姚 鵬，白文雄，樊 勇，梁 娜，李紅才

（長(zhǎng)慶油田分公司機(jī)械制造總廠，西安710201）①

常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)數(shù)字化改造技術(shù)與應(yīng)用

姚 鵬，白文雄，樊 勇，梁 娜，李紅才

（長(zhǎng)慶油田分公司機(jī)械制造總廠，西安710201）①

為使在用常規(guī)彎梁變矩游梁式抽油機(jī)滿足油田數(shù)字化管理的需要，設(shè)計(jì)了擺動(dòng)式游梁平衡調(diào)節(jié)裝置及配套設(shè)施，配備了數(shù)字化智能控制系統(tǒng)。在不改變?cè)瓩C(jī)型的情況下，利用數(shù)字化抽油機(jī)技術(shù)在井場(chǎng)將6型常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)一次性改造成為數(shù)字化抽油機(jī)，能夠根據(jù)油井負(fù)荷自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的平衡狀態(tài)，根據(jù)油井產(chǎn)液量自動(dòng)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的工作沖次，并適時(shí)傳遞油井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制。可滿足油田數(shù)字化管理和控制的要求。

抽油機(jī)；彎梁變矩；智能控制；數(shù)字化改造

由于常規(guī)彎梁變矩（調(diào)經(jīng)變矩）游梁式抽油機(jī)具有較好的節(jié)能效果［1］，自2005年以來(lái)，在長(zhǎng)慶油田得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該抽油機(jī)約占油田在用抽油機(jī)的35%。隨著長(zhǎng)慶油田大力推行數(shù)字化管理，該抽油機(jī)不具備數(shù)字化控制，不能夠根據(jù)油井負(fù)荷及產(chǎn)液量適時(shí)調(diào)整抽油機(jī)的平衡及工作沖次，與油井實(shí)現(xiàn)“供排協(xié)調(diào)”和數(shù)據(jù)上傳及遠(yuǎn)程控制等數(shù)字化管理的弊病不斷顯現(xiàn)。如何將在用常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)改造為數(shù)字化抽油機(jī)，滿足油田數(shù)字化管理需要，是油田公司關(guān)注的熱點(diǎn)。2012-09，機(jī)械制造總廠與采油二廠聯(lián)合對(duì)西峰油田西280-02井組和西39-30井組2個(gè)井場(chǎng)在用的10臺(tái)6型彎梁變矩抽油機(jī)進(jìn)行了數(shù)字化抽油機(jī)技術(shù)［2-3］改造，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試1次成功。經(jīng)過(guò)1 a多的使用，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)改造要求，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化抽油機(jī)的所有功能，能夠根據(jù)油井負(fù)荷調(diào)整抽油機(jī)的平衡狀態(tài)，根據(jù)油井產(chǎn)液量調(diào)整抽油機(jī)的工作沖次，并適時(shí)上傳油井參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，達(dá)到了油田公司數(shù)字化管理的要求。經(jīng)過(guò)油田公司技術(shù)檢測(cè)中心的節(jié)能效果評(píng)價(jià)，其綜合節(jié)電率達(dá)到34%，系統(tǒng)效率提高5%以上。為其他型號(hào)的彎梁變矩抽油機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化技術(shù)改造提供了較好的技術(shù)借鑒。

1 技術(shù)分析

1.1 常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)結(jié)構(gòu)及改造要求

6型常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。在不改變?cè)橛蜋C(jī)機(jī)型的情況下，只對(duì)尾部平衡及控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，并增加數(shù)字化部分結(jié)構(gòu)，使其實(shí)現(xiàn)數(shù)字化抽油機(jī)的功能，達(dá)到數(shù)字抽油機(jī)要求。為減少改造工作量，所有改造工作需在抽油機(jī)現(xiàn)場(chǎng)一次改造完成。由于抽油機(jī)井場(chǎng)存在較多不安全隱患，不能進(jìn)行電焊等動(dòng)火作業(yè)，給改造工作帶來(lái)了較大的難度。這就要求將改造部件實(shí)行工廠化制造，現(xiàn)場(chǎng)改造采用掛接和螺栓連接等不動(dòng)火作業(yè)，并確保改造后的機(jī)型能夠達(dá)到長(zhǎng)期可靠工作的要求。

1—懸繩器；2—鋼絲繩；3—驢頭；4—游梁；5—支架總成；6—中央軸承座；7—橫梁軸承座；8—橫梁；9—連桿；10—尾部平衡體；11—曲柄；12—曲柄銷裝置；13—減速器；14—皮帶；15—皮帶護(hù)罩；16—電機(jī)裝置；17—?jiǎng)x車裝置；18—底座

1.2 數(shù)字化技術(shù)改造方案

改造后的CYJW6-2.5-18HY（SG）型數(shù)字化抽油機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中實(shí)線表示改造部分，虛線為原結(jié)構(gòu)。

圖2 改造后的數(shù)字化抽油機(jī)結(jié)構(gòu)

1.2.1 改造方案

1） 將原尾部平衡整體換裝為電動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置。

2） 將原懸繩器整體換裝為能夠安裝固定載荷傳感器的一體式載荷懸繩器［4］。

3） 為了能夠安裝數(shù)字化智能控制柜，且確保控制柜符合SY6320—2008《陸上油氣田油氣集輸安全規(guī)程》［5］相關(guān)規(guī)定，去掉原控制柜，將原底座加長(zhǎng)用來(lái)固定數(shù)字化智能控制柜，其長(zhǎng)度尺寸既要確保曲柄旋轉(zhuǎn)的安全距離，又要兼顧電動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置在最低位置時(shí)的安全距離。設(shè)計(jì)了螺栓夾板固定的特殊結(jié)構(gòu)，避免了動(dòng)火電焊作業(yè)。

4） 增加了位移傳感器，選用磁鐵式固定的位移傳感器。

5） 增加了位移傳感器和載荷傳感器的信號(hào)線及穿線管、平衡電機(jī)動(dòng)力線及穿線管、與防爆控制按鈕相連的控制線及穿線管。穿線管采用螺釘固定和磁鐵座固定相結(jié)合的方式。

6） 增加了數(shù)字化智能控制柜。數(shù)字化智能控制柜后置安裝，由于剎車裝置不變，剎把還在原位置。配合剎把操作，在剎把附近安裝了防爆操作按鈕，使剎車操作與啟停操作能夠同時(shí)進(jìn)行，滿足了現(xiàn)場(chǎng)操作抽油機(jī)的要求。

1.2.2 改造后的技術(shù)參數(shù)

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 在用彎梁變矩抽油機(jī)的工作情況確定

由于常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)已在井場(chǎng)應(yīng)用，為使改造工作有效進(jìn)行，需要對(duì)在用抽油機(jī)進(jìn)行全面的檢測(cè)，主要檢測(cè)內(nèi)容包括：

1） 整機(jī)的運(yùn)行狀況。

2） 上下沖程的實(shí)際工作載荷。

3） 主要結(jié)構(gòu)件的安全性。

4） 懸點(diǎn)投影。

5） 整機(jī)橫向擺幅。

根據(jù)檢測(cè)情況確定改造的必要性，通常服役在3 a以內(nèi)的抽油機(jī)只需將彎梁變矩抽油機(jī)調(diào)整至正常狀態(tài)即可。對(duì)服役較長(zhǎng)的抽油機(jī)需要進(jìn)行必要的維護(hù)，以確保改造的有效性。

2.2 改造后平衡載荷的確定及平衡錘結(jié)構(gòu)

由于改造后的數(shù)字化抽油機(jī)采用擺動(dòng)平衡調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，平衡調(diào)節(jié)有確定的范圍。根據(jù)測(cè)得的抽油機(jī)上下沖程的實(shí)際載荷，并將其放大15%～20%左右，即可滿足抽油機(jī)額定載荷的50%～100%的平衡調(diào)節(jié)范圍。

平衡錘采用圓柱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部灌裝密度為2.0 g／cm3的混凝土；中部為可拆裝的水泥塊結(jié)構(gòu)，大幅降低了制造成本，且具有一定的防盜功能?？刹鹧b水泥塊結(jié)構(gòu)加上擺動(dòng)調(diào)整范圍確保抽油機(jī)平衡調(diào)整范圍達(dá)到額定載荷的50%～100%。

2.3 數(shù)字化抽油機(jī)智能控制技術(shù)

數(shù)字化抽油機(jī)采用長(zhǎng)慶油田公司機(jī)械制造總廠的數(shù)字化抽油機(jī)智能控制技術(shù)。采用RTU智能控制器調(diào)整和控制抽油機(jī)的參數(shù)，自動(dòng)平衡判定與調(diào)節(jié)技術(shù)和抽油機(jī)合理工作沖次判定與調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，保證了改造后的數(shù)字化抽油機(jī)具備數(shù)字化管理和控制的功能。使改造后的抽油機(jī)與油井得到了較好的結(jié)合，實(shí)線了“供排協(xié)調(diào)”，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1） 常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)改造，只需更換2大部件，增加6項(xiàng)零部件便可完成數(shù)字化技術(shù)改造。改造后的數(shù)字化抽油機(jī)與新制造的數(shù)字化抽油機(jī)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。具備油井參數(shù)和電參數(shù)的采集、傳輸；遠(yuǎn)程啟停和語(yǔ)音報(bào)警提示；合理工作沖次的自動(dòng)判定與調(diào)整；最佳平衡的自動(dòng)判定與調(diào)整。同時(shí)，利用數(shù)字化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)抽油機(jī)有效保護(hù)，工作更安全。

2） 所有改造工作在井場(chǎng)1次改造調(diào)試成功，實(shí)現(xiàn)了工廠化制造與現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的有效結(jié)合；避免了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火作業(yè)，降低了現(xiàn)場(chǎng)改造工作的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3） 數(shù)字化智能控制柜后置安裝。為實(shí)現(xiàn)剎車與啟、停操作的聯(lián)動(dòng)，在剎把附近設(shè)置了防爆啟、停按鈕，使數(shù)字化智能控制柜的啟、停在控制柜和防爆按鈕處的雙向操作。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與測(cè)試

2012-09，在長(zhǎng)慶油田公司采油二廠對(duì)西峰油田西280-02井組和西39-30井組2個(gè)井場(chǎng)在用的10臺(tái)6型彎梁變矩抽油機(jī)進(jìn)行了數(shù)字化技術(shù)改造，改造調(diào)試工作1次完成。改造后的數(shù)字化抽油機(jī)經(jīng)過(guò)1 a年多的運(yùn)行，經(jīng)歷了冬季嚴(yán)寒和夏季酷暑的考驗(yàn)，運(yùn)行情況良好。其平衡度基本保持在0.95～1.05之間，具有較好的平衡性能；工作沖次可以根據(jù)油井動(dòng)液面和產(chǎn)液量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，具有較好的節(jié)能效果。油井參數(shù)和電參數(shù)適時(shí)上傳至上位機(jī)，并得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管理和控制的目的。

2013-06，委托長(zhǎng)慶油田公司技術(shù)檢測(cè)中心對(duì)改造后的數(shù)字化抽油機(jī)與原彎梁變矩式抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能效果對(duì)比測(cè)試［6］。測(cè)試和計(jì)算結(jié)果為：有功節(jié)電率為34.90%，無(wú)功節(jié)電率67.35%，綜合節(jié)電率為34.83%（以上數(shù)據(jù)因工況條件不同只能作為參考數(shù)據(jù)，從節(jié)電量來(lái)說(shuō)是事實(shí)存在的）。抽油機(jī)系統(tǒng)效率為19.86%，比以前提高了5.5%以上。

5 結(jié)論

1） 常規(guī)彎梁變矩抽油機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字化改造技術(shù)解決了現(xiàn)場(chǎng)在用彎梁變矩抽油機(jī)在實(shí)施油田數(shù)字化管理以來(lái)繼續(xù)使用問(wèn)題，不僅滿足了油田數(shù)字化管理需要，還使老式抽油機(jī)能夠根據(jù)油井負(fù)荷和產(chǎn)液量調(diào)整抽油機(jī)的工作參數(shù)，發(fā)揮了數(shù)字化智能控制功能，具有較好的節(jié)能降耗效果。

2） 經(jīng)測(cè)算，1臺(tái)彎梁變矩抽油機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)改造費(fèi)用約￥4.5萬(wàn)元。改造方案經(jīng)工廠化制造后，現(xiàn)場(chǎng)改造不需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)小，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3） 由于采用了擺動(dòng)平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，利用原尾部平衡掛裝座，輔以螺栓加緊方式，使更換后的平衡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝簡(jiǎn)單、工作可靠。設(shè)計(jì)的擺動(dòng)調(diào)節(jié)范圍達(dá)到了110°，結(jié)合可拆裝的活動(dòng)水泥平衡塊，具有平衡調(diào)整范圍大的優(yōu)點(diǎn)。

4） 參照該技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)其他型式游梁式抽油機(jī)的數(shù)字化改造。

［1］ 湯敬飛，吳曉東，馬國(guó)瑞，等.調(diào)徑變矩抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷計(jì)算［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40（11）：37-40.

［2］ 戴志宏.數(shù)字化抽油機(jī)在采油六廠的應(yīng)用［J］.石油礦場(chǎng)機(jī)械，2013，42（9）：94-97.

［3］ 白文雄，白青，李茂，等.數(shù)字化抽油機(jī)的研制與應(yīng)用［J］.油氣田地面工程，2013，32（12）：149-151.

［4］ 李紅才，侯軍，李曉萍，等.帶有載荷變送器的懸繩器：中國(guó)，ZL201020252367.X［P］.2011-02-09.

［5］ SY 6320—2008，陸上油氣田油氣集輸安全規(guī)程［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［6］ 長(zhǎng)慶石油勘探局節(jié)能檢測(cè)站.JD2013005《6型彎梁變矩抽油機(jī)數(shù)字化改造測(cè)試報(bào)告》［Z］.2013.

Digital Transformation Technology and Application of Conventional Pumping Units with Camber Beam and Variable Torque

YAO Peng，BAI Wen-xiong，F(xiàn)AN Yong，LIANG Na，LI Hong-cai
（Machinery Manufacturing Plant，Changqing Oilfield Company，Xi’an 710201，China）

In order to make the active conventional beam pumping units with camber beam and variable torque to meet the needs of the digital oilfield management，oscillating beam’s balance adjusting device and supporting facilities were designed，and also equipped with digital intelligent control system.Without changing the original model，digital pumping technology transformed the type 6 conventional pumping units with camber beam and variable torque into the digital oil pumping machine at the drill sites once.So the balance of？pumping units could be adjusted automatically or manually based on the load of oil wells，the modified machine can adjust the pumping unit working stroke automatically，according to the oil well fluid production，and timely deliver oil well parameters.In a word，this technical transformation has achieved all the functions of the digital beam pumping units，met the oilfield digitization management and control requirements.

pumping units；camber beam and variable torque；intelligent control；digital transformation

TE933.1

B

10.3969／j.issn.1001-3842.2014.07.026

1001-3482（2014）07-0095-04

2014-01-06

姚 鵬（1978-），女，甘肅寧縣人，工程師，碩士研究生，主要從事石油機(jī)械與一體化集成裝置的控制理論與控制工程研究，E-mail：yaop_cq＠petrochina.com.cn。