抽油机动态模型仿真

中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)本科毕业设计（论文）题目：抽油机动态模型仿真抽油机动态模型仿真摘要课题主要通过对抽油机电机及其负载转的研究来分析了油田应用较多的游梁式抽油机电机一个冲程内的工作状态，并利用Matlab软件对抽油机进行仿真。本文主要从以下两部分展开分析。第一部分就是建立异步电机的数学模型并仿真，即分析异步电机运行时的电压、磁链、转矩等之间关系，用数学表达式来模拟电机运行各能量关系；第二部分是建立抽油机负载转矩的数学模型并仿真，分析抽油机输出转矩、曲柄输出扭矩、悬点载荷与抽油机各参数之间的关系，得到抽油机负载转矩。在MatlabSimulink上分别搭建异步电机模型和抽油机负载转矩模型，并进行仿真，利用电流、功率仿真曲线分析工常工作时的抽油机工作状态。关键词：游梁式抽油机；异步电机；抽油机负载转矩；悬点载荷

DynamicModelingofthepumpingunitAbstractThethesismainlyresearchesandanalysistheworkingconditionsofbeampumpingunitwhichisappliedalotontheoilfield.Mathematicalmodelofthepumpingunitanditsloadisestablished.AnditsmodelingandsimulationarebasedonMATLAB.Thispaperincludesthefollowingtwoparts.Thefirstpartistoestablishamathematicalmodelofinductionmotorsimulation,whichanalyzesthevoltageasynchronousmotorisrunning,flux,torqueandsotherelationshipbetweenmathematicalexpressionstosimulatethemotorisrunningalltheenergyrelationship;Thesecondpartistocreatesmokegeneratorloadtorqueofthemathematicalmodelandsimulation,analysispumpingoutputtorque,outputtorqueofthecrank,andthepumpingrodloadrelationshipbetweenparametersobtainedpumpingloadtorque.WerebuiltontheMatlabSimulinkmodelandpumpinginductionmotorloadtorquemodelandsimulation,theuseofcurrent,powersimulationcurveanalysisworknormallywhenthepumpingoperation.Keywords：Beampumpingunit；asynchronousmotor；pumpingloadtorque；rodload

目录第1章引言 i2=4.664；从电动机到曲柄的传动效率：η=0.85。抽油杆柱及油田参数：抽油杆柱长度：L1=903.8m；冲程s=1.8m；冲次：n=8次/分；抽油杆柱密度：ρs=7850kg/m4；抽油杆横截面积：fr=2.85cm2；汲取原油的密度：ρI=0.934kg/m2；抽油杆柱的质量：qr=2.3kg/m；活塞截面积：fp=24.63kg/m2。得到仿真曲线如下：图3-10抽油机驴头悬点加速度图3-11抽油机负载转矩曲线由图3-10和图3-11可见，抽油机是一种周期性变负荷的负载，在一个周期内存在发电的电动两种工况。因此，如何减小发电状态的能耗问题，对抽油机电动机的节能具有非常重要的意义。3.5抽油机动态模型仿真将第二章所建立的异步电动机模型与图3-9中的抽油机负载模型结合，即对抽油机动态模型的仿真此处采用2.2kW的异步电机数据，仿真模型如下所示：图3-12抽油机动态模型仿真模型得到抽油机动态过程的仿真曲线：图3-13抽油机功率曲线图3-14抽油机电磁转矩曲线图3-15抽油机转速曲线图3-16抽油机电流曲线由图3-13~3-16可知，抽油机在一个工作周期内，电机功率、电磁转矩、工作电流会出现两小部分是小于0的，对应的转速都大于同步转速，即电机此时处于发电状态，倒发电状态一般发生在下冲程快到下死点位置时。3.6本章小结本章首先对曲柄滑块机构进行了细致的受力分析，求解驴头悬点加速度，在驴头悬点最大、最小载荷间的基础上利用与悬点加速度的线性关系求出悬点载荷，再根据杠杆原理，将抽油机各部分的力矩转化到曲柄处，再考虑到皮带、减速器便得到抽油机负载转矩。在MATLAB软件上建立抽油机负载转矩模型，并进行仿真，基本符合要求。与第二章相结合，利用MATLABSIMULINK工具，对带抽油机负载转矩的异步电机进行仿真，即抽油机的动态仿真，得到的仿真曲线与实际工况大致相吻合，因此本章得到的抽油机负载转矩模型基本满足要求。第4章结论第4章结论4.1结论论文深入分析和研究了抽油机电机运行规律，根据动力学及电机学相关知识，对抽油机电机建立数学模型，并利用MATLAB工具进行仿真。本课题对抽油机的动态模型研究主要从异步电机和抽油机负载转矩两方面着手。在对异步电机模型建立仿真模型时，考虑到常规A、B、C三相坐标系下的数学模型较为复杂，一方面不利于分析求解，另一方面加大了在MATLBASIMULINK上搭建模型的复杂性，为此，将A、B、C三相坐标等效成α、β静止坐标，由此便可得到简化后的数学模型。对比三相坐标下的数学模型，两相坐标下的数学方程首先在矩阵方程的维数上降低下来，简化了数学模型，便于分析求解，其次简化后的数学模型更容易上MATLABSIMULINK创建仿真模型。在对抽油机负载转矩的求解上本文采用的间接求解法，利用抽油机悬点加速度与抽油机驴头载荷有着一定的线性关系这一切入点。传统的求解方法主要是分析抽油杆柱的振动规律以及曲柄的运动规律，接着利用牛顿差分方程求解方法解波动方程，从而求得悬点载荷。传统方法在准确度上较高，但其分析求解较为复杂，本文所采用的方法在计算量上得到大量减少，虽然准确度相对于传统的比较低，但在要求不是很严格的情况下，完全能够较准确的分析抽油机的工作状态。4.2展望由于时间有限，对于论文所做的对抽油机动态模型仿真的工作还有很多可以研究和完善的地方。一、完善电机。本文研究的电机模型是经过假设简化后的理想电机模型，未考虑线性因素对电机的影响，包括激磁电电抗的饱和效应及磁滞；漏电抗是个变值，本文未考虑这种变化，仅将其看作一定值。另外，如果能考虑谐波磁场，电机将得到进一步完善。二、本文搭建的抽油机负载模型是假设后简化的模型，在计算抽油机驴头悬点载荷上做了很大的简化，通过驴头悬点加速度间接求解悬点载荷。未考虑抽油泵沉没压力和排出压力、抽油杆柱的纵向振动、液柱和油管柱的振动，如果能建立抽油机负载的多维模型会使仿真结果更加精确。中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)致谢大学四年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的导师张丽霞副教授的关怀和教导，祝愿张老师工作顺利，万事如意，桃李满天下。参考文献[1]董世民．有杆抽油系统动态参数的计算机仿真[M].北京：石油工业出版社，2003,11~13.[2]S.G.Gibbs.Predictingthebehaviorofsuckerrodpumpingsystems.ShellDevelopmentCo.，HoustonTexas,J.P.T.,July1963.[3]S.S.Gibbs.Ageneralmethodforpredictingrodpumpingsystemperformance.SPE6850,1977.[4]S.S.Gibbs.Areviewofmethodfordesignandanalysisofrodpumpinginstallations.NablaCorp.J.P.T.，December1982.[5]Jun.Xu.Anewapproachtotheanalysisofdeviaterod–pumpedwells．SPE28697，1994.[6]陶景明等．有杆抽油示功图的预测[J].大庆石油学院学报，1986,2.[7]张少南等．有杆泵抽油井计算机预测技术[J].石油钻采工艺，1986,4.[8]姚春冬等.高转差电机驱动抽油机的预测技术[J].石油矿场机械，1991,2.[9]余国安等．有杆泵抽油井的三维振动[J].石油学报，1989,10(2).[10]邓建国．考虑主磁路瞬时饱合时异步电机的仿真模型[J].防爆电机，2003,6(2)4~7.[11]程靖．基于Matlab/Sinulink的交流电机建模与仿真[J].测控技术，2003,22(2).[12]王鸿勋等．采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1989.90-109.[13]崔臣君，王平等．多功能电表在油田电能计量中的改进技术研究[J].[14]黄安贻，李海亮．油梁式抽油机工作系统计算机仿真分析[J].西南石油大学学报（自然科学版），2010(3):168-169.[15]肖宁，双凯等