数字式同步曳引抽油机可行性报告Word格式文档下载.docx

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本项目是在分析游梁式抽油机缺陷的基础上，总结国内外现已成熟的先进技术，提出了“数字式同步曳引抽油技术”。

该技术综合了油田数字化技术、永磁同步曳引机无极调速及低速大扭矩优势，是油田机械采油技术的发展方向。

“数字式同步曳引抽油机”的工作原理：

永磁同步曳引机通过三角皮带带动卷筒周期性的正转和反转，由滑轮机构把同步曳引机输出轴的旋转运动变为悬绳器的上下往复运动。

悬绳器通过卡箍连接抽油杆，最终实现抽油杆的上下往复运动。

在此过程中，两侧井口载荷在附加配重的作用下相互平衡，实现节约能耗的目的。

游梁式抽油机的工作原理：

电动机通过三角皮带带动减速箱减速后，由四连杆机构（曲柄、横梁和游梁）把减速箱输出轴的旋转运动变为游梁的往复运动。

用游梁带动抽油杆作上下往复的直线运动。

游梁式抽油机需要改进的问题：

游梁式抽油机将电动机的旋转运动转变为直线往复运动的效率较低；

游梁式抽油机的四连杆机构为简谐运动，在相同的时间内要达到最高速度，其加速度比较大，造成惯性载荷大，进而会对设备机架有所冲击，降低了抽油机有效载荷利用程度，缩短了抽油机使用寿命；

四连杆机构的运动规律导致抽油机无法实现冲程、冲次同步可调。

数字式同步曳引抽油机的主要优势有：

无游梁，机构运转平稳，通过变频器直接控制曳引机，可延长抽油泵、抽油杆、油管等部件的寿命；

机架受力均衡，最大限度的减少冲击载荷；

根据油层状况实时调整冲程、冲次，从而达到提高产量、减少空抽、节约能耗的目的；

深井、稠油井采用较大冲程，较低冲次；

浅井、低粘度井采用较小冲程，较高冲次；

低产油井采用较小冲程、较低冲次；

快速横移机构保证井口维修时，井口上方可快速移出吊装空间，大大降低了操作人员的劳动强度；

配套动力相对减小，大幅度降低了油田电网供配电负荷，能够节约工程建设投资；

可具备远程实时在线监控功能，有效防止抽油效率过低或空抽，而且更能保证油田的安全生产。

数字式同步曳引抽油机不仅具有结构简单、制造容易、维护方便等特点，并且能在油田常年全天候运行，相比游梁式抽油机节能30%以上，节约投资30%以上，更适于长冲程、低冲次以及冲程、冲次在线可调的采油方式，更适于油田数字化的推广。

因此，数字式同步曳引抽油技术是比较理想的油田机械采油技术。

只要数字式同步曳引抽油机实现了规模化生产，就必然成为装备油田的主要设备，对于进一步推动油田的节能工作进展有着重要意义。

本项目综合了国内外采油机械的先进技术，满足了油田的节能要求，具有巨大的市场潜力。

寄望在数字式同步曳引抽油技术的基础上，进一步开发油田采油机械的节能潜力。

二、研究开发内容和关键技术

1、主要研究开发内容

分析抽油机现场的使用情况，通过市场调研，并借助于业内专家的经验，总结目前使用的各类抽油机在节能方面的不足，并最终研发出一种适用于长冲程、低冲次以及冲程、冲次在线可调的采油设备。

2、关键技术

（1）永磁同步曳引驱动技术。

实现低转速、大扭矩，转速、扭矩实时可调，实现无级调速，实现恶劣环境的适用。

永磁同步曳引机结构：

同步曳引机主要由定子组件、磁钢装配、壳体、转轴装配等组成。

定子组件安装在壳体上。

磁钢装配与转轴装配通过键联结。

（2）开关磁阻式电机驱动技术。

实现低转速、大扭矩，转速、扭矩实时可调，实现较高的功率利用系数，实现恶劣环境的适用。

功率利用系数=实际使用功率/电机输出功率。

（3）双井同步抽油技术。

实现一机双井抽油技术，抽油机可根据两口井的不同工况实时调整工作状态，大大提高了油田工作效率。

（4）单井维修技术。

实现一口井维修时，另外一口井可在较短时间内实现正常抽油，保证油田工作效率。

3、创新点

（1）双井同步抽油，实现了一机双抽。

（2）载荷补偿机构。

当两侧油井载荷出现偏差时，可通过载荷补偿方式实现原始状态的平衡。

（3）抽油杆、载荷补偿装置快换机构。

当需要卸载时，可通过快换机构迅速拆装抽油杆及载荷补偿装置。

（4）曳引机扭矩放大机构。

扭矩放大机构可以最大限度的降低永磁同步曳引机驱动扭矩。

三、预期目标

1、技术目标

2、经济指标（万元）

预期经济效益

新增产值

新增税金

新增利润

创汇

（万美元）

1年

500

40

140

无

2年

1000

80

280

无

3年

2000

160

560

合计

3500

980

3、知识产权

本项目建立在充分调研、分析国内外相关技术的基础上，采取自主研发方式完成，拥有自己的知识产权。

项目完成后，产品为油田企业批量供货，技术水平达到国际先进水平。

计划申请15～20项国家专利。

4、应用推广前景及预期的社会效益

“节能减排，是我国的一项基本国策，也是打造低碳油田的现实需要。

”我国油田不像中东油田那样有很强的自喷能力，多为低渗透的低能、低产油田。

以电换油或者以水换油是我国油田的现状，因而，电费在我国的石油开采成本中占了相当大的比例，据估计，中国石油天然气股份公司平均每吨原油成本中的电费支出占到20～30%，地方油田生产成本中的电费支出更大，所以，石油行业十分重视节约电能。

随着油田的不断开发，地层能量逐渐消耗，长冲程、低冲次以及冲程、冲次在线可调成为油田机械采油设备的发展方向。

目前国内抽油机机械结构很少有大的创新，导致了抽油机的运行效率仍然较低。

据资料显示，国内抽油机的运行效率仅为25.96%，而国外平均水平为30.05%。

国内目前的节能型抽油机主要包括异相曲柄平衡抽油机、前置式抽油机、双驴头抽油机等，虽然各种形式的节能型抽油机都比常规抽油机节能。

在分析以上几种节能型抽油机现场使用情况后，我们进行了市场调研，并借助于业内专家的经验，最终开发了“数字式同步曳引抽油机”这一新型节能设备。

数字式同步曳引抽油机适用于长冲程、低冲次的采油方式，适合国内分布较广的低渗透、低产油田，可在国内各大油田推广使用。

数字式同步曳引抽油技术是比较理想的油田机械采油技术。

参考国内各大油田每年新增油井数，可推算国内每年需要上万台机械采油设备。

经过与油田采购部门的交流，我们保守估算数字式同步曳引抽油机每年100台的市场份额。

随着本项目的落实，不仅会给我院带来每年近2500万元的产值，而且油田将在设备投资上每年节约近千万元。

本项目不仅可为油田节约30%以上的设备投资，而且节约能耗30%以上。

后期的设备使用与维护大大降低了油田操作人员的劳动强度。

数字式同步曳引抽油机将为油田机械采油井组带来一场新的革命；

将会推动油田机械采油系统节能工作迈上一个新台阶；

将会给油田生产带来较大的节能效益。

产品批量投产第一年，即可为社会创造不少于50个岗位的就业机会。

实施本项目将使油田节能工作的开展更进一步，为我国提倡的“绿色生产”贡献力量，并对持续发展起到良好的推动作用。

所以，这一产品的研发生产能创造较高的社会经济效益。

四、研究方案、技术路线、组织方式与课题分解

本项目拟采用课题组组织方式，研究方案和技术路线是：

a、研制出具有自主知识产权的数字式同步曳引抽油机系列机型。

设备有自动调整、手动制度、半自动、全自动四种工作制度，可自动在线抽油。

设备的技术水平、数字化程度均要达到国际先进水平。

b、投资制造1～2台数字式同步曳引抽油机投入到油田现场试用；

c、对工业试验的结果进行评估，并据此对设计进行优化更改。

d、样机试验成功后，和油田签订供货合同及技术协议，根据要求完成产品的主要参数设计，组织课题组对技术设计和工艺设计进行评估；

e、完成最终产品的设计和投产，根据工艺特点组织高效率的生产，进行批量生产。

本项目的课题分解按照结构和强度设计、传动设计、油井参数核算三个部分进行课题分解。

五、计划进度安排及经费预算，资金使用安排

1、计划进度

总的实施周期为一年半，从2011年5月至2012年11月。

计划进度如下：

起止时间

完成工作内容

2011.5～2011.8

洽谈合作，完成设计任务

2011.9～2011.12

完成2台样机的试制任务

2012.01～2012.02

完成样机的油田试验

2012.03～2012.09

完成最终产品的设计和投产

2012.10～2012.11

产品进入批量生产

2、科技资金的使用安排

本项目实施经费总预算：

260万元。

其中申请科技资金支持30万，自筹230万。

本项目共申请科技资金30万元的具体使用安排如下：

（1）样机的调研、研发、制造投入科技资金20万元；

（2）在产品的工业考核阶段投入科技资金10万元，对产品的使用情况进行跟踪考查，对出现的问题进行维修分析。

六、项目主要研究人员和在项目中所从事的工作

姓名

工作单位

性别

年龄

专业

学位

技术职称

项目中承担工作

潘权

西重所

男

57

机械设计

硕士

研究员

项目总负责

张博

29

学士

工程师

技术总负责

刘军毅

36

总工

刘畅

汪洋

27

设计

七、实现项目预期目标所具备的工作基础和条件。

1、工作基础

（1）直至目前，“数字式同步曳引抽油机”项目已授权6项国家专利，并有另外八项专利已经申报。

专利相关内容如下：

2008年2月，“稀土永磁无齿轮同步曳引双井抽油机”获得国家实用新型专利证书，专利号：

ZL200620136374.7；

2009年3月，国家公布“稀土永磁无齿轮同步曳引双井抽油机”发明专利申请，申请号：

2007800049675；

2009年12月，国家公布“一种双井立柱式抽油机”发明专利申请，申请号为：

200910254594.8；

2009年12月，国家公布“一种双井摆臂式抽油机”发明专利申请，申请号为：

200910254583.X；

2009年12月，国家公布“一种双井立柱式抽油装置”实用新型专利申请，申请号为：

200920274845.4；

2009年12月，国家公布“一种双井摆臂式抽油装置”实用新型专利申请，申请号为：

200920274852.4；

已经申报的用于“数字式同步曳引抽油机”的另外八项专利为：

一种单井立柱式抽油机、一种单井立柱式抽油装置、一种单井摆臂式抽油机、一种单井摆臂式抽油装置、快换式组合配重机构、动滑轮式悬绳器、抽油机全自动摆臂机构、多功能曳引驱动装置。

（2）项目组于2009年5月已完成数字式同步曳引抽油机试验样机在实验室的带载试验，并取得非常理想的试验数据。

在经过多位油田专家的指导建议后，项目组对图纸进行了完善。

（3）项目于2010年7月9日通过了中国重型院技术委员会审查。

各位评审专家一致认为，该项目机械原理正确，思路清晰，可以有效的提高抽油机的工作效率，同意产品投入工业试验。

（4）项目组已完成现场试验样机的图纸设计，并做好了充分的技术准备工作，目前正准备投入制造油田工业试验样机。

2、项目实施条件

西安重型机械研究所现有专业设计研究所13个，重型技术公司等子公司4个，机械设备厂等设备制造厂3个,一个冶金设计院。

现有在岗员工1100余人，其中专业技术人员740余人，包括中国工程院院士1人，专家40余人，教授级高工86人，高级工程师350人。

建所50年来，已获得产业化科技成果1000余项，其中获得国家、省部级科技进步奖240余项，拥有专利300多项；

创造了156项中国第一。

经营业绩连年翻番，2007年销售收入超13亿元，纳税6093万元。

中国重型院提供的成套设备与技术，每年直接生产超过1000亿元的产品。

2006年分别被国家发改委和陕西省发改委授予振兴装备制造业做出突出贡献单位受到表彰,2007年获得全国五一劳动奖状。

2008年被国家科技部、国资委和全国总工会授予全国首批创新型企业。

中国重型院有限公司下属一个机械装备厂、一个电控设备制造厂，和一个4000m2综合试验室，可以承担本项目部分机械加工制造、电气全部设备制造和设备总装配。

试验装置全部资金来源依靠中国重型院科研经费支持。

试验场地初选为本院机械装备厂综合试验室。

利用综合试验室条件可以进行设备的综合性能测试。

附件目录

一、营业执照

二、组织机构代码证

三、税务登记证

四、高新技术企业证书

五、质量管理体系认证证书

六、相关专利证书