素进行分析，建立了游梁式抽油机电动机配套选择模板，通过对模板的现场试验，有效提高了电动机运行载荷率和功率因数，降低了电动机的损耗，为油田应用和配套选择电动机提供了科学依据。     

对混合杆柱抽油泵柱塞的超行程的讨论

分析讨论了国内一些学者解等直杆波动方程后把等直杆不同长度抽油杆柱的固有频率认为是多级 抽油杆柱的固有频率的错误概念,指出柱塞的惯性超行程形成是有条件的,不是“任何抽油杆柱在理论 上都可能产生超行程,只是大小不同而已”。惯性超行程是与冲次平方呈正比增长,但增加冲次对于抽油 整体特性来说产生了较多的负面影响,试图用增加冲次的方式来增加柱塞的有效冲程是不足取的。     

抽油机传动效率试验分析与应用

为获得抽油机各传动部件的精确传动效率模型,分别在室内电动机工作性能试验台和模拟试验井上模拟实际工况,进行试验测试与研究。通过对测试的电参数、转矩和转速的拟合处理,获得了电动机、皮带、减速箱和四连杆等部件的传动效率函数,并使用本函数计算了各部件在特定工况下的瞬态传动效率曲线,为抽油机优化设计与综合评价提供技术支持。     

游梁抽油机节能电机选择方法的讨论

中国多数油田开发已经进入中后期，采油成本不断增加，因此游梁抽油机电机节能是倍受关注的问题。近年来，有各种各样的节能电机在油田得到广泛的应用。使用中出现了一些新问题，比如同一种电机在不同的油井节能效果大不相同，同一口井不同的节能电机节能效果也不同。这就提出了一个新问题——如何选择节能电机。游梁抽油机是一个复杂系统，节能效果不仅取决于系统本身，还取决于油井工况。文中讨论如何根据油井工况合理地选择节能电机，以取得应有的节能效果。     

一种基于单片机的抽油机SVPWM控制系统研究

油田使用的采油设备主要是游梁式抽油机,其电机均使用三相异步感应电机。为了提高抽油机的运行效率,节约能源,介绍了一种采用新型电压空间矢量PWM控制技术来控制抽油机电机的方法。该方法对电动机电压空间矢量实施控制,直接从维持磁链轨迹为圆的角度出发,通过调控逆变器的开关状态,选择出合适的电压空间矢量,从而得到尽可能逼近圆形的磁链轨迹。与传统的PWM方法相比,可以减小电机低频的转矩脉动和谐波电流损耗。经过检验,证明采用该电压空间矢量PWM控制技术控制抽油机电机可提高其电源电压的利用率,从而实现较好的节能效果。     

直线电机抽油机与游梁式抽油机工作性能对比

传统的＂机、杆、泵＂系统受抽油机结构和运行规律等条件的制约,冲程短、动载大、深抽效率低。直线电机抽油机克服了＂大马拉小车＂的现象,实现了长冲程、低冲次和抽汲参数的无级调整。研究了直线电机抽油机的工作性能及其对抽油系统的影响,并与游梁式抽油机进行对比,为＂三抽设备＂的优选提供理论支持。     

盘式电机驱动自平衡游梁抽油机设计

针对常规游梁式抽油机的驱动系统效率提升空间有限,能耗整体偏高等问题,提出了盘式电机驱动自平衡游梁式抽油机的结构方案。采用盘式永磁电机直接驱动减速器,不需要皮带传动,从而提高地面系统效率; 利用永磁电机的变频调速特性,并结合游梁尾部设计的自动调平衡装置,形成了一套自平衡式抽油机控制方案。根据直驱抽油机对电机尺寸和效率的要求,对盘式电机结构进行优化设计,电机效率可达93.8%。提出 “粗精结合”的自平衡调节方案,以曲柄平衡调节为主、游梁自动平衡调节为辅,建立了根据功率平衡度自动调节平衡的控制策略,实现了抽油机无极调速。电机测试和抽油机现场试验表明:运行过程中盘式永磁电机性能稳定,带动抽油机整体运行平稳可靠,日耗电量下降19.5%,具有良好的节能效果。     

电动机直驱抽油机的研制及试验

为提高抽油机系统效率,节约电能,满足油田新的开采需求,研制了电动机直驱抽油机。该抽油机将永磁同步电动机悬挂式安装,电动机输出轴与天轮总成轴通过花键联轴器直接连接,省去了减速器和换向机构;特殊胶带绕过天轮总成和导轮总成,一端连接悬挂器,另一端连接配重箱。永磁同步电动机在通入低频电流后,转子做低速正、反转运动,直接通过特殊胶带带动抽油杆做往复直线运动,举升井内液体。现场试验结果表明,电动机直驱抽油机启动电流小,冲程冲次无级可调,有助于提高泵效,比常规游梁式抽油机节电20%左右。