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        雙塔自平衡式抽油機的設(shè)計與研究

        2015-05-30 12:21:34孟旭明高袁麟
        中國機械 2015年8期
        關(guān)鍵詞:抽油機

        孟旭明 高袁麟

        摘 要:本文通過對傳統(tǒng)的皮帶式、游梁式抽油機的創(chuàng)新,針對叢井采油設(shè)計出具有高效節(jié)能,電氣控制的雙塔自平衡式抽油機,其傳動方式為:智能換向電動機→減速箱→同步帶輪→同步帶→抽油桿往復(fù)運動,其中智能換向電動機能實現(xiàn)智能換向,由限位開關(guān)防止控制出現(xiàn)失靈。換向由電氣控制實現(xiàn),使抽油機整體結(jié)構(gòu)簡單;該抽油機利用對稱分布的抽油桿,平衡了自身重量,減少了能耗。

        關(guān)鍵詞:抽油機;自平衡;雙井;電機換向

        1.研究背景

        傳統(tǒng)的抽油機主要有:游梁式抽油機、鏈條式抽油機、皮帶式抽油機等。近年來世界抽油機技術(shù)發(fā)展,其向著更好的適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟性和先進性發(fā)展;并且提高了抽油機平衡效果,改善了抽油機的運動特性、動力特性等平衡特性;增大了抽油機的使用范圍,強化了抽油機智能化程度。

        傳統(tǒng)的抽油機的換向多采用機械換向。游梁式抽油機的換向是利用曲柄帶動連桿上下往復(fù)運動,皮帶式抽油機利用單鏈條連接曲拐和滑車架在框架中上下往復(fù)運動實現(xiàn)上下抽油,鏈條式抽油機通過齒條鏈輪實現(xiàn)換向。隨著機電一體化的發(fā)展,將電氣控制技術(shù)應(yīng)用于抽油機,直接利用電機實現(xiàn)上下沖程也在實際生產(chǎn)中得以運用。

        目前,國內(nèi)油田采用的抽油機多數(shù)是游梁式抽油機,游梁式抽油機—有桿抽油泵個系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)均只12%~23%,先進地區(qū)至今也小到30%美國的常規(guī)型抽油機系統(tǒng)效率較高,但也僅有46%系統(tǒng)效率低下,能耗大,耗電就多。

        本文設(shè)計出一種雙塔自平衡式抽油機。利用叢式井抽油機利用兩口油井距離近的特點,用一臺抽油機同時抽油,采用雙井平衡方式,利用調(diào)節(jié)兩口油井下泵深度、抽油桿組合和抽油泵直徑大小,使兩口油井的載荷相互平衡,可取得更精確的平衡和節(jié)能效果,具有更好的經(jīng)濟效益。不再利用傳統(tǒng)機械式的上下沖程換向,而是采用現(xiàn)在已在勝利油田、大港油田、大慶油田、新疆油田已實用的智能換向電動機,通過其正反轉(zhuǎn)即能實現(xiàn)雙側(cè)抽油桿同時作業(yè),實現(xiàn)了傳統(tǒng)的抽油機自動化與智能化的改進與發(fā)展。

        2.結(jié)構(gòu)與工作原理

        2.1結(jié)構(gòu)簡介

        通過兩塔架1中間放置電動機2經(jīng)減速箱3輸出動力到同步帶輪6,利用同步帶輪帶動同步帶8運動,而同步帶兩側(cè)連接兩個抽油桿4,即可實現(xiàn)兩口油井抽油桿自平衡運行,代替了傳統(tǒng)皮帶式抽油機的平衡塊,實現(xiàn)一個上下沖程能滿足兩口井同時完成一次作業(yè)。

        而在運行過程中,采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機拖動,由可編程控制器進行準確的位置控制。保證了實現(xiàn)了兩側(cè)的抽油桿的上下往復(fù)抽油作業(yè)。

        圖2.1 雙塔自平衡式抽油機結(jié)構(gòu)圖

        1-傳動塔架 2-智能換向電機 3-減速箱 4-抽油桿 5-天輪 6-同步帶輪 7-底輪

        2.2 傳動皮帶(同步帶)設(shè)計

        如圖2.2所示電機通過減速箱減得到軸的低速轉(zhuǎn)動,從而帶動同步帶輪的轉(zhuǎn)動。利用主動同步帶輪軸、兩個塔架底部同步帶輪軸的垂直高度不一致,其中心形成一個等腰三角形,在此基礎(chǔ)上將雙面同步帶輪繞過主動同步帶輪軸頂部,再從下側(cè)繞過底部的兩同步帶輪,從而實現(xiàn)了同步帶輪的張緊,能始終保持與帶輪的嚙合。

        圖2.2 同步帶及同步帶輪位置設(shè)計

        2.3 換向?qū)崿F(xiàn)

        雙塔自平衡式抽油機采用雙換向方式,保證精準換向。采用開關(guān)磁阻調(diào)速電動機拖動,由可編程控制器進行準確的位置控制。為了防止控制上偏差以及突發(fā)失靈的發(fā)生,同時還在在同步帶上,根據(jù)抽油機沖程設(shè)置撥針,從而實現(xiàn)在同步帶的極限位置撥動限位開關(guān),電氣控制調(diào)速電機反向運轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)了換向的目的。

        圖2.3 動力輸出

        1-同步帶輪 2-動力輸出軸及齒輪

        2.4剎車的實現(xiàn)

        在底部兩個導(dǎo)輪1處同樣設(shè)置同步帶輪2,在需要臨時停止運行時,通過設(shè)置的剎車裝置2實現(xiàn)及時剎車。剎車裝置如圖2.4示,類似于普通的汽車的剎車片工作原理一樣,即內(nèi)圈抱緊同步帶輪,實現(xiàn)在第一時間制動。

        圖2.4 底輪傳動及剎車

        1-底輪耳板 2-同步帶輪 3-剎車裝置

        3.分析與討論

        3.1節(jié)能分析

        常規(guī)抽油機所用的電動機為鼠籠電動機,電動機在啟動時電流為額定電流的6-7倍。而電動機換向智能抽油機的電動機為先進的開關(guān)磁阻電動機,功率因數(shù)近似為1,電動機啟動電流小。

        電動機換向智能抽油機機械傳動線路短,從電動機聯(lián)軸器至一級減速器聯(lián)軸器工作機構(gòu)的機械傳動效率在80%以上。而常規(guī)抽油機機械傳動線路長,機械傳動效率低,僅在40%左右,該抽油機比常規(guī)抽油機機械傳動效率提高1倍。

        雙塔自平衡式抽油機巧妙運用抽油桿重力自平衡,實現(xiàn)扭矩平衡,能實現(xiàn)叢井同時業(yè),將傳統(tǒng)的配重塊設(shè)置為另一個對稱分布的抽油桿,減少了能源的損耗。

        3.2智能換向分析

        傳統(tǒng)的游梁式抽油機、鏈條式抽油機、皮帶式抽油機其換向均為機械換向,通過設(shè)置曲柄、鏈節(jié)帶動導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)換向。雙塔自平衡式抽油機將其從機械換向方式轉(zhuǎn)換為現(xiàn)代油田中新興的電機換向方式,隨著電動機技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的伺服電機、調(diào)速電機等不再僅僅局限于高速輕載的領(lǐng)域中,例如包裝機械、電子機械、印刷機械,逐漸應(yīng)用于石油領(lǐng)域中低速重載的場合。該類電機如加上微控制器單片機,通過編程即可實現(xiàn)本地或者異地控制電機的運轉(zhuǎn),監(jiān)視實時運行的轉(zhuǎn)速、扭矩、電壓、電流等情況,實現(xiàn)自動化控制管理。

        剎車系統(tǒng)能實現(xiàn)抽油機立即停轉(zhuǎn),防止慣性繼續(xù)運轉(zhuǎn)。

        四、結(jié)論

        目前我國很多油田為了提高產(chǎn)量往往打了很多密井;一些新發(fā)現(xiàn)的大油田打了很多叢式井;海洋平臺上也有近距離油井。這些密井使得高效、節(jié)能環(huán)保的雙井抽油機有了用武之地。雙塔自平衡式抽油機,電機智能換向結(jié)構(gòu)簡單,抽油效率高,節(jié)能明顯。其傳動設(shè)計突破了傳統(tǒng)抽油機的機械傳動的方式,使抽油機整體結(jié)構(gòu)簡單。雙塔自平衡式抽油機還可以適用于叢式井、密井、海洋平臺油井的開采。

        參考文獻:

        [1]孫慶紅,溫澤民,王善政等.電動機換向智能抽油機應(yīng)用與分析[J].石油機械,2002,30(5):31-33.DOI:10.3969/j.issn.1001-4578.2002.05.011.

        [2]任志剛.油田抽油機發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國化工貿(mào)易,2014,(17):123-123,125.DOI:10.3969/j.issn.1674-5167.2014.17.108.

        [3]袁新安,尹宇,崔學(xué)政等.寬帶式長沖程雙井抽油機方案設(shè)計[J].科教文匯,2012,(21):89.

        [4]金鐘輝,彭勇,費凡等.數(shù)字化抽油機技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].石油機械,2014,42(12):65-68.DOI:10.3969/j.issn.1001-4578.2014.12.015.

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