题目：长冲程储能平稳换向抽油系统关键技术研究

为了解决油田抽油系统开采原油效率低、能耗大等问题，本文建立了抽油机动力学模型与效率模型，并利用该数学模型计算出该抽油机悬点载荷示功图与效率，进而提出一种新的动力系统传动方案：即利用弹簧组存储抽油系统减速换向惯性能量，抽油系统换向后加速起动时能量释放，并减小了电机工作状态转换时的扭矩冲击。其次是监测油井的动液面，实行了短间抽采油，大幅节省了系统能量消耗。本文的主要工作如下：

1、提出了长冲程储能平稳换向抽油系统与多井抽油系统方案，并建立了抽油机系统动力学模型。针对抽油系统在下死点重载启动时产生大冲击的问题，本文设计了弹簧储能系统用以减小大冲击。该系统在抽油系统加速启动时释放能量，减小了电机扭矩波动，缩短启动时间，减小电机发热，延长电机寿命。在本文中，以抽油系统为研究对象，对抽油系统动力学进行建模，并利用该数学模型计算该抽油系统示功图，与传统的往复式抽油系统相比有明显的改善。

2、分析了装有弹簧系统的节能率，提出监测动液面高度的短间抽方案。对装有能量回收装置的弹簧系统的效率进行数学建模，探寻了造成该系统效率损失的原因，并对装有弹簧储能装置与无能量回收往复式抽油系统进行对比，得出节能率。由于抽油井供液能力与抽油机抽取石油油液的能力不能匹配，造成空抽现象，造成能量浪费严重。本文提出了根据动液面的高度进行间抽采油方法，具体方法是：建立油井流入曲线方程，计算在最佳井底流压情况下的油井供液量，监测油井的动液面，根据最佳动液面高度采油，当动液面不符合要求时停止抽油，等到动液面符合要求时再次启动抽油系统抽油。这样既能节省能量，又能提高系统寿命。

3、采用变频器正弦方式启动与停止及分段控制方案。传统的抽油系统采用变频器梯形启动与停止，这样启动扭矩波动较大。该系统采用变频器正弦方式启动与停止，达到平稳启动与停止的目的。由于该系统加装有弹簧储能装置，只在系统加速启动与减速停止时发挥作用，在匀速直线运动段不起作用，系统较为复杂，所以需要对不同的运动段进行分段控制。本文提出了基于分段控制的两种不同的方法：一是变频模糊控制算法；二是为分段无速度传感器矢量模糊控制算法。分段控制算法不仅可以节省成本，还能减少传感器安装精度不够而产生的偏心误差。

4、提出了防止抽油杆振动偏磨的具体方案。在高含水期的油田，抽油系统下冲程抽油杆与油管会发生偏磨，这样会减少抽油系统的寿命，因此本文探究了偏磨发生的原因。随着科技的发展与油田稳产的需要，长冲程抽油机、大泵深抽技术取得了越来越广泛的应用。长冲程抽油机大泵深抽，振动会加剧，抽油杆振动偏磨有时比冲程偏磨更加严重，本文设计了一种新型的动压压扭扶正器，用以防止抽油杆的振动偏磨。扭扶器具有三个优点：1）防振动；2）主动扭转，使抽油杆与油管的接触，由线接触变为面接触；3）利用动压油膜主动防抽油杆与油管偏磨。

5、本文开发了长冲程储能平稳换向抽油系统原理样机，并提出了采用载荷模拟器对该系统进行悬点载荷模拟的方法，在实验室即可以对抽油系统进行实验，实验结果表明该系统具有良好的节能效果。