張建新，謝勁松，張超楠，孫祥，宋聚峰

（長春理工大學(xué)，長春 130022）

0 引言

智能提撈式抽油機與傳統(tǒng)抽油機最大的區(qū)別在于以連續(xù)柔性抽油桿代替剛性抽油桿，以大沖程代替小沖程。解決了傳統(tǒng)抽油機供液不足情況下"干抽"的問題，大大減少了能耗，提高了效率，但是仍然存在諸多問題。本文對已有的智能提撈式抽油機進行優(yōu)化，改善結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新。

1 改進前智能提撈抽油機

1.1 改進前智能提撈抽油機結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 改進前智能抽油機結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1 所示，柔性抽油桿連接抽子，抽子下部配有加重桿，通過控制系統(tǒng)，利用電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)來上提和下放柔性抽油桿。正常生產(chǎn)時，抽子在自重和配重作用下，下行到井口以下設(shè)定深度并保持靜止，根據(jù)設(shè)定的間抽時間，控制器啟動，電機正轉(zhuǎn)帶動抽子上行，控制顯示器上顯示當(dāng)前抽子深度、電機運行電流、上行速度以及抽子載重，當(dāng)抽子上行到井口的設(shè)定停止深度時電機停止，控制器啟動下行程序，電機反轉(zhuǎn)，抽子下行直到設(shè)定的靜止深度，完成一次撈油過程。

1.2 存在的問題

1）柔性抽油桿內(nèi)部是7 股冷拉普通鋼絲外部包裹一層橡膠，在井下壓力的作用下，有水沿著鋼絲滲出井口，且此種抽油桿比較脆，在冬天容易脆裂折斷。

2）排繩小車、排繩支架、傳動機構(gòu)組成的純機械排繩裝置，使柔性抽油桿因排繩紊亂造成擠壓變形。

3）上行時正常，下行靠重力，重力加速度使電動機反轉(zhuǎn)，滾筒制動點剎不能使?jié)L筒立刻停止，制動不及時，下行速度很難控制，運行很不平穩(wěn)，設(shè)備振動沖擊較大。

2 改進后的智能提撈式抽油機

2.1 改進后智能提撈式抽油機機構(gòu)

對已有智能提撈式抽油機進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，由地上智能主機部分和地下抽油部分組成。智能主機部分主要包括電控箱、電動機、擺線針輪減速機、制動器、鏈傳動機構(gòu)、里巴斯?jié)L筒、自動排繩機構(gòu)、設(shè)備支架、井架、滑輪等；地下部分主要包括連續(xù)柔性抽油桿、加重桿、壓力傳感器、柱塞、油管等。結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.2 工作原理

圖2 改進后智能提撈式抽油機結(jié)構(gòu)示意圖

柔性抽油桿一頭連著滾筒，一頭連著柱塞，以油井管柱為抽油泵筒，通過滾筒的正反轉(zhuǎn)帶動柱塞上下運動，完成抽汲。

柱塞向上運動時，電機正轉(zhuǎn)，滾筒將柔性抽油桿纏繞在卷筒上，帶動柱塞上行。柱塞膠筒下滑至柱塞桿底部，封死柱塞以上液柱，壓縮柱塞以上的液柱和氣體，當(dāng)壓力達到一定值，集油管線單向閥開啟，液體經(jīng)集油管線進入泵站。當(dāng)柱塞運行至上死點時控制系統(tǒng)感應(yīng)到信號，制動器制動，設(shè)備停止，等待下放信號。

柱塞向下運動時，電機反轉(zhuǎn)，制動器開啟，在加重桿、抽油桿作用下滾筒反轉(zhuǎn)。柱塞膠筒滑至柱塞桿頂部，柱塞打開，液體沿著柱塞桿柱上的凹槽注入柱塞以上。當(dāng)柱塞運行至下死點時，制動器制動，根據(jù)壓力傳感器反饋的信號決定是否上行，若液柱高度沒達到設(shè)定值則停機等待液面恢復(fù)后自動開機上行。

2.3 結(jié)構(gòu)改進與創(chuàng)新介紹

1）連續(xù)柔性抽油桿創(chuàng)新。經(jīng)過長時間的改進實驗，研制出的能上傳井下壓力等通訊信號的柔性抽油桿，鍍鋅處理，單根鋼絲的抗拉強度達到1 280 MPa，每根鋼絲緊密排列采用塑性壓塑技術(shù)進行整體灌注，填滿鋼絲之間的縫隙，同時外護套采用鋼絲編網(wǎng)的形式。此鋼纜不僅解決了原有抽油桿的問題，也增加了抗拉強度，使用壽命長。結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

其材料尺寸和基本性能如表1 所示。

圖3 柔性抽油桿的截面結(jié)構(gòu)

表1 柔性抽油桿材料尺寸和基本性能

由于材料的特殊性，無法對其抗拉強度進行理論計算，在實驗室里用拉力機進行多次拉伸試驗，迫斷力最小為98.329 kN。

2）排繩機構(gòu)的創(chuàng)新。自動排繩機構(gòu)采用滾筒、滾珠花鍵軸、直線電機結(jié)合的結(jié)構(gòu)，直線電機推動滾筒沿軸向做往復(fù)直線運動，抽油桿每纏繞1 圈，直線電機移動1 個抽油桿直徑的距離，對于不同直徑的抽油桿，直線電機移動的速度不同。具體計算公式為

式中：V 為直線電機速度，m/s；d 為柔性抽油桿外徑，mm；ω 為里巴斯?jié)L筒的角速度，rad/s。

滾珠花鍵軸以滾動代替滑動，減少了主軸與滾筒的摩擦力，降低了直線低級的輸出功率，有節(jié)能降耗的效果。自動排繩機構(gòu)省去了附加的排繩小車、排繩支架、傳動機構(gòu)組，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，排繩整齊，減少了因排繩紊亂造成抽油桿的擠壓變形。

3）制動器創(chuàng)新。擺線針輪減速機扭矩計算公式為：

式中，M 為減速機轉(zhuǎn)矩，P 為電機功率，i 為減速比，n 為電機功率輸入轉(zhuǎn)速。

在減速器輸出端安裝電磁抱閘制動，電磁抱閘是靠閘瓦的摩擦片制動閘輪。電磁離合器是利用動、靜摩擦片之間足夠大的摩擦力使電動機斷電后立即制動。其制動力矩計算公式為

式中，M高速軸為高速軸轉(zhuǎn)矩，M低速軸為低速軸轉(zhuǎn)矩，i傳動比為傳動比。

由此可知，電磁抱閘制動器很小的制動力矩即可實現(xiàn)制動，安全可靠，可有效解決剎車裝置復(fù)雜且機械振動大的問題。

3 結(jié)語

通過技術(shù)創(chuàng)新，智能提撈式抽油機的性能有了明顯的改進，提高系統(tǒng)工作效率的同時也達到了節(jié)能降耗的目的，為低產(chǎn)井降低成本提供了一條新途徑，有著廣泛的應(yīng)用前景。但目前智能提撈式抽油機在我國仍處在發(fā)展階段，各項技術(shù)還不成熟，仍需要在抽子結(jié)構(gòu)、膠筒材質(zhì)、抽油桿連接、井口密封等方面加強攻關(guān)，力爭在各項技術(shù)方面有新的突破。

［1］王春華，祝立群，張永功，等.新型固定式撈油機［J］.油氣田地面工程，2007，26（2）：61.

［2］李偉.柔性連續(xù)抽油桿提撈式采油技術(shù)研究［D］.大慶：東北石油大學(xué)，2011.

［3］席明元.智能抽油機舉升技術(shù)應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2013（7）：103-104.