張學魯 王濟新（中國石油天然氣股份公司新疆油田分公司）

新疆克拉瑪依油田是新中國成立后開發(fā)的第一個大油田，2002年的年產(chǎn)量達到1000×104t，目前排名中國陸上油田第四位。截至2011年底，已為國家累計生產(chǎn)原油近3×108t。油田原油開發(fā)初期以自噴生產(chǎn)為主，上世紀80年代初期逐漸進入機械采油階段，常規(guī)游梁式抽油機是主要的采油設備。截至1998年底，抽油機井數(shù)達到8393口，占油田生產(chǎn)井數(shù)的92.7%。隨著常規(guī)游梁式抽油機使用年代的增加，安全性差、能耗高、管理難度大等問題逐步顯現(xiàn)。1990年前后，油田上試用了幾種節(jié)能抽油機，由于不適應油田惡劣環(huán)境、故障太多而逐步報廢，這為實施抽油機的再制造提供了前提。90年代末，新疆油田與新疆第三機床廠合作，從改造報廢的14型氣平衡抽油機開始了再制造研究。從1999年至2011年，將在抽油機再制造技術研究中形成的新技術用于廢舊抽油機的再制造，生產(chǎn)出性能高于原機的抽油機再制造產(chǎn)品。

1 抽油機再制造的基礎

1.1 抽油機的工作原理

常規(guī)游梁式抽油機的結構見圖1，其工作原理是，減速機構（皮帶和減速箱）將電動機的高速旋轉減速為曲柄的低速運轉，再由曲柄、游梁、連桿和支架構成的四連桿機構將曲柄的旋轉運動轉變成為驢頭的上下往復運動，再通過懸繩器、光桿和抽油桿帶動井下的抽油泵工作，將井下的原油舉升到地面?？梢钥闯觯橛蜋C的結構雖然簡單，但能量和運動轉換的環(huán)節(jié)較多。

圖1 常規(guī)型抽油機結構

1.2 老舊抽油機再制造的物質基礎

抽油機的工作環(huán)境一般都比較惡劣，在風沙雪雨和高溫嚴寒下運行；抽油機各個部件在運行中還要承受頻率很高的交變載荷。例如，當抽油機沖速為6min-1時，24h驢頭就要上下往復8640次。這就使得抽油機的傳動皮帶、曲柄銷子、懸繩器等成為容易出現(xiàn)故障的易損件；其他部件如底座、支架、游梁、驢頭、控制箱等，因受力集中或結構設計不合理等問題，在焊接或應力集中的部位有時也會出現(xiàn)開裂等故障。但就抽油機的主體部分來說，大多數(shù)老舊抽油機都有再利用價值，這是實施抽油機再制造的物質基礎。

1.3 對抽油機不能做強制報廢處理

石油行業(yè)標準[1]中規(guī)定，“到報廢為止，游梁式抽油機的總使用時間不少于15年”。雖然有此規(guī)定，但油田上并沒有按照15年的使用年限進行強制性報廢，而是通過大修理等措施延長抽油機的使用年限。其原因是：抽油機用于原油開采，并非是與人身接觸密切的設備；油田上抽油機數(shù)量眾多，定期報廢需要大量資金，使原油生產(chǎn)的成本大幅上升。

1.4 再制造理念是抽油機再制造的理論依據(jù)

再制造工程起源于二次世界大戰(zhàn)，在上世紀90年代末引入我國，目前已在機械設備再制造方面取得了顯著成績[2]。在油田抽油機的維修上，以往只是簡單地更換易損件，恢復原有的使用功能，但未提高其性能。新疆油田首次在國內將再制造的相關理論用于抽油機的再制造，取得重要成果。

2 抽油機再制造技術研究與試驗

2.1 抽油機再制造理論研究

在抽油機再制造實踐中，首先在理論方面開展了相關研究并取得突破。游梁式抽油機在運行中的最大特點是上下行載荷變化很大，抽油機載荷的平衡情況與能耗的高低有正相關的關系。在這方面提出了以下理論觀點：

1）下偏杠鈴平衡方式遵守5條曲線平衡理論[3]。該項理論分析了下偏杠鈴抽油機設計的幾種方案，為下偏杠鈴平衡體所處相位的平衡效果分析和優(yōu)化設計提供了依據(jù)。

2）游梁式抽油機利用四連桿機構將曲柄的旋轉運動轉變成驢頭的上下往復運動，這一過程中要消耗一定的功，這就是換向功。據(jù)分析，抽油機的曲柄半徑與連桿長度之比對換向功的影響較大，比值越小，則換向功越低，節(jié)能效果越好，這就為抽油機再制造的結構設計提供了理論依據(jù)。

3）懸點載荷的1/2液柱平衡原則表明，在不考慮附加載荷的情況下，平衡重所產(chǎn)生的平衡效果，除了與抽油桿質量抵消外，應等于1/2液柱的載荷，這一原則為平衡質量的分配提供了設計依據(jù)。

4）抽油機再制造分為三個層次：恢復型再制造，通過維修和更換零部件使原設備恢復使用，抽油機的大修理屬于這種類型；改進型再制造，在保持原結構尺寸下，提高零部件的性能，獲得更好的技術、安全和操作性，一般性技術改造屬于這種類型；創(chuàng)造型再制造，通過結構、材質、表面處理、制造工藝和零部件創(chuàng)新，整體提升設備的技術、安全、操作和遠程監(jiān)控性能。針對抽油機結構的創(chuàng)新，提升了抽油機的整體性能，屬于創(chuàng)造型再制造。

2.2 抽油機再制造技術研究

2.2.1 偏置懸掛型抽油機

1990年前后，新疆油田試用了當時國內看好的一種節(jié)能新機型——氣平衡抽油機。這種抽油機節(jié)能效果較好，但由于存在氣缸密封部件質量和系統(tǒng)控制技術不過關等問題，很快就停止使用。這些設備如果報廢，就會造成幾百萬元的經(jīng)濟損失，再制造研究工作就始于對這些抽油機的改造。

通過對氣平衡抽油機的結構分析，確定了再制造的方案。拆除氣平衡系統(tǒng)，增加了游梁后臂和后驢頭（又稱為雙驢頭抽油機），形成了懸掛平衡重和下偏杠鈴平衡重相結合的平衡方式（圖2）。2000年10月，研制的偏置懸掛游梁平衡抽油機進入現(xiàn)場試驗并獲得成功。在項目實施階段，采用該技術再制造抽油機260臺，生產(chǎn)新抽油機3848臺。

圖2 懸掛偏置抽油機的原機型與改造機型

2.2.2 下偏杠鈴型抽油機

該機型的再制造始于1998年，是要將淘汰下來的3型機用到需要4型機的稠油井上。采用的技術有：安裝下偏平衡裝置、加固薄弱部分、更換損壞零部件。其主要特點是在游梁尾部加裝一個類似杠鈴的下偏平衡裝置，運用變矩平衡原理改善受力狀況，提高了承載能力。該技術還用于大型抽油機再制造上，與常規(guī)機相比，電動機的配置功率下降15%～40%，節(jié)電率達到11%以上。在項目實施階段再制造這類抽油機942臺，生產(chǎn)新機8002臺。

2.2.3 調徑變矩抽油機

該機型是下偏平衡再制造技術的延伸，是一種新型節(jié)能抽油機產(chǎn)品。其主要特征是在游梁與直線形吊臂的連接處有一調徑銷，用來調整平衡重力臂的角度，吊臂末端配可調質量的配重箱。游梁和支架之間有一支撐裝置，便于調整抽油機的沖程。在項目實施階段，新疆油田再制造抽油機634臺，生產(chǎn)新機1642臺。

1999年9月，在中石油集團公司節(jié)能型抽油機專題會議上，新疆油田的下偏杠鈴和調徑變矩2種節(jié)能抽油機分獲第一名和第二名，入圍全國推廣的7種節(jié)能型抽油機。

采用偏置懸掛（雙驢頭）、下偏杠鈴和調徑變矩3種技術生產(chǎn)的抽油機再制造產(chǎn)品見圖3。3種機型均得到了油田現(xiàn)場的好評。十幾年來，通過對平衡方式的理論和技術研究，形成了平衡節(jié)能、安全制動、拆卸清洗、檢測手段、評判方法、型式試驗和現(xiàn)場試驗等一系列廢舊抽油機再制造技術。把抽油機大修升級為現(xiàn)代再制造技術，并覆蓋了3至14型游梁式抽油機系列。

圖3 3種再制造抽油機

2.3 抽油機再制造工藝流程

抽油機再制造的主要流程見圖4。

圖4 抽油機再制造流程

抽油機再制造主要流程是，編制再制造技術方案并審查，對抽油機進行拆卸和清洗（軸承、減速箱等），對相關部件進行檢測，修復或更換部件（控制箱、懸繩器、曲柄銷子、固定螺栓等），組裝抽油機并按新產(chǎn)品標準要求進行檢測和試運行，最后進行刷漆、安裝銘牌和包裝，安裝調試組織驗收，然后進入現(xiàn)場。

2.4 抽油機再制造技術路線圖

通過多年探索，形成以下抽油機再制造的技術路線圖（圖5），該路線圖將抽油機再制造的各個環(huán)節(jié)有機地聯(lián)系在一起。

圖5 抽油機再制造技術路線圖

3 抽油機再制造技術的效益

3.1 抽油機再制造產(chǎn)品

1998年以來再制造的抽油機數(shù)量見表1。

表1 再制造抽油機數(shù)量統(tǒng)計

1998年以來推廣的節(jié)能型新機見表2。

表2 推廣節(jié)能型抽油機統(tǒng)計

3.2 抽油機再制造的經(jīng)濟效益

抽油機再制造的費用約占新購抽油機費用的20%～50%。新疆油田在項目實施階段所付出的改造費用為9700多萬元，節(jié)約設備購置費32057.37萬元。

再制造抽油機的節(jié)能效果顯著，裝機功率減少20%～45%，有功節(jié)電10%～30%。累計節(jié)約電量4645.2×104kWh，節(jié)約電費3809萬元，合計達到3.5866億元。

使用新型抽油機可以有效地減少變壓器的容量，僅統(tǒng)計采油二廠八區(qū)的情況，全區(qū)1241臺抽油機，從2000年至2011年，僅減少變壓器容量費就達到15969.32萬元，節(jié)約供電系統(tǒng)改擴建費用194.15萬元，合計1.61635億元。

僅統(tǒng)計上述3項費用，從1999年到2011年，新疆油田采用抽油機再制造產(chǎn)品及其技術制造的新機型所產(chǎn)生的總效益達到5.203億元。

4 抽油機再制造實踐中的問題

抽油機再制造過程中，遇到了來自傳統(tǒng)認識的一些阻力。一般人會將修修補補的設備改造與再制造工程混為一談。而實際上再制造是一個創(chuàng)新的過程，再制造產(chǎn)品屬于一種全新的產(chǎn)品，是老設備加新技術成果的結晶。實施設備再制造工程，轉變認識和傳統(tǒng)觀念尤為重要，并需要政策上的規(guī)范和扶持，才能使再制造真正成為企業(yè)的一種長期的、自覺的經(jīng)營行為。

5 結論

1）抽油機再制造的前景廣闊。我國原油開采以機械采油方式為主，中石油集團公司所屬油田的抽油機總數(shù)約為14萬臺，而全國抽油機總量估計超過20萬臺。按照平均使用壽命15年計算，每年將有1萬臺以上的抽油機可成為再制造的對象。如果實施再制造，不僅可以節(jié)約大量的采購資金，節(jié)能減排的意義更大。

2）油田抽油機再制造技術已經(jīng)成熟。新疆油田在游梁式抽油機再制造方面基本形成了一套較為完整的理論、技術、工作程序、工藝方法和管理經(jīng)驗。再制造抽油機的使用量達到1836臺，按照再制造技術生產(chǎn)的新機使用量達到13610臺，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

3）新疆油田將繼續(xù)實施抽油機再制造工程。持續(xù)完善抽油設備再制造技術和管理，大力實施再制造工程。做到老井不更換新機；逐步清理廢棄抽油機，凡有再制造價值的都列入計劃實施，把克拉瑪依油田打造成為可持續(xù)發(fā)展的綠色生產(chǎn)企業(yè)。

4）抽油機再制造技術已具備在全國推廣普及的條件。新疆油田將不斷完善并提高再制造關鍵技術、工藝方法、檢測手段和標準規(guī)范。通過國家、企業(yè)和社會的共同努力，再制造工程理念必將深入人心，形成共識，在相關政策、法規(guī)的指導和約束下，再制造工程必將得到健康、快速的發(fā)展。

[1]全國石油鉆采設備和工具標準化技術委員會.SY/T 5044—2003游梁式抽油機[S].北京:石油工業(yè)出版社,2004.

[2]徐彬士.中國再制造工程及其進展[J].中國表面工程,2010,23(2):1-6.

[3]張學魯,季祥云,羅仁全,等.游梁式抽油機技術與應用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:101-106.