基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法與流程
2023-10-06 10:29:24
本發明涉及一種遊梁式抽油機運行方法，特別是基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法。
背景技術：
自誕生至今，在世界範圍內遊梁式抽油機的運行方式始終都是電機驅動曲柄進行持續性單向旋轉運動、進而通過四連杆機構以及驢頭的傳遞、帶動光杆完成全行程上下往復直線運動，也就是說，在現有運行方式條件下，只要進入運行狀態，遊梁式抽油機的光杆就只有全衝程運行一個結果。若要實現抽油機井無抽汲效果，只有通過停機途徑或抽油機的實際運行衝程小於杆管柱彈性靜變形範圍的途徑來實現；而在現有運行運行方式條件下，遊梁式抽油機井停抽期間不可能將抽油機的衝程調整到小於杆管柱彈性靜變形範圍之內，因此實現無抽汲效果的唯一途徑只能是完全停機。抽油機井完全停機造成一下兩方面無法解決的致命問題：第一、在停機狀態下重新起機時必須有人值守，否則極易造成人畜的傷亡； 第二、由於在停機等待過程中井口處的光杆處於完全靜止狀態，井口附近油管內液體處於完全靜止狀態，缺乏流動或攪動，因此很容易造成冬季井口凍堵現象。
技術實現要素：
針對遊梁式抽油機因停機而引發的兩個技術問題，本發明是基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，該方法充分利用井下杆管柱彈性變形不可忽略的特性，實現只要抽油機懸點的往復運動範圍保持在井下杆管柱彈性靜變形長度範圍內，井下往復泵柱塞與泵筒就將保持無相對運動的技術效果，從而實現抽油機不停機而抽汲工作暫停的技術目的，避免因抽油機停機而引發的人畜傷亡事故以及井口凍堵等隱患問題的發生。
本發明的目的是這樣實現的：基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在井下往復泵柱塞與泵筒保持無相對運動的條件下，遊梁式抽油機的曲柄做非整周有規則或無規則往復運動，所述的有規則運動，是指曲柄按照固定的擺幅與擺動周期做正反雙嚮往復運動；所述的無規則運動，是指曲柄的擺幅在允許的範圍內變化或曲柄的擺動周期變化。
上述基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在井下往復泵柱塞與泵筒保持無相對運動的條件下，曲柄的運行範圍限定在以下三種情況中的一種：
A、情況一、懸點往復運行範圍內的一個位置為A0，對應曲柄位置為B10或B20；在井下杆管柱的彈性靜變形長度範圍內，A0點之上的一個位置為A1，且A1低於抽油機懸點的上死點位置AH（對應曲柄位置為BH），此時，A1對應曲柄位置為B11或B21；A0點之下的一個位置為A2，且A2高於抽油機懸點的下死點位置AL（對應曲柄位置為BL）、同時A2和A1之間的距離為井下杆管柱的彈性靜變形長度，此時，A2對應曲柄位置為B12或B22；則曲柄運動軌跡限定為：包括B10的B11和B12之間或包括B20的B21和B22之間有規則或無規則運動；
B、情況二、懸點往復運行範圍內的一個位置為A0，對應曲柄位置為B10或B20；在井下杆管柱的彈性靜變形長度範圍內，A0點之上的一個位置為抽油機懸點的上死點位置AH（對應曲柄位置為BH）；A0點之下的一個位置為A2，且A2高於抽油機懸點的下死點位置AL（對應曲柄位置為BL）、同時A2和AH之間的距離為井下杆管柱的彈性靜變形長度，此時，A2對應曲柄位置為B12或B22；則曲柄運動軌跡限定為：包括BH的B12和B22之間有規則或無規則運動；
C、情況三、懸點往復運行範圍內的一個位置為A0，對應曲柄位置為B10或B20；在井下杆管柱的彈性靜變形長度範圍內，A0點之上的一個位置為A1，且A1低於抽油機懸點的上死點位置AH（對應曲柄位置為BH），此時，A1對應曲柄位置為B11或B21；A0點之下的一個位置為抽油機懸點的下死點位置AL（對應曲柄位置為BL）、同時AL和A1之間的距離為井下杆管柱的彈性靜變形長度；則曲柄運動軌跡限定為：包括BL的B11和B21之間有規則或無規則運動。
進一步地
在B、情況二中，曲柄運動軌跡包含BH點；
在C、情況三中，曲柄運動軌跡包含BL點。
進一步地，曲柄繞抽油機全系統穩定平衡位置運動。
以上基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，所述的曲柄有規則或無規則運動，包括具有間歇性特徵的暫停。
以上基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，所述的井下杆管柱的彈性靜變形長度為沉沒壓力經驗值對應的井下杆管柱的彈性靜變形長度值。
有益效果：本發明「在井下往復泵柱塞與泵筒保持無相對運動的條件下，遊梁式抽油機的曲柄做非整周有規則或無規則運動」的技術方案，充分利用井下杆管柱彈性變形不可忽略的特性，實現只要抽油機懸點的往復運動範圍保持在井下杆管柱彈性靜變形長度範圍內，井下往復泵柱塞與泵筒就將保持無相對運動的技術效果，從而實現抽油機不停機而抽汲工作暫停的技術目的，避免因抽油機停機而引發的人畜傷亡事故以及井口凍堵等隱患問題的發生。
附圖說明
圖1是本發明的曲柄位置與抽油機懸點位置映射關係第一種情況示意圖。
圖2是本發明的曲柄位置與抽油機懸點位置映射關係第二種情況示意圖。
圖3是本發明的曲柄位置與抽油機懸點位置映射關係第三種情況示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖1，2，3對本發明具體實施方式作進一步詳細描述。
具體實施方式一
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在井下往復泵柱塞與泵筒保持無相對運動的條件下，遊梁式抽油機的曲柄做非整周有規則或無規則往復運動，所述的有規則運動，是指曲柄按照固定的擺幅與擺動周期做正反雙嚮往復運動；所述的無規則運動，是指曲柄的擺幅在允許的範圍內變化或曲柄的擺動周期變化。
具體實施方式二
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在具體實施方式一的基礎上，進一步限定以下條件：
懸點往復運行範圍內的一個位置為A0，對應曲柄位置為B10或B20；在井下杆管柱的彈性靜變形長度範圍內，A0點之上的一個位置為A1，且A1低於抽油機懸點的上死點位置AH（對應曲柄位置為BH），此時，A1對應曲柄位置為B11或B21；A0點之下的一個位置為A2，且A2高於抽油機懸點的下死點位置AL（對應曲柄位置為BL）、同時A2和A1之間的距離為井下杆管柱的彈性靜變形長度，此時，A2對應曲柄位置為B12或B22；則曲柄運動軌跡限定為：包括B10的B11和B12之間或包括B20的B21和B22之間有規則或無規則運動。在上述條件下，曲柄位置與抽油機懸點位置的映射關係如圖1所示。
具體實施方式三
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在具體實施方式一的基礎上，進一步限定以下條件：
懸點往復運行範圍內的一個位置為A0，對應曲柄位置為B10或B20；在井下杆管柱的彈性靜變形長度範圍內，A0點之上的一個位置為抽油機懸點的上死點位置AH（對應曲柄位置為BH）；A0點之下的一個位置為A2，且A2高於抽油機懸點的下死點位置AL（對應曲柄位置為BL）、同時A2和AH之間的距離為井下杆管柱的彈性靜變形長度，此時，A2對應曲柄位置為B12或B22；則曲柄運動軌跡限定為：包括BH的B12和B22之間有規則或無規則運動。在上述條件下，曲柄位置與抽油機懸點位置的映射關係如圖2所示。
具體實施方式四
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在具體實施方式一的基礎上，進一步限定以下條件：
懸點往復運行範圍內的一個位置為A0，對應曲柄位置為B10或B20；在井下杆管柱的彈性靜變形長度範圍內，A0點之上的一個位置為A1，且A1低於抽油機懸點的上死點位置AH（對應曲柄位置為BH），此時，A1對應曲柄位置為B11或B21；A0點之下的一個位置為抽油機懸點的下死點位置AL（對應曲柄位置為BL）、同時AL和A1之間的距離為井下杆管柱的彈性靜變形長度；則曲柄運動軌跡限定為：包括BL的B11和B21之間有規則或無規則運動。在上述條件下，曲柄位置與抽油機懸點位置的映射關係如圖3所示。
具體實施方式五
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在具體實施方式三的基礎上，進一步限定以下條件：曲柄運動軌跡包含BH點。
具體實施方式六
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在具體實施方式四的基礎上，進一步限定以下條件：曲柄運動軌跡包含BL點。具體實施例五或具體實施例六的技術方案限定，具有以下優勢：
第一、由於死點為或接近曲柄的最小負荷點，因此曲柄繞死點做非整周有規則或無規則運動，能夠實現降低驅動曲柄運動的電機負荷；
第二、在這種情況下，對應同樣長度的懸點運行範圍，曲柄的擺幅最大，能夠提供最醒目的抽油機正在運行的提示；
第三、由於曲柄繞死點做非整周雙嚮往復運動可以實現曲柄單位轉角下對應最短的懸點運行長度，因此更有利於實現懸點位置的精確控制。
具體實施方式七
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在以上實施例的基礎上，進一步限定曲柄繞抽油機全系統穩定平衡位置運動。
穩定平衡位置是指抽油機系統在既不驅動又不制動的完全自由滑動條件下，能穩定停機的最終位置。當抽油機偏離該位置時，只要有外力擾動，都將促使抽油機返回到穩定平衡位置。抽油機在穩定平衡位置時，地面機械部分的重力勢能、井下液柱的重力勢能以及井下杆管柱的彈性勢能之和最小。曲柄繞抽油機全系統穩定平衡位置運動的技術限定，可以實現曲柄往復運動的所需的驅動功耗最小、需要提供反向制動力矩以保證曲柄和懸點運動不超出限定範圍的機率最小，降低了電機的能耗和機械傳動部件的疲勞與衝擊程度。
具體實施方式八
本實施例的基於曲柄非整周運動的遊梁式抽油機非抽汲運行方法，在以上實施例的基礎上，進一步限定曲柄有規則或無規則運動，包括具有間歇性特徵的暫停。這種限定，可以進一步降低驅動能耗。這種技術方案限定，可以進一步降低電機的能耗和機械損耗。
需要說明的是，彈性靜變形長度值隨井下沉沒壓力的改變而變化，在現有生產設備條件下，由於井下沉沒壓力無法實時採集，因此在生產實踐過程中，井下杆管柱的彈性靜變形長度需要根據沉沒壓力的經驗值獲得，即井下杆管柱的彈性靜變形長度為沉沒壓力經驗值對應的井下杆管柱的彈性靜變形長度值。
還需要說明的是，本發明提到的曲柄有規則運動，最典型的運動方式是按照相對固定的擺幅與擺動頻率做正反雙嚮往復運動；而曲柄的無規則運動，既包括擺幅在允許的範圍內變化，又包括擺動頻率變化，同樣還包括擺動過程中摻雜短暫停機的狀態，因為停機狀態屬於速度為0的特殊運動，總之，只要能使曲柄運行持續保持在本發明限定的曲柄運行軌跡範圍內所做的任何抽油機運行行為，都屬於本發明的保護範圍。