随着全球经济的发展和世界人口的快速增长,对能源的消耗量也不断增多,节能降耗越来越引起人们的重视。目前油田上传统游梁式抽油机难以实现对抽油杆的下降势能进行能量回收利用,而且一般装机功率较大,总体工作效率较低,从而造成能源的浪费。而液压抽油机在结构上容易实现能量回收并达到节能目的,但现有的液压抽油机一般结构较为复杂,且基本上是采用蓄能器储能式进行能量回收再利用,不但由于增加了相关的能量转换部使得成本增加,而且考虑效率时也会降低能量回收率。因此开发设计更加节能的新型液压抽油机具有重要意义,以下是本论文的主要研究内容和创新性成果。第一章介绍了传统抽油机和液压抽油机特点,分析了液压系统的节能理论和技术,介绍了液压抽油机的研究现状、发展趋势和研究意义,并概括了本论文的主要研究工作。第二章依据现有抽油机的工况参数,创新地设计了几种新型的液压抽油机方案。首先采用负载敏感技术的节能原理和双井平衡结构的节能原理,设计了两种常规冲程的液压抽油机。其次,利用负载敏感技术的节能原理结合单井与配重平衡的结构和采用静液传动二次调节的节能原理结合双井平衡的结构,设计了两种长冲程的液压抽油机方案。通过参数分析计算,结果表明双井平衡或单井与配重平衡的机械结构,不但能够降低系统的装机功率,而且在抽油杆进入匀速阶段时,负载需求功率大幅度降低,减速制动阶段负载需求功率极低,双井对称结构还能够实现连续性抽油,使抽油生产率提高一倍。电液比例负载敏感技术的应用能够使系统实时适应负载需求,使系统的输出功率随负载的变化而变化,从而节能效果显著。静液传动二次调节系统能够实时调节二次元件的排量而适应负载需求,系统中没有节流损失和溢流损失,并且在减速阶段,二次元件可工作于液压泵工况来回收制动能量,表明了显著的节能效果。第三章以负载敏感技术结合双井平衡和单井与配重平衡两种设计方案为研究对象,对整个系统进行了基于液压软件AMESim的系统建模和仿真研究。首先,对负载敏感系统的工作机理进行了理论分析并建立了系统部件的动力学模型。其次,在AMESim环境下建立了负载敏感系统的仿真模型并进行了负载敏感原理的测试。然后,建立了所设计液压抽油机的仿真模型,仿真结果不但验证了系统的压力和流量随负载需求的变化和变化,还表明了系统运行平稳且能够实现抽油杆速度和位移的准确控制,从而证实系统设计的节能性和合理性。第四章以静液传动二次调节长冲程液压抽油机为研究对象,对抽油杆的速度控制进行了相关研究。首先在MATLAB/Simulink环境下建立了二次调节系统的数学模型并进行了基于PID控制的系统仿真,结果表明,PID控制器在应用于非线性系统、参数时变系统中时,系统响应曲线不仅在参数变化过渡期间会产生较大的波动,超调量也较大,而且在改变系统相关参数时,易受参数变化及外界干扰的影响。其次,在概要介绍了模糊控制和滑模控制理论之后,提出了基于模糊切换增益调节的滑模控制,并设计了模糊滑模控制器,建立二次调节系统的模糊滑模控制仿真模型并进行仿真,结果表明系统具有稳定快速响应的特点,并且系统的鲁棒性较强,控制效果明显优于PID控制。第五章提出了一种基于新能源技术的混合能源液压抽油机。该液压抽油机的卷筒由静液传动二次调节液压系统和小型风光互补发电系统共同驱动,并采用了基于规则的能量管理策略,使两个系统及储能元件在抽油杆的不同运行阶段按设计的规则工作,从而提高了整个系统的运行效率。在MATLAB/Simulink环境中建立了子系统的数学模型,并在此基础上对整个系统进行了仿真分析,结果验证了风光互补发电系统的优点和蓄电池所起的能量调节作用,并表明了系统设计的合理性和稳定性。然后,通过二次调节液压实验台,对系统中的关键部件二次元件效率的开展了实验研究,结果表明,二次元件的总效率随着工作压力和排量系数的减小而减小,从而验证了通过在匀速阶段采用风光互补发电系统直接驱动系统来提高效率的正确性和有效性,达到了节能的目的。最后,在第六章,总结了论文的研究内容和创新性成果,并展望了后续的研究工作。