基于VB的游梁式抽油機(jī)TF、PR計算軟件的設(shè)計與應(yīng)用

杜偉龍，王宗宗，史鑫利

（1.河南信宇石油機(jī)械制造股份有限公司 河南 濮陽　457001；2.西南大學(xué) 重慶　400715）

基于VB的游梁式抽油機(jī)TF、PR計算軟件的設(shè)計與應(yīng)用

杜偉龍1，王宗宗1，史鑫利2

（1.河南信宇石油機(jī)械制造股份有限公司 河南 濮陽457001；2.西南大學(xué) 重慶400715）

扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)是游梁式抽油機(jī)重要的參數(shù)指標(biāo)，也是新抽油機(jī)選型和老抽油機(jī)運(yùn)行方案調(diào)整的重要計算參數(shù)，對于測試和調(diào)整抽油機(jī)平衡，提高抽油機(jī)整體性能，延長抽油機(jī)使用壽命有著重要意義。為了解決實際計算中，計算參數(shù)多、中間量多、計算點多，算法本身較為繁瑣的問題，本文基于VB設(shè)計并實現(xiàn)了游梁式抽油機(jī)扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)的計算軟件。實際應(yīng)用表明，該軟件具有操作簡便、計算準(zhǔn)確的特點，達(dá)到了設(shè)計要求。

扭矩因數(shù)；光桿位置因數(shù)；VB；計算軟件

游梁式抽油機(jī)的扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)由抽油機(jī)的四連桿尺寸和曲柄角共同決定。當(dāng)抽油機(jī)的各項尺寸大小確定后，其在各個曲柄角度時的扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)便隨之確定。但在抽油機(jī)實際運(yùn)行中，隨著各部件的磨損和維修，抽油機(jī)四連桿的尺寸會發(fā)生變化，之前設(shè)定的各項尺寸參數(shù)和計算得出的數(shù)據(jù)不再真實地表現(xiàn)抽油機(jī)的目前狀態(tài)，并且在不同尺寸下的扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)在計算時參數(shù)多、中間量多、計算點多，加之算法本身較為繁瑣，因此對其進(jìn)行計算的工作量非常大。

因此，設(shè)計一款能夠快速計算抽油機(jī)在各種情況下扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)的計算軟件將會為設(shè)計人員設(shè)計抽油機(jī)各項參數(shù)，維護(hù)人員快速判斷抽油機(jī)平衡情況，以及抽油機(jī)經(jīng)過平衡調(diào)整后各項參數(shù)值的重新計算提供快捷、準(zhǔn)確的幫助。

1　研究背景

常規(guī)型游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但驢頭懸點運(yùn)動加速度較大且平衡效果較差。而抽油機(jī)的平衡狀態(tài)好壞直接影響抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動性能、減速箱、抽油桿和電動機(jī)等組件的工作效率和使用壽命[1]。

通過扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)的計算，結(jié)合油井示功圖上、下沖程的載荷曲線，很容易得到在指定曲柄角時的光桿載荷和由純光桿載荷產(chǎn)生的扭矩；也可進(jìn)一步計算得出曲柄在指定旋轉(zhuǎn)角度時的旋轉(zhuǎn)平衡重最大扭矩和曲柄凈扭矩，利用此方法，可以求得曲柄角從0°開始旋轉(zhuǎn)一周每轉(zhuǎn)15°共25個計算點的曲柄凈扭矩，并依此繪制出能夠反映曲柄軸扭矩隨曲柄角的變化的扭矩曲線，通過與此種型號抽油機(jī)減速器極限扭矩作比較，即可判別出減速器是否超載，判斷準(zhǔn)確，結(jié)果直觀，為判斷抽油機(jī)是否平衡提供了理論基礎(chǔ)[2]。此外，通過扭矩曲線還可確定電動機(jī)輸出功率，檢查功率的利用情況及利用均方根扭矩選擇電動機(jī)功率。

使用近似公式或經(jīng)驗公式在計算時將抽油機(jī)懸點運(yùn)動加以簡化，并忽略了抽油機(jī)系統(tǒng)的慣性、游梁擺角、抽油機(jī)不平衡等因素，致使算法雖然簡便但存在較大誤差[3]，影響對抽油機(jī)平衡率的判斷，因此不宜采用。扭矩因數(shù)的逐點計算法是計算曲柄軸扭矩的最基本方法，可適用于各種機(jī)型游梁式抽油機(jī)在任意平衡程度情況下的計算，可用于正在運(yùn)轉(zhuǎn)抽油機(jī)的扭矩診斷計算[4]。

2　定　義

2.1對符號的定義

文中其他使用到的參數(shù)及其意義在表1中加以說明[5]。

2.2計算公式

算法參考現(xiàn)行的《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：石油天然氣工業(yè) 游梁式抽油機(jī)（GB/T 29021-2012）》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)于2012年12月31日發(fā)布，2013年7月1日開始實施。

2.2.1幾何模型及幾何關(guān)系式

常規(guī)型游梁式抽油機(jī)的幾何模型如圖1所示。

圖1　常規(guī)型游梁式抽油機(jī)幾何模型Fig.1　Geometric model of conventional beam pumping units

表1　數(shù)據(jù)說明Tab.1　Illustration of data

當(dāng)sin ρ為負(fù)值時，ρ為負(fù)值。

2.2.2GB/T 29021-2012推薦計算公式

扭矩因數(shù)：

光桿位置因數(shù)：

3　軟件設(shè)計

3.1設(shè)計環(huán)境

1）臺式電腦、筆記本電腦均適用；

2）主頻400 MHz以上的CPU；

3）至少600 M可用硬盤空間；

4）Microsoft Windows 98/NT/2000/XP/7操作系統(tǒng)；

本次軟件的開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)是在Windows 7 64位操作系統(tǒng)上實現(xiàn)的[6]，具體配置為：3.00 GHz CPU；4.00GB RAM，匯編系統(tǒng)使用的是Visual Basic 6.0。

3.2軟件設(shè)計流程

計算軟件[7-9]的工作流程如圖2所示。

圖2　計算軟件工作流程Fig.2　Work flow chart of the calculation software

3.3軟件功能

3.3.1查詢模式

在軟件的“查詢模式”工作頁面下（如圖3所示）提供了CYJ5-2.1-13HF、CYJ6-2.1-18HF、CYJ6-2.5-18HF、CYJW7-2.5-26HF、CYJ8-3-37HF 5種型號的抽油機(jī)以供選擇，用戶可以在“抽油機(jī)型號”中選擇需要查詢的抽油機(jī)型號，確定需要計算的曲柄角范圍后，單擊“開始計算”按鈕，便可得到計算結(jié)果；用戶若點擊“返回”按鈕，返回初始界面，用戶可重新選擇計算模式。

其中，在“查詢模式”中系統(tǒng)包含的抽油機(jī)類型及其各項尺寸參數(shù)如表2所示：

表2　“查詢模式”下抽油機(jī)類型及其尺寸參數(shù)Tab.2　Types and size parameters of beam pumping units in query mode

圖3　“查詢模式”工作界面Fig.3　Working interface of query mode

3.3.2自定義模式

3.1.1 犬類脊索斷裂構(gòu)建低壓力型容量超負(fù)荷模型 這類模型的優(yōu)點為：(1)操作者易控制二尖瓣反流量和反流程度；(2)無需開胸手術(shù)；(3)不影響心包膜；(4)易復(fù)制；(5)所有的二尖瓣附屬物均保持完整，即使二尖瓣反流非常嚴(yán)重。缺點是會引發(fā)急性二尖瓣反流，進(jìn)而導(dǎo)致與人類脊索斷裂導(dǎo)致的二尖瓣反流一致的癥狀，但是和臨床上逐漸發(fā)生的二尖瓣反流的癥狀表現(xiàn)存在差異[7-9]。

在軟件的“自定義模式”工作頁面下（如圖4所示），需要用戶分別輸入A、C、P、R、K、H、I、G的值以及確定需要計算的曲柄角范圍，單擊“開始計算”按鈕，便可得到計算結(jié)果；用戶若點擊“返回”按鈕，返回初始界面，用戶可重新選擇計算模式。

圖4　“自定義模式”工作界面Fig.4　Working interface of user-Defined

3.3.3數(shù)據(jù)導(dǎo)出

當(dāng)用戶在“查詢模式”或“自定義模式”下點擊“開始計算”按鈕后，系統(tǒng)進(jìn)入如圖5所示的計算結(jié)果顯示界面，若點擊此頁面中的“輸出結(jié)果”按鈕，系統(tǒng)將會在F盤中生成一個名為“計算結(jié)果.txt”文件，如圖6所示，文件中保存與結(jié)果輸出界面中文本框相同的內(nèi)容，以便用戶保存或進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。

圖5　結(jié)果顯示界面Fig.5　Working interface of results display

圖6　結(jié)果輸出界面Fig.6　Working interface of results output

4　結(jié)　論

《游梁式抽油機(jī)扭矩因數(shù)、光桿位置因數(shù)計算軟件》軟件目前已在河南信宇石油機(jī)械制造股份有限公司抽油機(jī)一廠使用，相比于之前手工計算面臨的參數(shù)多、中間量多、重復(fù)計算多、易出錯等問題，本軟件具有運(yùn)算準(zhǔn)確、便捷方便的優(yōu)勢，很大程度地提高了工作效率，降低了設(shè)計、開發(fā)成本。參考文獻(xiàn)：

[1]劉穎.在役游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計的研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2007.

[2]廖緒兵.游梁式抽油機(jī)扭矩軟測量系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

[3]馮立，吳虞，才慶.抽油機(jī)扭矩計算模型建立及求解方法[J].油氣田地面工程，2012（6）:17-19.

[4]孫東，齊光峰，范路，等.游梁式抽油機(jī)扭矩曲線平衡測試新方法[J].石油儀器，2012（1）:8-10，97.

[5]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 29021.石油天然氣工業(yè) 游梁式抽油機(jī)[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[6]吳永正，劉云鵬，謝?，|，等.基于VB6.0的游梁式抽油機(jī)設(shè)計計算軟件開發(fā)[J].石油工業(yè)計算機(jī)應(yīng)用，2011（3）:55-57.

[9]張?？?，史忠植.自主計算軟件工程方法[J].小型微型計算機(jī)系統(tǒng)，2006（6）:1077-1082.

[10]商娟葉，張麗敏.云計算平臺在高校的開發(fā)與應(yīng)用研究[J].電子設(shè)計工程，2012（10）:140-142.

[11]胡云，趙林靖，李建東.軟件無線電中π／4-DQPSK突發(fā)信號位定時算法[J].電子科技，2005（6）:2-4.

Design and application of TF、PR calculation software in beam pumping units based on VB

DU Wei-long1，WANG Zong-zong1，SHI Xin-li2
（1.Henan Xinyu Petroleum Machinery Manufacturing Co.，Ltd.，Puyang 457001，China；2.Southwest University，Chongqing 400715，China）

The torque factor and coefficient of polished rod position are important parameters of beam pumping units，and also significant calculation parameters in new pumping units model selection and current pumping units scheme adjustment，thus have important sense to test and adjustment of the pumping units balancing，improve the overall performance of the pumping units，and extend the service life of the oil pumping machine.In order to solve the problems of multi-parameters，multiintermediate variables，multi-calculation points and the essentially complicated algorithm in actual calculation，the design and realization of torque factor and coefficient of polished rod position in beam pumping unit calculation software based on VB is designed in this paper.The actual experiment and application show that this software has the advantages of simple operation，calculation accurate，and reached the design requirements.

torque factor；coefficient of polished rod position；VB；calculation software

TN06

A

1674－6236（2016）01-0048-04

2015-04-02稿件編號：201504019

國家重大科技成果轉(zhuǎn)化項目（［2011］1322）；國家發(fā)改委資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)資金項目（20110905）

杜偉龍（1989—），男，山東德州人，碩士，助理工程師。研究方向：石油機(jī)械設(shè)計、鉆采設(shè)備自動化。